Друковані_плати

Друковані плати

Друкована плата (англ. Printed circuit board) — пластина, виконана з діелектрика (текстоліт, гетинакс тощо), на якій сформований хоча б один провідний малюнок. На друковану плату монтуються електронні компоненти, які з'єднуються своїми виводами з елементами провідного малюнка паянням, або, значно рідше, зварюванням, у результаті чого збирається електронний модуль (або змонтована друкована плата).

Терміни та визначення основних понять в галузі друкованих плат встановлює ДСТУ 2646-94. Основні з них:

•друкований монтаж — спосіб монтажу, згідно з яким сполучення елементів електричного пристрою виконано за допомогою друкованих провідників;

•рисунок (друкованої плати) — конфігурація провідникового та (або) діелектричного матеріалів, отримана друком відповідного зображення на друкованій платі;

•провідний рисунок — рисунок друкованої плати, утворений провідниковим матеріалом;

•основа (друкованої плати) — частина друкованої плати, на поверхні або в об’ємі якої виконано провідний рисунок;

•однобічна друкована плата — друкована плата з провідним рисунком лише на одному боці;

•товщина (друкованої плати) — товщина матеріалу основи друкованої плати, включаючи провідний рисунок або рисунки;

•друкований провідник — одна провідна смужка у провідному рисунку;

•ширина друкованого провідника — поперечний розмір друкованого провідника в будь-якому місці, видимому в плані;

•контактна площина — частина провідного рисунка, яка використовується для сполучення елементів радіоелектронної апаратури;

•металізований отвір — отвір у друкованій плати з осадженим на стінках провідниковим матеріалом;

•координатна сітка — сітка, яка визначає положення елементів рисунка друкованої плати у прямокутній або полярній системі координат;

•вузол координатної сітки — точка перетину ліній координатної сітки;

•крок координатної сітки — відстань між сусідніми лініями координатної сітки у лінійних або кутових одиницях.

Переваги друкованих плат

•Підвищення щільності розміщення компонентів і щільності монтажних з'єднань, можливість істотного зменшення габаритів і ваги виробів;

•Отримання друкованих провідників, електро- і радіодеталей в одному технологічному циклі;

•Гарантована стабільність і повторюваність електричних характеристик (провідності, паразитних ємності й індуктивності);

•Підвищення швидкодії і перешкодозахищеності схем;

•Підвищена стійкість до кліматичних та механічних впливів;

•Уніфікація і стандартизація конструктивних і технологічних рішень;

•Збільшення надійності вузлів, блоків і пристрою в цілому;

•Поліпшення технологічності за рахунок комплексної автоматизації монтажноскладальних і контрольно-регулювальних робіт;

•Зниження трудомісткості, матеріаломісткості і собівартості виробу.

До недоліків слід віднести складність внесення змін у конструкцію і обмежену ремонтопридатність.

Загальні вимоги до друкованих плат

•Діелектрична підстака ДП має бути однорідною за кольором, монолітною за структурою і не мати внутрішніх бульбашок і раковин, сторонніх включень, відколів, тріщин і розшарувань.

•Провідний рисунок ДП повинен бути чітким, з рівними краями, без здуття, відшарувань, розривів, слідів інструменту і залишків технологічних матеріалів.

•Для підвищення корозійної стійкості та покращення паяємості на поверхню провідного рисунка наносять електролітичне покриття, яке має бути суцільним, без розривів і відшарувань.

•Монтажні і фіксуючі отвори повинні бути розташовані згідно з вимогами креслення і мати допустимі відхилення, зумовлені класом точності ДП. Для підвищення надійності паяних з’єднань внутрішню поверхню монтажних отворів покривають шаром міді товщиною не менше 25 мкм. Покриття повинне бути суцільним, без включень, пластичним і міцно зчепленим з діелектричною підставкою.

•Контактні майданчики являють собою ділянки металевого покриття, які з'єднують друковані провідники з металізацією монтажних отворів. Їх площа повинна бути такою, щоб не було розривів під час свердління і залишився гарантійний поясок міді шириною не менше 50 мкм.

•Плата повинна бути контролепридатною, тобто мати додаткові контактні майданчики для зондів (пробників) для внутрішньосхемного контролю. Як правило, ці додаткові елементи зменшують щільність компоновки на 10-15%.

Види друкованих плат

Залежно від числа нанесених друкованих провідних шарів друковані плати поділяються на одно-, дво- і багатошарові. Перші два типи називають також одно- і двосторонніми.

Односторонні друковані плати (ОДП) виконуються на шаруватому пресованому або рельєфному литому підставі без металізації або з металізацією монтажних отворів. Плати на шаруватому діелектрику прості по конструкції і економічні у виготовленні. При неможливості стовідсоткової розводки друкованих провідників застосовуються навісні перемички. Їх застосовують для монтажу побутової радіоапаратури, блоків живлення, пристроїв техніки зв'язку, в простій РЕА та допоміжної апаратури. Низькі витрати, високу технологічність і нагревостойкость мають рельєфні литі ПП, на одній стороні яких розташовані елементи друкованого монтажу, а на іншій - об'ємні елементи (корпусу з'єднувачів, периферійна арматура для кріплення деталей і ЕРЕ, тепловідводи та ін.) У цих платах за один технологічний цикл виходить вся конструкція з монтажними отворами і спеціальними заглибленнями для розташування ЕРЕ, монтованих на поверхню.

Двосторонні друковані плати (ДДП) мають проводить малюнок на обох сторонах діелектричного або металевого підстави і забезпечують високу щільність установки компонентів і трасування. Переходи провідників із шару в шар здійснюються через металізовані перехідні отвори. Плати допускають як монтаж компонентів на поверхні, у тому числі з двох сторін, так і монтаж компонентів з осьовими і штирові висновками в металізовані отвори. ДПП є найпоширенішою різновидом ПП в виробництві модулів РЕА, використовуються у вимірювальній техніці, системах управління та автоматичного регулювання.

