Что такое печатная плата

Печатная плата – основа современной электроники

Печатная плата составляет основу любого электронного изделия, входя в состав компьютеров, сотовых телефонов и военной техники. Появившись более 100 лет назад, это маленькое устройство ознаменовало огромный скачок в развитии радиоэлектронной аппаратуры. В России одним из крупнейших производителей современных плат является КРЭТ.

Что же представляет собой печатная плата и зачем она называется «печатной»?

Немного истории

Считается, что прообраз всех видов печатных плат был создан немецким инженером Альбертом Хансоном. Еще в начале прошлого столетия он предложил формировать рисунок печатной платы на медной фольге вырезанием или штамповкой. Элементы рисунка приклеивались к диэлектрику, которым служила пропарафиненная бумага.

Таким образом, «днем рождения» печатных плат считается 1902 год, когда Хансон подал свою заявку в патентное ведомство.

За более чем столетие конструкции и технологии изготовления печатных плат постоянно совершенствовались. В их эволюции принимало участие большое множество изобретателей, в числе которых и всемирно известный Томас Эдисон. В свое время он предложил формировать токопроводящий рисунок посредством адгезивного материала, содержащего графитовый или бронзовый порошки.

И хотя Эдисон даже не употреблял термина «печатные платы», многие его идеи применяются при их создании и в наши дни.

Первые печатные платы, созданные в 1920-х годах, были сделаны из таких материалов, как бакелит, мазонит, а также слоистого картона и даже тонких деревянных досок. В материале просверливались отверстия, а затем «провода» из плоской латуни привинчивались к плате. Причем иногда для этого использовались даже небольшие гайки и болты. Такие печатные платы были использованы в первых радио и граммофонах.

И почему она «печатная»

В своем современном виде печатная плата появилась благодаря использованию технологий полиграфической промышленности. И своим названием она обязана полиграфии: печатная плата – прямой перевод с английского полиграфического термина printing plate.

Поэтому подлинным «отцом печатных плат» считается австрийский инженер Пауль Эйслер, который первым пришел к выводу, что технологии полиграфии могут быть использованы для серийного производства печатных плат.

Уже во время Второй мировой войны технологии массового производства печатных плат оказались очень востребованными, в первую очередь для радиоаппаратуры военного назначения, авиации. А с середины 1950-х годов печатная плата стала основой всей бытовой электроники.

В СССР одной из первых подобных разработок в 1953 году был радиоприемник «Дорожный», выполненный в виде небольшого чемодана, в котором помещалась одна печатная плата. Конечно, по сравнению с современными, эта печатная плата была весьма примитивной: несколько широких проводников (4-5 мм) с пилообразными кромками, расположенных на обеих сторонах платы, соединялись через металлизированные отверстия. А уже в 1954 году с применением печатных плат началось производство советского телевизора «Старт».

Сегодня печатные платы практически не имеют конкуренции в качестве основы электронной аппаратуры, входя в состав компьютеров, сотовых телефонов и военной техники.

От линии к плоскости

Что же собой представляют печатные платы?

Если коротко, то это конструкция электрических межсоединений на изоляционном основании. Таким образом, ее основные элементы – основание (подложка) и проводники.

Электронные компоненты на печатной плате обычно соединяются при помощи пайки. Эти элементы необходимы и достаточны для того, чтобы печатная плата была печатной платой.

Кстати, самым дальним предшественником печатных плат можно считать обычный провод, чаще всего изолированный. Таким образом, в развитии этого радиоустройства, можно сказать, был осуществлен переход от линии к плоскости.

Односторонняя печатная плата – это пластина, на одной стороне которой размещены проводники, выполненные печатным способом. В двухсторонних печатных платах проводники заняли и изнаночную сторону этой пластины.

Переход от односторонних печатных плат к двухсторонним был первым шагом на пути от плоскости к объему. Окончательный переход к объему произошел с появлением в 1961 году многослойных печатных плат.

К примеру, сегодня предприятия КРЭТ выпускают многослойные печатные платы, содержащие до 25 слоев.

Такие платы позволили в первую очередь миниатюризировать электронику. Этим преимуществом сохранения пространства быстро воспользовались аэрокосмическая техника, авиация, компьютеры, а также ракетные комплексы и оружие.

Переход на микроуровень

Все большая миниатюризация электронных устройств потребовала и перехода печатных плат на микроуровень.

Если на первых печатных платах ширина проводников и зазоры между проводниками измерялись миллиметрами, то развитие электронной техники потребовало создания печатных плат с размерами элементов, измеряемых десятыми долями миллиметра. В современной радиоэлектронной аппаратуре такие печатные платы стали уже обыденностью.

На предприятиях КРЭТ сегодня выпускаются платы с точностью воспроизведения рисунка 2 мкм, а толщина подложки таких плат составляет от 0,25 до 1 мм. При этом надежность внутренних соединений многослойных плат контролируется с помощью рентгеновской установки.

