Конструкторско-технологическая разработка микропроцессорного блока

Выбор метода изготовления и материала печатной платы

Современные электронные средства проектируются с использованием интегральных схем и элементной базы, монтируемой на поверхность. Это позволяет существенно расширить функциональные возможности аппаратуры.

Монтаж на поверхность — это крепление компонентов специальной конструкции непосредственно на поверхность печатной платы.

Разрабатываемая система должна отвечать следующим условиям:

• · защищенность от значительных случайных ударов и вибрационных нагрузок при перемещении;
• · защищенность от попадания пыли, влаги, конденсата;
• · стойкость к циклическим сменам температуры.

Аппаратура эксплуатируется в виде автономного блока (устройства) и не требует использования стандартных размеров плат.

Печатная плата — изоляционное основание с нанесенным на его поверхность печатным монтажом. Их применение повышает надежность аппаратуры, обеспечивает повторяемость электрических параметров, создает предпосылки для автоматизации производства (высокая производительность и низкая себестоимость), уменьшает габариты и массу. Наиболее распространены односторонние печатные платы и двухсторонние печатные платы с основаниями из слоистого диэлектрика.

Для уменьшения площади печатной платы устройства используем двустороннюю плату.

Двухсторонние печатные платы характеризуются высокими коммутационными свойствами, повышенной прочностью соединения выводов элементов с проводящим рисунком. Применяется для схем повышенной сложности.

Травление фольгированного диэлектрика без металлизации монтажных отверстий называется химическим методом. Этот метод сочетается с фотографическим и сеткографическим способами получения изображения печатного рисунка и обеспечивает высокую разрешающую способность печатных проводников. Достоинствами химического метода являются: доступность механизации и автоматизации, возможность получения высокого качества печатных плат, которые обладают повышенной адгезией печатных проводников к диэлектрическому основанию. Недостатками химического метода являются: наличие активного воздействия химических веществ на диэлектрическое основание платы, повышенный расход травителей и стравливаемой меди, которая в большинстве случаев не регенерируется.

В промышленности в настоящее время широко внедряются химические методы получения проводящего рисунка печатных плат из фольгированных материалов с утонченной фольгой (5…10 мкм). В таких печатных платах удается получить узкие печатные проводники и повысить плотность печатного монтажа.

Для изготовления рабочего макета микропроцессорного устройства используем наиболее простую и наименее затратную, так называемую, лазерно-утюжную технологию, получившую широкое распространение среди радиолюбителей.

Лазерно-утюжная технология — технология, использующая лазерный принтер для создания рисунка печатных проводников, и утюг для его переноса на плату. Метод основан на том, что слой расплавленного тонера устойчив к действию травящего раствора. Он заменяет фоторезист, используемый в промышленности для предохранения слоя меди, находящегося непосредственно под рисунком проводящих дорожек, от действия травящего реактива.

Для изготовления печатной платы лазерно-утюжным способом подготавливается позитивное зеркально-отражённое изображение слоя металлизации. Подготовленное изображение распечатывается на глянцевой бумаге в масштабе 1:1.

Лист фольгированного текстолита нужного размера обрабатывается мелкой наждачной бумагой, затем обезжиривается в спиртовой ванне или ватным тампоном.

Заготовка кладётся на ровную твёрдую термостойкую поверхность фольгированной стороной вверх, и к ней прикладывается распечатанный лист рисунком к плате.

Утюг включается на максимальную температуру и ставится на заготовку на 30 секунд. Затем плата остывает естественным образом. Остывшая плата ставится под струю тёплой воды или в ванночку. Если нужно сделать двухстороннюю плату, то следует повторить все операции для второй стороны.

Плата с нанесённым рисунком дорожек опускается в раствор для травления. Это может быть азотная кислота или хлорное железо. При этом следует наблюдать за процессом травления. Протравленная плата вынимается из ёмкости и промывается водой. Плата очищается от тонера тампоном с растворителем.

После этого производится сверление отверстий, залуживание контактных площадок и непосредственная пайка схемы.

В качестве основания печатной платы используются слоистые диэлектрики на основе бумаги (гетинаксы) и на основе стеклоткани (стеклотекстолиты). Выбор материала определяется электроизоляционными свойствами, механической прочностью, стоимостью, стабильностью параметров при воздействии агрессивных сред и изменяющихся климатических условий. Стеклотекстолит превосходит гетинакс практически по всем техническим и электрическим характеристикам: допустимая влажность окружающей среды для платы без дополнительной влагозащиты (85% для гетинакса и 93% для стеклотекстолита). Стеклотекстолит имеет меньший тангенс угла диэлектрических потерь (0,035 против 0,07) и меньшую диэлектрическую проницаемость (5,5 против 7,0), что уменьшает паразитную емкость; водопоглощение при толщине 1,5 мм (20мг против 80мг), прочность на отслаивание фольги после кондиционирования в гальваническом растворе (3,6Н против 1,8Н), прочность на отрыв контактной площадки (60Н против 50Н) — важный показатель для плат, эксплуатируемых в жестких механических условиях.

Стеклотекстолит превосходит гетинакс практически по всем показателям.

В качестве материала для изготовления печатной платы выбираем фольгированный стеклотекстолит, как наиболее технологичный, хорошо обрабатываемый и один из наиболее дешевых материалов, обладающий удовлетворительными электроизоляционными свойствами. В климатических условиях типа УХЛ-4 недостатки материала, связанные с высокой гигроскопичностью, нестойкостью к короблению и др., не проявляются. Марка материала для изготовления печатной платы — СФ-2, толщина -1,5 мм. Сеточно-химический метод изготовления печатной платы позволяет создавать платы 1-го и 2-го класса точности. Для разрабатываемой конструкции устройства плотность печатного монтажа позволяет применить высший сорт.

Плату будем изготавливать комбинированным позитивным методом.