Различают следующие виды печатных плат по конструкторскому исполнению:
1.Односторонние печатные платы.
1.1) Платы на плоском слоистом диэлектрике.
1.2) Платы на рельефном литом диэлектрике.
1.3) Платы без металлизации отверстий.
1.4) Платы с металлизацией отверстий.
Эти платы более надежны в эксплуатации т.к. обеспечивается лучшее сцепление навесных ИМС и ЭРЭ с печатными проводниками и с основной платой.
2. Двухсторонние печатные платы
2.1) Платы на диэлектрическом основании
2.2) Платы на металлической подложке.
Они применяются тогда, когда нужно обеспечить отвод тепла при размещении на плате тепловыделяющих ЭРЭ, полупроводниковых приборов и ИМС большей мощности.
3. Многослойные печатные платы – это платы, которые состоят из чередующихся слоёв изоляционного материала и проводящего рисунка. Рисунок соединяется между собой прокладками в монолитную структуру путём прессования.
3.1) Платы на слоистых пластиках.
3.2) Платы на керамическом основании. На эти платы методом трафаретной печати наносят проводники. При температуре около 700 0С происходит вжигание проводников и резисторов в основание, предварительно обожженное при температуре 1600 0С. В результате получается прочная, керамическая, химически инертная монолитная структура со стабильными параметрами и относительно высокой теплопроводностью.
3.3)Платы без межслойных соединений.
3.4) Платы с межслойными соединениями.
4. Гибкие печатные платы.
4.1) Гибкие платы используются в конструкциях, где подвергаются постоянному или периодическому воздействию напряжения изгиба. Поэтому одна из важнейших характеристик гибких печатных плат – высокая устойчивость диэлектрических материалов к механическим воздействиям, т.е к отслоению печатных проводников от основания.
4.2) Гибкие шлейфы и кабели.
5. Проводные печатные платы.
5.1) Платы с печатным рисунком
3.4.1.1 Методы конструирования печатных плат
Выделяют следующие методы конструирования ПП:
1). Ручной метод.
2) Полуавтоматизированный метод.
3) Автоматизированный метод.
При ручном методе размещение изделий электронной техники на печатной плате и трассировку печатных проводников осуществляет конструктор. Этот метод обеспечивает оптимальное распределение проводящего рисунка.
Порядок организации работ при ручном методе:
Принципиально-электрическая схема разбивается на функционально связанные группы и производится размещение навесных элементов в каждой этой группе. Группа элементов, имеющая наибольшее количество связей с уже размещенной группой навесных элементов размещается рядом и т.д.
Полуавтоматизированный метод предполагает размещение навесных изделий электронной техники с помощью ЭВМ и ручная трассировка, или ручное размещение изделий электронной техники и автоматизированная трассировка. Этот метод обеспечивает более высокую производительность в сравнении с ручным методом.
Автоматизированный метод предусматривает кодирование исходных данных, размещение навесных элементов и трассировку печатных проводников с использованием ЭВМ. Допускается доработка отдельных соединений вручную.
Ограничения при проектировании:
1) размещение массивных элементов на поверхности печатной платы: особенно учитывается при предполагаемой эксплуатации изделия в условиях механических воздействий;
2) размещение тепловыделяющих элементов: их следует размещать вдали от элементов, которые чувствительны к теплу и могут изменять свои параметры при изменении температуры;
3) обеспечение электромагнитной совместимости элемента: близкое размещение отдельных элементов может создать возникновение емкостной или индуктивной связи между ними, а эти связи принципиальной схемой не предусмотрены. Эти различия нарушают работоспособность устройства, и вместо усилителя мы можем получить, например, генератор [7].
3.5.2 Основные требования к печатным платам
Координатная сетка определяет размещение навесных и печатных элементов на плате, а также требования к техническому оборудованию, оснастке и контрольно испытательной аппаратуре. Рекомендуется разрабатывать платы прямоугольной формы.
Толщина печатной платы соответствует толщине фольгированых диэлектриков и в большинстве случаев не превышает 3 мм. По периферии печатной платы располагаются выемки и пазы, контуры которых необходимо совмещать с линиями координатной сетки. Все центры монтажных, переходных и крепежных отверстий следует располагать в узлах координатной сетки. Если в конструкции элемента отсутствуют выводы расстояния, между которыми кратно шагу координатной сетки, то в узлы сетки располагают центр одного, принятого за основание. Отверстия на печатной плате располагают так, чтобы минимальное расстояние между внешним контуром платы и краем отверстия было не менее толщины платы.
Переходным элементом к печатному проводнику является контактная площадка. Минимальные размеры контактных площадок определяются исходя из номинального диаметра отверстия. Одним из элементов конструкции печатной платы является ширина печатных проводников, которые определяются следующими основными параметрами:
1) допустимой токовой нагрузки;
2) допустимой температурой нагрева;
3) толщиной печати проводников;
4) разрешающей способностью технологией изготовления печатных плат.