Развитие таких направлений, как нанотехнологии, делает вполне реальными любые самые нереальные прогнозы относительно развития электронной базы. Можно говорить уже не просто о микро-, а даже о наноминиатюризации печатных плат. Уже сегодня отдельные элементы печатных плат находятся на подступах к нанометрам.

«Печатные» инновации

Для большинства людей печатная плата – это просто всего лишь жесткая пластинка. Действительно, жесткие платы – самый массовый продукт, используемый в радиоэлектронике, но сегодня пользуются большой популярностью и гибкие печатные платы.

В России одним из крупнейших производителей таких плат является Государственный Рязанский приборный завод, входящий в КРЭТ.

Так, одним из преимуществ гибких печатных плат называют возможность придания им различных форм объектов, в которые их можно поместить. Гибкие платы делают из полиимидных материалов, таким образом, их «подложка» находится в высокоэластическом состоянии. В результате существенно экономится внутренний объем изделий.

Последние инновации в области производства печатных плат коснулись и материалов.

Как известно, в качестве основы печатной платы наиболее часто используются такие материалы, как стеклотекстолит, гетинакс, керамика. Также основой печатных плат может служить металлическое основание, покрытое диэлектриком (например, анодированный алюминий), поверх диэлектрика наносится медная фольга дорожек.

Отдельную группу материалов составляют алюминиевые металлические печатные платы. И здесь особое значение имеют алюмооксидные платы. Эта технология основана на инновационной концепции создания нанопористого материала для построения многоуровневых слоев коммутации, которые комбинируют алюминий и оксид алюминия в своей структуре.

Выполненные по алюмооксидной технологии печатные платы и модули обеспечивают более быстрый теплоотвод в сравнении с аналогичными изделиями, выполненными на основе «классической» технологии, что увеличивает надежность работы и срок службы.

Самым главным достоинством этой технологии является возможность переплавки отслуживших свой срок печатных плат. Получаемый в результате этого алюминий может быть использован многократно.

Недавно КРЭТ приступил к испытаниям сборочных узлов и модулей, построенных на основе инновационных алюмооксидных плат.

Концерн оценит целесообразность их использования при производстве перспективных систем радиолокации гражданского и военного назначения, а также средств радиоэлектронной борьбы.

События, связанные с этим

«Союз» с комплектующими Ростеха доставил космонавтов на МКС

КРЭТ создаст энергетический комплекс инновационного самолета

Печатная плата – основа современной электроники

КРЭТ приступил к формированию портфеля своих активов

Печатные платы

Warning: file(http://www.radioingener.ru/wp-content/uploads/Книга1.txt): failed to open stream: HTTP request failed! HTTP/1.1 404 Not Found in /home/host1754796/radioingener.ru/htdocs/www/wp-content/plugins/shortcodes-ultimate/includes/deprecated/functions.php on line 152

Warning: Invalid argument supplied for foreach() in /home/host1754796/radioingener.ru/htdocs/www/wp-content/plugins/shortcodes-ultimate/includes/deprecated/functions.php on line 211

Warning: array_shift() expects parameter 1 to be array, null given in /home/host1754796/radioingener.ru/htdocs/www/wp-content/plugins/shortcodes-ultimate/includes/deprecated/functions.php on line 215

Warning: Invalid argument supplied for foreach() in /home/host1754796/radioingener.ru/htdocs/www/wp-content/plugins/shortcodes-ultimate/includes/deprecated/functions.php on line 216

Современный мир невозможно представить без электроники. Основой любых сложных механизмов являются печатные платы. На них устанавливаются элементы радиоэлектроники, которые отвечают за различные функции, выполняют определённые задачи. Начинающим радиолюбителям нужно знать какие виды оснований существуют, как их можно сделать самостоятельно.

Что такое печатная плата?

Плата представляет собой один или несколько слоев диэлектрика, на которых нанесён токопроводящих рисунок. Проводящих рисунков может быть два или из них составлена сеть. Она является основанием для закрепления отдельных элементов радиоэлектроники, чтобы соединить их вместе. Чтобы соединять отдельные детали с токопроводящим рисунком используется припой или паяльная паста.

Технические характеристики

Чтобы иметь общее представление о возможностях, конструкции, предназначении оснований для создания электроники, необходимо знать их технические характеристики:

* тип — многослойные, однослойные, гибкие, жёсткие;

* проводящие слои — до 18 штук;

* максимальные габариты — для многослойных 610х470 мм, односторонние 1200х457 мм, гибкие 5000х340 мм;

* максимальная плотность — 3,2 мм;

* ширина токопроводящих дорожек — от 25 до 75 мкм;

* максимальная плотность наружных слоёв фольги — 400 мкм;

* максимальная плотность внутренних слоёв фольги — 105 мкм;

* допустимый диаметр для сверления — 6.35 мм.

Существует несколько видов финишных покрытий, которые выбираются зависимо от предназначения основания, требуемых характеристик. К ним относятся:

* лужение без свинца;

Контакты покрываются гальваническим золотом.

