Štampana ploča (engleski: printed circuit board, PCB, ili printed wiring board, PWB) - ploča napravljena od dielektrika, na površini i/ili u zapremini koje se formiraju električno vodljiva kola elektronsko kolo. 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 površinske montaže, na štampanoj ploči, elektroprovodljivi uzorak je napravljen od folije, u potpunosti smješten na čvrstoj izolacijskoj podlozi. Štampana ploča sadrži montažne rupe i jastučiće za montažu olovnih ili ravnih komponenti. Pored toga, štampane ploče imaju otvore za električno povezivanje delova folije koji se nalaze na različitim slojevima ploče. WITH spoljne strane Ploča je obično premazana zaštitnim premazom (“lemna maska”) i oznakama (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. Takođe, osnova štampanih ploča može biti metalna baza, obložena dielektrikom (na primjer, eloksiranim aluminijem), bakrena folija gusjenica se nanosi na vrh dielektrika. 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 dostupnim materijalima za proizvodnju ploča - to su Getinax i Fiberglass. Getinax papir impregniran bakelitnim lakom, fiberglas tekstolit sa epoksidom. Definitivno ćemo koristiti fiberglas!

Folija fiberglas laminat je ploča izrađena od staklenih tkanina, impregnirana vezivom na bazi epoksidnih smola i obostrano obložena 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.

At mehanička metoda koristi se skalpel (za ručnu proizvodnju) ili glodalica. 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.

Najjednostavniji hemijska metoda- priručnik. 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 je prilično skupi materijali(fotootpornik koji se takođe vremenom kvari), 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 oprema i fotorezist tehnologija omogućavaju proizvodnju sitotiske i zaštitne maske o naknadama.

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, to mu omogućava da se koristi kao zaštitni premaz na bakrenim površinama.

Dakle, naša metoda je da prebacimo toner sa papira na površinu bakrene folije i zatim nagrizemo ploču specijalno rešenje da dobijem crtež.

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 je dodatno natopljen 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. Uplate ne izlaze prvi put, dobijaju se svaki drugi put. Mnogo je poboljšanja - korištenjem 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 - vrlo 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 ispostavilo, nigdje nisam mogao pronaći detaljne informacije, što bi dalo 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, potrebno je izvršiti slijedećih zahtjeva na daske:

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 posteljina, list toalet papira za upijanje višak tečnosti, list sa slikom, obostrana tabla, list sa slikom, list toalet papira, opet vlažna čaršava. 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.

Potrebni alati i hemiju

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:

Vrlo 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 takva šablona. 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 stegnemo tako da viri 2-3 mm potpunog uranjanja colets. 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 izbušiti 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. Lisenje ploče

Zašto kalajisati ploče - uglavnom za zaštitu bakra od korozije. Glavni nedostatak kalajisanja je pregrijavanje ploče i moguće oštećenje gusjenica. Ako nemate stanica za lemljenje- definitivno - ne petljajte sa pločom! 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) - ispada 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 akrilni lak kupljeno 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 PCB-a, moramo odabrati sljedeće materijale: PCB dielektrični osnovni materijal, štampani materijal provodnika i zaštitni premaz od izlaganja vlazi. 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 stakloplastike spojenih zajedno sa vezivom vrućim presovanjem. Vezivo je obično fenolna smola za papir ili epoksidna smola za fiberglas. U nekim slučajevima, poliester, silikonske smole ili fluoroplastika. Laminati su jednostrano ili obostrano obloženi bakarnom folijom standardne debljine.

Karakteristike gotove štampane ploče zavise od specifične kombinacije početni materijali, kao i iz 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 nanosi se na zidove rupa. tanki sloj bakar 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 epoksi stakloplastike, omjer koeficijenata toplinskog širenja je približno jednak tri, a rizik od pucanja u rupama je prilično mali.

