4.2.3. Точность печатных плат

ГОСТ 23.751-86 предусматривает пять классов точности печатных плат, и в конструкторской документации на печатную плату должно содержаться указание на соответствующий класс, который обусловлен уровнем технологического оснащения производства. Поэтому выбор класса точности всегда связан с конкретным производством. Попытка решить эту задачу в обратном порядке может привести к тому, что Ваш проект не будет реализован.

Табл.4.5. Параметры классов точности изготовления печатных плат

Условное обозначение	Номинальное значение основных параметров для класса точности
	1	2	3	4	5
t, mm	0.75	0.45	0.25	0.15	0.1
S, mm	0.75	0.45	0.25	0.15	0.1
b, mm	0.3	0.2	0.1	0.05	0.025
f	0.4	0.4	0.33	0.25	0.2

Где t - ширина печатного проводника;

S - расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка;

b - гарантированный поясок;

f - отношение номинального значения диаметра наименьшего из металлизированых отверстий, к толщине печатной платы.

Выпуск печатных плат 2-го и 1-ro классов осуществляется на рядовом оборудовании, а иногда даже на оборудовании, не предназначенном для изготовления печатных плат. Такие ПП с невысокими (и даже с низкими) конструктивными параметрами предназначены для недорогих устройств с малой плотностью монтажа. К этому классу относятся печатные платы любительского и макетного уровня, часто единичного или мелкосерийного производства.

Печатные платы 4-го класса выпускаются на высокоточном оборудовании, но требования к материалам, оборудованию и помещениям ниже, чем для пятого класса.

Изготовление печатных плат 5-ro класса требует применения уникального высокоточного оборудования, специальных (как правило, дорогих) материалов, безусадочной фотопленки и даже создания в производственных помещениях «чистой зоны» с термостатированием. Таким требованиям отвечает далеко не каждое производство. Но ПП небольшого размера могут выполняться по пятому классу на оборудовании, обеспечивающем получение плат четвертого класса. Комплексно решить все эти проблемы удается только на реальном производстве.

Печатные платы 3-ro класса - наиболее распространенные, поскольку, с одной стороны, обеспечивают достаточно высокую плотность трассировки и монтажа, а с другой — для их производства требуется рядовое, хотя и специализированное, оборудование.

4.3. Конструкционные материалы, применяемые для изготовления печатных плат

В качестве конструкционных материалов печатных плат обычно используются фольгированные и нефольгированные слоистые диэ­лектрики (пластики) различного типа и толщины.

Фольгированные диэлектрикипредставляют собой электроизоля­ционные основания, плакированные обычно электролитической мед­ной фольгой с оксидированным гальваностойким слоем, приле­гающим к электроизоляционному основанию. В зависимости от назначения фольгированные диэлектрики могут быть односторон­ними и двусторонними и иметь толщину от 0,06 до 3,0 мм.

Нефольгированные диэлектрики, предназначенные для полуад­дитивного и аддитивного методов производства плат, имеют на поверхности специально нанесенный адгезивный слой, который слу­жит для лучшего сцепления химически осаждаемой меди с диэлек­триком.

Большинство печатных плат для технических средств ЭВМ в настоящее время изготавливают субстрактивным методом (травление фольгированного диэлектрика).

В табл. 4.7 приведен ряд марок применяемых фольгированных диэлектриков.

Диэлектрическое основание платы представляет собой обычно бумажную (гетинаксы)или текстильную(текстолиты)основу, про­питанную фенольной либо эпоксидной смолой.

Преимущество гетинаксовзаключается в том, что они легко поддаются механической обработке, поэтому возможна организация серийного и массового производства. К недостаткам материалов этого типа относятся повышенная чувствительность к влажности и нестабильность размеров.

В настоящее время намечается тенденция к использованию эпоксидной невоспламеняющейся бумаги, которая обладает лучшей стабильностью параметров и более приспособлена к автоматизации.

В стеклотекстолитахв качестве основы используют стеклоткань, пропитанную эпоксидной смолой. Они применяются, в основном, для производства ДПП и МПП.

Смеси «эпоксидная смола-стеклоткань» придаются определенные характеристики, зависящие от соотношения используемого кол-ва смолы и скорости проведения процесса отвердения. Заданная толщина диэлектрика достигается путем набора определенного кол-ва листов, а с наружных сторон добавляют листы фольгированной меди, которая предварительно подвергаются оксидированию со стороны, входящей в контакт с мате­риалом. Весь комплект помещается между идеально чистыми пол­ированными плитами гидравлического пресса многоярусного типа, оснащенного системой подогрева.

К числу важнейших характеристик материалов печатных плат обычно относятпределы прочности при растяжении и изгибе, мак­симальное удлинение, прочность сцепления фольги, максимальное удлинение при механических нагрузках или воздействии темпера­туры, стойкость к перегибам, максимальную рабочую температуру, допустимое кратковременное воздействие температуры, влагопоглощение, сопротивление изоляции, электрическую прочность, диэлек­трическую проницаемость и потери и др. При анализе характеристик диэлектрических материалов необходимо учитывать также, что ряд прочностных характеристик, коэффициенты термического расшире­ния материалов зависят от геометрических направлений.

Медная фольга имеет толщину преимущественно 35 и 50 мкм.

Для увеличения плотности соединений при субстрактивном мето­де формирования проводящего рисунка МПП (ширина линий 125...150 мкм) в последнее время все чаще используется тонкая фольга толщиной 5 и 10 мкм. Однако производство такой фольги связано с определенными трудностями. Поэтому обычно, если тре­буется наименьшая ширина линии проводящего рисунка, применяют аддитивные или полуаддитивные методы.