Виды печатных плат

Основания для изготовления электроники разделяются на несколько видов. Они отличаются по конструкции, характеристикам, предназначению. Разновидности плат:

1. Односторонние — конструкции представляющие собой диэлектрические пластинки, на которые с одной стороны нанесён токопроводящий рисунок. Для соединения отдельных контактов на верхнем диэлектрическом слое закрепляются металлические перемычки. Односторонние основания используются при изготовлении недорогой бытовой техники. Связано это с их малой надёжностью, недолговечностью, хрупкой конструкцией.

2. Двухсторонние — на диэлектрическим слое с двух сторон наносятся токопроводящие рисунки, что позволяет устанавливать на основание большее количество электрических элементов, расширить функционал, технические характеристики платы. Отверстия имеют металлизированные вставки. Благодаря им прочность скрепления отдельных деталей с основанием становится надёжнее. Двухсторонние

пластинки считаются наиболее популярными при изготовлении бытовой электроники, компьютеров.

3. Однослойные — элементарная конструкция, состоящая из одной пластинки, прослойки покрытой металлом.

4. Многослойные — сложные конструкции, которые используются при изготовлении сложных приборов, механизмов. Несколько слоёв, расположенных в определённой последовательности, позволяют надёжно закреплять основные компоненты. Количество слоёв выбирается зависимо от требуемых характеристик. Максимальное количество — 40. У многослойных оснований есть ряд недостатков. Это сложности во время изготовления, сложный процесс починки, дороговизна расходных материалов.

5. Гибкие — могут быть односторонними, двухсторонними, иметь несколько слоев. Изготавливаются на гибком основании. Предназначены для соединения отдельных элементов электрического оборудования. Могут заменять собой кабеля.

6. Гибко-жесткие — конструкция представляет собой шлейф, на котором в определённых местах закрепляются жесткие пластинки, с нанесёнными на них токопроводящими рисунками. Используются для соединение жестких плат между собой. Обеспечивают надёжную связку.

7. Жёсткие — плитки, выполненные из жёстких слоев, которые не дают платам деформироваться. Простой пример жёсткого основания — материнская плата, устанавливаемая в компьютерах.

8. Теплопроводные — другие названия этих пластинок ВЧ, СВЧ. Во время изготовления основания используется керамика, чтобы оно выдерживало воздействие высоких температур. Дополнительно керамика повышает жёсткость конструкции.

Зависимо от вида плат изменяются их характеристики, внешний вид, размер, возможности.

Принципы выбора готовых плат: цены и производители

Магазины радиоэлектроники предлагают покупателям широкий ассортимент печатных плат для изготовления электроники. При покупке важно учитывать некоторые факторы:

1. Размеры основания. Зависит от количества элементов, устанавливаемых на него.

2. Количество слоёв, используемых при изготовлении плитки.

3. Наличие металлических вставок на отверстиях для закрепления радиоэлементов.

4. Двухсторонний или односторонний рисунок.

5. Гибкое или жёсткое основание.

Платы нужны для всех устройств. Ниже представлены усредненная стоимость и производители на примере материнских плат для компьютера:

Нет смысла переплачивать за известный бренд, если собрать нужно простой электроприбор. Однако самая дешёвая плата быстро выйдет из строя и может привести к появлению возгорания. При выборе нужно проверять работоспособность электрических дорожек, целостность конструкции.

Материалы для изготовления плат

Существует несколько видов материалов, которые используют при изготовлении оснований для электроники:

1. Главная часть конструкции должна изготавливаться из диэлектрического материала. Это может быть стеклотекстолит, гетинакс.

2. Второй вариант изготовления плат — металлическое основание, на которое наносится диэлектрический слой. Чаще всего используется анодированный алюминий.

3. Для изготовления термоустойчивых оснований применяется фторопласт. Его дополнительно армируют стеклотканью. В состав добавляется керамика для повышения механических характеристик.

4. Чтобы сделать гибкую плитку, применяется каптон.

Материалы можно купить в любом магазине радиоэлектроники.

Изготовление печатной платы своими руками

Самостоятельно изготовить основание для электроприборов легко. Для этого нужно изучить теорию, подготовить расходные материалы, инструменты, выполнить определённый порядок действий. Для изготовления понадобятся:

1. Текстолит — должен иметь слой фольги. Может быть двухсторонним или односторонним. Изготовление фольгированного материала займёт много времени, лучше купить готовую плитку.

2. Утюг, промышленный фен с регулятором температур.

4. Ножницы по металлу.

5. Фотобумага с глянцевым покрытием.

7. Медицинский спирт.

8. Наждачная бумага мелкой фракции.

10.Сверлильный станок, бормашинка, гравер.

К дополнительным инструментам можно отнести паяльник, припой и флюс для монтажа электронных компонентов.

Этапы изготовления платы:

1. На листе текстолита отметить размеры будущей пластинки. Ножницами по металлу вырезать её.

