Методы изготовления печатных плат
Введение
Печатная плата (ПП) представляет собой плоское изоляционное основание, на одной или обеих сторонах которого расположены токопроводящие полоски металла (проводники) в соответствии с электрической схемой.
Печатные платы служат для монтажа на них электрорадиоэлементов (ЭРЭ) с помощью полуавтоматических и автоматических установок с последующей одновременной пайкой всех ЭРЭ погружением в расплавленный припой или на волне жидкого припоя ПОС-60. Отверстия на плате, в которые вставляются выводы ЭРЭ при монтаже, называют монтажными. Металлизированные отверстия, служащие для соединения проводников, расположенных на обеих сторонах платы, называют переходными.
Конструирование ПП осуществляют ручным, полуавтоматизированным и автоматизированным методами.
Ручной метод конструирования обеспечивает оптимальное распределение проводящего рисунка, так как размещение изделий электронной техники (ИЭТ) на ПП и трассировку печатных проводников осуществляет непосредственно конструктор.
Конструирование начинают с разработки эскиза ПП, который выполняют в увеличенном масштабе (2:1; 4:1 и т. д.). Для всех элементов, входящих в схему (рисунок 1, а), изготовляют в том же масштабе шаблоны из картона и размещают их на поле чертежа. После выбора лучшего варианта их расположения наносят соединительные проводники (рисунок 1, б). Печатные проводники, расположенные на другой стороне платы, показывают штриховой линией.
Затем составляют чертеж ПП (рисунок 1, в). В узлах координатной сетки показывают окружности, соответствующие местам установки навесных элементов.
а) б) в) г)
а – принципиальная электрическая схема; б – эскиз ПП; в – чертеж ПП; г – ПП с навесными элементами
Рисунок 1 – Этапы конструирования ПП
Разработку конструкции ПП рекомендуется производить по следующим основным этапам:
· изучение технического задания (ТЗ) на изделие (печатный узел, электронный модуль), в состав которого входитконструируемая ПП;
· определение условий эксплуатации и группы жесткости;
· выбор типа и класса точности ПП;
· выбор размеров и конфигурации;
· выбор материала основания;
· выбор конструктивного покрытия;
· размещение элементов проводящего рисунка и трассировка печатных проводников;
· выбор метода маркировки и ее расположения;
· разработка конструкторской документации.
Методы изготовления печатных плат
Изготовление печатных плат (ГОСТ 20406—75) осуществляется химическим, электрохимическим или комбинированным способом. В последнее время получили распространение новые способы изготовления — аддитивные. Ниже дана краткая характеристика каждого из способов (таблица 1).
Таблица 1 – Краткая характеристика методов изготовления ПП
| Способ изготовления ПП | Исходный материал | Наличие металлизированных отверстий | Вид плат | Минимальная ширина проводников, мм, до | Преимущества | Недостатки |
| Химический | Фольгированный диэлектрик | нет | ОПП, ДПП | 0,2 | Минимальная трудоемкость; высокая прочность сцепления проводников с основанием | Необходимость в металлических втулках при двустороннем монтаже; непроизводительный расход меди |
| Электрохимический | Нефольгированный диэлектрик | есть | ОПП, ДПП | 0,15 | Повышенная плотность монтажа | Большая неровность проводников по краям; низкая прочность сцепления проводников с основанием |
| Комбинированный | Фольгированный с двух сторон диэлектрик | есть | ОПП, ДПП, МПП | 0,2 | Повышенная плотность монтажа | Значительная трудоемкость; разрыв технологического процесса из-за применения ручных операций; сверление через лаковую пленку |
| Аддитивный | Нефольгированный диэлектрик | есть | ОПП, ДПП, МПП | 0,1 | Высокая плотность монтажа; снижение стоимости плат на 15-20%; сокращение производственных площадей; равномерность слоя осаждения меди; возможность полного исправления дефектных ПП после стравления меди и повторной металлизации |
Химический (субтрактивный) метод заключается в том, что на медную фольгу, приклеенную к диэлектрику с одной или двух сторон, наносят позитивный или негативный рисунок схемы проводников. Последующим травлением полностью удаляется медь и создается проводящий рисунок.
При электрохимическом (полуаддитивном) методе проводящий рисунок создается в результате электрохимического осаждения металла, а не вытравливания.
Комбинированный способ представляет собой сочетание первых двух способов. Проводящий рисунок получают вытравливанием меди, а металлизация отверстий осуществляется посредством химического меднения с последующим электрохимическим наращиванием слоя меди.
Аддитивный метод заключается в создании проводящего рисунка посредством металлизации достаточно толстым слоем химической меди (25-35 мкм), что позволяет исключить применение гальванических операций и операций травления (таблица 2).
Резка заготовок для плат из диэлектрических материалов производится с помощью роликовых или гильотинных ножниц.
Фиксирующие и технологические отверстия получают сверлением, а при крупносерийном производстве –штамповкой. Штамповочные операции при изготовлении ПП применяются при вырубке заготовок, штамповке отверстий различной формы и вырубке плат по контуру.
Получение металлического проводящего рисунка как в отверстиях, так и на поверхности диэлектрических материалов осуществляется обычно в две стадии химического меднения. Вначале диэлектрик металлизируется химическим (бестоковым) способом, а затем на полученный тонкий слой металла осаждается медь гальваническим способом до необходимой толщины металлического слоя.
В негативных процессах рисунок (защитный рельеф) защищает от вытравливания проводящие элементы ПП; в позитивном процессе рисунок необходим для защиты от электрохимического осаждения покрытий на пробельные места, т.е. на участки, с которых удаляется медь.
Гальваническим меднением получают слой меди в монтажных и переходных отверстиях, а также проводящий рисунок в полуаддитивной технологии.
Таблица 2 – Технологические процессы изготовления ПП различными методами
| Номер операции | Химический способ | Электрохимический способ | Комбинированный способ | Аддитивный способ | ||
| Негативный | Позитивный | Негативный | Позитивный | |||
| Резка и рихтовка заготовок Зачистка поверхности Получение защитного рельефа на проводниках Травление меди Удаление защитного рельефа Сверление или штамповка отверстий Обработка контура Маркировка Нанесение защитной маски Консервация | Резка и рихтовка заготовок Зачистка поверхности Получение защитного рельефа на пробельных участках Нанесение гальванического покрытия на проводники Удаление защитного рельефа Травление меди Сверление или штамповка отверстий Обработка контура Маркировка Консервация | Резка и рихтовка заготовок Сверление отверстий подлежащих металлизации Подготовка поверхности Химическое меднение Усиление медигальваническиммеднением Нанесение защитного рельефа на пробельные места Гальваническое меднение Гальваническое покрытие сплавом олово-свинец Удаление защитного рельефа Травление меди с пробельных мест | Резка заготовок и хим.-мех. подготовка поверхности Получение защитного рисунка с негатива Травление меди Удаление защитного рисунка Нанесение защитной лаковой пленки Сверление и зенкование отверстий Химическое меднение Удаление лаковой пленки Гальваническоемеднение в два приема Покрытие сплавом Розе | Резка заготовок и хим.-мех. подготовка поверхности Получение защитного рисунка с позитива Нанесение защитной лаковой пленки Сверление и зенкование отверстий Химическое меднение Удаление лаковой пленки Гальваническое меднение Гальваническое покрытие сплавом олово-свинец Удаление защитного рисунка Травление | Резка заготовок Сверление отверстий Получение защитного рельефа Подготовка поверхности Химическое меднение предварительное Химическое меднение толстослойное |