Šta to predstavlja štampano ploče A?

Printed ploče A ili ploče A, je ploča ili ploča koja se sastoji od jednog ili dva provodljiva uzorka smještena na površini dielektrične baze, ili sistema provodljivih uzoraka smještenih u volumenu i na površini dielektrične baze, međusobno povezanih u skladu sa dijagramom strujnog kola, namijenjena za električno povezivanje i mehaničko pričvršćivanje elektronskih proizvoda, kvantne elektronike i električnih proizvoda instaliranih na njemu - pasivne i aktivne elektronske komponente.

Najjednostavniji štampano ploče oh je ploče A, koji sa jedne strane sadrži bakrene provodnike štampano ploče s i povezuje elemente provodnog uzorka samo na jednoj od njegovih površina. Takve ploče s poznat kao jednoslojni štampano ploče s ili jednostrano štampano ploče s(skraćeno kao AKI).

Danas najpopularniji u proizvodnji i najrasprostranjeniji štampano ploče s, koji sadrže dva sloja, odnosno sadrže provodljivi uzorak na obje strane ploče s– dvostrano (dvoslojno) štampano ploče s(skraćeno DPP). Prolazni spojevi se koriste za povezivanje provodnika između slojeva. instalacija metalizirane i prelazne rupe. Međutim, ovisno o fizičkoj složenosti dizajna štampano ploče s, kada je ožičenje na obje strane ploče ne postaje previše složen u proizvodnji red dostupan višeslojni štampano ploče s(skraćeno MPP), gdje se provodni uzorak formira ne samo na dvije vanjske strane ploče s, ali iu unutrašnjim slojevima dielektrika. U zavisnosti od složenosti, višeslojni štampano ploče s može se napraviti od 4,6,...24 ili više slojeva.

Za instalacija A elektronske komponente uključene štampano ploče s, potrebna je tehnološka operacija - lemljenje, kojim se dobija trajna veza delova od različitih metala unošenjem rastopljenog metala - lem koji ima više niske temperature topljenje od materijala dijelova koji se spajaju. Zalemljeni kontakti delova, kao i lem i fluks, dovode se u kontakt i podvrgavaju se zagrevanju na temperaturi iznad tačke topljenja lema, ali ispod temperature topljenja delova koji se leme. Kao rezultat toga, lem ulazi tečno stanje i vlaži površine delova. Nakon toga, zagrijavanje prestaje i lem prelazi u čvrstu fazu, formirajući vezu. Ovaj proces se može obaviti ručno ili uz pomoć specijalizirane opreme.

Prije lemljenja komponente se postavljaju štampano ploče Vodovi komponenti u prolazne rupe ploče s a zalemljeni su na kontaktne jastučiće i/ili metaliziranu unutrašnju površinu rupe - tzv. tehnologije instalacija A u rupe (THT Through Hole Technology - tehnologija instalacija A u rupe ili drugim riječima - pin instalacija ili DIP instalacija). Također, progresivnija površinska tehnologija postaje sve raširenija, posebno u masovnoj i masovnoj proizvodnji. instalacija A- naziva se i TMP (tehnologija instalacija A na površinu) ili SMT(tehnologija površinske montaže) ili SMD tehnologija (od uređaja za površinsku montažu - uređaj montiran na površinu). Njegova glavna razlika od "tradicionalne" tehnologije instalacija A u rupe je da su komponente montirane i zalemljene na kopnene jastučiće, koji su dio provodljivog uzorka na površini štampano ploče s. U površinskoj tehnologiji instalacija A Obično se koriste dvije metode lemljenja: reflow lemljenje pastom za lemljenje i lemljenje valovima. Glavna prednost metode valovitog lemljenja je mogućnost istovremenog lemljenja obje nadgradne komponente ploče s, i u rupe. Istovremeno, talasno lemljenje je najproduktivnija metoda lemljenja kada instalacija e u rupe. Reflow lemljenje se zasniva na upotrebi posebnog tehnološkog materijala - paste za lemljenje. Sadrži tri glavne komponente: lem, fluks (aktivatore) i organska punila. Lemljenje paste nanosi se na kontaktne jastučiće bilo pomoću dozatora ili kroz šablona, zatim se elektronske komponente ugrađuju sa vodovima na pastu za lemljenje i zatim se proces prelivanja lema sadržanog u pasti za lemljenje odvija u posebnim pećima zagrijavanjem štampano ploče s sa komponentama.

Kako bi izbjegli i/ili spriječili slučajni kratki spoj provodnika iz različitih strujnih krugova tokom procesa lemljenja, proizvođači štampano ploče koristi se zaštitna maska ​​za lemljenje (engleska lemna maska; poznata i kao "briljantna") - sloj izdržljivog polimernog materijala dizajniranog za zaštitu vodiča od ulaska lema i fluksa tijekom lemljenja, kao i od pregrijavanja. Lemljenje maska pokriva provodnike i ostavlja jastučiće i konektore oštrica otvorenim. Najčešće boje maski za lemljenje koje se koriste u štampano ploče A x - zelena, zatim crvena i plava. Treba to imati na umu lemljenje maska ne štiti ploče od vlage tokom rada ploče s a za zaštitu od vlage koriste se posebni organski premazi.

U najpopularnijim CAD programima štampano ploče i elektronskih uređaja (skraćeno CAD - CAM350, P-CAD, Protel DXP, SPECCTRA, OrCAD, Allegro, Expedition PCB, Genesis), u pravilu postoje pravila vezana za lemnu masku. Ova pravila definiraju razmak/odmak koji se mora održavati između ruba podloge za lemljenje i ruba maske za lemljenje. Ovaj koncept je ilustrovan na slici 2(a).

Sitotisak ili označavanje.

Označavanje (eng. Silkscreen, legenda) je proces u kojem proizvođač primjenjuje informacije o elektronskim komponentama i koji pomaže da se olakša proces montaže, pregleda i popravke. Uobičajeno, oznake se primjenjuju za označavanje referentnih tačaka i položaja, orijentacije i ocjene elektronskih komponenti. Također se može koristiti za bilo koju svrhu dizajna štampano ploče, na primjer, naznačite naziv kompanije, upute za postavljanje (ovo se široko koristi na starim matičnim pločama ploče A x personalni računari), itd. Označavanje se može primijeniti na obje strane ploče s a nanosi se najčešće sitotiskom (sitotiskom) specijalnom bojom (termičkom ili UV sušenjem) bijele, žute ili crne boje. Slika 2 (b) prikazuje oznaku i površinu komponenti, napravljenih bijelim oznakama.

Struktura slojeva u CAD-u

Kao što je navedeno na početku ovog članka, štampano ploče s može biti napravljen od više slojeva. Kada štampano ploče A dizajniran pomoću CAD-a, često se može vidjeti u strukturi štampano ploče s nekoliko slojeva koji ne odgovaraju potrebnim slojevima sa ožičenjem od provodljivog materijala (bakar). Na primjer, slojevi za označavanje i maske za lemljenje su neprovodni slojevi. Prisustvo vodljivih i neprovodnih slojeva može dovesti do zabune, jer proizvođači koriste izraz sloj kada misle samo na provodne slojeve. Od sada ćemo koristiti termin "slojevi" bez "CAD" samo kada govorimo o provodnim slojevima. Ako koristimo izraz "CAD slojevi" mislimo na sve vrste slojeva, odnosno na provodne i neprovodne slojeve.

Struktura slojeva u CAD-u:

Slika 3 prikazuje tri razne strukture slojeva. Narandžasta boja naglašava provodne slojeve u svakoj strukturi. Visina ili debljina konstrukcije štampano ploče s može varirati ovisno o namjeni, ali najčešće korištena debljina je 1,5 mm.

Vrste kućišta elektronskih komponenti

Danas na tržištu postoji veliki izbor tipova kućišta elektronskih komponenti. Obično postoji nekoliko tipova kućišta za jedan pasivni ili aktivni element. Na primjer, isto mikrokolo možete pronaći i u QFP paketu (iz engleskog Quad Flat Package - familije paketa mikrokola sa planarnim iglama smještenim na sve četiri strane) i u LCC paketu (od engleskog Leadless Chip Carrier-a - je niskoprofilno kvadratno keramičko kućište sa kontaktima koji se nalaze na dnu).

U osnovi postoje 3 velike porodice elektronskih kućišta:

Kontaktna podloga štampano ploče s(engleska zemlja)

Kontaktna podloga štampano ploče s- dio provodnog uzorka štampano ploče s, koji se koristi za električno povezivanje instaliranih elektronskih proizvoda. Kontaktna podloga štampano ploče s predstavlja dijelove izložene lemnoj maski bakarni provodnik, gdje su kablovi komponenti zalemljeni. Postoje dvije vrste jastučića - kontaktne pločice instalacija rupe za instalacija A u rupe i planarne jastučiće za površinu instalacija A- SMD jastučići. Ponekad su SMD preko jastučića vrlo slični via jastučićima. instalacija A u rupe.

Slika 4 prikazuje jastučiće za 4 različite elektronske komponente. Osam za IC1 i dva za R1 SMD jastučiće, respektivno, kao i tri jastučića sa rupama za Q1 i PW elektronske komponente.

Bakarni provodnici

Bakarni provodnici se koriste za spajanje dve tačke na štampano ploče e - na primjer, za spajanje između dva SMD jastučića (slika 5.), ili za spajanje SMD jastučića na jastučić instalacija rupu ili za spajanje dva vijasa.

Provodnici mogu imati različite proračunske širine u zavisnosti od struja koje teku kroz njih. Takođe, pri visokim frekvencijama potrebno je izračunati širinu provodnika i razmake između njih, jer otpor, kapacitet i induktivnost provodničkog sistema zavise od njihove dužine, širine i njihovog relativnog položaja.

Kroz obložene vias štampano ploče s

Kada trebate spojiti komponentu koja se nalazi na gornjem sloju štampano ploče s sa komponentom koja se nalazi na donjem sloju, koriste se propusni spojevi koji povezuju elemente vodljivog uzorka na različitim slojevima štampano ploče s. Ove rupe propuštaju struju štampano ploče u. Slika 6 prikazuje dvije žice koje počinju na jastučićima komponente na gornjem sloju i završavaju na podlogama druge komponente na donjem sloju. Svaki provodnik ima svoju rupu koja vodi struju od gornjeg sloja do donjeg sloja.

Slika 6. Povezivanje dva mikrokola kroz provodnike i metalizirane spojeve na različitim stranama štampano ploče s

Slika 7 daje detaljniji prikaz poprečnog presjeka 4-sloja štampano ploče. Ovdje boje označavaju sljedeće slojeve:

Na modelu štampano ploče s, Slika 7 prikazuje provodnik (crveni) koji pripada gornjem provodnom sloju, a koji prolazi kroz ploče y pomoću prolaza, a zatim nastavlja svoju putanju duž donjeg sloja (plavo).

Slika 7. Prolaz provodnika iz gornjeg sloja štampano ploče y i nastavlja svoj put na donjem sloju.

"Slijepa" metalizirana rupa štampano ploče s

U HDI (međusobno povezivanje visoke gustine) štampano ploče A x, potrebno je koristiti više od dva sloja, kao što je prikazano na slici 7. Tipično, u višeslojnim strukturama štampano ploče s Na kojima je instalirano mnogo IC-a, odvojeni slojevi se koriste za napajanje i uzemljenje (Vcc ili GND), i na taj način se vanjski slojevi signala oslobađaju od napojnih šina, što olakšava usmjeravanje signalnih žica. Postoje i slučajevi kada signalni provodnici moraju proći od vanjskog sloja (gornjeg ili donjeg) najkraćim putem kako bi se osigurala potrebna karakteristična impedancija, zahtjevi galvanske izolacije i na kraju zahtjevi za otpornost na elektrostatičko pražnjenje. Za ove vrste priključaka koriste se slijepe metalizirane rupe (Blind via - “blind” ili “blind”). To se odnosi na rupe koje povezuju vanjski sloj s jednim ili više unutrašnjih slojeva, što omogućava da se veza zadrži na minimalnoj visini. Slijepa rupa počinje na vanjskom sloju i završava se na unutrašnjem sloju, zbog čega ima prefiks "slijepi".

Da saznate koja je rupa prisutna ploče e, možete staviti štampano ploče iznad izvora svjetlosti i pogledajte - ako vidite svjetlost koja dolazi iz izvora kroz rupu, onda je ovo prelazna rupa, inače je slijepa.

Slijepi spojevi su korisni za korištenje u dizajnu ploče s, kada ste ograničeni veličinom i imate premalo prostora za postavljanje komponenti i usmjeravanje signalnih žica. Možete postaviti elektronske komponente sa obe strane i maksimalno iskoristiti prostor za ožičenje i druge komponente. Ako su prijelazi napravljeni kroz rupe, a ne slijepe, trebat će vam dodatni prostor za rupe jer rupa zauzima prostor sa obe strane. U isto vrijeme, slijepe rupe se mogu nalaziti ispod tijela čipa - na primjer, za ožičenje velikih i složenih BGA komponente.

Na slici 8 prikazane su tri rupe koje su dio četverosloja štampano ploče s. Ako pogledamo s lijeva na desno, prvo što ćemo vidjeti je prolazna rupa kroz sve slojeve. Druga rupa počinje na gornjem sloju i završava se na drugom unutrašnjem sloju - L1-L2 slijepi prolaz. Konačno, treća rupa počinje u donjem sloju i završava se u trećem sloju, tako da kažemo da je slijepa preko L3-L4.

Glavni nedostatak ove vrste rupa je što je više visoka cijena proizvodnja štampano ploče s sa slijepim rupama, u odnosu na alternativne prolazne rupe.

Hidden vias

engleski Zakopano preko - “skriveno”, “ukopano”, “ugrađeno”. Ovi spojevi su slični slijepim spojevima, osim što počinju i završavaju na unutrašnjim slojevima. Ako pogledamo sliku 9 s lijeva na desno, možemo vidjeti da prva rupa prolazi kroz sve slojeve. Drugi je slijepi preko L1-L2, a posljednji je skriveni preko L2-L3, koji počinje na drugom sloju i završava se na trećem sloju.

Slika 9. Poređenje prolaza, slijepe rupe i ukopane rupe.

Tehnologija proizvodnje slijepih i skrivenih spojeva

Tehnologija izrade takvih rupa može biti različita, ovisno o dizajnu koji je programer postavio i ovisno o mogućnostima fabrika a-proizvođač. Razlikujemo dva glavna tipa:

Rupa je izbušena u dvostranom radnom komadu DPP, metaliziran, ugraviran i onda ovaj radni komad, u suštini gotov dvoslojni štampano ploče A, utisnut kroz prepreg kao dio višeslojne predforme štampano ploče s. Ako je ovo prazno mjesto na vrhu "pita" MPP, onda dobijemo slijepe rupe, ako u sredini, onda dobijemo skrivene otvore.

1. U komprimovanom radnom komadu izbušena je rupa MPP, dubina bušenja se kontroliše kako bi se precizno pogodile jastučići unutrašnjih slojeva, a zatim dolazi do metalizacije rupe. Na ovaj način dobijamo samo slijepe rupe.

U složenim strukturama MPP Mogu se koristiti kombinacije gore navedenih tipova rupa - Slika 10.

Slika 10. Primjer tipične kombinacije tipova prolaza.

Imajte na umu da korištenje slijepih rupa ponekad može dovesti do smanjenja troškova projekta u cjelini, zbog uštede na ukupnom broju slojeva, bolje sljedivosti i smanjenja veličine štampano ploče s, kao i mogućnost nanošenja komponenti sa finijim nagibom. Međutim, u svakom konkretnom slučaju odluku o njihovoj upotrebi treba donijeti individualno i razumno. Međutim, ne treba pretjerano koristiti složenost i raznolikost vrsta slijepih i skrivenih rupa. Iskustvo pokazuje da kada birate između dodavanja druge vrste slijepe rupe u dizajn i dodavanja još jednog para slojeva, bolje je dodati nekoliko slojeva. U svakom slučaju, dizajn MPP mora biti dizajniran uzimajući u obzir kako će se tačno implementirati u proizvodnju.

Završni metalni zaštitni premazi

Postizanje ispravnih i pouzdanih spojeva lemljenja u elektronskoj opremi zavisi od mnogih faktora dizajna i procesa, uključujući odgovarajući nivo lemljivosti elemenata koji se spajaju, kao što su komponente i štampano provodnici. Za održavanje lemljivosti štampano ploče prije instalacija A elektronske komponente, osiguravaju ravnost premaza i za pouzdane instalacija A lemnih spojeva, bakarna površina jastučića mora biti zaštićena štampano ploče s od oksidacije, takozvani završni metalni zaštitni premaz.

Kada gledate drugačije štampano ploče s, možete primijetiti da kontaktne pločice gotovo nikada nemaju bakarnu boju, često su i uglavnom srebrne, sjajne zlatne ili mat sive. Ove boje određuju vrste završnih metalnih zaštitnih premaza.

Najčešći način zaštite zalemljenih površina štampano ploče je oblaganje bakrenih kontaktnih pločica slojem srebrne legure kalaj-olovo (POS-63) - HASL. Većina proizvedenih štampano ploče zaštićen HASL metodom. Vruće kalajisanje HASL - proces vrućeg kalajisanja ploče s, potapanjem na ograničeno vrijeme u kupku rastopljenog lema i brzim uklanjanjem upuhujući mlaz vrućeg zraka, uklanjajući višak lema i izravnavajući premaz. Ovaj premaz dominira za nekoliko posljednjih godina, uprkos svojim ozbiljnim tehničkim ograničenjima. Plat s, na ovaj način proizvedeni, iako dobro zadržavaju lemljivost tokom cijelog perioda skladištenja, nisu pogodni za neke primjene. Visoko integrisani elementi koji se koriste u SMT tehnologije instalacija A, zahtijevaju idealnu planarnost (ravnost) kontaktnih pločica štampano ploče. Tradicionalni HASL premazi ne ispunjavaju zahtjeve planarnosti.