2. Использую наждачную бумагу мелкой фракции, зашкурить стороны текстолита до появления блеска. Обработать торцы, чтобы избавиться от неровностей.

3. Намочить отрезок ткани спиртом, протереть пластинку. Работать нужно в резиновых перчатках, чтобы не пачкать жирными пальцами рабочие поверхности.

4. Заранее нарисовать на компьютере рисунок будущих токопроводящих дорожек. Просчитать соединительные узлы, места стыковки дополнительных компонентов, перемычки.

5. Получившийся рисунок проводников распечатать на фотобумагу.

6. Положить распечатку изображением вниз на текстолит. Подключить утюг к сети, подождать пока он разогреется. Медленными движениями разглаживать бумагу по твердой пластинке. Когда она начнёт желтеть, убрать утюг.

7. Отнести плату с припаянной бумагой к умывальнику. Опустить под струю воды. Зубной щёткой оттереть остатки бумаги.

8. Расположить пластинку под ярким светом чтобы она просохла.

9. Подготовка состава для травления. Понадобится хлорное железо, которое продаётся порошком в магазинах радиоэлектроники. Взять ёмкость из пластика, налить в неё три части воды, добавить одну часть хлорного железа. Тщательно перемешать раствор.

10.Сухую плату опустить в готовую смесь для травления. На скорость обработки платы влияет качество реактивов, температура состава, толщина фольгированного слоя. Для ускорения процесса жидкость можно разогреть. Однако слишком высокая температура повредит рисунок. Чтобы ускорить процесс безопасно, можно присоединить к ёмкости моторчик от телефона. Лёгкие вибрации воздействуют на травление.

11.После травления, плату нужно промыть под проточной водой. Протереть тряпочкой, смоченной в спирте.

12.Следующий процесс обработки — сверление. Для этого желательно использовать специальный станок, гравер или бормашинку. Инструмент закрепляется неподвижно с помощью тисков, чтобы можно было делать точные отверстия. По рисунку происходит сверление. После изготовления отверстий, по поверхности платы нужно пройти наждачной бумагой, удалив заусенцы.

13.Лужение основания. Плата смачивается медицинским спиртом. Его нужно нанести тряпкой лёгкими движениями без прижимов. Смочить другую тряпку в растворе для травления. Смазать стороны платы. Нагреть паяльником припой, быстрыми движениями нанести его на электрические каналы.

14.Наждачной бумагой с мелкой фракцией пройтись по сторонам плитки.

Лужение считается необязательным этапом при изготовления плат. Однако его делают из-за нескольких преимуществ:

1. Увеличивается показатель устойчивости к коррозии.

2. Толщина токопроводящего слоя увеличивается, благодаря чему снижается сопротивление, улучшается эффективность платы.

3. Проще припаивать радиодетали.

При соблюдении правил проведения работы сборка самодельной платы не покажется сложным процессом. Перед закреплением других деталей важно провести проверку токопроводящих рисунков.

Типичные ошибки при конструировании плат

При сборке самодельных оснований люди допускают различные ошибки. К наиболее часто встречаемым относятся:

1. Неправильно выбранная ширина токопроводящих дорожек. Это приводит к потере напряжения, перегреву проводников, низкой механической прочности. Чтобы не столкнуться с такими проблемами, необходимо делать максимально допустимую ширину токопроводящих дорожек.

2. Неправильное проектирование цепей питания. Приводит к снижению выходящего напряжения, большие пульсации на выходе, помехам

вместо постоянного напряжения. Решение проблемы — максимальная ширина дорожек, подающий конденсатор из керамики.

3. Проблемы заземления. Использование обычного проводника минимальной ширины. Приводит к нестабильности рабочего процесса, перегреву основания. Решение — использование отдельного слоя изоляции для разводки.

4. Небольшой зазор между медными проводниками, нанесёнными на плату. Приводит к нарушению целостности основания. Необходимо увеличить расстояние между проводниками, чтобы справиться с проблемой.

5. Большое количество соединительных отверстий на одной пластинке. Это приводит к увеличения токопроводящих дорожек, повышению сопротивления. Использовать максимум два отверстия на пластинках малого размера.

Существуют и другие проблемы. Однако они менее популярны и требуют вмешательства специалистов.

Печатные платы являются основанием электрических приборов, механизмов. На них напаиваются ключевые элементы, которые выполняют определённые функции. Собрать основание можно своими руками. Для этого нужно определиться с тем, где оно будет использоваться, нарисовать чертёж, подобрать рисунок, выполнить определённую последовательность действий.

Но печатные платы это лишь основа для изделий на нее припаиваются диоды или стабилитроны или транзисторы или другие элементы радиоэлектронных схем, о который вы можете прочесть на нашем сайте — ссылка на оглавление.