Из других материалов, используемых при изготовлении печатных плат, наиболее широко применяют никель и серебро в качестве металлического резиста, для обеспечения пайки, сварки. Кроме того, используется целый ряд других металлов и сплавов (например, олово — висмут, олово — индий, олово — никель и т. д.), назна­чение которых — обеспечение избирательной защиты или низкого контактного сопротивления, улучшение режимов пайки. Дополни­тельные покрытия, увеличивающие электропроводность печатных проводников, в большинстве случаев выполняют гальваническим осаждением, реже — способами вакуумной металлизации и горячего лужения.

В отличие от жестких печатных плат гибкие платымогут применяться как в стационарном режиме пайки, так и в динамическом. Если в первом случае ГПП подвергаются перегибам только во время производства и монтажа, то во втором они подвергаются постоянному или периодическому воздействию напряжения изгиба в результате качающего, сочленяющего или скручивающего усилия. Поэтому одна из важнейших характеристик ГПП (при сохранении всех остальных требований к ее материалам) — высокая устойчивость диэлектрических материалов ГПП к механическим воздействиям, т. е. к снятию и отслоению печатных проводников от основания. Эта устойчивость характеризуется числом перегибов на определен­ном радиусе и адгезией металлической фольги к диэлектрику. Ос­новные материалы для ГПП: лавсан фольгированный (ЛФ-1) и полиимид фольгированный (ПФ-1, ПФ-2). Полиимид обладает наи­лучшими характеристиками (за исключением стоимости) и является самым распространенным диэлектриком для ГПП. При необходи­мости обеспечения низкой стоимости чаще всего используется лав­сан.

До недавнего времени фольгированные диэлектрики на основе эпоксидно-фенольных смол, а также применяемые в ряде случаев диэлектрики на основе полиимидных смол удовлетворяли основным требованиям изготовителей печатных плат. Необходимость улучше­ния теплоотвода от ИМС и БИС, требования низкой диэлектриче­ской проницаемости материала платы для быстродействующих схем, важность согласования коэффициентов термического расширения материала платы, корпусов ИМС и кристаллоносителей, широкое внедрение современных методов монтажа привели к необходимости разработки новых материалов. Широкое применение в современных конструкциях технических средств ЭВМ находят МПП на основе керамики.Применение керамических подложек для изготовления печатных плат обусловлено прежде всего использованием высоко­температурных способов создания проводящего рисунка с мини­мальной шириной линий, однако используются и другие преиму­щества керамики (хорошая теплопроводность, согласование по ко­эффициенту термического расширения с корпусами ИМС и носи­телями и т. п.). При изготовлении керамических МПП наиболее широко используется толстопленочная технология.

В керамических основаниях в качестве исходных материаловшироко применяются оксиды алюминия и бериллия, а также нитрид алюминия и карбид кремния.

Основным недостатком керамических плат является ограничен­ность их размеров (обычно не более 150x150 мм), что обусловлено в основном хрупкостью керамики, а также сложностью достижения необходимого качества.

Формирование проводящего рисунка (проводников) осуществля­ется трафаретной печатью.В качестве материалов проводников в керамических платах подложечного вида (рис. 4.5, а) используютсяпасты, состоящие из металлических порошков, органического свя­зующего вещества и стекла. Для проводниковых паст, которые должны обладать хорошей адгезией, способностью выдерживать мно­гократную термообработку, низким удельным электрическим сопро­тивлением, применяются порошки благородных металлов: платины, золота, серебра. Экономические факторы заставляют применять также пасты на основе композиций: палладий — золото, платина — серебро, палладий — серебро и др.

Изоляционные пастыизготавливаются на основе кристаллизую­щихся стекол, стеклокристаллических цементов, стеклокерамики. В качестве материалов проводников в керамических платах пакет­ного вида (рис. 4.5, б) используются пасты, изготовленные на основе порошков тугоплавких металлов: вольфрама, молибдена и др. В качестве основания заготовки и изоляторов применяются ленты из сыров керамики на основе оксидов алюминия и бериллия, карбида кремния, нитрида алюминия.

Металлические жесткие основания,покрытые диэлектриком, ха­рактеризуются (как и керамические) высокотемпературным вжиганием в подложку толстопленочных паст на основе стекол и эмалей. Особенности плат на металлическом основании — повышенная теплопроводность, конструкционная прочность и ограничения по быстродействию из-за сильной связи проводников с металлическим основанием.

Широкое применение находят пластины из стали, меди, титана, покрытые смолой или легкоплавким стеклом. Однако наи­более совершенным по комплексу показаний является анодирован­ный алюминий и его сплавы с достаточно толстым слоем оксида. Анодированный алюминий применяется также для тонкопленочной многослойной разводки плат.

Перспективно применение в печатных платах оснований со слож­ной составной структурой, включая металлические прокладки, а также оснований из термопластиков.

Основания из фторопласта со стекловолокном используются в быстродействующих схемах. Различные композиционные основания из кевлара и кварца» а также медь — инвар — медь используются в тех случаях, когда необходимо иметь термический коэффициент расширения, близкий к коэффициенту расширения оксида алюми­ния, например в случае монтажа на плату различных керамических кристаллоносителей (микрокорпусов). Сложные подложки на основе полиимида используются главным образом в мощных схемах или при высокотемпературных применениях печатных плат.