Iz poređenja karakteristika baza proizilazi da su u svim aspektima (osim po cijeni) baze od epoksidnog stakloplastike superiornije u odnosu na podloge od getinaksa. Štampane ploče od epoksidnog stakloplastike karakteriziraju manje deformacije od tiskanih ploča od fenolnih i epoksidnih getinaka; potonji imaju stepen deformacije deset puta veći od stakloplastike.

Neke karakteristike različitih tipova laminata prikazane su u tabeli 4.

Tabela 4 - Karakteristike različitih vrsta laminata

Uspoređujući ove karakteristike, zaključujemo da se za proizvodnju dvostrane tiskane ploče treba koristiti samo epoksi fiberglas. U ovom predmetnom projektu odabran je laminat od fiberglasa SF-2-35-1,5.

Kao folija koja se koristi za foliranje dielektrične baze može se koristiti bakarna, aluminijumska ili nikalna folija. Međutim, aluminijska folija je inferiornija od bakrene, jer se teško lemi, a nikal ima visoku cijenu. 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 µm. 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.

Proces aditiva ( 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 sa GOST 23751 - 86, dizajn štampanih ploča treba izvesti uzimajući u obzir sljedeće metode proizvodnje:

– hemikalija za GPC

– kombinovano pozitivno na DPP

Metalizacija kroz rupe za WFP

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 ELEMENTA PROVODNOG OBRAZCA

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 sklop štampanih kola, koji se mogu postići tokom projektovanja i proizvodnje za pet klasa gustine montaže, date 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 štampane ploče (tabela 5) dobijene su kao rezultat analize proizvodnih podataka i eksperimentalne studije tačnost pojedinačnih 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.

Naša kompanija proizvodi štampane ploče od visokokvalitetnih uvoznih materijala, od standardnih FR4 do mikrotalasnih materijala i poliimida. U ovom dijelu definiramo osnovne pojmove i koncepte koji se koriste u području dizajna i proizvodnje štampanih ploča. Odjeljak govori o potpuno jednostavne stvari, poznato svakom dizajneru. Međutim, ovdje postoji niz nijansi koje mnogi programeri ne uzimaju uvijek u obzir.

*** Dodatne informacije dostupno,

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 slijepih i skrivene rupe.

Slijepe i skrivene rupe
Izraz "slijepe rupe" odnosi se na otvore koji povezuju vanjski sloj s najbližim unutrašnjim slojevima i nemaju pristup drugom vanjskom sloju. Dolazi iz engleska riječ slijepi, i sličan 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 dovodi do povećanja cijene ploče od jednog i po do nekoliko puta, ali u mnogim slučajevima, posebno pri usmjeravanju mikro krugova u BGA paket sa malim koracima, ne možete bez njih. Jedi razne načine formiranje takvih prolaza, o njima se detaljnije govori u odjeljku, ali za sada ćemo detaljnije razmotriti materijale od kojih je izrađena višeslojna ploča.

Tg—temperatura staklastog prijelaza (razaranje strukture)
Dk - dielektrična konstanta

Osnovni dielektrici za štampane ploče
Glavni tipovi i parametri materijala koji se koriste za proizvodnju MPP-ova dati su u tabeli 1. Tipični dizajn štampanih ploča zasnovan je na upotrebi standardnog fiberglas laminata 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. Za zahtjeve kao što su kontinuirani rad na visokim temperaturama ili oštre promjene temperature se koristi 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 takvim zadacima kao što su:
- proračun valnog otpora provodnika na ploči;
- proračun vrijednosti međuslojne visokonaponske izolacije;
- izbor strukture slijepih i skrivenih rupa.
Dostupne opcije i debljine razni materijali date 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 "jezgre" FR4 za unutrašnje slojeve štampane ploče

Obično na zalihama;
h - Na zahtjev (nije uvijek dostupno)
m - Može se proizvoditi;
Napomena: kako bismo osigurali pouzdanost gotovih ploča, važno je znati da za unutrašnje slojeve stranih ploča radije koristimo jezgra sa folijom od 35 mikrona, a ne 18 mikrona (čak i sa širinom provodnika i razmakom 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.

Tabela 3. Prepreg (“vezujući” sloj) za višeslojne štampane ploče

Dielektrična konstanta FR4 preprega može se kretati od 3,8 do 4,4 u zavisnosti od marke.
Molimo provjerite ovaj parametar za određeni materijal kod naših inženjera putem e-pošte

Tabela 4. Rogers mikrotalasni materijali za štampane ploče

* Dk - dielektrična konstanta

Tabela 5. Arlon mikrovalni materijali za MPP

Napomena: Materijali za mikrotalasnu pećnicu nisu uvek na lageru, a rok isporuke može potrajati i do 1 meseca. Prilikom odabira dizajna ploče potrebno je provjeriti stanje zaliha proizvođača MPP-a.

Dk — Dielektrična konstanta
Tg—temperatura staklastog prelaza

Želeo bih da istaknem važnost sledećih tačaka:
1. U principu, sve vrijednosti jezgre FR4 dostupne su od 0,1 do 1,0 mm u koracima od 0,1 mm. Međutim, prilikom dizajniranja hitnih narudžbi treba unaprijed provjeriti dostupnost materijala u skladištu proizvođača PCB-a.
2. Kada je u pitanju debljina materijala - za materijale namenjene za izradu dvostranih ploča, debljina materijala je naznačena uključujući i bakar. Debljine „jezgra“ za unutrašnje slojeve MPP-a navedene su u dokumentaciji bez debljine bakra.
Primer 1: materijal FR4, 1,6/35/35 ima debljinu dielektrika: 1,6-(2x35 µm)=1,53 mm (sa tolerancijom od ±10%).
Primjer 2: FR4, 0.2/35/35 jezgro ima dielektričnu debljinu: 200 µm (sa tolerancijom ±10%) i ukupnu debljinu: 200 µm+(2x35 µm)=270 µm.
3. Osiguravanje pouzdanosti. Dozvoljeni broj susjednih slojeva preprega u MPP-u nije manji od 2 i ne veći od 4. Mogućnost korištenja jednog sloja preprega između "jezgri" ovisi o prirodi šare i debljini susjednih slojeva bakra. . Što je bakar deblji i šara provodnika bogatija, to je teže ispuniti prostor između provodnika smolom. A pouzdanost ploče ovisi o kvaliteti punjenja.
Primjer: bakar 17 mikrona - može se koristiti 1 sloj 1080, 2116 ili 106; bakar 35 mikrona - 1 sloj se može koristiti samo za 2116.

PCB obloge
Razmotrite koji su premazi bakrenih jastučića. Najčešće su jastučići presvučeni legurom kositra i olova ili PBC. 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, zamjenjuje ga više moderni premazi, po pravilu, kompatibilan 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. Problemi povezani s RoHS-om će biti opisani u jednom od sljedećih odjeljaka, ali za sada pogledajmo moguće opcije pokrivenost MPP lokacija u Tabeli 7. HASL se primjenjuje svuda, osim ako ne postoje drugi zahtjevi. Potapanje (hemijsko) pozlaćivanje se koristi da se obezbedi glatkija površina ploče (ovo je posebno važno za BGA jastučiće), ali ima nešto manju sposobnost lemljenja. Lemljenje u peći izvodi se približno istom tehnologijom kao 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.

Tabela 7. Premazi PCB jastučića

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

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 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 nominalnih vrijednosti nije visoka - ne preciznije ± 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.

Tabela 8. Površinski premazi PCB-a

Zaključak
Izbor materijala je velik, ali, nažalost, često u proizvodnji malih i srednjih serija tiskanih ploča dostupnost potrebnih materijala u skladištu proizvođača MPP-a postaje kamen spoticanja. Stoga je prije dizajniranja MFP-a, posebno kada je riječ o izradi nestandardnog dizajna i upotrebi nestandardnih materijala, potrebno dogovoriti sa proizvođačem materijale koji se koriste u MFP-u i debljinu slojeva, te možda naručite ove materijale unaprijed.

Naša kompanija proizvodi štampane ploče od visokokvalitetnih domaćih i uvoznih materijala, od standardnih FR4 do FAF mikrotalasnih materijala.

Tipični dizajni štampane ploče baziraju se na upotrebi standardnog stakloplastike FR4, sa radnom temperaturom od -50 do +110 °C, i temperaturom staklastog prelaza Tg (omekšavanje) od oko 135 °C.

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.

Osnovni materijali za štampane ploče:

"+" - U pravilu, na lageru

"+/-" - Na zahtjev (nije uvijek dostupno)

Prepreg ("vezni" sloj) za višeslojni štampane ploče

FR-4

Stakloplastika obložena folijom sa nominalna debljina 1,6 mm, obložena bakarnom folijom debljine 35 mikrona sa jedne ili obe strane. Standardni FR-4 debljine 1,6 mm sastoji se od osam slojeva („preprega“) stakloplastike. Logo proizvođača se obično nalazi na središnjem sloju, njegova boja odražava klasu zapaljivosti ovog materijala (crvena - UL94-VO, plava - UL94-HB). Normalno, FR-4 je proziran, standardna zelena boja je određena bojom maske za lemljenje nanesene na gotov PCB.

• volumetrijski električni otpor nakon kondicioniranja i restauracije (Ohm x m): 9,2 x 1013;
• površinski električni otpor (Ohm): 1,4 x1012;
• jačina ljuštenja folije nakon izlaganja galvanskom rastvoru (N/mm): 2,2;
• zapaljivost (vertikalna metoda ispitivanja): klasa Vo.

MI 1222

je slojeviti presovani materijal na bazi stakloplastike impregniranog epoksidnim vezivom, obložen sa jedne ili obe strane bakarnom elektrolitičkom folijom.

• površinski električni otpor (Ohm): 7 x 1011;
• specifični zapreminski električni otpor (Ohm): 1 x 1012;
• dielektrična konstanta (Ohm x m): 4,8;
• Čvrstoća folije na ljuštenje (N/mm): 1,8.

FAF-4D

Oni su fluoroplasti ojačani staklenim vlaknima, obostrano obloženi bakrenom folijom. Primjena: - kao podloge štampane ploče rad u mikrotalasnom opsegu; - električna izolacija za štampane elemente prijemno-predajne opreme; - sposoban za dugotrajan rad u temperaturnom opsegu od +60 do +250°C.

• Čvrstoća prianjanja folije na podlogu po traci 10 mm, N (kgf), ne manje od 17,6(1,8)
• Tangens ugla dielektričnog gubitka na frekvenciji od 106 Hz, ne više od 7 x 10-4
• Dielektrična konstanta na 1 MHz 2,5 ± 0,1
• Dostupne veličine listova, mm (maksimalno odstupanje širine i dužine lista 10 mm) 500x500

T111

materijali izrađeni od toplotno vodljivog polimera na bazi keramike sa aluminijumskom bazom, koriste se u slučajevima kada je predviđeno korišćenje komponenti koje emituju značajne toplotna snaga(na primjer, ultra svijetle LED diode, laserski emiteri, itd.). Glavna svojstva materijala su odlična disipacija topline i povećana dielektrična čvrstoća kada je izložen visokim naponima:

• Debljina aluminijumske baze - 1,5 mm
• Debljina dielektrika - 100 mikrona
• Debljina bakarne folije - 35 mikrona
• Toplotna provodljivost dielektrika - 2,2 W/mK
• Toplinska otpornost dielektrika - 0,7°C/W
• Toplotna provodljivost aluminijumske podloge (5052 - analog AMg2.5) - 138 W/mK
• Probojni napon - 3 KV
• Temperatura prelaska stakla (Tg) - 130
• Volumenski otpor - 108 MΩ×cm
• Površinski otpor - 106 MΩ
• Najviši radni napon (CTI) - 600V

Zaštitne maske za lemljenje koje se koriste u proizvodnji štampanih ploča

Maska za lemljenje (aka "zelenilo") - sloj izdržljiv materijal, dizajniran za zaštitu vodiča od ulaska lema i fluksa tokom lemljenja, kao i od pregrijavanja. Maska pokriva provodnike i ostavlja otvorene jastučiće i konektore oštrica. Metoda nanošenja maske za lemljenje je slična nanošenju fotorezista - korišćenjem fotomaske sa šarom jastučića, materijal maske nanesen na PCB se osvetljava i polimerizira, područja sa jastučićima za lemljenje su neeksponirana i maska ​​se s njih ispere nakon razvoj. Najčešće se maska ​​za lemljenje nanosi na sloj bakra. Stoga se prije formiranja uklanja zaštitni sloj kalaja - inače će lim ispod maske nabubriti od zagrijavanja ploče tijekom lemljenja.

PSR-4000 H85

Zeleni, tečni fotoosjetljivi termoset, debljine 15-30 mikrona, TAIYO INK (Japan).

Ima odobrenje za korištenje od strane sljedećih organizacija i proizvođača krajnjih proizvoda: NASA, IBM, Compaq, Lucent, Apple, AT&T, General Electric, Honeywell, General Motors, Ford, Daimler-Chrysler, Motorola, Intel, Micron, Ericsson, Thomson, Visteon , Alcatel, Sony, ABB, Nokia, Bosch, Epson, Airbus, Philips, Siemens, HP, Samsung, LG, NEC, Matsushita(Panasonic), Toshiba, Fujitsu, Mitsubishi, Hitachi, Toyota, Honda, Nissan i mnogi, mnogi drugi ;

IMAGECURE XV-501

Obojena (crvena, crna, plava, bijela), tečna dvokomponentna maska ​​za lemljenje, Coates Electrografics Ltd (Engleska), debljine 15-30 mikrona;

DUNAMASK KM

Suva filmska maska ​​DUNACHEM-a (Njemačka), debljine 75 µm, omogućava šatoriranje otvora, ima visoku adheziju.

Laminat FR4

Detaljan opis laminata možete pronaći.

Laminati u TePro skladištu

Materijal za mikrovalnu pećnicu ROGERS

BILJEŠKA: Za upotrebu u proizvodnji ROGERS materijala, navedite to na obrascu za narudžbu

Budući da je Rogers materijal znatno skuplji od standardnog FR4, primorani smo nametnuti dodatnu naplatu za ploče proizvedene na Rogers materijal. Radna polja korišćenih radnih komada: 170 × 130; 270 × 180; 370 × 280; 570 × 380.

Laminati na bazi metala

Vizuelni prikaz materijala

Aluminijumski laminat ACCL 1060-1 sa dielektričnom toplotnom provodljivošću 1 W/(m K)

Opis

Aluminijumski laminat CS-AL88-AD2(AD5) sa dielektričnom toplotnom provodljivošću 2(5) W/(m K)

Opis

Prepreg

U proizvodnji koristimo preprege 2116, 7628 i 1080 razreda A (najviši) iz ILM-a.

Možete pronaći detaljan opis preprega.

lemna maska

Svojstva

Možete pronaći detaljan opis maske za lemljenje.

Često postavljana pitanja i odgovori za laminate i preprege

Šta je XPC?

Koja je razlika između FR1 i FR2?

Šta je FR2?

Šta je FR3?

Šta je FR4?

Šta je FR5?

Šta je CEM-1?

Šta je CEM-3?

Šta je G10?

Kako se laminati mogu zamijeniti?

Šta su "prepregi"?

Šta znači FR ili CEM?

Da li je FR4 zaista zelen?

Da li boja logotipa nešto znači?

Znači li išta orijentacija logotipa?

Šta je laminat koji blokira UV zrake?

Koji su laminati pogodni za oblaganje kroz rupe?

Postoji li alternativa za polaganje kroz rupe?

Šta je "debljina materijala"?

Šta je: PF-CP-Cu? IEC-249? GFN?

Šta je CTI?

Šta znači #7628? Koji još brojevi postoje?

Šta je 94V-0, 94V-1, 94-HB?