Урок 2.1 – Печатная плата

Печатная плата

Печатная плата — пластина из диэлектрика, на поверхности и/или в объёме которой сформированы электропроводящие цепи электронной схемы. Печатная плата является основой любой современной радиолюбительской конструкции и предназначена для электрического и механического соединения различных электронных компонентов. Электронные компоненты на печатной плате соединяются своими выводами с элементами проводящего рисунка обычно пайкой. Цвет печатной платы может быть любой: зелёный (по умолчанию), синий, красный. чёрный, на другие характеристики платы он не влияет.

Печатная плата имеет две стороны. Условно их можно назвать лицевой стороной и стороной печатных проводников. В отличие от навесного монтажа, на печатной плате электропроводящий рисунок выполнен из фольги, целиком расположенной на твердой изолирующей основе. Печатная плата содержит монтажные отверстия и контактные площадки к которым и припаиваются выводы радиодеталей. Кроме того, в печатных платах имеются переходные отверстия для электрического соединения участков фольги, расположенных на разных слоях платы. С лицевой стороны наносится маркировка (вспомогательный рисунок и текст согласно конструкторской документации), чтобы можно было разобраться, куда и в какой полярности установить ту или иную деталь.

На картинках ниже показана одна и та же печатная плата с разных сторон.

В зависимости от количества слоёв с электропроводящим рисунком печатные платы подразделяют на:

  • односторонние (ОПП): имеется только один слой фольги, наклеенной на одну сторону листа диэлектрика
  • двухсторонние (ДПП): два слоя фольги
  • многослойные (МПП): фольга не только на двух сторонах платы, но и во внутренних слоях диэлектрика. Многослойные печатные платы получаются склеиванием нескольких односторонних или двухсторонних плат

По свойствам материала основы:

Печатные платы могут иметь свои особенности в связи с их назначением и требованиями к особым условиям эксплуатации (например, расширенный диапазон температур) или особенности применения (например, платы для приборов, работающих на высоких частотах).

Основой печатной платы служит диэлектрик, наиболее часто используются такие материалы, как стеклотекстолит, гетинакс.

Также основой печатных плат может служить металлическое основание, покрытое диэлектриком (например, анодированный алюминий), поверх диэлектрика наносится медная фольга дорожек. Такие печатные платы применяются в силовой электронике для эффективного теплоотвода от электронных компонентов. При этом металлическое основание платы крепится к радиатору.

В качестве материала для печатных плат, работающих в диапазоне СВЧ и при температурах до 260 °C, применяется фторопласт, армированный стеклотканью (например, ФАФ-4Д)[2], и керамика.

Гибкие платы делают из полиимидных материалов, таких как каптон.

Токопроводящие дорожки обычно покрыты слоем изолирующего лака (так называемой «маской»), и только контактные площадки открыты от маски и готовы к пайке. Контактные площадки подавляющего большинства плат Мастер Кит серебристые и блестящие, так как покрыты слоем олова, что защищает их от преждевременного окисления при длительном хранении. Такие платы легко паяются с помощью самого обычного припоя с каналом канифоли, и вам не потребуется приобретать дополнительно канифоль или флюс.

Если же вам встретится плата, контактные площадки которой не покрыты защитным слоем олова, а медные (характерного жёлтого цвета), то для снятия окислов и качественной пайки бывает необходимо применять канифоль и флюс. В запущенных случаях помогает шлифовка контактных площадок тонкой наждачной бумагой («нулёвкой»).

Иногда на печатной плате размещены отверстия для её крепежа в корпусе. Если таких отверстий не предусмотрено, можно самостоятельно просверлить их обычным сверлом в свободном от компонентов месте. Разумеется, нужно убедиться, что новое отверстие не нарушит какой-нибудь печатный проводник или контактную площадку.

Если печатная плата чуть-чуть не влезает в планируемый для её размещения корпус, плату можно подточить с торцов напильником. Но следите за тем, чтобы напильник не нарушил токопроводящие дорожки платы.

Испортить печатную плату сложно, но, если постараться, всё-таки возможно. Во-первых, не следует чрезмерно сильно сгибать её – плата может сломаться! И не допускайте перегрева платы при пайке! Хотя токопроводящие дорожки и контактные площадки из фольги приклеены к основе платы очень качественным клеем, устойчивым к воздействию высоких температур, чрезмерно долгое непрерывное воздействие (более нескольких секунд) горячего жала паяльника на контактную площадку может привести к её отрыву от основы. Если это всё же произошло, можно приклеить оторвавшуюся дорожку. Если же дорожка не просто отклеилась, а оторвалась, для восстановления целостности электрической цепи можно применить отрезок провода.

Промывать печатную плату от остатков паяльных материалов можно с помощью спиртового раствора (спирта).

Что такое электронная печатная плата?

Главная страница » Что такое электронная печатная плата?

Электронная печатная плата (русская аббревиатура — ПП, английская — PCB) представляет собой листовую панель, где размещаются взаимосвязанные микроэлектронные компоненты. Печатные платы используются в составе разной электронной техники, начиная от простых квартирных звонков, бытовых радиоприёмников, студийных радиостанций и завершая сложными радиолокационными, компьютерными системами. Технологически изготовление печатных плат электроники предполагает создание связей токопроводящим «плёночным» материалом. Такой материал наносится («печатается») на пластине-изоляторе, получившей наименование — подложка.

