Разработка лабораторного модуля для изучения генератора сигналов на базе прямого цифрового синтеза

Общие характеристики:

• 32-разрядная база данных;
• разрешающая способность P-CAD РСВ и других программ равна 0,001мм;
• до 100 открытых одновременно библиотек;
• число компонентов в одной библиотеке – не ограничено;
• до 64 000 электрических цепей в одном проекте;
• до 10 000 выводов в одном компоненте;
• до 5000 секций (вентилей) в одном компоненте;
• до 2000 символов в атрибуте компонента;
• до 2000 символов в текстовой строке;
• до 20 символов в имени вывода, имени цепи, позиционном обозначении вывода (пробелы, знаки табуляции, точки и скобки не допускаются);
• до 16 символов в имени типа компонента (пробелы и знаки табуляции не допускаются);
• многошаговый «откат» вперед и назад. По умолчанию количество запоминаемых шагов установлено равным 10, но эту величину можно при необходимости изменить, редактируя файл конфигурации *.ini.

минимальный шаг сетки 0,1 mil в английской системе и 0,001 мм в метрической системе (1 mil = 0,001 дюйма = 0,0254 мм, 1 мм = 40 mil). Систему единиц можно изменять в любой фазе проекта.

 

 

5.2 Описание технологии производства ПП.

Печатные платы возможно быстро и качественно изготавливать без применения какого-либо дорогостоящего оборудования в домашних условиях. Из всего множества существующих технологий были выбраны только те, которые не требуют значительных материальных затрат и достаточно просты в осуществлении.

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.

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.

Для удаления сильных  загрязнений можно использовать мелкозернистую наждачную бумагу («нулевку»), мелкодисперсный абразивный порошок  или любое другое средство, не оставляющее на поверхности платы глубоких царапин. Иногда можно просто вымыть поверхность печатной платы жесткой мочалкой для мытья посуды с моющим средством или порошком (для этих целей удобно использовать абразивную мочалку для мытья посуды, которая похожа на войлок с мелкими вкраплениями какого-то вещества; часто такая мочалка бывает наклеена на кусок поролона). Кроме того, при достаточно чистой поверхности печатной платы можно вообще пропустить этап абразивной обработки и сразу перейти к обезжириванию.

В случае наличия на печатной плате только толстой оксидной пленки ее можно легко удалить путем обработки печатной платы в течение 3–5 секунд раствором хлорного железа с последующим промыванием в холодной проточной воде.

Заключительный  этап подготовки поверхности заключается в обезжиривании. Для этого можно использовать кусочек мягкой ткани, не оставляющей волокон, смоченный спиртом, бензином или ацетоном. Здесь следует обратить внимание на чистоту поверхности платы после обезжиривания, поскольку в последнее время стали попадаться ацетон и спирт со значительным количеством примесей, которые оставляют на плате после высыхания беловатые разводы. Если это так, то стоит поискать другой обезжиривающий состав. После обезжиривания плату следует промыть в проточной холодной воде. Качество очистки можно контролировать, наблюдая за степенью смачивания водой поверхности меди. Полностью смоченная водой поверхность, без образования на ней капель и разрывов пленки воды, является показателем нормального уровня очистки. Нарушения в этой пленке воды указывают, что поверхность очищена недостаточно.

Нанесение защитного покрытия.

Нанесение защитного  покрытия является самым важным этапом в процессе изготовления печатных плат, и именно им на 90 % определяется качество изготовленной платы.  Для этой цели была выбрана «технологии лазерного принтера и утюга».

Данная технология появилась  сравнительно недавно, однако сразу  получила широчайшее распространение  в силу своей простоты и высокого качества получаемых плат. Основу технологии составляет перенос тонера (порошка, используемого при печати в лазерных принтерах) с какой-либо подложки на печатную плату. При этом возможны два варианта: либо используемая подложка отделяется от платы перед травлением, либо, если в качестве подложки используется алюминиевая фольга, она стравливается вместе с медью. Первый этап использования данной технологии заключается в печати зеркального изображения рисунка печатной платы на подложке. Параметры печати принтера при этом должны быть установлены на максимальное качество печати (поскольку в этом случае происходит нанесение слоя тонера наибольшей толщины). В качестве подложки можно использовать тонкую мелованную бумагу (обложки от различных журналов), бумагу для факсов, алюминиевую фольгу, пленку для лазерных принтеров, основу от самоклеящейся пленки Oracal или какие-нибудь другие материалы. При использовании слишком тонкой бумаги или фольги может потребоваться приклеить их по периметру на лист плотной бумаги. В идеальном случае принтер должен иметь тракт для прохождения бумаги без перегибов, что предотвращает смятие подобного бутерброда внутри принтера. Большое значение это имеет и при печати на фольге или основе от пленки Oracal, поскольку тонер на них держится очень слабо, и в случае перегиба бумаги внутри принтера существует большая вероятность, что придется потратить несколько неприятных минут на очистку печки принтера от налипших остатков тонера. Лучше всего, если принтер может пропускать бумагу через себя горизонтально, печатая при этом на верхней стороне (как, например, HP LJ2100 — один из лучших принтеров для применения при изготовлении печатных плат). Основное требование, которое предъявляется к подложке, — легкость ее отделения от тонера. Кроме того, в случае использования бумаги она не должна оставлять в тонере ворсинок. При этом возможны два варианта: либо подложка после перенесения тонера на плату просто снимается (в случае пленки для лазерных принтеров или основы от Oracal), либо предварительно размачивается в воде и потом постепенно отделяется (мелованная бумага). Перенос тонера на плату заключается в прикладывании подложки с тонером к предварительно очищенной плате с последующим нагревом до температуры, немного превышающей температуру плавления тонера. Возможно огромное количество вариантов как это сделать, однако наиболее простым является прижим подложки к плате горячим утюгом. При этом для равномерного распределения давления утюга на подложку рекомендуется проложить между ними несколько слоев плотной бумаги. Тонер должен успеть достаточно расплавиться, чтобы прилипнуть к поверхности платы, и в то же время должен не успеть дойти до полужидкого состояния, чтобы края дорожек не расплющились. После «приварки» тонера к плате необходимо отделить подложку (кроме случая использования в качестве подложки алюминиевой фольги: ее отделять не следует, поскольку она растворяется практически во всех травильных растворах). Пленка для лазерных принтеров и основа от Oracal просто аккуратно снимаются, в то время как обычная бумага требует предварительного размачивания в горячей воде. В целом использование данной технологии после некоторой тренировки позволяет добиться ширины дорожек и зазоров между ними вплоть до 0,3 мм.

Травление.

Хлорное железо (FeCl3) —  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.

Очистка заготовки, сверловка, нанесение флюса, лужение.

После завершения травления и промывки платы необходимо очистить ее поверхность от защитного покрытия. Сделать это можно каким-либо органическим растворителем, например, ацетоном.

Далее необходимо просверлить все отверстия. Делать это нужно остро заточенным сверлом  при максимальных оборотах электродвигателя. В случае, если при нанесении защитного покрытия в центрах контактных площадок не было оставлено пустого места, необходимо предварительно наметить отверстия (сделать это можно, например, шилом). Прижимное усилие в процессе сверления не должно быть слишком большим, чтобы на обратной стороне платы не образовывались бугорки вокруг отверстий. Обычные электродрели практически не подходят для сверления плат, поскольку, во-первых, имеют низкие обороты, а во-вторых, обладают достаточно большой массой, что затрудняет регулирование прижимного усилия. Удобнее всего для сверления плат использовать электродвигатели типа ДПМ-35Н и им подобные с насаженным на их вал небольшим цанговым патроном. После сверловки нужно обработать отверстия: удалить все зазубрины и заусенцы. Сделать это можно наждачной бумагой.

Следующим этапом является покрытие платы флюсом с последующим  лужением. Можно использовать специальные  флюсы промышленного изготовления (лучше всего смываемые водой  или вообще не требующие смывания) либо просто покрыть плату слабым раствором канифоли в спирте. Лужение можно производить двумя способами: погружением в расплав припоя либо при помощи паяльника и металлической оплетки, пропитанной припоем. В первом случае необходимо изготовить железную ванночку и заполнить ее небольшим количеством сплава Розе или Вуда. Расплав должен быть полностью покрыт сверху слоем глицерина во избежание окисления припоя. Для нагревания ванночки можно использовать перевернутый утюг или электроплитку. Плата погружается в расплав, а затем вынимается с одновременным удалением излишков припоя ракелем из твердой резины.