Tehnologije premaza koje ispunjavaju zahtjeve planarnosti su premazi koji se nanose kemijski:

Potapanje zlatom (Electroless Nickel / Immersion Gold - ENIG), što je tanak zlatni film koji se nanosi preko podsloja nikla. Funkcija zlata je da pruži dobru lemljivost i zaštiti nikl od oksidacije, a sam nikal služi kao barijera koja sprečava međusobnu difuziju zlata i bakra. Ovaj premaz osigurava odličnu planarnost kontaktnih pločica bez oštećenja štampano ploče, osigurava dovoljnu čvrstoću lemnih spojeva napravljenih lemovima na bazi kositra. Njihov glavni nedostatak je visoka cijena proizvodnje.

Immersion Tin (ISn) – sivi mat hemijski premaz koji obezbeđuje visoku ravnost štampano web stranice ploče s i kompatibilan sa svim metodama lemljenja od ENIG-a. Proces nanošenja potapajućeg kalaja sličan je postupku nanošenja potopljenog zlata. Imerzioni lim pruža dobru lemljivost nakon dugotrajnog skladištenja, što je osigurano uvođenjem organometalnog podsloja kao barijere između bakra kontaktnih jastučića i samog kalaja. Kako god, ploče s, obložene potapajućim limom, zahtijevaju pažljivo rukovanje i treba ih čuvati u vakuumu upakovane u suhim ormarićima i ploče s sa ovim premazom nisu pogodni za proizvodnju tastatura/touch panela.

Kada koristite računare i uređaje sa blade konektorima, kontakti blade konektora su podložni trenju tokom rada. ploče s Zbog toga su krajnji kontakti galvanizovani debljim i čvršćim slojem zlata. Galvanska pozlata spojnica noževa (Gold Fingers) - premaz iz porodice Ni/Au, debljina premaza: 5 -6 Ni; 1,5 – 3 µm Au. Premaz se nanosi elektrohemijskim taloženjem (galvanizacija) i koristi se prvenstveno na krajnjim kontaktima i lamelama. Debeli, zlatni premaz ima visoku mehaničku čvrstoću, otpornost na abraziju i štetne efekte okruženje. Nezamjenjiv tamo gdje je važno osigurati pouzdan i izdržljiv električni kontakt.

Štampana ploča (PCB, ili printed wiring board, PWB) je dielektrična ploča na površini i/ili zapremini od koje se formiraju električno provodna kola elektronskog kola. Štampana ploča je dizajnirana da električno i mehanički poveže različite elektronske komponente. Elektronske komponente na štampanoj ploči su svojim terminalima povezane sa elementima provodljivog uzorka, obično lemljenjem.

Za razliku od zidni, na štampanoj ploči, elektroprovodljiva šara je napravljena od folije, koja se u potpunosti nalazi na čvrstoj izolacionoj podlozi. Štampana ploča sadrži montažne rupe i jastučiće za montažu olovnih ili ravnih komponenti. Osim toga, u štampane ploče Postoje vias za električno povezivanje sekcija folije koje se nalaze na različitim slojevima ploče. Na vanjskoj strani ploče obično se nanosi zaštitni premaz („lemna maska“) i oznake (popratni crtež i tekst prema projektnoj dokumentaciji).

U zavisnosti od broja slojeva sa elektroprovodljivim uzorkom, štampane ploče se dele na:

jednostrano (OSP): postoji samo jedan sloj folije zalijepljen na jednu stranu dielektrične ploče.

dvostrano (DPP): dva sloja folije.

višeslojni (MLP): folija ne samo na dvije strane ploče, već iu unutrašnjim slojevima dielektrika. Višeslojne štampane ploče izrađuju se lepljenjem više jednostranih ili dvostranih ploča.

Kako se povećava složenost projektovanih uređaja i gustina ugradnje, povećava se i broj slojeva na pločama.

Osnova štampane ploče je dielektrik, a najčešće korišćeni materijali su fiberglas i getinax. Također, osnova tiskanih ploča može biti metalna baza obložena dielektrikom (na primjer, anodizirani aluminij), a na vrh dielektrika nanesena je bakarna folija staza. Takve štampane ploče se koriste u energetskoj elektronici za efikasno odvođenje toplote sa elektronskih komponenti. U ovom slučaju, metalna osnova ploče pričvršćena je na radijator. Materijali koji se koriste za štampane ploče koje rade u mikrotalasnom opsegu i na temperaturama do 260 °C su fluoroplasti ojačani staklenom tkaninom (na primer FAF-4D) i keramikom. Fleksibilne ploče izrađene su od poliimidnih materijala kao što je Kapton.

Koji materijal ćemo koristiti za izradu ploča?

Najčešći, pristupačni materijali za izradu ploča su Getinax i Fiberglass. Getinax papir impregniran bakelitnim lakom, fiberglas tekstolit sa epoksidom. Definitivno ćemo koristiti fiberglas!

Fol fiberglas laminat su listovi izrađeni od staklenih tkanina, impregnirani vezivom na bazi epoksidnih smola i obostrano obloženi bakarnom elektrolitički galvanski otpornom folijom debljine 35 mikrona. Ekstremno dozvoljena temperatura od -60ºS do +105ºS. Ima vrlo visoka mehanička i električna izolacijska svojstva i lako se obrađuje rezanjem, bušenjem, štancanjem.

Fiberglas se uglavnom koristi jednostrano ili dvostrano debljine 1,5 mm i sa bakarnom folijom debljine 35 mikrona ili 18 mikrona. Koristit ćemo jednostrani laminat od fiberglasa debljine 0,8 mm sa folijom debljine 35 mikrona (zašto će biti detaljnije objašnjeno u nastavku).

Metode za izradu štampanih ploča kod kuće

Ploče se mogu proizvoditi hemijski i mehanički.

Kemijskom metodom, na onim mjestima gdje bi na ploči trebale biti tragove (uzorak), na foliju se nanosi zaštitni sastav (lak, toner, boja itd.). Zatim se ploča uranja u poseban rastvor (gvozdeni hlorid, vodikov peroksid i drugi) koji „korodira“ bakrenu foliju, ali ne utiče na zaštitni sastav. Kao rezultat toga, bakar ostaje pod zaštitnim sastavom. Zaštitni sastav se zatim uklanja otapalom i ostaje gotova ploča.

Mehanička metoda koristi skalpel (za ručnu proizvodnju) ili glodalicu. Poseban rezač pravi žljebove na foliji, ostavljajući na kraju otoke s folijom - neophodan uzorak.

Mašine za glodanje su prilično skupe, a same glodalice su skupe i imaju kratak resurs. Dakle, nećemo koristiti ovu metodu.

Najjednostavnija hemijska metoda je ručna. Lakom za rizograf crtamo tragove na ploči, a zatim ih jedkamo otopinom. Ova metoda ne dozvoljava izradu složenih ploča sa vrlo tankim tragovima - tako da to nije ni naš slučaj.

Sljedeća metoda izrade ploča je korištenje fotorezista. Ovo je vrlo uobičajena tehnologija (ploče se izrađuju ovom metodom u tvornici) i često se koristi kod kuće. Na internetu postoji mnogo članaka i metoda za izradu ploča pomoću ove tehnologije. Daje vrlo dobre i ponovljive rezultate. Međutim, ni to nije naša opcija. Glavni razlog su prilično skupi materijali (fotootpornici koji se takođe vremenom kvare), kao i dodatni alati(UV lampa, laminator). Naravno, ako kod kuće imate veliku proizvodnju ploča - tada je fotorezist bez premca - preporučujemo da ga savladate. Također je vrijedno napomenuti da nam oprema i fotorezist tehnologija omogućavaju proizvodnju sitotiska i zaštitnih maski na štampanim pločama.

Pojavom laserskih pisača, radio-amateri su ih počeli aktivno koristiti za proizvodnju ploča. Kao što znate, laserski štampač koristi "toner" za štampanje. Ovo je poseban prah koji se interesuje pod temperaturom i lijepi se za papir - rezultat je crtež. Toner je otporan na razne hemikalije, što mu omogućava da se koristi kao zaštitni premaz na površini bakra.

Dakle, naša metoda je da prebacimo toner sa papira na površinu bakrene folije, a zatim nagrizemo ploču posebnim rastvorom kako bismo napravili uzorak.

Zbog svoje lakoće upotrebe, ova metoda je postala vrlo raširena u radioamaterskim programima. Ako u Yandex ili Google upišete kako prenijeti toner sa papira na ploču, odmah ćete pronaći izraz kao što je "LUT" - tehnologija laserskog peglanja. Ploče po ovoj tehnologiji izrađuju se ovako: uzorak staza se štampa u zrcalnoj verziji, papir se nanosi na dasku sa šarom na bakru, vrh ovog papira se pegla, toner omekšava i lepi se za board. Papir se zatim natopi vodom i ploča je spremna.

Na internetu postoji "milion" članaka o tome kako napraviti ploču koristeći ovu tehnologiju. Ali ova tehnologija ima mnoge nedostatke koji zahtijevaju direktne ruke i jako dugo vremena da se prilagodite na nju. Odnosno, morate to osjetiti. Isplate ne izlaze prvi put, izlaze svaki drugi put. Postoje mnoga poboljšanja - korištenje laminatora (sa modifikacijom - uobičajeni nema dovoljno temperature), što vam omogućava da postignete vrlo dobre rezultate. Postoje čak i metode za izradu specijalnih toplotnih presa, ali sve to opet zahtijeva posebnu opremu. Glavni nedostaci LUT tehnologije:

pregrijavanje - staze se šire - postaju šire

pregrijavanje - tragovi ostaju na papiru

papir je “spržen” na ploču - čak i kada je mokar teško se skida - kao rezultat, toner se može oštetiti. Na internetu postoji mnogo informacija o tome koji papir odabrati.

Porozni toner - nakon uklanjanja papira ostaju mikropore u toneru - kroz njih se i ploča ugrize - dobijaju se korodirani tragovi

ponovljivost rezultata - danas odličan, sutra loš, pa dobar - jako je teško postići stabilan rezultat - potrebna vam je striktno konstantna temperatura za zagrijavanje tonera, potreban vam je stabilan kontaktni pritisak na ploču.

Usput, nisam uspio napraviti ploču na ovaj način. Pokušao sam to učiniti i na časopisima i na premazanom papiru. Kao rezultat toga, čak sam i pokvario ploče - bakar je nabubrio zbog pregrijavanja.

Iz nekog razloga, na Internetu postoji nepravedno malo informacija o drugoj metodi prijenosa tonera - metodi hladnog kemijskog prijenosa. Zasnovan je na činjenici da toner nije rastvorljiv u alkoholu, ali je rastvorljiv u acetonu. Kao rezultat toga, ako odaberete mješavinu acetona i alkohola koja će samo omekšati toner, onda se može "ponovno zalijepiti" na ploču od papira. Ova metoda mi se jako svidjela i odmah je urodila plodom - prva ploča je bila spremna. Međutim, kako se kasnije pokazalo, nigdje nisam mogao pronaći detaljne informacije koje bi dale 100% rezultate. Potrebna nam je metoda kojom bi čak i dijete moglo napraviti ploču. Ali drugi put nije uspjelo napraviti ploču, pa je opet trebalo dugo da se odaberu potrebni sastojci.

Kao rezultat toga, nakon mnogo truda, razvijen je niz akcija, odabrane su sve komponente koje daju, ako ne 100%, onda 95% dobrog rezultata. I što je najvažnije, proces je toliko jednostavan da dijete može napraviti ploču potpuno samostalno. Ovo je metoda koju ćemo koristiti. (naravno, možete nastaviti da ga dovodite do ideala - ako vam bude bolje, onda pišite). Prednosti ove metode:

svi reagensi su jeftini, pristupačni i sigurni

nije potreban dodatni alat (pegle, lampe, laminatori - ništa, iako ne - potrebna vam je šerpa)

nema načina da oštetite ploču - ploča se uopće ne zagrijava

papir se sam odvaja - možete vidjeti rezultat prijenosa tonera - gdje transfer nije izašao

u toneru nema pora (zapečaćene su papirom) - dakle, nema jedki

radimo 1-2-3-4-5 i uvijek dobijemo isti rezultat - skoro 100% ponovljivost

Prije nego što počnemo, hajde da vidimo koje ploče su nam potrebne i šta možemo učiniti kod kuće koristeći ovu metodu.

Osnovni zahtjevi za proizvedene ploče

Radićemo uređaje na mikrokontrolerima, koristeći moderne senzore i mikro kola. Mikročipovi postaju sve manji i manji. Shodno tome, za ploče moraju biti ispunjeni sljedeći zahtjevi:

ploče moraju biti dvostrane (u pravilu je vrlo teško ožičiti jednostranu ploču, napraviti četveroslojne ploče kod kuće je prilično teško, mikrokontrolerima je potreban sloj zemlje za zaštitu od smetnji)

gusjenice treba da budu debljine 0,2 mm - ova veličina je sasvim dovoljna - 0,1 mm bi bilo još bolje - ali postoji mogućnost nagrizanja i odlijetanja tragova tokom lemljenja

razmaci između staza su 0,2 mm - to je dovoljno za gotovo sve strujne krugove. Smanjenje razmaka na 0,1 mm prepuno je spajanja staza i poteškoća u praćenju ploče zbog kratkih spojeva.

Nećemo koristiti zaštitne maske, niti ćemo raditi sitotisak - to će zakomplikovati proizvodnju, a ako sami pravite ploču, onda za tim nema potrebe. Opet, na internetu ima dosta informacija o ovoj temi, a ako želite, možete i sami odraditi “maraton”.

Daske nećemo kalajisati, to takođe nije potrebno (osim ako ne pravite uređaj 100 godina). Za zaštitu ćemo koristiti lak. Naš glavni cilj je da brzo, efikasno i jeftino napravimo ploču za uređaj kod kuće.

Ovako izgleda gotova ploča. izrađene po našoj metodi - staze 0,25 i 0,3, udaljenosti 0,2

Kako napraviti dvostranu ploču od 2 jednostrane

Jedan od izazova izrade dvostranih ploča je poravnavanje stranica tako da se spojevi poravnaju. Obično se za to pravi “sendvič”. Na listu papira se štampaju dvije strane odjednom. List je presavijen na pola, a strane su precizno poravnate posebnim oznakama. Unutra je postavljen dvostrani tekstolit. LUT metodom se takav sendvič pegla i dobije se dvostrana daska.

Međutim, kod metode prijenosa hladnog tonera, sam prijenos se vrši pomoću tekućine. Zbog toga je veoma teško organizovati proces vlaženja jedne strane u isto vreme kada i druge strane. To se, naravno, takođe može učiniti, ali uz pomoć specijalni uređaj- mini presa (vice). Uzimaju se debeli listovi papira - koji upijaju tečnost za prenošenje tonera. Plahte se navlaže kako tečnost ne bi kapala i plahta zadržala oblik. A onda se pravi "sendvič" - navlažena čaršava, list toalet papira da upije višak tečnosti, list sa slikom, dvostrana daska, list sa slikom, list toalet papira, navlaženi list opet. Sve je to vertikalno stegnuto u škripcu. Ali nećemo to učiniti, uradićemo to jednostavnije.

Na forumima za proizvodnju ploča pojavila se vrlo dobra ideja - kakav je problem napraviti dvostranu ploču - uzmite nož i prepolovite PCB. Budući da je fiberglas slojevit materijal, to nije teško učiniti uz određenu vještinu:

Kao rezultat, od jedne dvostrane ploče debljine 1,5 mm dobijamo dvije jednostrane polovice.

Zatim napravimo dvije ploče, izbušimo ih i to je to - savršeno su poravnate. Nije uvijek bilo moguće ravnomjerno seći PCB, pa je na kraju došla ideja da se koristi tanak jednostrani PCB debljine 0,8 mm. Dvije polovice tada ne moraju biti zalijepljene zajedno; oni će se držati na mjestu pomoću zalemljenih kratkospojnika u spojevima, dugmadima i konektorima. Ali ako je potrebno, možete ga bez problema zalijepiti epoksidnim ljepilom.

Glavne prednosti ovog planinarenja:

Tekstolit debljine 0,8 mm lako se seče makazama za papir! U bilo kojem obliku, odnosno vrlo je lako rezati da pristaje tijelu.

Tanka PCB - prozirna - svjetlucanjem svjetiljke odozdo možete lako provjeriti ispravnost svih staza, kratkih spojeva, prekida.

Lemljenje jedne strane je lakše - komponente s druge strane ne ometaju i lako možete kontrolirati lemljenje pinova mikrokola - možete spojiti strane na samom kraju

Morate izbušiti duplo više rupa i rupe se mogu malo poklapati

Krutost konstrukcije se malo gubi ako ne zalijepite ploče zajedno, ali lijepljenje nije baš zgodno

Jednostrani laminat od stakloplastike debljine 0,8 mm teško je kupiti; većina ljudi prodaje 1,5 mm, ali ako ga ne možete nabaviti, možete nožem izrezati deblji tekstolit.

Idemo dalje na detalje.

Neophodni alati i hemija

Biće nam potrebni sledeći sastojci:

Sada kada imamo sve ovo, idemo korak po korak.

1. Raspored slojeva ploče na listu papira za štampanje pomoću InkScape-a

Komplet automatskih stezaljki:

Preporučujemo prvu opciju - jeftinija je. Zatim morate lemiti žice i prekidač (po mogućnosti dugme) na motor. Bolje je postaviti dugme na kućište kako bi bilo praktičnije brzo uključivanje i isključivanje motora. Ostaje samo da odaberete napajanje, možete uzeti bilo koje napajanje sa 7-12V strujom 1A (moguće je manje), ako nema takvog napajanja, tada može biti prikladno USB punjenje na 1-2A ili Krona baterija (samo morate probati - ne vole svi motore za punjenje, motor se možda neće pokrenuti).

Bušilica je spremna, možete bušiti. Ali samo treba da bušite strogo pod uglom od 90 stepeni. Možete napraviti mini mašinu - na Internetu postoje različite šeme:

Ali postoji jednostavnije rješenje.

Pribor za bušenje

Da biste izbušili tačno 90 stepeni, dovoljno je napraviti šablon za bušenje. Uradićemo nešto ovako:

Veoma je lako napraviti. Uzmite kvadrat bilo koje plastike. Postavljamo našu bušilicu na sto ili drugu ravnu površinu. I izbušite rupu u plastici koristeći potrebnu bušilicu. Važno je osigurati ravnomjerno horizontalno kretanje bušilice. Motor možete nasloniti na zid ili šinu, kao i plastiku. Zatim upotrijebite veliku bušilicu da izbušite rupu za steznu čauru. Sa stražnje strane izbušite ili odrežite komad plastike tako da bušilica bude vidljiva. Na dno možete zalijepiti neklizajuću površinu - papir ili gumicu. Za svaku bušilicu se mora napraviti takav ubod. Ovo će osigurati savršeno precizno bušenje!