Исторический путь печатной платы

Электронные печатные платы отметили начало пути становления и развития системами электрических соединений, разработанных в середине XIX века.

Металлические полосы (стержни) изначально применялись для подключения громоздких электрических компонентов, смонтированных на древесном основании.

Постепенно металлические полосы вытеснили проводники с винтовыми клеммными колодками. Деревянную основу тоже модернизировали, отдав предпочтение металлу.

Примерно таким выглядел прототип современного производства ПП. Подобные решения конструирования применялись в середине XIX века

Практика применения компактных, малых по размерам электронных деталей, требовала уникального решения по базовой основе. И вот, в 1925 году некто Чарльз Дюкасс (США) нашёл такое решение.

Американский инженер предложил уникальный способ организации электрических связей на изолированной пластине. Он использовал электропроводящие чернила и трафарет для переноса принципиальной схемы на пластину.

Чуть позже — в 1943 году, англичанин Пол Эйслер также запатентовал изобретение травления токопроводящих контуров на медной фольге. Инженер использовал пластину-изолятор, ламинированную фольгированным материалом.

Однако активное применение технологии Эйслера отметилось лишь в период 1950-60 годов, когда изобрели и освоили производство микроэлектронных компонентов — транзисторов.

Технологию изготовления сквозных отверстий на многослойных печатных платах запатентовала фирма Hazeltyne (США) в 1961 году.

Так, благодаря увеличению плотности электронных деталей и тесному расположению связывающих линий, открылась новая эра дизайна печатных плат.

Электронная печатная плата – изготовление

Обобщённое видение процесса: отдельно взятые электронные детали распределяются по всей площади подложки-изолятора. Затем установленные компоненты связываются пайкой с цепями схемы.

Так называемые контактные «пальцы» (штырьки) электронной платы располагаются по крайним областям подложки и выступают системными разъемами.

Современный прообраз изделий XIX века. Кардинальные технологические изменения очевидны. Однако это не самый совершенный вариант из ассортимента текущего производства

Через контактные «пальцы» организуется связь с периферийными печатными платами или подключение внешних цепей управления. Электронная печатная плата рассчитана под разводку схемы, поддерживающей одну функцию или одновременно несколько функций.

Изготавливаются три вида электронных печатных плат:

  1. Односторонние.
  2. Двусторонние.
  3. Многослойные.

Односторонние печатные электронные платы отличаются размещением деталей исключительно на одной стороне. Если комплектные детали схемы не вмещаются на односторонней плате, применяется двухсторонний вариант.

Материал изготовления подложки

Подложка, традиционно используемая в составе печатных электронных плат, обычно делается на основе стекловолокна в сочетании с эпоксидной смолой. Подложка покрывается медной фольгой по одной или двум сторонам.

Печатные платы электроники, изготовленные на основе бумаги с фенольной смолой, также покрытые плёночной медью, считаются экономически выгодными для производства. Поэтому чаще других вариаций используются под оснащение бытовой электронной техники.

Материалы печатной платы электроники: 1 — диэлектрический материал; 2 — верхнее покрытие; 3 — материал сквозных отверстий; 4 — маска припоя; 5 — материал кольцевого контура

Разводка связей выполняется методом покрытия, либо методом травления медной поверхности подложки. Медные дорожки покрывают оловянно-свинцовым составом с целью защиты от коррозии. Контактные штыри на печатных платах покрывают слоем олова, затем никеля и под завершение золотят.

Выполнение операций на обвязку

Электрические соединения по двум сторонам подложки достигаются сквозным сверлением отверстий согласно схемной разводке. Затем высверленные отверстия изнутри покрывают токопроводящим материалом.

Многослойная электронная печатная плата характерна наличием подложки, состоящей из нескольких слоёв печатных схем. Каждый слой отделён от соседнего слоя вставкой-изолятором.

Электронные компоненты связываются через отверстия платы, просверленные до границы целевого слоя. Детали печатной электронной платы электрически объединяются одним из двух способов:

  1. Сквозными отверстиями.
  2. Поверхностным монтажом.

Согласно технологии сквозных отверстий, каждая электронная деталь наделяется микро-проводниками. Эти микро-проводники проходят сквозь отверстия в подложке, подводятся к схемным точкам противоположной стороны и спаиваются.

Сверление отверстий на рабочей площади ПП: 1 — отверстия без контактной связи между сторонами (слоями); 2 — отверстия с покрытием для контактной связи; 3 — медная обечайка связывающих отверстий

Технология поверхностного монтажа предполагает использование прямой (J-образная) или угловой (L-образная) ветвей. За счёт таких ветвей каждая электронная деталь напрямую обвязывается с печатной схемой.