На чертеже печатной платы отверстия показывают упрощения одной окружностью без окружности и контактной площадки. Отверстия диаметром 0.8 мм используют как монтажное и переходное наиболее часто. Это отверстие должно быть незачерненным.
Проводники шириной менее 2,5 мм изображают сплошной основной линией, которая является осью симметрии проводника. Действительная ширина проводника оговаривается в технических требованиях. Проводники шириной более 2-2,5 мм изображают двумя линиями. Их либо располагают симметрично координатной сетке, штрихуют и подставляют к сетке. А если он совпадает с координатной сеткой, то штрихуется, но размер не ставится [12].
3.5.3 Материалы, применяемые для изготовления печатных плат
Материалы для изготовления плат выбирают по ГОСТ 10316- 78.
Для ПП, предназначенных для эксплуатации в условиях первой и второй группы жёсткости, по ГОСТ 23752-79 рекомендуется применять материалы на основе бумаги.
Физико-механические свойства материалов должны удовлетворять установленным техническим условиям (ТУ) и обеспечить качественное изготовление ПП в соответствии с типовыми ТП. Для изготовления плат применяют слоистые пластинки - фольгированные диэлектрики. Слоистые пластинки должны обладать высокой химической и термической стойкостью, влагопоглощением не более 0,2 - 0,8 % , выдерживать термоудар в течение 5-20с. Однако с развитием аддитивной технологии применяются и нефольгированные диэлектрики. Исходными материалами для изготовления фольгированных диэлектриков являются: наполнитель, пропиточные смолы, адгезивы, катализирующие добавки и металлическая фольга.
В качестве основы в слоистых пластиках используют гетинакс, представляющий собой спрессованные слои электроизоляционной бумаги, пропитанные фенольной смолой, стеклотекстолиты – спрессованные слои стеклоткани, пропитанные эпоксифенольной смолой, фольгированный диэлектрик (тонкий, для МПП, для микроэлектроники), фторопласт (фольгированный, армированный), сталь эмалированная и другие материалы.
В данном курсовом проекте в качестве материала ПП был взят гетинакс. Рассмотрим более подробно его свойства, преимущества и недостатки, а также некоторые особенности других материалов.
Гетинакс, обладая удовлетворительными электроизоляционными свойствами в нормальных климатических условиях, хорошей обрабатываемостью и низкой стоимостью, нашёл применение в производстве бытовой РЭА. Для ПП, эксплуатируемых в сложных климатических условиях с широким диапазоном рабочих температур (от -60 0С до +180 0С) в составе электронно-вычислительной аппаратуры, техники связи, измерительной техники, применяют более дорогие стеклотекстолиты. Они отличаются широким диапазоном рабочих температур, низким (0,2-0,8 %) водопоглощением, высокими значениями объёмного и поверхностного сопротивлений, стойкостью к короблению.
Для изготовления фольгированных диэлектриков используется в основном электролитическая медная фольга, одна сторона которой должна иметь гладкую поверхность для обеспечения точного воспроизведения печатной схемы, а другая должна быть шероховатой с высотой микронеровностей не менее 3 мкм для хорошей адгезии к диэлектрику. Для этого фольгу подвергают оксидированию электрохимическим путём в растворе едкого натра. Фольгирование диэлектриков осуществляют прессованием при температуре 160-180 0С и давлении 5-15 МПА.
Керамические материалы характеризуются высокой механической прочностью, которая незначительно изменяется в диапазоне температур 20-700 С, стабильностью электрических и геометрических параметров, низкими (до 0,2 %) водопоглощением и газовыделением при нагреве в вакууме. Недостатки керамических материалов: являются хрупкими и имеют высокую стоимость.
В качестве металлической основы плат используют сталь и алюминий. На стальных основаниях изолирование токоподводящих участков осуществляют с помощью специальных эмалей, в состав которых входят оксиды магния, кальция, кремния, бора, алюминия или их смеси. Плёнку наносят на основание путём прокатки между вальцами с последующим вжиганием [14].
3.5.4 Методы изготовления печатных плат
Заготовки печатных плат (ПП) рекомендуется изготовлять вырубкой или отрезкой. Фиксирующие, технологические, металлизированные и монтажные отверстия рекомендуется получать пробивкой или сверлением. Гидроабразивная очистка поверхности заготовок и металлизированных отверстий в ДПП и МПП позволяет осуществить качественную подготовку поверхности под металлизацию. Подготовка поверхности заготовок под нанесение фоторезиста или защитной краски осуществляется абразивной зачисткой. Для обработки контура ПП в зависимости от требований к обрабатываемой поверхности следует применять штамповку, обрезку на гильотинных ножницах, обработку алмазным кругом или фрезерование.