Синтез комбинационных схем

       Для печатных проводников односторонней  печатной платы допускается плотность тока до 20 А/мм. Напряжение между проводниками зависит от величины минимального зазора между ними. При этих условиях заметного нагрева проводников не происходит.

       По  плотности рисунка печатные платы  делятся на четыре класса:

       - первый и второй характеризуются  наименьшей плотностью изготовления;

       - третий характеризуется повышенной  плотностью и точностью изготовления;

       - четвертый характеризуется высокой  плотностью и точностью изготовления.

       Класс точности определяется в зависимость  от плотности проводящего рисунка  и выбирается из ряда: 0,65; 0,5; 0,25; 0,15 мм, т.е. из расчета расстояние между  соседними элементами составляет 0,6 мм, то выбран второй класс точности.

       В печатной плате при пересечении  проводников получается электрический  контакт. Если он не нужен, необходимо изменять линию проведения одного из проводников, либо один из проводников выполнять на другой стороне платы. Длина проводников должна быть минимальной. Рисунок проводников должен наилучшим способом использовать отведенную для него площадь. Для обеспечения гарантий от повреждения проводников при обработке минимальная ширина проводников должна быть 0,25 мм. При ширине проводника более 3 мм могут возникнуть трудности, связанные с пайкой, чтобы при пайке не появилось мостиков из припоя, минимальный зазор между проводниками должен быть 0,5 мм.

       По  первому классу выполняются платы  всех размеров, по второму – платы  размером не более 240х400 мм, по третьему – платы размером не более 170х170 мм

       Монтажные и переходные металлизированные  отверстия следует выполнять  без зенковки, но для обеспечения  надежного соединения металлизированного отверстия с печатным проводником вокруг него на наружных сторонах печатной платы со стороны фольги делают контактную площадку. Контактные площадки выполняют круглой или прямоугольной формы, а контактные площадки, обозначающие первый вывод активного навесного электрорадиоэлемента, выполняют по форме, отличной от остальных.

       Печатные  проводники должны выполняться прямоугольной  формы параллельно сторонам платы  и координатной сетки или под  углом 45⁰ к ним. Ширина проводника должна быть одинаковой по всей длине. Расстояние между неизолированными корпусами электрорадиоэлементов, между корпусами с выводами, между выводами соседних электрорадиоэлементов или между выводом и любой токопроводящей деталью следует выбирать с учетом допустимой разности потенциалов между ними и предусматриваемого теплоотвода, но не менее 1 мм (для изолированных деталей не менее 0,5 мм). Расстояние между корпусом электрорадиоэлемента  и краем печатной платы не менее 1 мм, между выводом и краем печатной платы не менее 2 мм, между проводником и краем печатной платы не менее 1 мм.

       2.1.1 Методы изготовления  печатных плат 

       Во  всех случаях для формирования рисунка  на поверхности платы необходимо нанести слой полимера, который определит  расположение на ней проводников. Нанесение  этого слоя может производиться  офсетным способом, фотопечатью, сеткографией.

       Аддитивный  метод – основан на избирательном  осаждении проводников на диэлектрическом основании с предварительно нанесенным клеевым покрытием.

       Преимущества  аддитивного метода:

1. Однородность структуры проводника и отверстий.
2. Повышенная плотность монтажа.
3. Упрощение технологического процесса из-за устранения ряда операций.
4. Экономия материалов.
5. Уменьшение длительности производственных циклов.

       Недостатки  аддитивного метода:

1. Трудность получения хорошей адгезии.
2. Низкая производительность химического процесса осаждения.

       По  способу создания токопроводящего  покрытия аддитивный метод делится на химический и химико-гальванический.

       При химическом способе происходит восстановление ионов металла на активных участках для толщин покрытия до 25 мкм.

       Для ускорения используется химико-гальванический способ – сначала наращивают слой меди 1-5 мкм, затем используют гальванопластику.

       Другим  видом аддитивного метода является формирование рисунка через фотошаблон с последующим формированием толстослойного проводника, Адгезия высока. Толщина 0,08-0,1 мм. В зависимости от точности, толщины проводников, плотности монтажа и экономичности процесса выбирают фотопечать или офсетную печать.

       А) Диэлектрик

       Б) Перфорирование отверстий

       В) сенсибилизация и активация

       Г) Нанесение фоторезистивной маски

       Д) Химическое меднение

       Е) Снятие маски

       Недостатки: низкая адгезия, тонкий слой меди.

       Полуаддитивный метод

       А) Перфорирование отверстий

       Б) Сенсибилизация и активация

       В) Химическое меднение

       Г) Нанесение фоторезистивной маски

       Д) Гальваническое осаждение меди и  металлорезиста

       Е) Удаление фоторезиста

       Другим  видом аддитивного метода является метод формирования рисунка ультрафиолетовым излучением через фотошаблон с последующим формированием толстослойного проводника. В этом случае получается хорошая адгезия и проводник имеет толщину 0,08-0,1 мм. В зависимости от точности толщины проводников, плотности монтажа, а главное экономичности процесса выбирают различные методы.

       Метод состоит в изготовлении печатной формы, на которой имеется рисунок  слоя. В форму закатывают валиком  трафаретную краску. Затем офсетный цилиндр переносит краску с формы. Метод применим для массового и серийного производства с минимальной шириной промежутков и зазоров 0,3-0,5 мм и точностью воспроизведения рисунка ±0,2 мм.