Применением комплексной пасты (клей+флюс+припой) электронные детали временно удерживаются в точке контакта. Удержание продолжается до момента, когда печатная электронная плата заводится в печь. Там припой плавится и соединяет схемные детали.

Несмотря на сложности с размещением компонентов, технология поверхностного монтажа обладает другим важным преимуществом.

Эта методика исключает длительный процесс сверления и внедрение связывающих прокладок, как это практикуется для устаревшего метода сквозных отверстий. Однако обе технологии продолжают активно использоваться.

Дизайн электронных печатных плат

Каждая отдельно взятая печатная плата электроники (партия плат) предназначена под уникальный функционал. Разработчики электронных печатных плат обращаются к системам проектирования и специализированному «ПО» для компоновки схемы на печатной плате.

Структура фоторезистивного покрытия: 1 — пластиковая плёнка; 2 — сторона наложения; 3 — чувствительная сторона фоторезистивной панели

Разрыв между токопроводящими дорожками обычно измеряется значениями не более 1 мм. Рассчитываются точки расположения отверстий для компонентных проводников или контактных точек.

Вся эта информация переводится под формат ПО компьютера, управляющего сверлильным станком. Аналогичным образом программируется автоматический паяльник для изготовления электронных печатных плат.

Как только схема цепей выложена, негатив изображения схемы (маска) переносится на прозрачный лист пластика. Области негативного изображения, не входящие в образ схемы, отмечены черным цветом, а непосредственно схема остаётся прозрачной.

Промышленное изготовление печатных плат электроники

Технологии изготовления печатных плат электроники предусматривают условия производства с чистой средой. Атмосфера и объекты производственных помещений контролируются автоматикой на присутствие загрязнений.

Структура гибкой ПП: 1, 8 — полиимидная плёнка; 2, 9 — связывающее 1; 3 -связывающее 2; 4 — шаблон; 5 — базовая полиимидная плёнка; 6 — клейкая плёнка; 7 — шаблон

Многие компании-производители электронных печатных плат практикуют уникальные производства. А в стандартном виде изготовление двухсторонней печатной электронной платы традиционно предусматривает следующие шаги:

Изготовление основания

  1. Берётся стекловолокно и пропускается через технологический модуль.
  2. Пропитывается эпоксидной смолой (погружением, распылением).
  3. Стекловолокно прокатывают на станке до желаемой толщины подложки
  4. Сушка подложки в печи и раз на крупные панели.
  5. Панели располагаются стопками, чередуясь с медной фольгой и подложкой, покрытой клеем.

Наконец, стопки помещают под пресс, где при температуре170°C и давлении 700 кг/мм 2 , прессуют 1-2 часа. Эпоксидная смола твердеет, медная фольга связывается под прессом с материалом подложки.

Сверление и лужение отверстий

  1. Берутся несколько панелей подложки, укладываются одна на другую, жёстко закрепляются.
  2. Сложенная стопка помещается в станок с ЧПУ, где высверливаются отверстия по схемному рисунку.
  3. Сделанные отверстия очищаются от излишков материала.
  4. Внутренние поверхности токопроводящих отверстий покрываются медью.
  5. Непроводящие отверстия остаются без покрытия.

Производство рисунка схемы печатной электронной платы

Образец схемы печатной платы создаётся посредством аддитивного либо субтрактивного принципа. В случае аддитивного варианта, подложка покрывается медью по желаемой схеме. При этом необработанной остаётся часть вне схемы.

Технология получения отпечатка схемного рисунка: 1 — фоторезистивная панель; 2 — маска электронной печатной платы; 3 — чувствительная сторона платы

Субтрактивным процессом, прежде всего, покрывается общая поверхность подложки. Затем отдельные участки, не входящие в рисунок схемы, вытравливаются либо вырезаются.

Как проходит аддитивный процесс?

Фольгированная поверхность подложки предварительно обезжиривается. Панели проходят вакуумную камеру. За счёт вакуума слой положительного фоторезистивного материала плотно обжимается по всей фольгированной площади.

Положительным материалом для фоторезиста выступает полимер, обладающий способностью растворимости под излучением ультрафиолета. Условия вакуума исключают возможный остаток воздуха между фольгой и фоторезистом.

Шаблон схемы укладывается поверх фоторезиста, после чего панели подвергаются интенсивному воздействию ультрафиолета. Поскольку маска оставляет прозрачными области схемы, фоторезист в этих точках попадает под УФ излучение и растворяется.

Затем маска снимается, а панели опыляются щелочным раствором. Этот, своего рода проявитель, помогает растворить облучённый фоторезист по границам областей рисунка схемы. Так, медная фольга остаётся открытой на поверхности подложки.

Далее панели гальванируются медью. Медная фольга выступает катодом в процессе гальванизации. Открытые участки гальванируются до толщины 0,02-0,05 мм. Области, остающиеся под фоторезистом, не гальванируются.

Медные разводы покрывают дополнительно оловянно-свинцовым составом или иным защитным покрытием. Этими действиями предотвращается окисление меди и создаётся резист на следующую стадию производства.