Багатошарові друковані плати (БДП) складаються з чергуються шарів ізоляційного матеріалу з провідними малюнками на двох або більше шарах, між якими виконані необхідні з'єднання, з'єднаних клейовими прокладками в монолітну структуру шляхом пресування. Електричний зв'язок між провідними верствами виконується спеціальними об'ємними деталями, друкованими елементами або хіміко-гальванічної металізацією. У порівнянні з ОПП та ДПП вони характеризуються підвищеною надійністю і щільністю монтажу, стійкістю до механічних і кліматичних впливів, зменшенням розмірів і кількості контактів. Однак більша трудомісткість виготовлення, висока точність малюнка і суміщення окремих шарів, необхідність ретельного контролю на всіх операціях, низька ремонтопридатність, складність технологічного обладнання і висока вартість дозволяють застосовувати МПП тільки для ретельно відпрацьованих конструкцій радіоелектронної апаратури.

Завдання конструювання друкованих плат.

У РЕА друковані плати застосовують практично на всіх рівнях конструктивної ієрархії: на нульовому - в якості підставки гібридних схем і мікрозборок, на першому і наступних - в якості підставки, що механічно і електрично об'єднує всі елементи, що входять в електричну принципову схему РЕА і її вузлів. При розробці конструкції друкованих плат вирішуються наступні взаємопов'язані між собою завдання:

1)схемотехнічні - трасування друкованих провідників, мінімізація шарів тощо;

2)радіотехнічні - розрахунок паразитних наведень, параметрів ліній зв'язку та ін.;

3)теплотехнічні - температурний режим роботи ДП, тепловідводи;

4)конструктивні - розміщення елементів на ДП, контактування та ін.;

5)технологічні - вибір методу виготовлення, захист та ін.

Основні правила конструювання друкованих плат.

1)Максимальний розмір боку ДП не повинен перевищувати 500 мм. Це обмеження визначається вимогами міцності і щільності монтажу.

2)Співвідношення розмірів сторін ДП для спрощення компонування блоків і уніфікації розмірів ДП рекомендуються такі: 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 3:2, 5:2 і т.д.

3)Вибір матеріалу ПП, способу її виготовлення, класу щільності монтажу повинні здійснюватися на стадії ескізного проектування, так як ці характеристики визначають багато електричні параметри пристрою.

4)При розбитті схеми на шари варто прагнути до мінімізації числа шарів. Це диктується економічними міркуваннями.

5)По краях плати слід передбачати технологічну зону шириною 1,5-2,0 мм. Розміщення настановних та інших отворів, а також друкованих провідників у цій зоні не допускається.

6)Всі отвори повинні розташовуватися у вузлах координатної сітки. У крайньому випадку, хоча б перший вивід мікросхеми повинен розташовуватися у вузлі координатної сітки.

7)На друкованій платі повинен бути передбачений орієнтовний паз (або зрізаний лівий кут) або технологічні базові отвори, необхідні для правильної орієнтації плати.

8)Друковані провідники слід виконувати максимально короткими.

9)Прокладка поруч провідників вхідних і вихідних ланцюгів небажана, щоб уникнути паразитних наведень.

10)Провідники найбільш високочастотних ланцюгів прокладаються в першу чергу і мають завдяки цьому найбільш можливу коротку довжину.

11)Заземлювальні провідники слід виготовляти максимально широкими.

Конструктивні особливості ДП.

Ширину друкованих провідників розраховують і вибирають залежно від допустимого струмового навантаження, властивостей струмопровідного матеріалу, температури навколишнього середовища при експлуатації. Краї провідників повинні бути рівними, провідники без здуття, відшарувань, розривів, протравів, пор, крупнозернистості і тріщин, так як ці дефекти впливають на опір провідників, щільність струму, хвильовий опір і швидкість поширення сигналів.

Відстань між елементами провідного рисунку, розташованих на зовнішніх або в сусідніх шарах ДП, залежить від допустимої робочої напруги, властивостей діелектрика, умов експлуатації і пов'язане з завадостійкістю, спотворенням сигналів і коротких замикань.

Координатна сітка креслення ДП необхідна для координації елементів друкованого рисунка. У вузлах перетинань сітки розташовуються монтажні та перехідні отвори. Основним кроком координатної сітки прийнятий розмір 0,5 мм в обох напрямках. Якщо цей крок не задовольняє вимогам конкретної конструкції, можна застосовувати крок, рівний 0,05 мм. При використанні мікросхем і елементів з кроком виводів 0,625 мм допускається застосування кроку координатної сітки 0,625 мм. При використанні мікросхем зарубіжного виробництва з відстанями між висновками за дюймової системі допускається використання кроку координатної сітки, кратного 2,54 мм.

Діаметри монтажних і перехідних отворів (металізованих і неметалізованих) повинні вибиратися з ряду

0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,1; 1,2; 1,4, 1,5, 1,6; 1,7; 1,8; 2,0; 2,1; 2,2; 2,3; 2,4; 2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 3,0.

Монтажні отвори призначені для установки мікросхем та інших елементів, а перехідні отвори для електричного зв'язку між шарами або сторонами ДП.

Розміри ДП, якщо вони спеціально не оговорені в ТЗ, визначаються з урахуванням кількості встановлюваних елементів, їх настановних площ, кроку установки, зон установки роз’єму тощо. Співвідношення лінійних розмірів сторін ДП має становити не більше 3:1.