       Недостатки:

1. Высокая стоимость.
2. Необходимость привлечения высококвалифицированного персонала.
3. Трудность изменения рисунка при необходимости.

       Сеткографический способ состоит в том, что рисунок наносится через сетчатый трафарет резиновой лопаткой вдавливанием специальной краски.

       По  характеристикам сеткографический метод аналогичен офсетному и применим для массового производства.

       Метод фотопечати отличается повышенной точностью  и плотностью монтажа. Ширина дорожки  и зазора 0,1-0,25 мм. Метод состоит  в контактном копировании рисунка  с фотошаблона на основание, которое  покрыто светочувствительным слоем (фоторезистом).

       При выборе метода изготовления МПП принимают  во внимание следующие фокторы:

1. Число слоев.
2. Надежность соединений.
3. Плотность монтажа.
4. Вид выводов электрорадиоэлементов.
5. Экономичность.

       Субтрактивный метод – основан на использовании фольгированного диэлектрика, на котором проводники получаются путем удаления фольги с непроводящих участков.

       А) Фольгированный диэлектрик

       Б) Нанесение контактной маски

       В) Травление 

       Г) Удаление маски

       2.1.2 Выбор и обоснование  способа изготовления  печатной платы

       Собственно, весь процесс изготовления печатной платы можно условно разделить  на пять основных этапов:

       - предварительная подготовка заготовки  (очистка поверхности, обезжиривание);

       - нанесение тем или иным способом  защитного покрытия;

       - удаление лишней меди с поверхности  платы (травление);

       - очистка заготовки от защитного  покрытия;

       - сверловка отверстий, покрытие  платы флюсом, лужение. 

         Мы рассматриваем только наиболее  распространенную «классическую»  технологию, при которой лишние участки меди с поверхности платы удаляются путем химического травления. Помимо этого, возможно, например, удаление меди путем фрезерования или с использованием электроискровой установки. Однако эти способы не получили широкого распространения ни в радиолюбительской среде, ни в промышленности (хотя изготовление плат фрезерованием иногда применяется в тех случаях, когда необходимо очень быстро изготовить несложные печатные платы в единичных количествах).

       Остановимся теперь подробнее на каждом из этапов изготовления печатной платы.

       - предварительная подготовка заготовки:

         данный этап является начальным  и заключается в подготовке  поверхности будущей печатной платы к нанесению на нее защитного покрытия. В целом за продолжительный промежуток времени технология очистки поверхности не претерпела сколько-нибудь значительных изменений. Весь процесс сводится к удалению окислов и загрязнений с поверхности платы с использованием различных абразивных средств и последующему обезжириванию.

       - нанесение защитного покрытия:

         нанесение защитного покрытия  является самым важным этапом  в процессе изготовления печатных плат, и именно им на 90 % определяется качество изготовленной платы. В настоящее время в радиолюбительской среде наиболее популярными являются три способа нанесения защитного покрытия. Мы их рассмотрим в порядке возрастания качества получаемых при их использовании плат:

        - ручное нанесение защитного  покрытия. При этом способе чертеж  печатной платы переносится на стеклотекстолит вручную при помощи какого- либо пишущего приспособления.

        - использование «технологии лазерного  принтера и утюга». Данная технология  появилась сравнительно недавно,  однако сразу получила широчайшее  распространение в силу своей  простоты и высокого качества  получаемых плат.

        - применение фоторезистов. Фоторезистом называется чувствительное к свету вещество, которое под воздействием освещения изменяет свои свойства.

       2.1.3 Травление 

       Известно  много составов для химического  стравливания меди. Все они отличаются скоростью протекания реакции, составом выделяющихся в результате реакции веществ, а также доступностью необходимых для приготовления раствора химических реактивов. Ниже приведена информация о наиболее популярных растворах для травления:

        - хлорное железо (FeCl) - пожалуй, самый известный и популярный реактив. Сухое хлорное железо растворяется в воде до тех пор, пока не будет получен насыщенный раствор золотисто-желтого цвета (для этого потребуется порядка двух столовых ложек на стакан воды). Процесс травления в этом растворе может занять от 10 до 60 минут. Время зависит от концентрации раствора, температуры и перемешивания. Перемешивание значительно ускоряет протекание реакции. В этих целях удобно использовать компрессор для аквариумов, который обеспечивает перемешивание раствора пузырьками воздуха. Также реакция ускоряется при подогревании раствора. По окончании травления плату необходимо промыть большим количеством воды, желательно с мылом (для нейтрализации остатков кислоты). К недостаткам данного раствора следует отнести образование в процессе реакции отходов, которые оседают на плате и препятствуют нормальному протеканию процесса травления, а также сравнительно низкую скорость реакции.

        - персульфат аммония - светлое  кристаллическое вещество, растворяется  в воде исходя из соотношения  35 г вещества на 65 г воды. Процесс  травления в этом растворе  занимает порядка 10 минут и  зависит от площади медного  покрытия, подвергающегося травлению.  Для обеспечения оптимальных  условий протекания реакции раствор  должен иметь температуру порядка  40 градусов и постоянно перемешиваться. По окончании травления плату  необходимо промыть в проточной  воде. К недостаткам этого раствора  относится необходимость поддержания  требуемого температурного режима  и перемешивания.