Ненужный фоторезист удаляется с подложки с помощью кислотного растворителя. Медная фольга между рисунком схемы и покрытием обнажается. Так как медь схемы печатной платы защищена оловянно-свинцовым составом, здесь проводник не подвержен воздействию кислоты.

Техника промышленного изготовления электронных плат

Печатные платы — история и современное состояние

Современную электронику невозможно представить без печатных плат. Кем и когда были изобретены платы? Какие они бывают? И каково происхождение самого термина «печатная плата»?

Онлайн словарь электротехнических терминов дает следующее определение термина «печатная плата»: это «изделие, состоящее из одного или двух проводящих рисунков, расположенных на поверхности основания, или из системы проводящих рисунков, расположенных в объеме и на поверхности основания, соединенных между собой в соответствии с электрической схемой печатного узла, предназначенное для электрического соединения и механического крепления устанавливаемых на нем изделий электронной техники, квантовой электроники и электротехнических изделий». В этом же словаре можно найти перевод и определения иных терминов, относящихся к печатному монтажу. Печатная плата может представлять собой жесткую конструкцию, выполненную из твердого материала, например, стеклотекстолита, или же выполняться на гибком основании.

Сам термин «печатная плата» происходит от английского printing plate — «печатная форма». Это типографский термин, который был в свое время взят на вооружение в связи с тем, что для изготовления плат применялись методы, позаимствованные у типографий. Однако современные платы выполняются иным способом – из фольгированного материала, который подвергается травлению с получением нужного проводящего рисунка. При этом плата часто бывает многослойной, т.е. состоящей из нескольких слоев диэлектрика. В многослойных платах отдельные слои электрически соединяются друг с другом через металлизированные отверстия. Топология печатной платы обычно разрабатывается с применением ЭВМ, поскольку это значительно сокращает трудозатраты.

Первые платы были описаны немецким инженером Альбертом Хансоном, которые представляли собой плоские проводники, нанесенные на изолирующее основание. Далее за дело взялся Томас Эдисон, который использовал для нанесения проводников на бумаг различные химические методы. В итоге уже в 30-е годы ХХ века печатные платы стали весьма похожи на их современные аналоги.

Производство плат – довольно сложный технологический процесс. Рассмотрим его на примере обычной двухсторонней платы. Сначала сверлятся отверстия под радиокомпоненты и переходные отверстия. Затем платы (еще без рисунка) подвергаются электрохимическому меднению для металлизации отверстий, что нужно для получения электрического контакта между слоями платы. Далее фотографическим методом (путем экспозиции с последующими «проявлением» изображения) наносится рисунок. После этого производится травление, удаление защитной пленки и промывка плат. Кроме того, на поверхность обычно наносятся покрыватия, улучшающие паяемость платы, а также паяльные маски, исключающие растекание припоя по поверхности в местах пайки. Описанная технология позволяет реализовать процесс группового изготовления плат, что очень удобно при промышленных масштабах производства.

Электронные блоки, выполненные методом печатного монтажа, применяются практически во всех отраслях техники. Однако существовали и альтернативные решения задачи о соединении электронных компонентов между собой, тем более, что у печатных плат существуют свои технологические проблемы, типа бокового подтравливания проводников, миграции металла по поверхности, неэкологичности производства и др. В одном из способов было предложено… ткать платы из проводников и диэлектрических нитей на жаккардовом станке с пришиванием радиокомпонентов на манер пуговиц. Как ни странно, единственным существенным недостатком такого способа была проблематиченость размещения сверхминиатюрных компонентов с шагом выводов менее 0.25 мм. Однако не исключено, что описанный способ найдет применение в силовой электронике, где компоненты никогда не бывают слишком мелкими.

Что такое печатная плата

500 Схем для радиолюбителей – Часть 4 – Источники питания

Блоки питания компьютеров

Модернизация и ремонт ПК

Проектирование цифровых устройств Том 1 Джон Ф Уэйкерли

Самоучитель по устранению сбоев и неполадок домашнего ПК

Устройства магнитного хранения данных

Справочники:

Номенклатура и аналоги отечественных микросхем

Транзисторы отечественные

Разделы статей:

Электронные схемы для начинающих

Интересные и полезные схемы

О компьютерных сетях

Обзоры

Основы электроники

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 – 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 входит конструируемая 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.

1 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

Наличие металлизированных отверстий

Минимальная ширина проводников, мм, до

Минимальная трудоемкость; высокая прочность сцепления проводников с основанием

Необходимость в металлических втулках при двустороннем монтаже; непроизводительный расход меди

Повышенная плотность монтажа

Большая неровность проводников по краям; низкая прочность сцепления проводников с основанием

Фольгированный с двух сторон диэлектрик

Повышенная плотность монтажа

Значительная трудоемкость; разрыв технологического процесса из-за применения ручных операций; сверление через лаковую пленку

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

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий