Подставляя  полученные значения объемов в формулу, находим коэффициент заполнения по объему. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Конструирование печатной платы

5.1. Выбор материала и метода изготовления печатной платы

5.1.1. Конструктивно-технологическая характеристика печатных плат

    Печатной  платой называется материал основания, вырезанный по размеру, содержащий необходимые отверстия и, по меньшей мере, один токопроводящий рисунок согласно ГОСТ 20406-75.

    Основными видами печатных плат являются: односторонние  печатные платы (ОПП), двухсторонние  печатные платы (ДПП), многослойные печатные платы (МПП), гибкие печатные платы (ГПП) и гибкие печатные кабели (ГПК).4

    Печатные  платы выполняют прямоугольной формы. Максимальный размер любой из сторон не должен превышать 470 мм. При увеличении размеров плат снижается их жесткость и виброустойчивость.

    Основания печатных плат изготавливают из изоляционного  материала, который должен хорошо сцепляться с металлом проводников; иметь диэлектрическую проницаемость не более 7 и малый тангенс угла диэлектрических потерь; обладать достаточно высокой механической и электрической прочностями; допускать возможность обработки резанием и штамповкой; сохранять свои свойства при воздействии климатических факторов, а также в процессе создания рисунка схемы и пайки. Такими требованиями удовлетворяют гетинакс, стеклотекстолит и некоторые другие фольгированные и не фольгированные материалы.

    Фольгированные  материалы представляют собой слоистые прессованные пластики, пропитанные искусственной смолой и облицованные с одной или с двух сторон медной электрической фольгой толщиной 18;35;50 мкм.

    В процессе изготовления печатной платы  поверхность диэлектрика металлизируется  слоем меди.

    Благодаря малой массе и развитой поверхности  печатного проводника сила сцепления его с основанием оказывается достаточной, чтобы выдержать воздействующие на проводник знакопеременные механические перегрузки до 40 д. в диапазоне частот до 200 Гц.

    5.1.2. Механическая обработка печатных плат

    Входной контроль фольгированного диэлектрика  заключается в проверке размеров листа, состояния поверхности со стороны фольги в исходном состоянии и при воздействии расплавленного припоя, гальванических растворов и других факторов, способности металла к механической обработке, поверхностного сопротивления и некоторых других параметров согласно ГОСТ 10316-78. При визуальном осмотре листов устанавливается наличие царапин, проколов, пузырей и др.

    Получение заготовки. Заготовку отрезают с  припуском по контору на одну или  несколько плат. Групповые заготовки применяют для небольших по размерам плат. Они обеспечивают лучшее использование материала и повышение производительности при выполнении ряда операций. Ширина технологического поля (припуски) составляет 1 Омм для ОПП и 30мм для МПП.

    Сверление монтажных отверстий выполняют  в кондукторе спиральным сверлом  из твердого сплава с углом при  вершине сверла 122... 130 градусов без  применения охлаждающей жидкости. Шероховатость поверхности просверленного отверстия не должна превышать 10 мкм по параметру Ra. Для повышения точности отверстия развертывают.

    Диаметр просверленного отверстия должен быть больше окончательного на 0.1 мм, что  позволяет нанести слои меди толщиной 25 мкм и припоя толщиной 10 мкм.

    Использование смазывающей и охлаждающей жидкостей  при сверлении не допускается.

 

5.1.3. Получение  рисунка печатной платы

    Основными методами получения защитного рисунка  печатной плати являются фотопечать и трафаретная печать.

    Фотопечать  представляет собой способ нанесения  изображения рисунка печатных проводников на материал основания, покрытый светочувствительным слоем (фоторезистор), экспонируемым через фотошаблон с требуемым изображением.

    Для определения размеров оригинала  печатной платы при фотографировании и для совмещения фотошаблонов на технологическом поле оригинала печатной платы выполняют кресты и другие знаки. Кресты, выполненные по углам предназначены для проверки точности соблюдения заданного масштаба уменьшения при фотографировании.

    Фоторезисты представляют собой тонкие пленки органических растворов, которые должны обладать свойствами после экспонирования полимеризоваться и переходить в нерастворимое состояние.

