Электрические характеристики печатных плат

3.5.2. Электрические характеристики печатных плат

Допустимая плотность тока для ОПП, ДПП и наружных слоёв МПП – 20 А/мм²; для внутренних слоёв МПП – 15 А/мм². Допустимое рабочее напряжение между элементами проводящего рисунка, расположенными в соседних слоях ПП и ГПК, зависит от материала основания печатной платы и не должно превышать следующих значений, табл. № 9.

Таблица №9

Допустимые рабочие напряжения между элементами проводящего рисунка, расположенными в соседних слоях.

Допустимые рабочие напряжения между элементами проводящего рисунка, расположенными на наружном слое ПП, зависят от материала основания ПП и условий эксплуатации.

Контактные площадки ПП с металлизированными отверстиями должны выдерживать не менее 4(МПП – 3) циклов перепаек; без металлизированных отверстий – не менее 3(МПП – 2) перепаек.

3.5.3. Материалы печатных плат

В качестве основания печатных плат используют фольгированные и нефольгированные диэлектрики (гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, стеклоткань, лавсан, полиимид, фторопласт и др.), керамические материалы и металлические пластины. При выборе материала основания ПП необходимо обратить внимание на следующее: предполагаемые механические воздействия (вибрации, удары, линейное ускорение и т. п.); класс точности ПП (расстояние между проводниками); реализуемые электрические функции; быстродействие; условия эксплуатации; стоимость.

По сравнению с гетинаксами стеклотекстолиты имеют лучшие механические и электрические характеристики, более высокую нагревостойкость, меньшее влагопоглощение. Однако у них есть ряд недостатков: невысокая нагревостойкость по сравнению с полиимидами, что способствует загрязнению смолой торцов внутренних слоёв при сверлении отверстий; худшая механическая обрабатываемость; более высокая стоимость; существенное различие (примерно в 10 раз) коэффициента теплового расширения меди и стеклотекстолита в направлении толщины материала, что может привести к разрыву металлизации в отверстиях при пайке или в процессе эксплуатации.

Для изготовления ПП, обеспечивающих надёжную передачу наносекундных импульсов, необходимо применять материалы с улучшенными диэлектрическими свойствами (уменьшенным значением диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь). Поэтому к перспективным относится применение оснований ПП из органических материалов с относительной диэлектрической проницаемостью ниже 3,5.

Для изготовления ПП, эксплуатируемых в условиях повышенной опасности возгорания, применяют огнестойкие гетинаксы и стеклотекстолиты марок СОНФ, СТНФ, СФВН, СТФ, СОНФ-у.

Для изготовления ГПК, выдерживающих многократные (до150) изгибы на 90^о (в обе стороны от исходного положения) с радиусом 3 мм, применяют фольгированный лавсан и фторопласт. Материалы с толщиной фольги 5 мкм позволяют изготовить ПП 4-го и 5-го классов точности.

В производстве ПП широко используют отечественные и импортные материалы. Прежде чем останавливать свой выбор на том или ином материале, следует иметь ввиду, что:

- при использовании недорогих отечественных стеклотекстолитов при ширине проводников и зазоров между ними менее 0,3 мм большой процент ПП уйдёт в брак, что, естественно, увеличит стоимость ПП и приблизит к стоимости ПП на импортных материалах;

- при изготовлении ДПП отечественные материалы целесообразно применять, если нет повышенных требований по климатическим воздействиям и частотным характеристикам;

- если стоимость модуля 1-го уровня (ячейки) превышает стоимость ПП примерно в 10 раз, желательно использовать импортные материалы;

- подготовка производства ПП на импортных материалах в 2-2,4 раза дороже чем на отечественных, а изготовление 1 дм² – в 1,8-2,2 раза и зависит от объёма заказа в дм² или типа производства и наличия-отсутствия защитной паяльной маски;

- применение защитных паяльных масок увеличивает стоимость ПП на отечественных материалах примерно на 30…35%, а на импортных – на 5%.

Из зарубежных материалов можно отметить следующие:

стеклотекстолит фольгированный марки Duraver-E-Cu (FR-4, FR-2, CEM-1 и др.) фирм «Isola AG» (Германия), «МС Electronic» (Австрия) односторонний и двусторонний; размер листа 1070×1225 мм; толщина листа от 0,05 до 1,5 мм; толщина фольги – 18, 35, 50, 70 и 105 мкм; огнестойкий;

стеклотефлоновые материалы Duroid «Rogers», TL «Taconics», Ultralam «Arion» и др.

материалы электроизоляционные фольгированные и нефольгированные завода «Молдавизолит» (Молдавия):

МИ 1222 (односторонний) и МИ 2222 (двусторонний); размер листа 1020×1220 мм; толщина листа от 0,8 до 3,2 мм; толщина фольги – 18, 35, 50, 70 и 105 мкм; тип (FR-4); огнестойкий.

