При разработке радиолюбительских двусторонних печатных плат нужно стремиться обойтись без специальных перемычек между сторонами платы, используя для этого контактные площадки соответствующих выводов монтируемых деталей; выводы в этих случаях пропаивают с обеих сторон платы. На сложных платах иногда удобно некоторые детали подпаивать непосредственно к печатным проводникам.
При использовании сплошного слоя фольги платы в роли общего провода отверстия под выводы, не подключаемые к этому проводу, следует раззенковать со стороны деталей.
2.2 Выбор способа изготовления печатной платы
Применение печатных плат создаёт предпосылки для механизации и автоматизации процессов сборки электронной аппаратуры, повышает её надёжность, обеспечивает повторяемость параметров монтажа.
Печатный монтаж – это нанесение на изоляционное основание тонких электропроводящих покрытий (печатных проводников), выполняющих функции монтажных проводов для соединения элементов схемы.
Печатные платы служат для размещения и закрепления элементов устройства на одном основании, а печатный монтаж обеспечивает связь между этими элементами в соответствии с принципиальной схемой устройства.
Наряду с традиционным проводным монтажом печатные платы являются основным этапом в подготовке устройства к производству и имеют ряд преимуществ, т. е. они позволяют:
- Увеличить плотность монтажных соединений и возможность миниатюризации компоновки радиоэлементов и блоков внутри устройства;
- Организовать изготовление печатных проводников и электрорадиоэлементов в одном технологическом цикле;
- Гарантированная стабильность и повторяемость электрических характеристик;
- Повышенная стойкость устройства к климатическим и механическим воздействиям;
- Провести унификацию конструкторских и технологических решений;
- Увеличить надежность;
- Организовать комплексную автоматизацию работ по изготовлению устройства;
По конструктивному исполнению все печатные платы можно подразделить на: односторонние, двухсторонние, однослойные и многослойные.
Односторонние печатные платы представляют собой диэлектрическое основание, на одной стороне которого выполнен печатный монтаж, а на другой стороне размещаются элементы устройства.
У двухсторонних печатных плат печатный монтаж выполнен на двух сторонах, а переход токопроводящих линий осуществляется металлизированными контактными отверстиями. Такое исполнение печатной платы позволяет обеспечить большую плотность размещения печатных проводников.
Многослойные печатные платы состоят из чередующихся слоев материала с проводящим рисунком, соединенных клеевыми прокладками в монолитное основание путем прессования. Такое исполнение печатной платы позволяет обеспечить наибольшую плотность и надежность печатного монтажа, что в свою очередь позволяет уменьшить габаритные размеры печатной платы.
Теперь рассмотрим более подробно методику нанесения токопроводящего рисунка на подложку печатной платы. Существует несколько способов:
1 Химическое травление;
2 Электрохимическое осаждение;
3 Комбинированный.
Наиболее распространенным из этих методов является метод химического травления.
Организация процесса химического травления фольгированного материала осуществляется при помощи специально изготавливаемых для этих целей химических составов. Существует широкая номенклатура таких реактивов, большинство из которых довольно легко можно изготовить даже в домашних условиях. Наиболее простыми способами травления фольгированного материала в процессе изготовления печатной платы является:
1 Участки фольги, которые на полученном рисунке должны остаться в виде проводников, покрывают нитролаком, или клеем БФ, подкрашенным несколькими каплями чернил. После высыхания краски рисунок проверяют на соответствие чертежу и при необходимости корректируют его. Затем в стакане холодной воды растворяют 4 – 6 таблеток перекиси водорода и осторожно добавляют 15 – 25 мл концентрированной серной кислоты. Раствор выливается в стеклянную или керамическую емкость, в которую помещается плата. Время травления в данном растворе примерно 1 час.
2 Раствор хлорного железа в воде: в 200 мл воды растворяют 150 г хлорного железа в порошке. Для приготовления хлорного железа берут 9 % -ную соляную кислоту и мелкие железные опилки. На 25 объемных частей кислоты берут одну часть железных опилок. Опилки засыпают в открытый сосуд с кислотой и оставляют на несколько дней. Через 5 – 6 дней раствор окрасится в желто-бурый цвет, что означает готовность раствора к применению.
3 Травление платы в концентрированном растворе азотной кислоты занимает 1 –5 минут, но требует осторожности. После травления плату тщательно промывают водой с мылом.
Существует также механический способ изготовления печатной платы без применения химикатов. Данный процесс осуществляется следующим образом: требуемых размеров плату вырезают из фольгированного материала, сверлят все необходимые отверстия и наносят на нее рисунок печатного монтажа. Контуры обводят острым шилом. Фольгу там, где это необходимо снимают при помощи резака. Для изготовления платы средней сложности приведенным способом затрачивается 1,5 – 2 часа. При применении данного метода незначительно ухудшается качество платы.
Как и для любого устройства, для изготовления печатной платы также существует своя методика:
-Сначала на клетчатой бумаге вычерчивается плата в натуральную величину.
-Следующим действием изготавливается копия этого чертежа, на котором отмечены только места, где необходимо просверлить отверстия для установки в них радиоэлементов и цифровых интегральных микросхем.
-Эта копия наклеивается на пластину фольгированного стеклотекстолита со стороны фольги. Применять для изготовления печатной платы гетенакс или текстолит не рекомендуется, т. к. существует высокая вероятность, что при повторной пайке печатные проводники отклеятся.
-Следующим этапом является проделывание отверстий для установки радиоэлементов и микросхем. Сверлятся отверстия обычно сверлами с диаметром от 0,5 до 1,0 мм, в зависимости от элементов.
-После вся плата со стороны фольги покрывается слоем нитрокраски и высушивается не менее 20 мин.
-Затем производится тщательное обследование печатной платы и в местах где краска попала мимо печатных проводников производится ее удаление при помощи скальпеля.
-Готовая плата травится обычным способом в растворе хлорного железа. Однако и здесь существует одна небольшая хитрость, для ускорения процесса травления печатную плату нужно травить в вертикальном положении. При этом продукты реакции не будут оседать на печатную плату, и не будут препятствовать процессу травления.
2.3 Разработка компоновки устройства
Процесс создания радиоэлектронной аппаратуры включает в себя выполнение всех проектов и расчетов в виде технической, конструкторской и технологической документации в объеме, необходимом и достаточном для многократного повторения конструкции в производстве.
В самом общем виде требования к любой конструкции состоят в том, что она должна обладать высоким качеством и надежностью функционирования, сохраняя эти свойства при заданных внешних воздействиях.
Конструкция должна обладать достаточной механической прочностью и жесткостью.
Каждый технический объект конструирования является сложной системой, состоящей из различных блоков и узлов.
Низшим уровнем любой конструкции являются электрорадиоэлементы: конденсаторы, резисторы, п/п приборы, ИМС, провода, кабели, коммутационные элементы. Прежде чем приступить к изготовлению печатной платы и корпуса, нужно сделать их рисунок. Для этого вначале подбирают необходимые детали. При расположении электрорадиоэлементов на рисунках (на печатной плате и внутри корпуса) следует учитывать размеры ЭРЭ, учитывать при компоновке места для крепления платы, места крепления элементов с оригинальными типоразмерами и др. Обозначив на бумаге детали и выводы, проводят линии, соединяющие детали, как указанно на принципиальной схеме. Необходимо следить, что бы соединительные линии не пересекались. При этом можно изменять предварительное расположение деталей.
Для компоновки блоков необходимо иметь принципиальную схему устройства, а так же габаритно-устоновочные чертежи, узлов и приборов, входящих в общую схему.
Существуют следующие методы компоновки РЭА:
- аналитическая компоновка;
- модельная и аппликационная компоновка;
- графическая компоновка.
Аналитическая компоновка производится на начальных этапах проектирования РЭА с целью получения обобщённых характеристик конструктивных параметров изделия.
Модельной и аппликационной компоновки основаны на использовании объёмных и плоских моделей ЭРЭ, изготовленных из картона и пенопласта. Данные методы широко применяют при проектировании печатных плат и расположения всех деталей внутри корпуса. С помощью модельной и аппликационной компоновки находят оптимальное взаимное расположение деталей, на основании которого делают сборочный чертёж.
Графическую компоновку выполняют на листе бумаги, вычерчивая контура компонуемых деталей. Графическую компоновку рекомендуется выполнять после модельной и аппликационной компоновки. После этого приступаем к изготовлению печатной платы. А когда готова печатная плата – изготовляется корпус.
2.4 Поиск и устранение неисправностей
Процедура поиска и устранения неисправностей истолковывается просто как ремонт отказавшего устройства. Специалист, занятый поиском и устранением неисправностей, кроме всего прочего, должен уметь оценивать качество функционирования радиоэлектронной аппаратуры путём сопоставления своих теоретических знаний с реальным поведением устройства. Такая оценка должна проводиться до и после ремонта неисправного устройства.