Ova opcija je također prikladna, odrežite dio plastike na vrhu i odrežite kut odozdo.

Evo kako bušiti s njim:

Bušilicu pričvrstimo tako da strši 2-3 mm kada je stezaljka potpuno uronjena. Bušilicu stavljamo na mesto gde treba da izbušimo (prilikom jetkanja ploče imaćemo oznaku gde da izbušimo u vidu mini rupe u bakru - u Kicadu smo posebno stavili kvačicu za to, tako da bušilica će stajati sama), pritisnite šablon i uključite motor - rupa spremna. Za osvjetljenje možete koristiti baterijsku lampu tako što ćete je staviti na sto.

Kao što smo ranije pisali, rupe možete bušiti samo na jednoj strani - tamo gdje staze stanu - druga polovina se može izbušiti bez uboda duž prve rupe za vođenje. Ovo štedi malo truda.

8. Limovanje ploče

Zašto kalajisati ploče - uglavnom za zaštitu bakra od korozije. Glavni nedostatak kalajisanja je pregrijavanje ploče i moguće oštećenje gusjenica. Ako nemate stanicu za lemljenje, definitivno nemojte kalajisati ploču! Ako jeste, onda je rizik minimalan.

Dasku možete kalajisati legurom RUŽE u kipućoj vodi, ali je skupa i teško dostupna. Bolje je kalajisati običnim lemom. Da biste to učinili efikasno, morate napraviti jednostavan uređaj s vrlo tankim slojem. Uzimamo komad pletenice za lemljenje dijelova i stavljamo ga na vrh, pričvrstimo ga na vrh žicom tako da se ne odlijepi:

Pokrivamo ploču fluksom - na primjer LTI120 i pletenicu također. Sada stavljamo lim u pletenicu i pomičemo ga duž daske (obojimo) - dobijamo odličan rezultat. Ali dok koristite pletenicu, ona se raspada i bakreno vlakno počinje da ostaje na ploči - moraju se ukloniti, inače će doći do kratkog spoja! To možete vrlo lako vidjeti tako što ćete upaliti baterijsku lampu na poleđinu ploče. Kod ove metode dobro je koristiti ili moćno lemilo (60 vati) ili leguru ROSE.

Kao rezultat toga, bolje je ne kalajisati ploče, već ih lakirati na samom kraju - na primjer, PLASTIC 70, ili jednostavnim akrilnim lakom kupljenim od auto dijelova KU-9004:

Fino podešavanje metode prijenosa tonera

Postoje dvije točke u metodi koje se mogu podesiti i koje možda neće raditi odmah. Da biste ih konfigurisali, potrebno je da napravite probnu ploču u Kicadu, staze u kvadratnoj spirali različitih debljina, od 0,3 do 0,1 mm i sa različitim intervalima, od 0,3 do 0,1 mm. Bolje je odmah odštampati nekoliko takvih uzoraka na jednom listu i izvršiti podešavanja.

Mogući problemi koje ćemo otkloniti:

1) staze mogu promijeniti geometriju - raširiti se, postati šire, obično vrlo malo, do 0,1 mm - ali to nije dobro

2) toner se možda neće dobro zalijepiti za ploču, odvojiti se kada se papir ukloni ili se slabo lijepi za ploču

Prvi i drugi problem su međusobno povezani. Ja rješavam prvo, ti dolaziš do drugog. Moramo naći kompromis.

Tragovi se mogu širiti iz dva razloga - prevelikog pritiska, previše acetona u nastaloj tečnosti. Prije svega, morate pokušati smanjiti opterećenje. Minimalno opterećenje je oko 800g, ne vrijedi ga smanjiti ispod. Shodno tome, postavljamo teret bez ikakvog pritiska - samo ga stavimo na vrh i to je to. Mora postojati 2-3 sloja toalet papira kako bi se osiguralo dobro upijanje viška rastvora. Morate osigurati da nakon uklanjanja utega papir bude bijel, bez ljubičastih mrlja. Takve mrlje ukazuju na jako topljenje tonera. Ako ga ne možete podesiti utegom, a tragovi se i dalje zamagljuju, povećajte udio sredstva za uklanjanje laka za nokte u otopini. Možete povećati na 3 dijela tekućine i 1 dio acetona.

Drugi problem, ako nema kršenja geometrije, ukazuje na nedovoljnu težinu tereta ili malu količinu acetona. Opet, vrijedi početi s opterećenjem. Više od 3 kg nema smisla. Ako se toner i dalje ne lijepi dobro za ploču, tada morate povećati količinu acetona.

Ovaj problem se uglavnom javlja kada promijenite sredstvo za skidanje laka za nokte. Nažalost, ovo nije trajna ili čista komponenta, ali je nije bilo moguće zamijeniti drugom. Pokušala sam ga zamijeniti alkoholom, ali očigledno smjesa nije homogena i toner se lijepi na neke mrlje. Također, sredstvo za skidanje laka za nokte može sadržavati aceton, tada će ga biti potrebno manje. Općenito, morat ćete izvršiti takvo podešavanje jednom dok ne ponestane tekućine.

Ploča je spremna

Ako odmah ne zalemite ploču, ona mora biti zaštićena. Najlakši način da to učinite je da ga premažete fluksom od alkoholne smole. Prije lemljenja, ovaj premaz će se morati ukloniti, na primjer, izopropil alkoholom.

Alternativne opcije

Možete napraviti i tablu:

Uz to, usluge proizvodnje ploča po narudžbi sada postaju sve popularnije – na primjer Easy EDA. Ako vam je potrebna složenija ploča (na primjer, 4-slojna ploča), onda je to jedini izlaz.

Za proizvodnju tiskane ploče potrebno je odabrati sljedeće materijale: materijal za dielektričnu podlogu tiskane ploče, materijal za tiskane provodnike i materijal za zaštitni premaz od vlage. Prvo ćemo odrediti materijal za dielektričnu bazu PCB-a.

Postoji veliki izbor laminata od bakarne folije. Mogu se podijeliti u dvije grupe:

– na papiru;

– na bazi fiberglasa.

Ovi materijali, u obliku krutih listova, formiraju se od nekoliko slojeva papira ili fiberglasa, koji su međusobno povezani vezivom vrućim presovanjem. Vezivo je obično fenolna smola za papir ili epoksid za stakloplastike. U nekim slučajevima, poliester, silikonske smole ili fluoroplastika. Laminati su sa jedne ili obje strane obloženi bakarnom folijom standardne debljine.

Karakteristike gotove štampane ploče zavise od specifične kombinacije izvornih materijala, kao i od tehnologije, uključujući mehaničku obradu ploča.

U zavisnosti od podloge i materijala za impregnaciju, postoji nekoliko vrsta materijala za dielektričnu podlogu štampane ploče.

Fenolni getinax je papirna baza impregnirana fenolnom smolom. Getinaks ploče su namenjene za upotrebu u kućnoj opremi jer su veoma jeftine.

Epoxy getinax je materijal na istoj papirnoj bazi, ali impregniran epoksidnom smolom.

Epoxy fiberglass je materijal na bazi stakloplastike impregniran epoksidnom smolom. Ovaj materijal kombinuje visoku mehaničku čvrstoću i dobra električna svojstva.

Čvrstoća na savijanje i udarna čvrstoća štampane ploče moraju biti dovoljno visoke da se ploča može opteretiti teškim komponentama instaliranim na njoj bez oštećenja.

U pravilu se fenolni i epoksidni laminati ne koriste u pločama s metaliziranim rupama. U takvim pločama na zidove rupa se nanosi tanak sloj bakra. Budući da je temperaturni koeficijent ekspanzije bakra 6-12 puta manji od fenolnog getinaksa, postoji određen rizik od nastanka pukotina u metaliziranom sloju na zidovima rupa tokom termičkog udara kojem je štampana ploča izložena u mašina za grupno lemljenje.

Pukotina u metaliziranom sloju na zidovima rupa naglo smanjuje pouzdanost veze. U slučaju korištenja epoksidnog laminata od stakloplastike, omjer temperaturnih koeficijenata ekspanzije je približno jednak tri, a rizik od pukotina u rupama je prilično mali.

Iz poređenja karakteristika podloga proizilazi da su u svim aspektima (osim po cijeni) podloge od epoksi fiberglas laminata superiornije u odnosu na podloge od getinaxa. Štampane ploče od epoksidnog stakloplastičnog laminata odlikuju se manjom deformacijom od štampanih ploča od fenola i epoksidnog getinaksa; potonji imaju stepen deformacije deset puta veći od stakloplastike.

Neke karakteristike različitih vrsta laminata prikazane su u tabeli 4.

Tabela 4 - Karakteristike različitih vrsta laminata

Upoređujući ove karakteristike, zaključujemo da se za proizvodnju dvostranih štampanih ploča treba koristiti samo epoksidna stakloplastika. U ovom predmetnom projektu odabran je laminat od fiberglasa SF-2-35-1,5.

Folija koja se koristi za foliranje dielektrične baze može biti bakarna, aluminijumska ili nikalna folija. Međutim, aluminijumska folija je inferiornija u odnosu na bakar, jer se teško lemi, dok niklova folija ima visoka cijena. Stoga kao foliju biramo bakar.

Bakarna folija je dostupna u različitim debljinama. Standardne debljine folije za najširu upotrebu su 17,5; 35; 50; 70; 105 mikrona. Prilikom jetkanja bakra po debljini, jetkač djeluje i na bakarnu foliju sa bočnih rubova ispod fotorezista, izazivajući takozvano „jedkanje“. Za njegovo smanjenje obično se koristi tanja bakrena folija debljine 35 i 17,5 mikrona. Stoga biramo bakarnu foliju debljine 35 mikrona.

1.7 Odabir metode proizvodnje PCB-a

Svi procesi proizvodnje štampanih ploča mogu se podijeliti na subtraktivne i poluaditivne.

Proces oduzimanja ( oduzimanje-oduzmi) dobivanje provodljivog uzorka uključuje selektivno uklanjanje dijelova provodljive folije jetkanjem.

Aditivni proces (additio-dodati) - u selektivnom taloženju provodljivog materijala na nefolijski osnovni materijal.

Poluaditivni proces uključuje preliminarnu nanošenje tankog (pomoćnog) provodljivog premaza, koji se naknadno uklanja iz područja praznina.

U skladu s GOST 23751 - 86, dizajn tiskanih ploča treba izvesti uzimajući u obzir sljedeće metode proizvodnje:

– hemikalija za GPC

– kombinovano pozitivno na DPP

Metalizacija prolaznih rupa za MPP

Tako će se ova štampana ploča, razvijena u predmetnom projektu, proizvoditi na bazi dvostranog folijskog dielektrika kombinovanom pozitivnom metodom. Ova metoda omogućava dobijanje provodnika širine do 0,25 mm. Konduktivni uzorak se dobija metodom subtraktivnosti.

2 PRORAČUN ELEMENATA VODENJA

2.1 Proračun prečnika montažnih rupa

Strukturno-tehnološki proračun štampanih ploča vrši se uzimajući u obzir proizvodne greške u dizajnu provodnih elemenata, fotomaske, baziranja, bušenja itd. Granične vrijednosti Glavni parametri štampanog ožičenja, koji se mogu obezbediti tokom projektovanja i proizvodnje za pet klasa gustine montaže, dati su u tabeli 4.

Tabela 4 – Granične vrijednosti glavnih parametara štampanog ožičenja

Tabela pokazuje:

t – širina provodnika;

S – razmak između provodnika, kontaktnih pločica, provodnika i kontaktne pločice ili provodnika i metalizirane rupe;

b – udaljenost od ivice izbušena rupa do ruba kontaktne pločice ove rupe (garantni pojas);

g – odnos minimalnog prečnika metalizovane rupe i debljine ploče.

Odabrane dimenzije prema tabeli 1. moraju biti usklađene sa tehnološkim mogućnostima određene proizvodnje.

Granične vrijednosti tehnoloških parametara strukturnih elemenata tiskane ploče (tablica 5) dobivene su kao rezultat analize proizvodnih podataka i eksperimentalnih studija točnosti pojedinih operacija.

Tabela 5 – Granične vrijednosti parametara procesa

Nastavak tabele 5

Minimalni prečnik metalizovane (preko) rupe:

d min V H izračunato ´ g = 1,5 ´ 0,33 = 0,495 mm;

gdje je g = 0,33 gustina štampanog kola za treću klasu tačnosti.

H izračunato – debljina folijskog dielektrika ploče.

Štampana ploča (na engleskom PCB - štampana ploča)- ploča od dielektrika na kojoj se formira (obično metodom štampanja) najmanje jedno električno provodljivo kolo (elektronsko kolo). Štampana ploča je dizajnirana za električno i mehaničko povezivanje različitih elektronskih komponenti ili povezivanje pojedinačnih elektronskih komponenti. Elektronske komponente na štampanoj ploči su povezane na svoje igle sa elementima provodljivog uzorka, obično lemljenjem, ili omotavanjem, ili zakivanjem, ili presovanjem, što rezultira sastavljanjem elektronskog modula (ili sklopljene štampane ploče).

Vrste ploča

U zavisnosti od broja slojeva sa elektroprovodljivom šarom, štampane ploče se dele na jednostrane, dvostrane i višeslojne.
Za razliku od površinske montaže, na štampanoj ploči elektroprovodljivi uzorak je napravljen od folije aditivnom ili subtraktivnom metodom. U metodi aditiva, provodljivi uzorak se formira na materijalu bez folije, obično hemijskim bakrenim prevlačenjem kroz zaštitnu masku koja je prethodno nanesena na materijal. U subtraktivnoj metodi, provodljivi uzorak se formira na materijalu folije uklanjanjem nepotrebnih dijelova folije, obično korištenjem kemijskog jetkanja.

Štampana ploča obično sadrži montažne rupe i jastučiće, koji se mogu dodatno premazati zaštitnim premazom: legura kalaja i olova, kalaj, zlato, srebro, organski zaštitni premaz. Osim toga, štampane ploče imaju otvore za električno povezivanje slojeva ploče i vanjski izolacijski premaz (“ zaštitna maska") koji pokriva površinu ploče koja se ne koristi za kontakt sa izolacijskim slojem, označavanje se obično nanosi sitotiskom, rjeđe - inkjet ili laserom.

Vrste štampanih ploča

Po broju slojeva provodnog materijala:
-Jednostrano
-Dvostrano
-Višeslojni (MPP)

U pogledu fleksibilnosti:
-Teško
-Fleksibilan

Prema tehnologiji ugradnje:
-Za montažu na rupu
-Surface Mount

Svaki tip štampanih ploča može imati svoje karakteristike, zbog zahteva za posebnim uslovima rada (na primer, prošireni temperaturni opseg) ili karakteristikama primene (na primer, u uređajima koji rade na visokim frekvencijama).

Materijali

Osnova štampane ploče je dielektrik, a najčešće korišteni materijali su tekstolit, fiberglas i getinax.
Također, osnova tiskanih ploča može biti metalna baza obložena dielektrikom (na primjer, anodizirani aluminij), a na vrh dielektrika nanesena je bakarna folija staza. Takve štampane ploče se koriste u energetskoj elektronici za efikasno odvođenje toplote sa elektronskih komponenti. U ovom slučaju, metalna osnova ploče pričvršćena je na radijator.
Materijal koji se koristi za štampane ploče koje rade u mikrotalasnom opsegu i na temperaturama do 260 °C je fluoroplast ojačan staklenom tkaninom (na primer FAF-4D) i keramikom. Fleksibilne ploče izrađene su od poliimidnih materijala kao što je Kapton.

FR-4

Porodica materijala pod opštim nazivom FR-4 prema NEMA klasifikaciji (Nacionalno udruženje proizvođača električne energije, SAD). Ovi materijali su najčešći za proizvodnju DPP, MPP i OPP sa povećanim zahtevima za mehaničkom čvrstoćom. FR-4 je materijal na bazi stakloplastike sa epoksidnom smolom kao vezivom (fiberglas). Obično mutno žućkasto ili prozirno, poznato zelene boje daje se maskom za lemljenje nanesenom na površinu štampane ploče. Klasa zapaljivosti UL94-V0.
Ovisno o svojstvima i primjeni FR-4
-standardni, sa temperaturom stakla Tg ~130°C, s UV blokiranje(UV blokiranje) ili bez njega. Najčešći i široko korišćeni tip, ujedno je i najjeftiniji od FR-4;

Sa visokom temperaturom prelaska stakla, Tg ~170°C-180°C;
-bez halogena;
-sa standardizovanim indeksom praćenja, CTI ≥400, ≥600;
- visokofrekventni, sa niskom dielektričnom konstantom ε ≤3,9 i malim tangentom dielektričnog gubitka df ≤0,02.

CEM-3

CEM-3 familija materijala prema NEMA klasifikaciji. Kompozitni materijal od stakloplastike i epoksida je obično mlečno bijel ili bistar. Sastoji se od dva vanjska sloja stakloplastike, između kojih je postavljeno netkano stakleno vlakno (filc od fiberglasa). Široko se koristi u proizvodnji metaliziranih ploča od vlakana. Svojstva su vrlo bliska FR-4 i razlikuje se, uglavnom, samo po nižoj mehaničkoj čvrstoći. To je odlična jeftina alternativa FR-4 za veliku većinu aplikacija. Odlična mehanička obrada (glodanje, štancanje). Klasa zapaljivosti UL94-V0.
Ovisno o svojstvima i opsegu primjene, CEM-3 se dijeli na sljedeće podklase:
-standardni, sa ili bez UV blokade;

CEM-1

Klasa materijala CEM-1 prema NEMA klasifikaciji. Ove kompozitnih materijala Izrađuju se na papirnoj podlozi sa dva sloja stakloplastike sa vanjske strane. Obično mliječno bijele, mliječno žute ili smeđe smeđe. Nekompatibilno sa procesom metalizacije rupa, stoga se koriste samo za proizvodnju OPP. Dielektrična svojstva su bliska FR-4, mehanička svojstva nešto gore. CEM-1 je dobra alternativa FR-4 u jednostranoj proizvodnji PCB-a gdje je cijena odlučujući faktor. Odlična mehanička obrada (glodanje, štancanje). Klasa zapaljivosti UL94-V0.
Podijeljen u sljedeće podklase:
-standardni;
-visoka temperatura, kompatibilna sa tehnologijama kalajisanja i lemljenja bez olova;
-bez halogena, bez fosfora i antimona;
-sa standardizovanim indeksom praćenja, CTI ≥600
-otporan na vlagu, sa povećanom stabilnošću dimenzija

FR-1/FR-2

Klasa materijala FR-1 i FR-2 prema NEMA klasifikaciji. Ovi materijali su napravljeni na bazi fenolnog papira i koriste se samo za proizvodnju OPP. FR-1 i FR-2 imaju slične karakteristike, FR-2 se razlikuje od FR-1 samo po upotrebi modifikovane fenolne smole sa višom temperaturom staklastog prelaza kao vezivom. Zbog sličnih karakteristika i primjene FR-1 i FR-2, većina proizvođača materijala proizvodi samo jedan od ovih materijala, obično FR-2. Odlična mehanička obrada (glodanje, štancanje). Jeftino. Klasa zapaljivosti UL94-V0 ili V1.
Podijeljen u sljedeće podklase:
-standardni;
-bez halogena, bez fosfora i antimona, netoksičan;
-otporan na vlagu

PCB Finishes

Da bi se održala lemljivost tiskanih ploča nakon skladištenja, osigurala pouzdana instalacija elektroničkih komponenti i očuvala svojstva zalemljenih ili zavarenih spojeva tijekom rada, potrebno je zaštititi bakrenu površinu kontaktnih pločica tiskane ploče lemljivom površinom. premaz, takozvani završni premaz. Nudimo vam široku paletu završnih premaza, što vam omogućava da optimalno odaberete jedan ili čak nekoliko njih istovremeno u proizvodnji vaših tiskanih ploča.

HAL ili HASL (od engleskog Hot Air Leveling ili Hot Air Solder Leveling - izravnavanje vrućim zrakom) korištenjem lemova na bazi kalajno-olovne legure (Sn/Pb), na primjer OS61, OS63, i nivelisanjem vazdušnim nožem. Nanosi se u završnoj fazi proizvodnje na već formiranu štampanu ploču sa maskom za lemljenje koja se nanosi potapanjem u kupku taline, a zatim izravnava i uklanja višak lema pomoću zračnog noža. Ovaj premaz je ovog trenutka najčešći, klasičan je, najpoznatiji i dugo se koristi. Pruža odličnu lemljivost štampanih ploča čak i nakon dugotrajnog skladištenja. HAL premaz je tehnološki napredan i jeftin. Kompatibilan sa svim poznatim metodama ugradnje i lemljenja - ručno, talasno lemljenje, reflow u pećnici, itd. Nedostaci ove vrste završnog premaza uključuju prisustvo olovo - jedan od najotrovnijih metala, zabranjen za upotrebu u Evropskoj uniji RoHS direktivom (Direktiva o ograničenju opasnih supstanci), kao i činjenica da HAL premaz ne ispunjava uslove ravnosti kontaktnih pločica za ugradnju mikrokola sa veoma visok stepen integracije. Premaz nije pogodan za tehnologiju lijepljenja kristala na ploču (COB - Chip on board) i nanošenje na krajnje kontakte (lamele).

HAL bez olova - Opcija HAL premaza, ali korištenjem bezolovnih lemova, na primjer, Sn100, Sn96.5/Ag3/Cu0.5, SnCuNi, SnAgNi. Premaz je u potpunosti usklađen sa zahtjevima RoHS i ima vrlo dobru sigurnost i lemljivost. Ovaj završni premaz se nanosi na višoj temperaturi od HAL-a na bazi PIC-a, što nameće povećane temperaturne zahtjeve na osnovni materijal štampane ploče i elektronskih komponenti. Premaz je kompatibilan sa svim metodama montaže i lemljenja, kako korištenjem bezolovnih lemova (što se najviše preporučuje) tako i korištenjem kalaj-olovnih lemova, ali zahtijeva pažljivu pažnju na temperaturne uslove lemljenja. U poređenju sa HAL-om na bazi Sn/Pb, ovaj premaz je skuplji zbog veće cijene bezolovnih lemova, kao i zbog veće potrošnje energije.

Glavni problem sa HAL premazom , je značajna neravnina u debljini premaza. Problem je posebno akutan za komponente sa malim nagibom pinova, kao što su QFP sa nagibom od 0,5 mm ili manje, BGA sa nagibom od 0,8 mm ili manje. Debljina premaza može varirati od 0,5 mikrona do 40 mikrona, ovisno o geometrijskim dimenzijama kontaktne ploče i neravnomjernom udaru zračnog noža. Također, kao rezultat termičkog udara prilikom primjene HASL-a, moguće je savijanje tiskane ploče u obliku otklona/torzije. Ovo posebno vrijedi za ploče debljine<1,0 мм и для плат с несимметричным стеком слоев, несбалансированных по меди, имеющих несимметричные по слоям сплошные медные заливки, ряды металлизированных отверстий, а также для бессвинцового покрытия.

Immersion gold (ENIG - Electroless Nickel/Immersion Gold) - premaz iz porodice Ni/Au. Debljina premaza: Ni 3-7 mikrona, Au 0,05-0,1 mikrona. Nanosi se hemijski kroz prozore u maski za lemljenje. Široko dostupan premaz bez olova koji pruža ravne jastučiće, dobru lemljivost, visoku površinsku provodljivost jastučića i dug vijek trajanja. Idealan za komponente finog nagiba i ispitivanje u krugu. Premaz je u potpunosti usklađen sa zahtjevima RoHS. Kompatibilan sa svim metodama montaže i lemljenja. Skuplji u odnosu na HASL.

Postoji mnogo proizvođača hemikalija za nanošenje imerzionog zlata, a tehnologija nanošenja varira od proizvođača do proizvođača hemikalija. Konačni rezultat zavisi i od izbora hemikalija i procesa nanošenja. Neke hemikalije možda nisu kompatibilne s određenim tipom maske za lemljenje. Ova vrsta premaza je sklona stvaranju dvije vrste kritičnih defekata – „crni jastučić“ (crni jastučić, nekvašenje površine jastučića lemom) i pucanje pod mehaničkim ili termičkim opterećenjima (pucanje nastaje između nikla i sloj bakra, duž intermetalnog sloja). Takođe, prilikom nanošenja pozlaćenja, količinu zlata treba kontrolisati kako bi se sprečila lomljivost lemnog spoja. Tačno pridržavanje tehnologije nanošenja imerzionog zlata i pravovremena zamjena rješenja jamče kvalitetu premaza i odsustvo crnih defekata jastučića. Da bi se spriječilo pucanje pod mehaničkim opterećenjima, preporučuje se povećanje debljine štampane ploče na 2,0 mm ili više kada se koriste BGA paketi veći od 25x25 mm ili kada je veličina ploče veća od 250 mm. Povećanje debljine ploče smanjuje mehanički stres na komponente kada se ploča savija.

Zlatni prsti - premaz iz porodice Ni/Au. Debljina premaza: Ni 3-5 mikrona, Au 0,5-1,5 mikrona. Nanosi se elektrohemijskim taloženjem (galvanizacija). Koristi se za nanošenje na krajnje kontakte i lamele. Ima visoku mehaničku čvrstoću, otpornost na habanje i štetne uticaje okoline. Nezamjenjiv tamo gdje je važno osigurati pouzdan i izdržljiv električni kontakt.

Immersion tin - hemijski premaz koji ispunjava zahtjeve RoHS i osigurava visoku ravnost štampanih ploča. Tehnološki premaz kompatibilan sa svim metodama lemljenja. Suprotno popularnoj zabludi zasnovanoj na iskustvu korištenja zastarjelih vrsta premaza, potapajući lim pruža dobru lemljivost nakon dovoljno dugog perioda skladištenja - garantirani rok trajanja od 6 mjeseci. (lemljivost premaza traje do godinu dana ili više ako se pravilno skladišti). Tako dugi periodi održavanja dobre lemljivosti osigurani su uvođenjem organometalnog podsloja kao barijere između bakra kontaktnih jastučića i samog kalaja. Podsloj barijere sprečava međusobnu difuziju bakra i kalaja, stvaranje intermetalnih jedinjenja i rekristalizaciju kalaja. Završni premaz potapajućim limom sa organometalnim podslojem, debljine oko 1 mikrona, ima glatku, ravnu površinu, zadržava lemljivost i mogućnost višestrukog ponovnog lemljenja čak i nakon dosta dugog perioda skladištenja.

OSP (od engleskog Organic Solderability Preservatives) - grupa organskih završnih premaza koji se nanose direktno na bakarne jastučiće i pružaju zaštitu površine bakra od oksidacije tokom skladištenja i lemljenja. Kako se nagib komponenti smanjuje, interes za premaze koji daju potrebnu ravnost, a posebno za OSP, stalno raste. IN U poslednje vreme OSP premazi brzo napreduju; pojavile su se varijante premaza koje pružaju višeprolazno lemljenje bez oksidacije bakra, čak i s prilično dugim vremenskim intervalima između prolaza (dana). Pravi se razlika između tankog premaza, oko 0,01 mikrona, i relativno debelog premaza, 0,2 - 0,5 mikrona ili više. Da biste osigurali lemljenje u dva ili više prolaza, odaberite debeli premaz. OSP pruža jastučiće s ravnim površinama, ne sadrži olovo i usklađen je sa RoHS i, kada se pravilno skladišti i rukuje, pruža vrlo pouzdan spoj za lemljenje. Tanki OSP premaz je jeftiniji od HAL-a. Debeo - skoro koliko i HAL.

Međutim, OSP ne osigurava da su krajevi bakrenog jastučića prekriveni lemom tokom procesa ponovnog spajanja. Tečenje lema preko površine je lošije nego kod HASL premaza. Stoga, prilikom nanošenja paste, rupe na šabloni treba da budu iste veličine kao i kontaktna podloga. Inače, cijela površina jastučića neće biti prekrivena lemom (iako je ovaj nedostatak samo kozmetički, pouzdanost veze ostaje vrlo dobra). Bakarna površina koja nije prekrivena lemom će se vremenom oksidirati, što može negativno utjecati na popravke. Tu je i problem vlaženja metaliziranih rupa prilikom valovitog lemljenja. Prije lemljenja potrebno je nanijeti dovoljno veliku količinu fluksa, fluks mora ući u rupe tako da lem navlaži rupu iznutra i formira filet na stražnjoj strani ploče. Nedostaci ovog premaza takođe uključuju: kratko vreme skladištenja pre upotrebe, nekompatibilnost sa terpenskim rastvaračima, ograničenja u testiranju za in-krug i funkcionalne testove (što se delimično rešava nanošenjem paste za lemljenje na ispitne tačke). Ako ste odabrali OSP, preporučujemo korištenje ENTEK premaza iz Enthone-a (ENTEK PLUS, ENTEK PLUS HT), jer pružaju najbolju kombinaciju kvašenja, pouzdanosti veze i višestrukog prolaza.

Razvoj

Pogledajmo tipičan proces razvoja za 1-2 slojne ploče.
-Određivanje dimenzija (nije važno za matičnu ploču).
-Izbor debljine pločastog materijala iz niza standardnih:
-Najčešće korišteni materijal je debljine 1,55 mm.
-Crtanje dimenzija (ivica) ploče u CAD programu u sloju BOARD.
-Lokacija velikih radio komponenti: konektori, itd. Ovo se obično dešava u gornjem sloju (TOP):
-Pretpostavlja se da su crteži svake komponente, lokacija i broj pinova, itd. već određeni (ili se koriste gotove biblioteke komponenti).
„Rasipanje“ preostalih komponenti po gornjem sloju, ili, rjeđe, po oba sloja za dvostrane ploče.
-Pokreni tracer. Ako je rezultat nezadovoljavajući, komponente se premještaju. Ova dva koraka se često izvode desetine ili stotine puta zaredom.
U nekim slučajevima, trasiranje štampanih ploča (crtanje staza) se vrši ručno u celini ili delimično.
-Provjera ploče za greške (DRC, provjera pravila dizajna): provjera praznina, kratkih spojeva, komponenti koje se preklapaju, itd.
-Izvezite datoteku u format koji je prihvatio proizvođač PCB-a, kao što je Gerber.

Manufacturing

Proizvodnja štampanih ploča obično se odnosi na obradu radnog komada (folijskog materijala). Tipičan proces se sastoji od nekoliko faza: bušenje prolaza, dobijanje uzorka provodnika uklanjanjem viška bakarne folije, oblaganje rupa, nanošenje zaštitnih premaza i kalajisanje i nanošenje oznaka.

Dobivanje uzorka žice

U proizvodnji ploča za kola se koriste kemijske, elektrolitičke ili mehaničke metode za reprodukciju potrebnog provodljivog uzorka, kao i njihove kombinacije.

Hemijska metoda

Hemijska metoda za proizvodnju štampanih ploča od gotovog folijskog materijala sastoji se od dvije glavne faze: nanošenje zaštitnog sloja na foliju i nagrizanje nezaštićenih područja hemijskim metodama.

U industriji se zaštitni sloj nanosi fotokemijski pomoću fotorezista osjetljivog na ultraljubičasto zračenje, fotomaske i izvora ultraljubičastog svjetla. Fotorezist može biti tečan ili film. Tečni fotorezist se primjenjuje u industrijskim uvjetima jer je osjetljiv na neusklađenost sa tehnologijom primjene. Filmski fotootpor je popularan za ručno rađene ploče. Fotomaska ​​je UV proziran materijal sa otisnutim uzorkom traga na njemu. Nakon ekspozicije, fotorezist se razvija i stvrdnjava kao u konvencionalnom fotografskom procesu.

Zaštitni sloj u obliku laka ili boje može se nanijeti sitoprotokom ili ručno. Za formiranje maske za graviranje na foliji, radio-amateri koriste prijenos tonera sa slike otisnute na laserskom štampaču („tehnologija laserskog gvožđa“).

Nezaštićena folija se zatim urezuje u otopini željeznog klorida ili (mnogo rjeđe) drugih hemikalija kao što je bakar sulfat. Nakon jetkanja, zaštitni uzorak se ispere sa folije.

Mehanička metoda

Mehanička metoda proizvodnje uključuje korištenje strojeva za glodanje i graviranje ili drugih alata za mehaničko uklanjanje sloja folije sa određenih područja.
-Metalizacija rupa
-Premaz

Mogući premazi uključuju:
-Zaštitni premazi lakova (“maska ​​za lemljenje”).
-Tinning.
-Prevlačenje folije inertnim metalima (pozlata, paladizacija) i provodljivim lakovima za poboljšanje kontaktnih svojstava.
-Dekorativne i informativne obloge (etiketiranje).

Višeslojni PCB

Višeslojne štampane ploče (skraćeno MPP[izvor?], engleski višeslojna štampana ploča) koriste se u slučajevima kada ožičenje priključaka na dvostranoj ploči postane previše složeno. Kako se povećava složenost projektovanih uređaja i gustina montaže, povećava se i broj slojeva na pločama.

U višeslojnim pločama, vanjski slojevi (kao i vias) se koriste za montiranje komponenti, a unutrašnji slojevi sadrže interkonekcije ili čvrste planove napajanja (poligone). Metalizirani spojevi se koriste za povezivanje provodnika između slojeva. U proizvodnji višeslojnih štampanih ploča prvo se izrađuju unutrašnji slojevi, koji se zatim lepe zajedno pomoću posebnih lepljivih podloga (prepregova). Zatim se vrši presovanje, bušenje i metalizacija provrtnih rupa.

Višeslojni PCB dizajn

Razmotrimo tipičan dizajn višeslojne ploče (slika 1). U prvoj, najčešći, opciji, unutrašnji slojevi ploče su formirani od dvostranog bakreno laminiranog fiberglasa, koji se naziva "jezgro". Spoljni slojevi su izrađeni od bakarne folije, presovane sa unutrašnjim slojevima pomoću veziva - smolastog materijala koji se zove "prepreg". Nakon presovanja na visokim temperaturama, formira se „tora“ višeslojne štampane ploče u kojoj se zatim buše rupe i metaliziraju. Druga opcija je manje uobičajena, kada se vanjski slojevi formiraju od "jezgri" spojenih prepregom. Ovo je pojednostavljen opis; postoje mnogi drugi dizajni zasnovani na ovim opcijama. Međutim, osnovni princip je da prepreg djeluje kao vezivni materijal između slojeva. Očigledno ne može postojati situacija da su dvije dvostrane "jezgre" susjedne bez prepreg odstojnika, ali je moguća struktura folija-prepreg-folija-prepreg... itd., koja se često koristi u pločama sa složenim kombinacijama slijepe i skrivene rupe.

Slijepe i skrivene rupe

Pojam " slijepe rupe "znači prijelaze koji povezuju vanjski sloj s najbližim unutrašnjim slojevima i nemaju pristup drugom vanjskom sloju. Dolazi od engleske riječi blind, i slična je terminu "slijepe rupe". Skrivene, ili zakopane (od engleskog buried), rupe su napravljene u unutrašnjim slojevima i nemaju izlaza prema van. Najjednostavnije opcije za slijepe i skrivene rupe prikazane su na Sl. 2. Njihova upotreba je opravdana u slučaju vrlo gustog ožičenja ili za ploče koje su vrlo zasićene ravnim komponentama s obje strane. Prisutnost ovih rupa povećava cijenu ploče od jednog i pol do nekoliko puta, ali u mnogim slučajevima, posebno pri usmjeravanju mikro krugova u BGA paketu s malim korakom, ne možete bez njih. Postoje različiti načini za formiranje takvih prolaza, o njima se detaljnije govori u odjeljku Ploče sa slijepim i skrivenim rupama, ali za sada pobliže pogledajmo materijale od kojih je napravljena višeslojna ploča.

Osnovni dielektrici za štampane ploče
Glavni tipovi i parametri materijala koji se koriste za proizvodnju MPP-a dati su u tabeli 1. Tipični dizajn štampanih ploča zasnovan je na upotrebi standardnog laminata od fiberglasa tipa FR4, sa radnom temperaturom, obično od –50 do +110° C, temperatura prelaska stakla (destrukcije) Tg oko 135 °C. Njegova dielektrična konstanta Dk može biti od 3,8 do 4,5, ovisno o dobavljaču i vrsti materijala. Za povećane zahtjeve za otpornost na toplinu ili kada se ploče postavljaju u pećnicu bezolovnom tehnologijom (t do 260 °C), koristi se visokotemperaturni FR4 High Tg ili FR5. Kada su potrebni stalni rad na visokim temperaturama ili naglim promjenama temperature, koristi se poliimid. Osim toga, poliimid se koristi za proizvodnju visokopouzdanih ploča, za vojnu primjenu, kao i u slučajevima kada je potrebna povećana električna snaga. Za ploče sa mikrotalasnim krugovima (više od 2 GHz) koriste se odvojeni slojevi mikrotalasnog materijala ili je cijela ploča izrađena od mikrotalasnog materijala (slika 3). Najpoznatiji dobavljači specijalni materijali- Kompanije Rogers, Arlon, Taconic, Dupont. Trošak ovih materijala je veći od FR4 i grubo je prikazan u zadnjoj koloni Tabele 1 u odnosu na cijenu FR4. Primjeri ploča s različitim vrstama dielektrika prikazani su na Sl. 4, 5.

Debljina materijala
Poznavanje dostupnih debljina materijala je važno za inženjera ne samo za određivanje ukupne debljine ploče. Prilikom dizajniranja MPP-a, programeri se suočavaju sa sljedećim zadacima:
- proračun valnog otpora provodnika na ploči;
- proračun vrijednosti međuslojne visokonaponske izolacije;
- izbor strukture slijepih i skrivenih rupa.
Dostupne opcije i debljine različitih materijala prikazane su u tabelama 2–6. Treba uzeti u obzir da je tolerancija na debljinu materijala najčešće do ±10%, pa stoga tolerancija na debljinu gotove višeslojne ploče ne može biti manja od ±10%.

Tabela 2. Dvostrane FR4 “jezgre” za unutrašnje slojeve štampane ploče Debljina dielektrika i debljina bakra 5 µm 17 µm 35 µm 70 µm 105 µm
0,050 mm w/w
0,075 mm m z z
0,100 mm w/w
0,150 mm
0,200 mm m z z
0,250 mm
0.300 mm
0,350 mm m z z
0.400 mm w/w
0.450 mm
0,710 mm m z z
0,930 mm m z
1000 mm w
Više od 1 mm

Obično na zalihama;
h - Na zahtjev (nije uvijek dostupno)
m - Može se proizvoditi;
Napomena: kako bi se osigurala pouzdanost gotovih ploča, važno je znati da za strane unutrašnje slojeve radije koristimo jezgre sa folijom od 35 mikrona umjesto 18 mikrona (čak i sa širinom provodnika i razmaka od 0,1 mm). Ovo povećava pouzdanost štampanih ploča.
Dielektrična konstanta FR4 jezgri može se kretati od 3,8 do 4,4 ovisno o marki.

PCB obloge

Pogledajmo koje vrste premaza postoje za bakrene jastučiće. Najčešće su lokacije premazane legurom kalaja i olova ili PIC-om. Metoda nanošenja i izravnavanja površine lema naziva se HAL ili HASL (od engleskog Hot Air Solder Leveling - izravnavanje lema vrućim zrakom). Ovaj premaz pruža najbolju lemljivost jastučića. Međutim, zamjenjuju ga moderniji premazi, obično kompatibilni sa zahtjevima međunarodne RoHS direktive. Ova direktiva zahtijeva zabranu prisustva štetne materije, uključujući olovo, u proizvodima. Do sada se RoHS ne odnosi na teritoriju naše zemlje, ali je korisno zapamtiti njegovo postojanje. Problemi povezani s RoHS-om će biti opisani u jednom od sljedećih odjeljaka, ali za sada pogledajmo moguće opcije za pokrivanje MPP lokacija. HASL se koristi svuda osim ako nije drugačije potrebno. Potapanje (hemijsko) pozlaćivanje se koristi da bi se obezbedila glatkija površina ploče (ovo je posebno važno za BGA jastučiće), ali ima nešto manju sposobnost lemljenja. Lemljenje pećnice se izvodi po približno istoj tehnologiji kao i HASL, ali ručno lemljenje zahtijeva upotrebu posebnih fluksa. Organski premaz, ili OSP, štiti površinu bakra od oksidacije. Njegov nedostatak je kratak rok trajanja lemljenja (manje od 6 mjeseci). Imersion kalaj pruža glatku površinu i dobru lemljivost, iako ima i ograničen vijek trajanja lemljenja. HAL bez olova ima ista svojstva kao HAL koji sadrži olovo, ali sastav lema je otprilike 99,8% kalaja i 0,2% aditiva. Kontakti lopatica konektora, koji su podložni trenju tokom rada ploče, galvanizovani su debljim i čvršćim slojem zlata. Za obje vrste pozlaćenja koristi se donji sloj nikla kako bi se spriječilo širenje zlata.

Zaštitne i druge vrste premaza za štampane ploče
Da biste upotpunili sliku, razmislite funkcionalna namjena i PCB materijali za oblaganje.
- Maska za lemljenje - nanosi se na površinu ploče za zaštitu provodnika od slučajnih kratkih spojeva i prljavštine, kao i za zaštitu laminata od fiberglasa od termičkog udara tokom lemljenja. Maska ne nosi nikakvo drugo funkcionalno opterećenje i ne može služiti kao zaštita od vlage, plijesni, kvara i sl. (osim kada se koriste posebne vrste maski).
- Označavanje - nanosi se na ploču bojom preko maske kako bi se pojednostavila identifikacija same ploče i komponenti koje se nalaze na njoj.
- Maska koja se može ljuštiti - nanosi se na određene dijelove ploče koje je potrebno privremeno zaštititi, na primjer, od lemljenja. Lako se uklanja u budućnosti, jer je smjesa nalik gumi i jednostavno se ljušti.
- Ugljični kontaktni premaz - nanosi se na određene dijelove ploče kao kontaktna polja za tastature. Premaz ima dobru provodljivost, ne oksidira i otporan je na habanje.
- Grafitni otporni elementi - mogu se nanijeti na površinu ploče za obavljanje funkcije otpornika. Nažalost, tačnost apoena je niska - ne tačnija od ±20% (sa laserskim podešavanjem - do 5%).
- Srebrni kontaktni kratkospojnici - mogu se primijeniti kao dodatni provodnici, stvarajući još jedan provodni sloj kada nema dovoljno prostora za usmjeravanje. Uglavnom se koristi za jednoslojne i dvostrane štampane ploče.

Zaključak
Izbor materijala je velik, ali, nažalost, često kod proizvodnje malih i srednjih serija štampanih ploča kamen spoticanja postaje dostupnost potrebnih materijala u skladištu pogona koji proizvodi MPP. Stoga je prije dizajniranja MPP-a, posebno ako je riječ o izradi nestandardnog dizajna i korištenju nestandardnih materijala, potrebno se dogovoriti sa proizvođačem o materijalima i debljinama slojeva koji se koriste u MPP-u, te možda naručiti te materijale unaprijed.

Danas se većina elektronskih kola proizvodi pomoću štampanih ploča. Tehnologijama proizvodnje štampanih ploča proizvode se i prefabrikovane mikroelektroničke komponente - hibridni moduli koji sadrže komponente različite funkcionalne namene i stepena integracije. Višeslojne štampane ploče i elektronske komponente sa visokim stepenom integracije omogućavaju smanjenje težine i veličine karakteristika elektronike i računarskih komponenti. Sada je štampana ploča stara više od stotinu godina.

Štampana ploča

Ovo (na engleskom PCB - štampana ploča)- ploča od elektroizolacionog materijala (getinaks, tekstolit, fiberglas i drugi slični dielektrici), na čijoj se površini nekako nalaze tanke električno vodljive trake (tiskani provodnici) sa kontaktnim jastučićima za povezivanje montiranih radio elemenata, uključujući module i integrirana kola primijenjeno. Ova formulacija je doslovno preuzeta iz Politehničkog rječnika.

Postoji univerzalnija formulacija:

Štampana ploča se odnosi na dizajn fiksnih električnih interkonekcija na izolacionoj osnovi.

Glavni strukturni elementi štampane ploče su dielektrična baza (kruta ili fleksibilna) na čijoj površini se nalaze provodnici. Dielektrična baza i provodnici su elementi neophodni i dovoljni da štampana ploča bude štampana. Za ugradnju komponenti i njihovo spajanje na provodnike koriste se dodatni elementi: kontaktne pločice, metalizirane prijelazne i montažne rupe, lamele konektora, površine za odvođenje topline, zaštitne i strujne površine itd.

Prelazak na štampane ploče označio je kvalitativni iskorak u oblasti projektovanja elektronske opreme. Štampana ploča kombinira funkcije nosača radioelemenata i električnog povezivanja takvih elemenata. Posljednja funkcija se ne može izvršiti ako nije osiguran dovoljan nivo izolacijskog otpora između vodiča i drugih vodljivih elemenata tiskane ploče. Stoga, PCB podloga mora djelovati kao izolator.

Istorijska referenca

Tokom 1920-ih i 1930-ih izdani su mnogi patenti za dizajn štampanih ploča i metode za njihovu izradu. Prve metode proizvodnje štampanih ploča ostale su pretežno aditivne (razvoj ideja Thomasa Edisona). Ali u svom modernom obliku, štampana ploča se pojavila zahvaljujući upotrebi tehnologija posuđenih iz štamparske industrije. Štampana ploča je direktan prijevod sa engleskog printing termina printing plate (“printing plate” ili “matrix”). Stoga se austrijski inženjer Paul Eisler smatra pravim „ocem štampanih ploča“. On je prvi zaključio da se štamparske (subtraktivne) tehnologije mogu koristiti za masovnu proizvodnju štampanih ploča. U subtraktivnim tehnologijama, slika se formira uklanjanjem nepotrebnih fragmenata. Paul Eisler je razvio tehnologiju galvanskog taloženja bakarne folije i njenog jetkanja željeznim hloridom. Tehnologije za masovnu proizvodnju štampanih ploča bile su tražene već tokom Drugog svetskog rata. A od sredine 1950-ih počelo je formiranje štampanih ploča kao konstruktivne osnove za radio opremu ne samo za vojne, već i za domaće potrebe.

PCB materijali

Osnovni dielektrici za štampane ploče

Poznavanje parametara materijala za štampane ploče, kako jednoslojne tako i višeslojne, važno je za sve koji se bave njihovom upotrebom, posebno za štampane ploče za uređaje sa povećanom brzinom i mikrotalasne pećnice. Prilikom dizajniranja MPP-a, programeri se suočavaju sa sljedećim zadacima:
- proračun valnog otpora provodnika na ploči;
- proračun vrijednosti međuslojne visokonaponske izolacije;
- izbor strukture slijepih i skrivenih rupa.
Dostupne opcije i debljine različitih materijala prikazane su u tabelama 2–6. Treba uzeti u obzir da je tolerancija na debljinu materijala najčešće do ±10%, pa stoga tolerancija na debljinu gotove višeslojne ploče ne može biti manja od ±10%.

Tg - temperatura prelaska stakla (razaranje strukture)

Dk - dielektrična konstanta

Osnovni dielektrici za mikrotalasne štampane ploče

Tipični dizajn štampanih ploča zasnovan je na upotrebi standardnog tipa fiberglasa FR4, sa radnom temperaturom od –50 do +110 °C, i temperaturom staklastog prelaza Tg (omekšavanje) od oko 135 °C.
Ako postoje povećani zahtjevi za otpornost na toplinu ili kada se ploče postavljaju u pećnicu bez olova (t do 260 °C), visokotemperaturna FR4 Visoka Tg ili FR5.
Ako postoje zahtjevi za kontinuirani rad na visokim temperaturama ili s naglim promjenama temperature, koristi se poliimid. Osim toga, poliimid se koristi za proizvodnju visokopouzdanih ploča, za vojnu primjenu, kao i u slučajevima kada je potrebna povećana električna snaga.
Za ploče sa Mikrotalasna kola(preko 2 GHz) koriste se odvojeni slojevi mikrotalasni materijal, ili je ploča u potpunosti napravljena od mikrovalnog materijala. Najpoznatiji dobavljači specijalnih materijala su Rogers, Arlon, Taconic, Dupont. Cijena ovih materijala veća je od FR4 i uvjetno je prikazana u pretposljednjoj koloni tabele u odnosu na cijenu FR4.

* Dk - dielektrična konstanta

Dk - dielektrična konstanta

PCB obloge

Najčešće su lokacije premazane legurom kalaja i olova ili PIC-om. Metoda nanošenja i izravnavanja površine lema naziva se HAL ili HASL (od engleskog Hot Air Solder Leveling - izravnavanje lema vrućim zrakom). Ovaj premaz pruža najbolju lemljivost jastučića. Međutim, zamjenjuju ga moderniji premazi, obično kompatibilni sa zahtjevima međunarodne RoHS direktive.

Ova direktiva zahtijeva zabranu prisustva štetnih tvari, uključujući olovo, u proizvodima. Do sada se RoHS ne odnosi na teritoriju naše zemlje, ali je korisno zapamtiti njegovo postojanje.

Moguće opcije za pokrivanje MPP lokacija su u tabeli 7.

HASL se koristi svuda osim ako nije drugačije potrebno.

Potapanje (hemijska) pozlata koristi se za pružanje ravnomjernije površine ploče (ovo je posebno važno za BGA jastučiće), ali ima nešto manju sposobnost lemljenja. Lemljenje pećnice se izvodi po približno istoj tehnologiji kao i HASL, ali ručno lemljenje zahtijeva upotrebu posebnih fluksa. Organski premaz, ili OSP, štiti površinu bakra od oksidacije. Njegov nedostatak je kratak rok trajanja lemljenja (manje od 6 mjeseci).

Immersion tin pruža ravnu površinu i dobru lemljivost, iako ima i ograničen rok trajanja za lemljenje. HAL bez olova ima ista svojstva kao HAL koji sadrži olovo, ali sastav lema je otprilike 99,8% kalaja i 0,2% aditiva.

Kontakti lopatice konektora koji su podložni trenju tokom rada ploče galvanizovani su debljim i čvršćim slojem zlata. Za obje vrste pozlaćenja koristi se donji sloj nikla kako bi se spriječilo širenje zlata.

Napomena: Svi premazi osim HASL-a su usklađeni sa RoHS i pogodni za lemljenje bez olova.

Zaštitne i druge vrste premaza za štampane ploče

Zaštitni premazi se koriste za izolaciju površina vodiča koji nisu namijenjeni za lemljenje.

Da bismo upotpunili sliku, razmotrimo funkcionalnu svrhu i materijale premaza tiskanih ploča.

1. Maska za lemljenje - nanosi se na površinu ploče za zaštitu vodiča od slučajnih kratkih spojeva i prljavštine, kao i za zaštitu laminata od fiberglasa od termičkog udara tokom lemljenja. Maska ne nosi nikakvo drugo funkcionalno opterećenje i ne može služiti kao zaštita od vlage, plijesni, kvara i sl. (osim kada se koriste posebne vrste maski).
2. Označavanje - nanesena na ploču bojom preko maske kako bi se pojednostavila identifikacija same ploče i komponenti koje se nalaze na njoj.
3. Maska za skidanje - primjenjuje se na određene dijelove ploče koje je potrebno privremeno zaštititi, na primjer, od lemljenja. Lako se uklanja u budućnosti, jer je smjesa nalik gumi i jednostavno se ljušti.
4. Ugljični kontaktni premaz - primijenjena na određena mjesta na ploči kao kontaktna polja za tastature. Premaz ima dobru provodljivost, ne oksidira i otporan je na habanje.
5. Grafitni otporni elementi - može se nanijeti na površinu ploče za obavljanje funkcije otpornika. Nažalost, tačnost apoena je niska - ne tačnija od ±20% (sa laserskim podešavanjem - do 5%).
6. Srebrni kontakt džemperi - mogu se primijeniti kao dodatni provodnici, stvarajući još jedan provodljivi sloj kada nema dovoljno prostora za usmjeravanje. Uglavnom se koristi za jednoslojne i dvostrane štampane ploče.

PCB dizajn

Najdalji prethodnik štampanih ploča je obična žica, najčešće izolirana. Imao je značajnu manu. U uslovima visokih vibracija, zahtevala je upotrebu dodatnih mehaničkih elemenata za fiksiranje unutar REA. U tu svrhu korišteni su nosači na koje su ugrađeni radioelementi, sami radioelementi i konstrukcijski elementi za međuveze i pričvrsne žice. Ovo je volumetrijska instalacija.

Štampane ploče nemaju ovih nedostataka. Njihovi provodnici su fiksirani na površini, njihov položaj je fiksiran, što omogućava izračunavanje njihovih međusobnih veza. U principu, štampane ploče se sada približavaju ravnim strukturama.

U početnoj fazi primjene, tiskane ploče su imale jednostrane ili dvostrane provodljive staze.

Single Sided PCB- ovo je ploča sa jedne strane na kojoj se nalaze štampani provodnici. U dvostranim štampanim pločama provodnici su također zauzimali praznu poleđinu ploče. A za njihovo povezivanje predložene su različite opcije, među kojima su metalizirane prijelazne rupe najraširenije. Fragmenti dizajna najjednostavnijih jednostranih i dvostranih štampanih ploča prikazani su na sl. 1.

Dvostrani PCB- njihova upotreba umjesto jednostranih bila je prvi korak ka prelasku sa ravni na volumen. Ako se apstrahujemo (mentalno odbacimo podlogu dvostrane štampane ploče), dobijamo trodimenzionalnu strukturu provodnika. Inače, ovaj korak je učinjen prilično brzo. Prijava Alberta Hansona je već ukazivala na mogućnost postavljanja provodnika na obje strane podloge i njihovog povezivanja kroz rupe.

Rice. 1. Fragmenti dizajna štampanih ploča a) jednostrani i 6) dvostrani: 1 - rupa za montažu, 2 - kontaktna podloga, 3 - provodnik, 4 - dielektrična podloga, 5 - prelaz metalizirana rupa

Dalji razvoj elektronike - mikroelektronike doveo je do upotrebe višepinskih komponenti (čipovi mogu imati više od 200 pinova), a povećao se i broj elektronskih komponenti. Zauzvrat, upotreba digitalnih mikro krugova i povećanje njihovih performansi doveli su do povećanih zahtjeva za njihovim zaštitom i distribucijom energije na komponente, za koje su posebni zaštitni vodljivi slojevi uključeni u višeslojne ploče digitalnih uređaja (na primjer, računala). Sve je to dovelo do povećanja međupovezanosti i njihove složenosti, što je rezultiralo povećanjem broja slojeva. U modernim štampanim pločama može biti mnogo više od deset. U određenom smislu, višeslojni PCB je dobio volumen.

Višeslojni PCB dizajn

U prvoj, najčešći, opciji, unutrašnji slojevi ploče su formirani od dvostranog bakreno laminiranog fiberglasa, koji se naziva "jezgro". Spoljni slojevi su izrađeni od bakarne folije, presovane sa unutrašnjim slojevima pomoću veziva - smolastog materijala koji se zove "prepreg". Nakon presovanja na visokim temperaturama, formira se „tora“ višeslojne štampane ploče u kojoj se zatim buše rupe i metaliziraju. Druga opcija je manje uobičajena, kada se vanjski slojevi formiraju od "jezgri" spojenih prepregom. Ovo je pojednostavljen opis; postoje mnogi drugi dizajni zasnovani na ovim opcijama. Međutim, osnovni princip je da prepreg djeluje kao vezivni materijal između slojeva. Očigledno ne može postojati situacija da su dvije dvostrane "jezgre" susjedne bez prepreg odstojnika, ali je moguća struktura folija-prepreg-folija-prepreg... itd., koja se često koristi u pločama sa složenim kombinacijama slijepe i skrivene rupe.

Višeslojne štampane ploče sada čine dvije trećine globalne proizvodnje štampanih ploča u smislu cijene, iako su u kvantitativnom smislu inferiorne u odnosu na jednostrane i dvostrane ploče.

Šematski (pojednostavljeni) fragment dizajna moderne višeslojne štampane ploče prikazan je na Sl. 2. Provodnici u takvim štampanim pločama se postavljaju ne samo na površinu, već iu zapreminu podloge. Istovremeno je očuvan slojeviti raspored provodnika jedan u odnosu na drugi (posledica upotrebe tehnologija planarne štampe). Slojevitost je neizostavno prisutna u nazivima štampanih ploča i njihovih elemenata - jednostranih, dvostranih, višeslojnih itd. Slojevitost zapravo odražava dizajn i tehnologije izrade štampanih ploča koje odgovaraju ovom dizajnu.

Rice. 2. Fragment dizajna višeslojne štampane ploče: 1 - kroz metalizirani otvor, 2 - slijepi mikroprozor, 3 - skriveni mikroprozor, 4 - slojevi, 5 - skrivene međuslojne rupe, 6 - kontaktne pločice

U stvarnosti, dizajn višeslojnih štampanih ploča razlikuje se od onih prikazanih na Sl. 2.

Po svojoj strukturi, MPP-ovi su mnogo složeniji od dvostranih ploča, kao što je njihova tehnologija proizvodnje mnogo složenija. I sama njihova struktura značajno se razlikuje od one prikazane na sl. 2. Oni uključuju dodatne slojeve štita (uzemljenje i napajanje), kao i nekoliko slojeva signala.

U stvarnosti izgledaju ovako:

a) Šematski	Kako bi se osiguralo prebacivanje između MPP slojeva, koriste se međuslojni i mikroprelazni spojevi (Sl. 3.a. Međuslojni prijelazi mogu se napraviti u obliku prolaznih rupa koje povezuju vanjske slojeve jedni s drugima i sa unutrašnjim slojevima. Koriste se i slijepi i skriveni prolazi. Slijepi prolaz je metalizirani spojni kanal vidljiv samo s gornje ili donje strane ploče. Skriveni spojevi se koriste za povezivanje unutrašnjih slojeva ploče jedan s drugim. Njihova upotreba omogućava značajno pojednostavljenje rasporeda ploča; na primjer, 12-slojni MPP dizajn može se svesti na ekvivalentan 8-slojni. prebacivanje Microvias su razvijeni posebno za površinsku montažu, povezivanje kontaktnih pločica i signalnih slojeva.
c) radi jasnoće u 3D prikazu	Za proizvodnju višeslojnih tiskanih ploča, nekoliko dielektrika laminiranih folijom međusobno se povezuje pomoću ljepljivih brtvi - preprega. Na slici 3.c prepreg je prikazan bijelom bojom. Prepreg spaja slojeve višeslojne štampane ploče tokom termičkog presovanja. Ukupna debljina višeslojnih štampanih ploča raste neproporcionalno brzo sa brojem slojeva signala. S tim u vezi, potrebno je voditi računa o velikom omjeru debljine ploče i prečnika prolaznih rupa, što je vrlo strog parametar za proces prolazne metalizacije rupa. Međutim, čak i uzimajući u obzir poteškoće sa metalizacijom prolaznih rupa malog prečnika, proizvođači višeslojnih štampanih ploča radije ostvaruju veliku gustoću pakovanja kroz veći broj relativno jeftinih slojeva, a ne manji broj slojeva visoke gustine, ali stoga skuplji slojevi.
sa) Crtanje 3	Slika 3.c prikazuje približnu strukturu slojeva višeslojne štampane ploče, navodeći njihove debljine.

Vladimir Urazaev [L.12] smatra da se razvoj dizajna i tehnologija u mikroelektronici odvija u skladu s objektivno postojećim zakonom razvoja tehničkih sistema: problemi povezani sa postavljanjem ili kretanjem objekata rješavaju se pomicanjem od tačke do prave, od linije do linije. ravan, iz ravni u trodimenzionalni prostor.

Mislim da će štampane ploče morati da poštuju ovaj zakon. Postoji potencijalna mogućnost implementacije ovakvih višeslojnih (beskonačno nivoa) štampanih ploča. O tome svedoči bogato iskustvo korišćenja laserskih tehnologija u proizvodnji štampanih ploča, jednako bogato iskustvo korišćenja laserske stereolitografije za formiranje trodimenzionalnih objekata od polimera, tendencija povećanja termičke otpornosti osnovnih materijala, itd. , takvi proizvodi će se morati zvati drugačije. Budući da izraz "štampana ploča" više neće odražavati njihov interni sadržaj niti tehnologiju proizvodnje.

Možda će se ovo dogoditi.

Ali čini mi se da su trodimenzionalni dizajni u dizajnu štampanih ploča već poznati - to su višeslojne štampane ploče. A volumetrijska instalacija elektroničkih komponenti s postavljanjem kontaktnih pločica na sve površine radio komponenti smanjuje obradivost njihove ugradnje, kvalitetu interkonekcija i otežava njihovo testiranje i održavanje.

Budućnost će pokazati!

Fleksibilne štampane ploče

Za većinu ljudi, štampana ploča je jednostavno kruta ploča sa električno vodljivim međuvezama.

Krute štampane ploče su najpopularniji proizvod koji se koristi u radio elektronici, za koju gotovo svi znaju.

Ali postoje i fleksibilne štampane ploče, koje sve više proširuju svoju primjenu. Primjer su takozvani fleksibilni štampani kablovi (petlje). Takve štampane ploče obavljaju ograničen raspon funkcija (isključena je funkcija supstrata za radioelemente). Služe za kombinovanje konvencionalnih štampanih ploča, zamjenjujući svežanj. Fleksibilne štampane ploče dobijaju elastičnost zbog činjenice da je njihova polimerna „podloga“ u visoko elastičnom stanju. Fleksibilne štampane ploče imaju dva stepena slobode. Mogu se čak i saviti u Mobius traku.

Crtanje 4

Jedan ili čak dva stepena slobode, ali vrlo ograničena sloboda, mogu se dati i konvencionalnim krutim štampanim pločama, u kojima je polimerna matrica supstrata u krutom, staklastom stanju. To se postiže smanjenjem debljine podloge. Jedna od prednosti reljefnih štampanih ploča napravljenih od tankih dielektrika je mogućnost da im se da „zaobljenost“. Tako postaje moguće uskladiti njihov oblik i oblik objekata (rakete, svemirski objekti, itd.) u koje se mogu postaviti. Rezultat je značajna ušteda u internoj količini proizvoda.

Njihova značajna mana je da kako se broj slojeva povećava, fleksibilnost takvih štampanih ploča opada. A upotreba konvencionalnih nefleksibilnih komponenti stvara potrebu da se popravi njihov oblik. Zato što savijanje takvih PCB-a sa nesavitljivim komponentama dovodi do visokog mehaničkog naprezanja na mjestima gdje se spajaju na fleksibilni PCB.

Srednju poziciju između krutih i fleksibilnih štampanih ploča zauzimaju "stare" štampane ploče, koje se sastoje od krutih elemenata presavijenih poput harmonike. Takve "harmonike" su vjerovatno potakle ideju o stvaranju višeslojnih štampanih ploča. Moderne rigid-flex štampane ploče implementirane su na drugačiji način. Uglavnom govorimo o višeslojnim štampanim pločama. Mogu kombinovati krute i fleksibilne slojeve. Ako se fleksibilni slojevi pomaknu dalje od krutih, možete dobiti tiskanu ploču koja se sastoji od krutog i fleksibilnog fragmenta. Druga mogućnost je povezivanje dva kruta fragmenta sa fleksibilnim.

Klasifikacija dizajna štampanih ploča na osnovu slojevitosti njihovog provodljivog uzorka pokriva većinu, ali ne sve, dizajne štampanih ploča. Na primjer, za proizvodnju tkanih ploča ili kablova, pokazala se prikladna oprema za tkanje, a ne štampanje. Takve "štampane ploče" već imaju tri stepena slobode. Kao i obična tkanina, mogu poprimiti najbizarnije oblike i oblike.

Štampane ploče na bazi visoke toplotne provodljivosti

U posljednje vrijeme došlo je do povećanja proizvodnje topline elektronskih uređaja, što je povezano sa:

Povećana produktivnost računarskih sistema,

Potrebe za prebacivanje velike snage,

Sve veća upotreba elektronskih komponenti sa povećanom proizvodnjom toplote.

Potonje se najjasnije očituje u tehnologiji LED rasvjete, gdje se naglo povećao interes za stvaranje izvora svjetlosti na bazi moćnih ultra-sjajnih LED dioda. Svjetlosna efikasnost poluvodičkih LED dioda je već dostigla 100lm/W. Ovakve ultra-sjajne LED diode zamjenjuju konvencionalne žarulje sa žarnom niti i nalaze svoju primjenu u gotovo svim oblastima tehnologije rasvjete: svjetiljke za uličnu rasvjetu, automobilsku rasvjetu, rasvjetu u slučaju nužde, reklamne znakove, LED panele, indikatore, oznake, semafore, itd. Ove LED diode postale su nezamjenjive u dekorativnoj rasvjeti i dinamičkim rasvjetnim sistemima zbog svoje jednobojne boje i brzine prebacivanja. Također ih je korisno koristiti tamo gdje je potrebno strogo štedjeti energiju, gdje je često održavanje skupo i gdje su zahtjevi za električnom sigurnošću visoki.

Studije pokazuju da se otprilike 65-85% električne energije prilikom rada LED-a pretvara u toplinu. Međutim, pod uslovom da se poštuju termički uslovi koje preporučuje proizvođač LED-a, životni vek LED-a može dostići 10 godina. Ali, ako su termički uvjeti narušeni (obično to znači rad s prijelaznom temperaturom većom od 120...125°C), vijek trajanja LED-a može pasti 10 puta! A ako su preporučeni termički uvjeti grubo narušeni, na primjer, kada se LED diode tipa emitera uključe bez radijatora duže od 5-7 sekundi, LED može otkazati prilikom prvog uključivanja. Povećanje temperature prijelaza, osim toga, dovodi do smanjenja svjetline sjaja i pomaka radne valne dužine. Stoga je vrlo važno pravilno izračunati toplinski režim i, ako je moguće, što je više moguće raspršiti toplinu koju stvara LED.

Veliki proizvođači LED diode velike snage, kao što su Cree, Osram, Nichia, Luxeon, Seoul Semiconductor, Edison Opto, itd., već dugo ih proizvode u obliku LED modula ili klastera na štampanim pločama s metalnom bazom kako bi se pojednostavilo uključivanje i proširenje LED aplikacija (u međunarodnoj klasifikaciji IMPCB - Insulated Metal Printed Circuit Board, ili AL PCB - štampane ploče na aluminijumskoj bazi).

Slika 5

Ove štampane ploče na aluminijumskoj bazi imaju nizak i fiksni toplotni otpor, što omogućava da se prilikom ugradnje na radijator jednostavno obezbedi odvođenje toplote sa p-n spoja LED-a i obezbedi njegov rad tokom celog radnog veka.

Kao materijali sa visoka toplotna provodljivost Za osnove takvih štampanih ploča koriste se bakar, aluminijum i razne vrste keramike.

Problemi tehnologije industrijske proizvodnje

Istorija razvoja tehnologije proizvodnje štampanih ploča je istorija unapređenja kvaliteta i prevazilaženja problema koji se na tom putu javljaju.

Evo nekih njegovih detalja.

Štampane ploče proizvedene metalizacijom prolaznih rupa, uprkos širokoj upotrebi, imaju vrlo ozbiljan nedostatak. Sa dizajnerske tačke gledišta, najslabija karika ovakvih štampanih ploča je spoj metaliziranih stubova u vias i provodnih slojeva (kontaktnih pločica). Veza između metaliziranog stupa i provodnog sloja se javlja duž kraja kontaktne ploče. Dužina veze je određena debljinom bakarne folije i obično je 35 mikrona ili manje. Galvanska metalizacija Zidovima otvora prethodi faza hemijske metalizacije. Hemijski bakar, za razliku od galvanskog bakra, je trošniji. Zbog toga se veza metaliziranog stupa sa krajnjom površinom kontaktne jastučiće odvija preko srednjeg podsloja hemijskog bakra koji je slabiji po karakteristikama čvrstoće. Koeficijent toplinske ekspanzije laminata od stakloplastike je mnogo veći od bakra. Prilikom prolaska kroz temperaturu staklastog prijelaza epoksidne smole, razlika se naglo povećava. Tokom termičkih udara, koje štampana ploča doživljava iz raznih razloga, veza je izložena vrlo velikim mehaničkim opterećenjima i... lomovima. Kao rezultat, lomi se električni krug a funkcionalnost električnog kola je poremećena.

Rice. 6. Međuslojne bočice u višeslojnim štampanim pločama: a) bez dielektričnog podrezivanja, 6) sa dielektričnim podrezom 1 - dielektrik, 2 - kontaktna podloga unutrašnjeg sloja, 3 - hemijski bakar, 4 - galvanski bakar

Rice. 7. Fragment dizajna višeslojne štampane ploče izrađene po slojevima: 1 - međuslojni spoj, 2 - provodnik unutrašnjeg sloja, 3 - montažna podloga, 4 - provodnik spoljašnjeg sloja, 5 - dielektrični slojevi

U višeslojnim štampanim pločama, povećanje pouzdanosti internih otvora može se postići uvođenjem dodatne operacije - podrezivanja (djelimično uklanjanje) dielektrika u spojevima prije metalizacije. U ovom slučaju, spajanje metaliziranih stupova s ​​kontaktnim jastučićima se vrši ne samo na kraju, već i djelomično duž vanjskih prstenastih zona ovih jastučića (slika 6).

Veća pouzdanost metaliziranih spojeva višeslojnih štampanih ploča postignuta je tehnologijom izrade višeslojnih štampanih ploča metodom gradnje sloj po sloj (slika 7). Veze između provodnih elemenata štampanih slojeva u ovoj metodi se izvode galvanskim urastanjem bakra u rupe izolacionog sloja. Za razliku od metode metalizacije prolaznih rupa, u ovom slučaju su otvore u potpunosti ispunjene bakrom. Područje veze između provodnih slojeva postaje mnogo veće, a geometrija je drugačija. Prekid takvih veza nije tako lak. Ipak, i ova tehnologija je daleko od idealne. Tranzicija “galvanski bakar - hemijski bakar - galvanski bakar” i dalje ostaje.

Štampane ploče izrađene metalizacijom prolaznih rupa moraju izdržati najmanje četiri (višeslojna najmanje tri) prelemljenja. Reljefne štampane ploče omogućavaju mnogo veći broj prelemljenja (do 50). Prema riječima programera, metalizirani spojevi u reljefnim tiskanim pločama ne smanjuju, već povećavaju njihovu pouzdanost. Šta je izazvalo tako oštar kvalitativni skok? Odgovor je jednostavan. U tehnologiji proizvodnje reljefnih štampanih ploča, provodljivi slojevi i metalizirani stupovi koji ih povezuju implementirani su u jednom tehnološkom ciklusu (istovremeno). Dakle, ne postoji prelaz „galvanski bakar - hemijski bakar - galvanski bakar". Ali tako visok rezultat dobiven je kao rezultat napuštanja najraširenije tehnologije za proizvodnju tiskanih ploča, kao rezultat prelaska na drugačiji dizajn. Nije preporučljivo napustiti metodu metalizacije prolaznih rupa iz više razloga.

Kako biti?

Odgovornost za formiranje sloja barijere na spoju krajeva kontaktnih pločica i metaliziranih klipova uglavnom pada na tehnologe. Oni su uspjeli riješiti ovaj problem. Revolucionarne promjene u tehnologiji proizvodnje tiskanih ploča napravljene su metodama direktne metalizacije rupa, čime se eliminira faza kemijske metalizacije, ograničavajući se samo na prethodno aktiviranje površine. Štoviše, direktni procesi metalizacije provode se na način da se provodljivi film pojavljuje samo tamo gdje je potreban - na površini dielektrika. Kao posljedica toga, sloj barijere u metaliziranim spojevima tiskanih ploča proizvedenih direktnom metalizacijom rupa jednostavno odsutan. Nije li to lijep način da se riješi tehnička kontradikcija?

Također je bilo moguće prevladati tehničku kontradikciju u vezi sa metalizacijom otvora. Platirane rupe mogu postati slaba karika u štampanim pločama iz drugog razloga. Debljina premaza na zidovima otvora bi idealno trebala biti ujednačena po cijeloj njihovoj visini. U suprotnom, opet nastaju problemi s pouzdanošću. Fizička hemija procesa galvanizacije tome se suprotstavlja. Idealni i stvarni profil premaza u metaliziranim spojevima prikazan je na Sl. 5. Debljina premaza na dubini rupe je obično manja nego na površini. Razlozi su veoma različiti: neujednačena gustina struje, katodna polarizacija, nedovoljna razmena elektrolita itd. U savremenim štampanim pločama prečnik prelaznih rupa koje se metaliziraju već premašuje 100 mikrona, a odnos visine i prečnika rupe kod nekih slučajeva dostiže 20:1. Situacija se izuzetno zakomplikovala. Fizičke metode (upotreba ultrazvuka, povećanje intenziteta razmene fluida u rupama štampanih ploča i sl.) su već iscrpile svoje mogućnosti. Čak i viskoznost elektrolita počinje igrati značajnu ulogu.

Rice. 8. Poprečni presjek metalizirane rupe na štampanoj ploči. 1 - dielektrik, 2 - idealan profil metalizacije zidova rupa, 3 - pravi profil metalizacije zidova rupa,
4 - otpor

Tradicionalno, ovaj problem je riješen korištenjem elektrolita sa nivelirajućim aditivima koji se adsorbiraju u područjima gdje je gustoća struje veća. Sorpcija takvih aditiva je proporcionalna gustoći struje. Aditivi stvaraju sloj barijere kako bi se suprotstavili suvišnom sloju na oštrim rubovima i susjednim područjima (bliže površini tiskane ploče).

Drugo rješenje ovog problema je teoretski poznato već duže vrijeme, ali u praksi ga je bilo moguće implementirati sasvim nedavno - nakon što je savladana industrijska proizvodnja sklopnih napajanja velike snage. Ova metoda se temelji na korištenju impulsnog (reverznog) načina napajanja za galvanske kupke. Većinu vremena se isporučuje jednosmjerna struja. U tom slučaju dolazi do taloženja premaza. Reverzna struja se napaja u manjini vremena. Istovremeno, naneseni premaz se otapa. Neujednačena gustina struje (više na oštrim uglovima) u ovom slučaju donosi samo prednosti. Zbog toga se otapanje premaza prvo i u većoj mjeri događa na površini tiskane ploče. U tome tehničko rješenje koristi se čitav "buket" tehnika za rješavanje tehničkih kontradikcija: koristiti djelomično redundantnu akciju, pretvarajući štetu u korist, primijeniti prijelaz s kontinuiranog procesa na pulsni, učiniti suprotno, itd. I dobiveni rezultat odgovara ovome “buket”. Određenom kombinacijom trajanja impulsa naprijed i nazad moguće je čak dobiti debljinu premaza u dubini rupe koja je veća nego na površini tiskane ploče. Zbog toga se ova tehnologija pokazala kao nezamjenjiva za punjenje slijepih spojeva metalom (zajednička karakteristika modernih štampanih ploča), zbog čega se gustina međuspoja u PCB-u približno udvostručuje.

Problemi povezani sa pouzdanošću metaliziranih spojeva u štampanim pločama su lokalne prirode. Shodno tome, kontradikcije koje nastaju u procesu njihovog razvoja u odnosu na tiskane ploče u cjelini također nisu univerzalne. Iako takve štampane ploče zauzimaju lavovski deo tržišta svih štampanih ploča.

Također, u procesu razvoja rješavaju se i drugi problemi sa kojima se tehnolozi susreću, ali potrošači o njima i ne razmišljaju. Nabavljamo višeslojne štampane ploče za naše potrebe i koristimo ih.

Mikrominijaturizacija

U početnoj fazi, iste komponente su postavljene na štampane ploče koje su korištene u volumetrijska instalacija REA, doduše uz određene modifikacije zaključaka kako bi se smanjila njihova veličina. Ali najčešće komponente mogu se instalirati na štampane ploče bez modifikacija.

Pojavom štampanih ploča postalo je moguće smanjiti veličinu komponenti koje se koriste na štampanim pločama, što je zauzvrat dovelo do smanjenja radnih napona i struja koje troše ovi elementi. Od 1954. Ministarstvo za elektrane i elektroindustriju masovno proizvodi prijenosni radio prijemnik Dorozhny, koji koristi štampanu ploču.

Pojavom minijaturnih poluvodičkih pojačala - tranzistora, tiskane ploče počele su dominirati u kućanskim aparatima, a nešto kasnije i u industriji, a s pojavom fragmenata elektroničkih kola - funkcionalnih modula i mikro krugova - kombiniranih na jednom čipu, njihov dizajn već predviđena za ugradnju isključivo neštampanih ploča.

Uz kontinuirano smanjenje veličine aktivnih i pasivnih komponenti, pojavio se novi koncept - "mikrominijaturizacija".

U elektronskim komponentama, to je rezultiralo pojavom LSI i VLSI koji sadrže mnogo miliona tranzistora. Njihova pojava dovela je do povećanja broja vanjski odnosi(vidi kontaktnu površinu grafičkog procesora na slici 9.a), što je zauzvrat izazvalo komplikaciju u rasporedu provodnih linija, što se može vidjeti na slici 9.b.

Takav GPU panel, i CPU također - ništa više od male višeslojne štampane ploče na kojoj se nalazi sam čip procesora, ožičenje veza između pinova čipa i kontaktnog polja, te vanjski elementi (obično filter kondenzatori sistema za distribuciju energije).

Slika 9

I ne dozvolite da vam to izgleda kao šala, Intel-ov ili AMD-ov CPU za 2010. je također štampana ploča, i to višeslojna.

Slika 9a

Razvoj štampanih ploča, kao i elektronske opreme uopšte, je linija redukcije njenih elemenata; njihovo zbijanje na štampanoj površini, kao i smanjenje elektronskih elemenata. U ovom slučaju, pod „elementima“ treba shvatiti kako vlastito svojstvo štampanih ploča (provodnici, vias, itd.), tako i elemente iz nadsistema (sklop štampanih kola) - radioelemente. Potonje su ispred štampanih ploča po brzini mikrominijaturizacije.

Mikroelektronika je uključena u razvoj VLSI.

Povećanje gustine elementarne baze zahteva isto i od provodnika štampane ploče - nosača ove elementne baze. U tom smislu se javljaju brojni problemi koji zahtijevaju rješenja. Govorit ćemo detaljnije o dva takva problema i načinima njihovog rješavanja.

Prve metode proizvodnje tiskanih ploča bile su bazirane na lijepljenju vodiča od bakarne folije na površinu dielektrične podloge.

Pretpostavljalo se da se širina provodnika i razmaci između provodnika mjere u milimetrima. U ovoj verziji takva tehnologija je bila prilično izvodljiva. Naknadna minijaturizacija elektroničke opreme zahtijevala je stvaranje drugih metoda za proizvodnju tiskanih ploča, čije se glavne verzije (subtractive, aditive, poluaditivne, kombinirane) koriste i danas. Upotreba takvih tehnologija omogućila je implementaciju štampanih ploča s veličinama elemenata mjerenim u desetinkama milimetra.

Postizanje nivoa rezolucije od približno 0,1 mm (100 µm) u štampanim pločama bio je značajan događaj. S jedne strane, došlo je do prijelaza „naniže“ za još jedan red veličine. S druge strane, to je svojevrsni kvalitativni skok. Zašto? Dielektrični supstrat većine modernih štampanih ploča je fiberglas - slojevita plastika sa polimernom matricom ojačanom fiberglasom. Smanjenje razmaka između vodiča tiskane ploče dovelo je do toga da su postali srazmjerni debljini staklenih niti ili debljini tkanja ovih niti u fiberglasu. A situacija u kojoj su provodnici "kratki" takvim čvorovima postala je sasvim realna. Kao rezultat toga, formiranje neobičnih kapilara u laminatu od stakloplastike, koje "podižu" ove provodnike, postalo je stvarno. U vlažnom okruženju, kapilare na kraju dovode do pogoršanja nivoa izolacije između PCB provodnika. Tačnije, to se dešava čak iu normalnim uslovima vlažnosti. Kondenzacija vlage u kapilarnim strukturama fiberglasa takođe se primećuje u normalnim uslovima.Vlaga uvek smanjuje nivo otpornosti izolacije.

Kako su takve štampane ploče postale uobičajena pojava u modernoj elektronskoj opremi, možemo zaključiti da su dizajneri osnovnih materijala za štampane ploče uspeli da reše ovaj problem tradicionalnim metodama. Ali hoće li se izboriti sa sljedećim značajnim događajem? Već se dogodio još jedan kvalitativni skok.

Navodi se da su stručnjaci kompanije Samsung savladali tehnologiju proizvodnje štampanih ploča sa širinom provodnika i razmakom između njih od 8-10 mikrona. Ali ovo nije debljina staklene niti, već stakloplastike!

Zadatak obezbjeđivanja izolacije u ultramalim prazninama između provodnika sadašnjih, a posebno budućih štampanih ploča je složen. Kojim metodama će se to riješiti - tradicionalnim ili netradicionalnim - i hoće li biti riješeno - vrijeme će pokazati.

Rice. 10. Profili za nagrizanje bakarne folije: a - idealan profil, b - pravi profil; 1 - zaštitni sloj, 2 - provodnik, 3 - dielektrik

Postojale su poteškoće u dobijanju ultra-sitnih (ultra uskih) provodnika u štampanim pločama. Iz mnogo razloga, metode subtriranja postale su široko rasprostranjene u tehnologijama proizvodnje štampanih ploča. U subtraktivnim metodama, uzorak električnog kola se formira uklanjanjem nepotrebnih komada folije. Još tokom Drugog svjetskog rata, Paul Eisler je razvio tehnologiju jetkanja bakarne folije željeznim hloridom. Takvu nepretencioznu tehnologiju i danas koriste radio-amateri. Industrijske tehnologije nisu daleko od ove „kuhinjske“ tehnologije. Osim ako se sastav nije promijenio rastvori za kiseljenje i pojavili su se elementi automatizacije procesa.

Osnovni nedostatak apsolutno svih tehnologija jetkanja je taj što se jetkanje događa ne samo u željenom smjeru (prema dielektričnoj površini), već i u neželjenom poprečnom smjeru. Bočno podrezivanje provodnika je uporedivo sa debljinom bakarne folije (oko 70%). Obično se umjesto idealnog profila provodnika dobije profil u obliku pečurke (slika 10). Kada je širina provodnika velika, a u najjednostavnijim štampanim pločama se mjeri čak i u milimetrima, ljudi jednostavno zažmire na bočno podrezivanje vodiča. Ako je širina provodnika srazmjerna njihovoj visini ili čak manja od nje (stvarnosti današnjice), tada "lateralne težnje" dovode u pitanje izvodljivost korištenja takvih tehnologija.

U praksi se količina bočnog podrezivanja štampanih provodnika može donekle smanjiti. Ovo se postiže povećanjem brzine jetkanja; korištenjem mlaznog izlijevanja (mlaznice za nagrizanje poklapaju se sa željenim smjerom - okomito na ravninu lima), kao i drugim metodama. Ali kada se širina provodnika približi njegovoj visini, efikasnost takvih poboljšanja postaje očigledno nedovoljna.

Ali napredak u fotolitografiji, hemiji i tehnologiji sada omogućava rješavanje svih ovih problema. Ova rješenja dolaze iz mikroelektronskih tehnologija.

Radioamaterske tehnologije za proizvodnju štampanih ploča

Proizvodnja štampanih ploča u radio-amaterskim uslovima ima svoje karakteristike, a razvoj tehnologije sve više povećava ove mogućnosti. Ali procesi su i dalje njihova osnova

Pitanje kako jeftino proizvesti štampane ploče kod kuće zabrinjava sve radio-amatere, verovatno od 60-ih godina prošlog veka, kada su štampane ploče našle široku upotrebu u kućanskim aparatima. I ako tada izbor tehnologija nije bio tako velik, danas, zahvaljujući razvoju moderne tehnologije, radio-amateri imaju priliku da brzo i efikasno proizvode štampane ploče bez upotrebe skupe opreme. I te se mogućnosti neprestano šire, omogućavajući kvalitetu njihovih kreacija da se sve više približava industrijskom dizajnu.

Zapravo, cijeli proces proizvodnje tiskane ploče može se podijeliti u pet glavnih faza:

• preliminarna priprema izratka (čišćenje površine, odmašćivanje);
• nanošenje zaštitnog premaza na ovaj ili onaj način;
• uklanjanje viška bakra sa površine ploče (jetkanje);
• čišćenje radnog komada od zaštitnog premaza;
• bušenje rupa, premazivanje ploče fluksom, kalajisanje.

Razmatramo samo najčešću "klasičnu" tehnologiju, u kojoj se višak bakra uklanja s površine ploče kemijskim jetkanjem. Osim toga, moguće je, na primjer, ukloniti bakar glodanjem ili korištenjem električne instalacije. Međutim, ove metode nemaju široku primjenu ni u radioamaterskom okruženju ni u industriji (iako se proizvodnja ploča glodanjem ponekad koristi u slučajevima kada je potrebno vrlo brzo proizvesti jednostavne tiskane ploče u pojedinačnim količinama).

A ovdje ćemo govoriti o prve 4 točke tehnološkog procesa, budući da bušenje izvodi radio-amater koristeći alat koji ima.

Kod kuće je nemoguće napraviti višeslojnu tiskanu ploču koja može konkurirati industrijskim dizajnom, stoga se obično u radioamaterskim uvjetima koriste dvostrane tiskane ploče, au dizajnu mikrovalnih uređaja samo dvostrane.

Iako treba težiti kod izrade štampanih ploča kod kuće, pri razvoju kola treba težiti da se koristi što više komponenti za površinsku montažu, što u nekim slučajevima omogućava da se skoro celo kolo postavi na jednu stranu ploče. To je zbog činjenice da još nije izumljena tehnologija za metaliziranje spojeva koja bi bila izvodljiva kod kuće. Stoga, ako se raspored ploče ne može izvršiti na jednoj strani, raspored treba uraditi na drugoj strani koristeći pinove raznih komponenti instaliranih na ploči kao međuslojne otvore, koji će u ovom slučaju morati biti zalemljeni na obje strane board. Naravno, postoje različiti načini za zamjenu metalizacije rupa (pomoću tankog vodiča umetnutog u rupu i zalemljenog na šine s obje strane ploče; korištenjem posebnih klipova), ali svi oni imaju značajne nedostatke i nezgodni su za upotrebu. U idealnom slučaju, ploča bi trebala biti postavljena samo s jedne strane koristeći minimalni broj kratkospojnika.

Pogledajmo sada pobliže svaku od faza proizvodnje štampane ploče.

Preliminarna priprema radnog komada

Ova faza je početna i sastoji se od pripreme površine buduće tiskane ploče za nanošenje zaštitnog premaza na nju. Općenito, tehnologija čišćenja površina nije pretrpjela značajne promjene tokom dužeg vremenskog perioda. Cijeli proces se svodi na uklanjanje oksida i onečišćenja s površine ploče korištenjem raznih abraziva i naknadnog odmašćivanja.

Za uklanjanje teške prljavštine možete koristiti fino zrnati brusni papir („nula“), fini abrazivni prah ili bilo koji drugi proizvod koji ne ostavlja duboke ogrebotine na površini ploče. Ponekad možete jednostavno oprati površinu tiskane ploče tvrdom spužvom za pranje posuđa s deterdžentom ili prahom (u ove svrhe je zgodno koristiti abrazivnu spužvu za pranje posuđa, koja izgleda kao filc s malim uključcima neke tvari; često takva spužva je zalijepljen na komad pjenaste gume) . Osim toga, ako je površina štampane ploče dovoljno čista, možete potpuno preskočiti korak obrade abrazivom i prijeći direktno na odmašćivanje.

Ako na štampanoj ploči postoji samo debeo oksidni film, može se lako ukloniti tretiranjem štampane ploče u trajanju od 3-5 sekundi rastvorom željeznog hlorida, nakon čega sledi ispiranje u hladnoj tekućoj vodi. Treba napomenuti, međutim, da je poželjno ili proizvoditi ovu operaciju Neposredno prije nanošenja zaštitnog premaza ili nakon nanošenja, radni predmet čuvajte na tamnom mjestu, jer bakar brzo oksidira na svjetlu.

Završna faza pripreme površine je odmašćivanje. Da biste to učinili, možete koristiti komad meke tkanine bez vlakana navlaženu alkoholom, benzinom ili acetonom. Ovdje treba obratiti pažnju na čistoću površine ploče nakon odmašćivanja, jer su se nedavno počeli pojavljivati ​​aceton i alkohol sa značajnom količinom nečistoća, koji nakon sušenja ostavljaju bjelkaste mrlje na ploči. Ako je to slučaj, onda biste trebali potražiti drugi odmašćivač. Nakon odmašćivanja, ploču treba oprati u tekućoj vodi hladnom vodom. Kvaliteta čišćenja može se kontrolisati praćenjem stepena vlaženja površine bakra vodom. Površina potpuno natopljena vodom, bez stvaranja kapi ili puknuća vodenog filma, pokazatelj je normalnog nivoa čišćenja. Poremećaji u ovom filmu vode ukazuju na to da površina nije dovoljno očišćena.

Nanošenje zaštitnog premaza

Nanošenje zaštitnog premaza je najvažnija faza u procesu proizvodnje štampanih ploča, a ona određuje 90% kvaliteta proizvedene ploče. Trenutno su u radioamaterskoj zajednici najpopularnije tri metode nanošenja zaštitnog premaza. Razmotrićemo ih u cilju povećanja kvaliteta ploča koje se dobijaju prilikom njihovog korišćenja.

Prije svega, potrebno je pojasniti da zaštitni premaz na površini obratka mora formirati homogenu masu, bez nedostataka, s glatkim, jasnim granicama i otpornim na djelovanje kemijskih komponenti otopine za jetkanje.

Ručno nanošenje zaštitnog premaza

Ovom metodom, crtež štampane ploče se ručno prenosi na laminat od stakloplastike pomoću neke vrste uređaja za pisanje. Nedavno su se na tržištu pojavili mnogi markeri, čija se boja ne ispire vodom i pruža prilično izdržljiv zaštitni sloj. Osim toga, za ručno crtanje možete koristiti dasku za crtanje ili neki drugi uređaj napunjen bojom. Na primjer, pogodno je koristiti za crtanje šprica s tankom iglom (inzulinske šprice s promjerom igle 0,3-0,6 mm) izrezane na dužinu od 5-8 mm su najprikladnije za ove svrhe. U tom slučaju, štap se ne smije umetati u špric - boja treba slobodno teći pod utjecajem kapilarnog efekta. Također, umjesto šprica, možete koristiti tanku staklenu ili plastičnu cijev navučenu preko vatre kako biste postigli željeni prečnik. Posebnu pažnju treba obratiti na kvalitetu obrade ruba cijevi ili igle: prilikom crtanja ne smiju ogrebati ploču, inače se već obojena područja mogu oštetiti. Pri radu s takvim uređajima možete koristiti bitumen ili neki drugi lak razrijeđen otapalom, tsaponlakom ili čak otopinom kolofonija u alkoholu kao boju. U tom slučaju potrebno je odabrati konzistenciju boje tako da slobodno teče prilikom crtanja, ali istovremeno ne istječe i ne formira kapljice na kraju igle ili cijevi. Vrijedi napomenuti da je ručni postupak nanošenja zaštitnog premaza prilično radno intenzivan i prikladan je samo u slučajevima kada je potrebno vrlo brzo proizvesti malu ploču. Minimalna širina kolosijeka koja se može postići ručnim crtanjem je oko 0,5 mm.

Koristeći "tehnologiju laserskog štampača i gvožđa"

Ova tehnologija se pojavila relativno nedavno, ali je odmah postala široko rasprostranjena zbog svoje jednostavnosti i visoke kvalitete rezultirajućih ploča. Osnova tehnologije je prijenos tonera (praška koji se koristi za štampanje u laserskim štampačima) sa bilo koje podloge na štampanu ploču.

U ovom slučaju moguće su dvije opcije: ili se korištena podloga odvoji od ploče prije graviranja ili, ako se koristi supstrat aluminijska folija, urezana je zajedno sa bakrom .

Prva faza upotrebe ove tehnologije je štampanje zrcalne slike uzorka štampane ploče na podlozi. Postavke štampanja treba postaviti na maksimalan kvalitet štampe (pošto se u ovom slučaju nanosi najdeblji sloj tonera). Kao podlogu možete koristiti tanki premazani papir (korice iz raznih časopisa), faks papir, aluminijsku foliju, film za laserske štampače, podlogu od Oracal samoljepljive folije ili neke druge materijale. Ako koristite pretanak papir ili foliju, možda ćete morati da ih zalijepite po obodu na komad debelog papira. U idealnom slučaju, štampač treba da ima putanju papira bez pregiba, što sprečava da se takav sendvič sruši unutar štampača. Ovo je od velike važnosti i kod štampe na foliji ili Oracal filmskoj podlozi, jer toner jako slabo prianja na njih, a ako je papir u unutrašnjosti štampača savijen, velika je vjerovatnoća da ćete morati provesti nekoliko neugodnih minuta na čišćenju pećnica za štampač od naljepljenih ostataka tonera. Najbolje je da štampač može da provlači papir horizontalno kroz sebe dok štampa na gornjoj strani (kao HP LJ2100, jedan od najboljih štampača za proizvodnju PCB-a). Želio bih odmah upozoriti vlasnike štampača kao što su HP LJ 5L, 6L, 1100 da ne pokušavaju da štampaju na foliji ili podlozi od Oracal - obično takvi eksperimenti završavaju neuspehom. Takođe, osim štampača, možete koristiti i kopir mašinu, čija upotreba ponekad daje čak i bolje rezultate u odnosu na štampače zbog nanošenja debelog sloja tonera. Glavni zahtjev za podlogu je da se može lako odvojiti od tonera. Takođe, ako koristite papir, ne bi trebalo da ostavlja bilo kakve mrlje u toneru. U ovom slučaju su moguće dvije opcije: ili se supstrat jednostavno ukloni nakon prenošenja tonera na ploču (u slučaju filma za laserske štampače ili podloge iz Oracal-a), ili se prethodno namoči u vodi i zatim postepeno odvaja (premazani papir).

Prenošenje tonera na ploču uključuje nanošenje podloge sa tonerom na prethodno očišćenu ploču, a zatim je zagrijavanje na temperaturu malo iznad tačke topljenja tonera. Postoji ogroman broj opcija kako to učiniti, ali najjednostavnije je pritisnuti podlogu na ploču vrućim željezom. Istovremeno, kako bi se ravnomjerno rasporedio pritisak željeza na podlogu, preporučuje se da se između njih položi nekoliko slojeva debelog papira. Vrlo važno pitanje je temperatura pegle i vrijeme držanja. Ovi parametri se razlikuju u svakom konkretnom slučaju, tako da ćete možda morati pokrenuti više od jednog eksperimenta prije nego što dobijete dobre rezultate. Ovdje postoji samo jedan kriterij: toner mora imati vremena da se otopi dovoljno da se zalijepi za površinu ploče, a u isto vrijeme ne smije imati vremena da dostigne polutečno stanje kako rubovi tragova ne bi bili izravnati. Nakon “zavarivanja” tonera na ploču, potrebno je odvojiti podlogu (osim u slučaju korištenja aluminijske folije kao podloge: ne treba je odvajati, jer se rastvara u gotovo svim otopinama za jetkanje). Oracalov laserski film i podloga jednostavno se pažljivo odlijepe, dok je običan papir potrebno prethodno namočiti u vrućoj vodi.

Vrijedi napomenuti da je zbog mogućnosti štampanja laserskih štampača sloj tonera u sredini velikih čvrstih poligona prilično mali, tako da biste trebali izbjegavati korištenje takvih područja na ploči kad god je to moguće, ili ćete morati ručno retuširati ploču. nakon uklanjanja podloge. Općenito, korištenje ove tehnologije, nakon određenog treninga, omogućava postizanje širine staza i razmaka između njih do 0,3 mm.

Koristim ovu tehnologiju dugi niz godina (od kada mi je postao dostupan laserski štampač).

Primjena fotorezista

Fotorezist je supstanca osjetljiva na svjetlost (obično u bliskom ultraljubičastom području) koja mijenja svoja svojstva kada je izložena svjetlosti.

Nedavno se na ruskom tržištu pojavilo nekoliko vrsta uvezenih fotorezista u aerosolnoj ambalaži, koji su posebno pogodni za upotrebu kod kuće. Suština upotrebe fotorezista je sljedeća: fotomaska ​​() se nanosi na ploču na koju se nanosi sloj fotorezista i osvjetljava se, nakon čega se osvijetljena (ili neeksponirana) područja fotorezista ispiru posebnim otapalom. , što je obično kaustična soda (NaOH). Svi fotorezisti su podijeljeni u dvije kategorije: pozitivne i negativne. Za pozitivne fotoreziste, trag na ploči odgovara crnoj površini na fotomaski, a za negativne, shodno tome, prozirnom području.

Pozitivni fotorezisti se najčešće koriste jer su najpogodniji za upotrebu.

Zaustavimo se detaljnije na upotrebi pozitivnih fotorezista u aerosolnoj ambalaži. Prvi korak je priprema foto šablona. Kod kuće ga možete dobiti tako što ćete ispisati dizajn ploče na laserskom štampaču na filmu. U ovom slučaju, potrebno je obratiti posebnu pažnju na gustinu crne boje na fotomaski, za što je potrebno isključiti sve načine štednje tonera i poboljšanja kvalitete ispisa u postavkama štampača. Osim toga, neke kompanije nude izlaz fotomaske na fotoploteru - i zajamčen vam je rezultat visokog kvaliteta.

U drugoj fazi, na prethodno pripremljenu i očišćenu površinu ploče nanosi se tanak film fotorezista. To se radi prskanjem sa udaljenosti od oko 20 cm.U tom slučaju treba težiti maksimalnoj ujednačenosti rezultirajućeg premaza. Osim toga, veoma je važno osigurati da nema prašine tokom procesa prskanja - svaka zrnca prašine koja uđe u fotorezist neminovno će ostaviti trag na ploči.

Nakon nanošenja sloja fotorezista potrebno je osušiti nastali film. Preporučljivo je to učiniti na temperaturi od 70-80 stepeni, a prvo je potrebno osušiti površinu na niskoj temperaturi i tek onda postepeno povećavati temperaturu do željene vrijednosti. Vrijeme sušenja na navedenoj temperaturi je oko 20-30 minuta. U krajnjem slučaju, sušenje ploče s sobnoj temperaturi za 24 sata. Ploče premazane fotorezistom treba čuvati na hladnom i tamnom mjestu.

Nakon nanošenja fotorezista, sljedeći korak je ekspozicija. U ovom slučaju se na ploču nanosi fotomaska ​​(sa odštampanom stranom okrenutom prema ploči, što pomaže da se poveća jasnoća tokom ekspozicije), koja se pritisne na tanko staklo ili. Kad dosta male veličine Za presovanje ploča možete koristiti fotografsku ploču ispranu od emulzije. Budući da je područje maksimalne spektralne osjetljivosti većine modernih fotorezista u ultraljubičastom području, za osvjetljenje je preporučljivo koristiti lampu s velikim udjelom UV zračenja u spektru (DRSh, DRT, itd.). U krajnjem slučaju, možete koristiti moćnu ksenonsku lampu. Vrijeme ekspozicije ovisi o više razloga (vrsta i snaga lampe, udaljenost od lampe do ploče, debljina sloja fotorezista itd.) i odabire se eksperimentalno. Međutim, općenito, vrijeme izlaganja obično nije duže od 10 minuta, čak i kada je izloženo direktnom suncu.

(Ne preporučujem korištenje plastičnih ploča koje su prozirne na vidljivom svjetlu za presovanje, jer imaju jaku apsorpciju UV zračenja)

Većina fotorezista se razvija sa rastvorom natrijum hidroksida (NaOH) - 7 grama po litru vode. Najbolje je koristiti svježe pripremljeni rastvor na temperaturi od 20-25 stepeni. Vrijeme razvoja ovisi o debljini fotootpornog filma i kreće se od 30 sekundi do 2 minute. Nakon razvoja, ploča se može jetkati u običnim otopinama, jer je fotorezist otporan na kiseline. Kada koristite visokokvalitetne fotomaske, upotreba fotorezista omogućava vam da dobijete tragove širine do 0,15-0,2 mm.

Etching

Postoji mnogo poznatih jedinjenja za hemijsko jetkanje bakra. Svi se razlikuju po brzini reakcije, sastavu tvari koje se oslobađaju kao rezultat reakcije, kao i dostupnosti kemijskih reagensa potrebnih za pripremu otopine. Ispod su informacije o najpopularnijim rješenjima za graviranje.

feri hlorid (FeCl)

Možda najpoznatiji i najpopularniji reagens. Suhi željezni hlorid se otapa u vodi dok se ne dobije zasićeni rastvor zlatno žute boje (za to će biti potrebno oko dve supene kašike po čaši vode). Proces nagrizanja u ovom rastvoru može trajati od 10 do 60 minuta. Vrijeme ovisi o koncentraciji otopine, temperaturi i miješanju. Mešanje značajno ubrzava reakciju. U ove svrhe, prikladno je koristiti akvarijski kompresor, koji omogućava miješanje otopine s mjehurićima zraka. Reakcija se također ubrzava kada se otopina zagrije. Nakon što je jetkanje završeno, ploča se mora oprati sa dosta vode, po mogućnosti sapunom (kako bi se neutralisali ostaci kiseline). Nedostaci ovog rješenja uključuju stvaranje otpada tokom reakcije, koji se taloži na ploči i ometa normalan tok procesa jetkanja, kao i relativno nisku brzinu reakcije.

Amonijum persulfat

Lagana kristalna supstanca koja se rastvara u vodi u odnosu 35 g supstance na 65 g vode. Proces jetkanja u ovom rastvoru traje oko 10 minuta i zavisi od površine bakrenog premaza koji se gravira. Da bi se osigurali optimalni uslovi za reakciju, rastvor mora imati temperaturu od oko 40 stepeni i mora se stalno mešati. Nakon što je nagrizanje završeno, ploča se mora oprati tekućom vodom. Nedostaci ovog rješenja uključuju potrebu održavanja potrebne temperature i miješanja.

Otopina hlorovodonične kiseline (HCl) i vodikovog peroksida (H 2 O 2)

- Za pripremu ovog rastvora potrebno je dodati 200 ml 35% hlorovodonične kiseline i 30 ml 30% vodikovog peroksida u 770 ml vode. Pripremljeni rastvor treba čuvati u tamnoj boci, ne hermetički zatvorenoj, jer se razgradnjom vodikovog peroksida oslobađa gas. Pažnja: kada koristite ovu otopinu, moraju se poduzeti sve mjere opreza pri radu sa kaustičnim kemikalijama. Svi radovi se moraju izvoditi samo na svježi zrak ili ispod haube. Ako rastvor dospe na kožu, odmah je isperite sa dosta vode. Vrijeme jetkanja u velikoj mjeri ovisi o miješanju i temperaturi otopine i iznosi 5-10 minuta za dobro izmiješani svježi rastvor na sobnoj temperaturi. Rastvor se ne smije zagrijati iznad 50 stepeni. Nakon jetkanja, ploča se mora oprati tekućom vodom.

Ova otopina nakon jetkanja može se obnoviti dodavanjem H2O2. Potrebna količina vodikovog peroksida procjenjuje se vizualno: bakrenu ploču uronjenu u otopinu treba prefarbati iz crvene u tamno smeđu. Formiranje mjehurića u otopini ukazuje na višak vodikovog peroksida, što dovodi do usporavanja reakcije jetkanja. Nedostatak ovog rješenja je potreba da se striktno pridržavaju svih mjera opreza pri radu s njim.

Otopina limunske kiseline i vodikovog peroksida iz Radiokota

U 100 ml farmaceutskog 3% vodikovog peroksida otopi se 30 g limunske kiseline i 5 g kuhinjske soli.

Ova otopina bi trebala biti dovoljna za nagrizanje 100 cm2 bakra, debljine 35 µm.

Nema potrebe štedjeti na soli prilikom pripreme otopine. Pošto ima ulogu katalizatora, praktično se ne troši tokom procesa jetkanja. Peroksid 3% ne treba dalje razrjeđivati ​​jer kada se dodaju drugi sastojci, njegova koncentracija se smanjuje.

Što se više vodikovog peroksida (hidroperita) doda, proces će ići brže, ali nemojte pretjerivati ​​- otopina se ne skladišti, tj. se ne koristi ponovo, što znači da će se hidroperit jednostavno previše koristiti. Višak peroksida može se lako odrediti po obilnom "mjehuriću" tokom jetkanja.

Međutim, dodavanje limunske kiseline i peroksida je sasvim prihvatljivo, ali je racionalnije pripremiti svježu otopinu.

Čišćenje radnog komada

Nakon što je jetkanje i pranje ploče završeno, potrebno je očistiti njenu površinu od zaštitnog premaza. Ovo se nekako može uraditi organski rastvarač na primjer, aceton.

Zatim morate izbušiti sve rupe. To se mora učiniti oštro naoštrenom bušilicom pri maksimalnoj brzini motora. Ako prilikom nanošenja zaštitnog premaza nije ostao prazan prostor u središtima kontaktnih jastučića, potrebno je prvo označiti rupe (to se može učiniti, na primjer, jezgrom). Nakon toga se defekti (rese) na zadnjoj strani ploče uklanjaju upuštanjem, a na dvostranoj štampanoj ploči na bakru - bušilicom prečnika oko 5 mm u ručnoj stezaljci za jedan okret bušiti bez primjene sile.

Sljedeći korak je premazivanje ploče fluksom, nakon čega slijedi kalajisanje. Mogu se koristiti posebni tokovi industrijska proizvodnja(najbolje isprati vodom ili uopće ne zahtijeva ispiranje) ili jednostavno prekrijte dasku slabom otopinom kolofonija u alkoholu.

Limiranje se može obaviti na dva načina:

Potapanje u rastopljeni lem

Koristite lemilicu i metalnu pletenicu impregniranu lemom.

U prvom slučaju, potrebno je napraviti željeznu kupku i napuniti je malom količinom nisko topivog lema - Rose ili Wood legure. Talina mora biti potpuno prekrivena slojem glicerina na vrhu kako bi se izbjegla oksidacija lema. Za zagrijavanje kupke možete koristiti obrnutu peglu ili ploču za kuhanje. Ploča se uroni u rastopljenu masu, a zatim se ukloni uz uklanjanje viška lema čvrstim gumenim brisačem.

Zaključak

Mislim da će ovaj materijal pomoći čitateljima da steknu ideju o dizajnu i proizvodnji tiskanih ploča. A za one koji se počinju baviti elektronikom, steknite osnovne vještine izrade istih kod kuće.Za potpunije upoznavanje sa štampanim pločama preporučujem čitanje [L.2]. Može se preuzeti na Internetu.

Književnost

1. Politehnički rječnik. Urednički tim: Inglinski A. Yu et al. M.: Sovjetska enciklopedija. 1989.
2. Medvedev A.M. Štampane ploče. Dizajni i materijali. M.: Tehnosfera. 2005.
3. Iz povijesti tehnologije tiskanih ploča // Electronics-NTB. 2004. br. 5.
4. Nove stavke u elektronskoj tehnologiji. Intel uvodi eru trodimenzionalnih tranzistora. Alternativa tradicionalnim planarnim uređajima // Electronics-NTB. 2002. br. 6.
5. Istinski trodimenzionalni mikro krugovi - prva aproksimacija // Komponente i tehnologije. 2004. br. 4.
6. Mokeev M. N., Lapin M. S. Tehnološki procesi i sistemi za proizvodnju tkanih ploča i trakastih kablova. L.: LDNTP 1988.
7. Volodarsky O. Da li mi ovaj kompjuter odgovara? Elektronika utkana u tkaninu postaje moderna // Electronics-NTB. 2003. br. 8.
8. Medvedev A. M. Tehnologija proizvodnje štampanih ploča. M.: Tehnosfera. 2005.
9. Medvedev A. M. Impulsna metalizacija tiskanih ploča // Tehnologije u elektroničkoj industriji. 2005. br. 4
10. Štampane ploče - razvojne linije, Vladimir Urazaev,