    Трафаретная печать основана на получении необходимого рисунка схемы на поверхности медной фольги путем продавливания защитной краски резиновым ракелем через сетчатый трафарет.

    Краска  для защитного слоя должна обладать высокой кислостойкостью, хорошей  адгезией с платой, минимальным временем сушки и сметанообразной консистенцией.

    Отпечатанную  плату помещают в сушилку.

5.1.4. Химические и гальванические  процессы изготовления печатной  платы

    Основное  назначение химических и гальванических процессов заключается в металлизации монтажных отверстий и защите рисунка печатной платы при травлении.

          Типовой технологический  процесс химической и гальванической металлизации печатных плат состоит из этапов подготовки поверхности, сенсибилизации, активизации, химического и гальванического меднений, гальванического осаждения сплав SnPb.

          Подготовка поверхности  монтажных отверстий печатных плат заключается в гидроабразивной обработке, подтравливании диэлектрика в отверстиях серной кислотой и фтористым водородом, промывки в проточной воде. 

    Сенсибилизация (повышение чувствительности к меди) осуществляется в растворе двухлористого олова, соляной кислоты и металлического олова в течение 5..7 минут с последующей промывкой в дистиллированной воде.

          Активизация проводится в водном растворе двухлористого палладия и аммиака в течение 5..7 минут. Металлический палладий служит центром кристаллизации при химическом меднении.

          Химическое меднение состоит в восстановлении меди на активированных поверхностях из раствора, в который входят соли меди, никеля, формалина, соды и другие. Время осаждения слоя меди толщиной 0,25..0,5 мкм составляет 15..20 минут.

          Гальваническое меднение требует замкнутого контура проводящих покрытий, которое осуществляется технологическими проводниками, прошивкой отверстий медной проволокой и применение специальных рамок. Медь наращивают в сернокислом, борфтористо-водородном и других электролитах.

          Гальваническое осаждение  сплава «олово-свинец» толщиной 8..20 мкм производится с целью предохранения проводящего рисунка при травлении плат и обеспечение хорошей паяемости.

 

5.1.5. Изготовление  печатной платы

    Все процессы изготовления печатных плат можно разделить на субтрактивные, аддитивные и полу аддитивные.

    Субтрактивный процесс получения проводящего  рисунка заключается в избирательном удалении участков проводящей фольги путем травления; аддитивный процесс заключается в избирательном осаждении проводящего материала на нефольгированный материал основания; полу аддитивный процесс предусматривает предварительное нанесение тонкого (вспомогательного) проводящего покрытия, впоследствии удаляемого с пробельных мест.

    В соответствии с ГОСТ 23751-86 конструирование  печатных плат следует осуществлять с учетом следующих методов изготовления: химического для ОПП, ГПК; комбинированного позитивного для ДПП, ГПП; электрохимического (полуаддитивного) для ДПП; металлизации сквозных отверстий для МПП.

    Так как у нас двухсторонняя печатная плата ДПП выбираем электрохимический  метод изготовления печатной платы.

    Данный  метод применяют для изготовления ДПП с высокой плотностью токопроводящего рисунка. Основное отличие от других методов заключается в использовании нефольгированного диэлектрика СТЭФ. 1-2 ЛК с обязательной активацией его поверхности или диэлектрика.

    Сначала ДПП для печати закрепляют в кондукторе и просверливают отверстия сверлом из твердого сплава с углом при вершине сверла 122... 130 градусов фиксирующие штифты трафаретов. Чтобы при выходе сверла из платы не произошло отслаивания фольги необходимо в этих местах к плате плотно прижать гетинаксовую пластину. После освобождения платы необходимо хорошо заточенным сверлом диаметром 1-1,5 мм очень легко раззенковать просверленные отверстия. На этом механическая подготовка заготовки платы заканчивается.

    Перед нанесением рисунка фольгированные стороны заготовки тщательно обезжиривают путем протирания ватным тампоном, смоченным в спирте, ацетоне и бензине. Ее поверхность не должна иметь глубоких царапин и вмятин. Оксидную пленку с фольги удалять не следует, так как качество рисунка на зачищенной поверхности получается несколько ниже.

    Для нанесения рисунка на фольгу следует  применять краски и лаки, не растекающиеся по поверхности и не растворимые в хлорном железе, но достаточно свободно проходящие через отверстие иглы, служащей пером.

    Иглу  прочищают мандреном. Консистенцию краски подбирают путем проб на образце обезжиренного пластика, установленного в прибор. Краску следует изготовлять небольшими порциями, так как расход ее очень мал.

    Резервуаром для краски служит конусный наконечник иглы. Заправлять краску следует тонкой пипеткой, после чего краску вводят в отверстие иглы с помощью мандрена.

    При правильной обводке и диаметрах  игл до 0,8 мм в центре контактной площадки должен оставаться не залитый краской кружок диаметром 0,3-0,5 мм. Обводка одной контактной площадки производится 2-3 раза.

    Точное  число обводок устанавливается  опытным путем по отсутствию подтрав  в контактных площадках при пробных травлениях. Отрывать иглу от фольги при обводке контактных площадок следует плавно. После нанесения всех требуемых контактных площадок основной трафарет снимают и заменяют трафаретом для нанесения точек погиба проводников.

Точку наносят отпусканием на фольгу пера через отверстия в необходимых  координатных узлах. Это необходимо, потому что в сложном монтаже при достаточно длинных проводниках определить на глаз, где нужно начать или закончить линию, очень трудно, и рисунок получается неряшливым.

    После нанесения всех точек можно переходить к вычерчиванию проводников. Если же схемой предусмотрены контактные площадки большего диаметра, то их целесообразно обводить до вычерчивания проводников, так как в отдельных местах прохождения линии будет определяться этими площадками. Линии проводников наносят с помощью двух линейных трафаретов. При нанесении линий не следует допускать прочерчивания за точку перегиба или  
 

в центральное  пятно контактной площадки. Краска на всех линиях и контактных площадках должна ложиться ровным, непрерывным слоем, и нигде сквозь нее не должна просвечиваться фольга. Для своевременного устранения этих дефектов перед выниманием платы из чертежного прибора его тщательно просматривают через лупу. Все замеченные дефекты устраняют повторным подкрашиванием. Нанесение рисунка на вторую сторону платы ничем не отличается от его исполнения на первой. При переворачивании платы необходимо соблюдать осторожность, чтобы не смазать уже нанесенный рисунок. Брать плату с момента обезжиривания и до окончания вытравливания можно только за ребра.

    После окончания нанесения рисунка  плату подсушивают в течение 30 минут при температуре 100-110 градусов по Цельсию. Сушить плату можно в духовке или на утюге. При сушке двухсторонней платы для предохранения рисунка от смазывания, на ее нижней стороне целесообразно использовать П-образный скоб. Сгибают их из материала толщиной 1 мм и подгибают так, чтобы они одевались с небольшим трением на ребра платы.

    ДПП необходимо переворачивать через каждые 7 минут. Этим достигается более равномерный режим сушки. После подсушки краски плату травят в растворе хлорного железа плотностью 1.3. При травлении плат с двухсторонним рисунком необходимо на ребра по длинной стороне надеть предохранительные скобы из оргстекла толщиной 1мм. Если рисунок платы выполнен лакокрасочной композицией, то травить можно при температуре раствора 35-40 градусов по Цельсию, что значительно ускоряет процесс. При травлении ДПП ее необходимо периодически переворачивать, что способствует более равномерному травлению с обеих сторон. По окончании травления плату тщательно промывают в проточной воде и высушивают. Краску с платы удаляют ватным тампоном, смоченным ацетоном, до полного удаления слоев краски на поверхности платы. Зачищают плату мелкой шкуркой. Зачищенный рисунок протирают растворителем, а затем сверлят отверстия. При этом в качестве кернения используют углубления в центре контактных площадок, которые образовались при травлении на местах, не залитых краской. Это значительно повышает точность сверления. Кроме того, механические искривления могут нарушить прочность приклейки фольги контактной площадки.