 

5.3 Конструкторский расчет ПП

Печатные платы по плотности проводящего рисунка  делятся на 3 класса. Первый класс  характеризуется наименьшей плотностью проводящего рисунка; второй и третий класс характеризуется высокой и повышенной плотностями проводящего рисунка.

 

Таблица 5.1 Минимальные значения геометрических параметров печатных плат

Наименование параметра	Условное обозначение	Размеры проводящего  рисунка, мм
Ширина проводника	T	0,25
Расстояние между проводниками, контактными площадками, проводником и контактной площадкой	S	0,25
Расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки	bm	0,05
Отношение минимального диаметра металлизированного отверстия  к толщине платы	J	0,400

 

 

Исходя из того, что  минимальный диаметр вывода элемента, устанавливаемого на печатную плату, составляет 0,4 мм, следует, что с учетом допуска 0,5 мм минимальный диаметр отверстия на плате составит 0,5 мм. Следовательно, максимальная толщина платы будет равна:

                                                   

                                  (5.1)

и составит 1,25 мм. Исходя из стандартного ряда и учитывая вышеприведенное соотношение, выберем толщину платы 1,5мм.

Минимальный диаметр контактной площадки выбирают исходя из условия сохранения целостности контактной площадки при сверлении платы.

Минимальный эффективный  диаметр контактной площадки равен:

                            

,                    (5.2)

где d_max –максимальный диаметр просверленного отверстия (1,1 мм), d_отв – погрешность расположения отверстия (мм), определяется как

                                                      d_отв = d_О + d_Б                                                (5.3)

и учитывает неточности сверления станка и погрешности базирования платы на станке.

d_КП – смещение центра контактной площадки (мм), зависит от точности расположения рисунка на шаблоне, погрешности экспонирования, погрешности расположения базовых отверстий и находится так:

d_КП = d_Ш + d_Э + 0,5 ( d_П + d_З ) = 0,095 мм,

b_m – расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки.

В итоге получаем:

мм

Минимальный диаметр  контактных площадок для двусторонних печатных плат рассчитываем по формуле:

                          

                   (5.4)

где h_f – толщина наращенной гальванической меди (0,05 мм)

h_nM – толщина предварительно осажденной меди (0,006 мм)

h_p – толщина металлического резиста (0,02 мм)

мм

Рассчитаем минимальную  ширину проводника:

                              

                   (5.5)

Подставляя в эту  формулу значения, получим

= 0.354 мм.

Найдем минимальные  значения диаметров контактных площадок и ширины проводников на шаблоне:

                                

                                  (5.6)

                                 

                                   (5.7)

Подставляя в эти формулы значения, получим

мм

мм

=0,05 мм .

Найдем максимальные значения диаметров контактных площадок и ширины проводников на шаблоне:

                                

                             (5.8)

                                 

                                  (5.9)

Подставляя в эти формулы значения, получим

мм

мм

Найдем максимальное значение диаметров контактных площадок при экспонировании:

                               

                      (5.10)

Подставляя в эту формулу значения, получим

мм

Таблица 5.2 Предельные значения выбранных технологических параметров

Наименование коэффициента	Обозначение	Величина
Толщина предварительно осажденной меди,	hnM	0.006
Толщина металлического резиста, мм	hp	0.020
Погрешность расположения отверстия относительно координатной сетки, обусловленная точностью  сверлильного станка, мм	dО	0,060
Погрешность базирования  плат на сверлильном станке, мм	dБ	0,020
Погрешность расположения относительно координатной сетки на фотошаблоне:
Контактной площадки, мм	dШ	0,05
Проводника, мм	dШt	0,03
Погрешность расположения печатных элементов при экспонировании на слое, мм	dЭ	0,020
Погрешность расположения контактной площадки на слое из-за нестабильности его линейных размеров, % от толщины	dМ	0-0,100
Погрешность расположения базовых отверстий на заготовке, мм	dЗ	0,020
Погрешность положения  базовых отверстий фотошаблона, мм	dП	0,030
Погрешность D отверстия после свер-я, мм		0,020
Погрешность изготовления окна фотошаблона, мм		0,050
Погрешность диаметра контактной площадки фотокопии при экспонировании рисунка, мм		0,020