3.5.4. Изготовление оригиналов и фотошаблонов

Оригиналы и фотошаблоны являются важнейшим инструментом при изготовлении печатного рисунка всех типов плат. Оригиналом рисунка ПП называют изображение рисунка ПП, выполненное с необходимой точностью в заданном масштабе. Фотошаблоном (ФШ) рисунка ПП называют пластину (из стекла или полимера) с прозрачными и непрозрачными для оптического излучения участками. Фотошаблон – основной инструмент для получения рисунка на поверхности печатной платы или отдельного её слоя.

Комплектом фотошаблонов называют то количество фотошаблонов, совмещающихся между собой, которое необходимо и достаточно для изготовления ПП определённого типа и наименования.

Оригинал рисунка ПП служит исходным документом для получения эталонных и рабочих фотошаблонов, необходимых для создания рисунка токопроводящих участков на ПП. Основной проблемой при производстве фотошаблонов (эталонных и рабочих) является обеспечение точности и метрической стабильности основных размеров рисунка под воздействием внешних факторов.

Основные критерии оценки качества рабочего фотошаблона – отсутствие фотографической вуали; достаточная плотность чёрного фона; высокая резкость края изображения.

При изготовлении фотошаблонов одной из ответственейших операций является операция размещения контрольных знаков. Контрольный знак – специальный топологический элемент в виде штриха, щели, креста и пр., служащий для контроля точности изготовления оригиналов и фотошаблонов и применяемый для совмещения фотошаблонов слоёв двусторонних и многослойных ПП, а также при выполнении операции мультипликации.

При изготовлении рабочих фотошаблонов необходимо, чтобы размеры элементов топологии фотошаблона и расстояния между ними соответствовали требованиям КД на ПП с учётом технологических допусков на изготовление ПП.

Оригиналы ПП ранее изготавливали вручную методом аппликации печатных элементов на основание оригинала; на фотокоординатографах; методом вырезания по контуру плёнки, нанесённое на стеклянное основание, методом вырезания и гравирования линий на плёнке, покрытой эмалью, и методом вычерчивания на бумаге пишущим инструментом с тушью или чернилами. Масштаб оригинала может быть 1:1, 5:1, 10:1. После изготовления и контроля оригинал помещали в установку экспонирования, где с него контактным или проекционным методом получали скрытое изображение топологии ПП.

В качестве фотоматериалов применяют фотографические пластинки, фототехнические плёнки, диазоматериалы, чувствительные к ультрафиолетовому излучению; бессеребряные светочувствительные материалы. Время экспонирования выбирают опытным путём в зависимости от светочувствительности фотоматериала, освещённости источника светового излучения, спектральной чувствительности диазоматериалов, спектра источника излучения.

Для получения группового фотошаблона, на котором выполняют рисунок топологии двух и более ПП, применяют операцию мультиплицирования – повторение экспонирования рисунка оригинала на всей поверхности фотоматериала.

После экспонирования и мультиплицирования осуществляется химико-фотографическая обработка фотоматериала, контроль полученного фотошаблона, ретуширование – удаление дефектов.

Широко распространён метод получения фотошаблонов на лазерных растровых генераторах изображений (фотоплоттерах) сканированием лазерного пятна на поверхности на поверхности плёнок или стеклянных пластин и испарением маскирующего покрытия или засветки фотоматериала в соответствии с рисунком ПП. Программу перемещения лазерного пятна получают при проектировании (трассировки) ПП по программе. В фотоплоттере имеется библиотека часто повторяющихся в топологических чертежах элементов и узлов, использование которых значительно облегчает изготовление фотошаблонов. Лазерная система фотоплоттера, содержащая лазер, акустооптический генератор, многогранную призму и фокусирующий объектив, формирует лазерное пятно постоянного размера, которое сканирует по рабочему полю заготовки.

Формирование растрового изображения рисунка (оригинала) в фотоплоттере вне зависимости от сложности рисунка происходит с высокой скоростью в течение нескольких минут. Тиражирование фотошаблона проводится без использования методов контактной печати с высокой точностью. Работа фотоплоттеров поддерживается входными и выходными форматами: Gerber; PLT (САПР PCAD); BRD (САПР МПП); AUTOCAD.

Изготовленные фотошаблоны используют для получения рисунков топологии ПП контактной печатью. Количество полученных отпечатков для различных типов фотошаблонов различно: для эмульсионных фотошаблонов – 50 операций контактной печати; для диазотипных фотошаблонов – 100 операций контактной печати; для эмульсионных стеклянных фотошаблонов с фиксирующими отверстиями с защитной плёнкой при однократном нанесении – 300 операций контактной печати.