Разработка печатной платы отладочной платы S7600A

Продолжительность травления при температуре раствора  40 ... 50° С - около 15 мин. Травление считается законченным, когда не покрытая защитным слоем фольга полностью растворится. После травления плату необходимо хорошо промыть, удалить краску с проводников растворителем, сушат, обрезают, сверлят отверстия, зачищают и покрывают места пайки

слоем канифоли, растворенной в спирте. В местах пайки на поверхность печатных проводников  следует также нанести слой припоя.  После обслуживания и метализиции печатная плата готова к монтажу.

Металлизация печатных плат — это процесс нанесение тонкого проводящего слоя на поверхности платы. Поскольку платы изготавливаются из фольгированного материала, уже имеющего проводящий слой, металлизация служит в основном для выполнения стенок металлизированных отверстий для соединения проводящих рисунков разных слоев и/или сторон платы. Металлизацию осуществляют при производстве изделий как со сквозными, так и с глухими отверстиями. От того, насколько качественно выполняется металлизация отверстий печатных плат, зависит надежность и долговечность изделия.

 

Маркировка, формовка, установка и первичное закрепление  микросхем:

Маркировка элементов  должна быть нанесена в соответствии с их обозначениями в электрической принципиальной схеме в соответствии с ТЗ. Маркировку разрешается производить на самих элементах, если это не повлияет на их работу и не закроет маркировку изготовителя элемента, которая должна быть отчетливо видна. Форма паяных соединений - по возможности скелетная с вогнутыми галтелями припоя по шву и без его избытка. Она должна позволять визуально просматривать через тонкий слой припоя контуры входящих в соединение отдельных монтажных элементов. Поверхность галтелей припоя по всему периметру паяного шва — вогнутая, непрерывная, гладкая, глянцевая, без темных пятен и посторонних включений.

Вся коммутация коммутация микросхем и элементов  осуществляется при помощи установке и закреплению деталей на печатной плат.   Формовка и обрубка выводов микросхемы применяется для увеличения

расстояния между выводами, совмещения выводов с отверстиями и контактными площадками печатной платы, фиксации расстояния от корпуса микросхемы до платы. Основные типы формовки выводов представлены ниже:

1) «Крыло чайки» — ножки загнуты вниз и наружу;

2) J-образные — ножки загнуты вниз и внутрь под корпус компонента, форма буквы J;

3) L-образные — ножки загнуты вниз и внутрь под корпус компонента, форма буквы L;

4) Плоские выводы — ножки направлены в разные стороны прямо от корпуса;

5) Штыревые, обычно это проникающие  выводы, которые обрезаются для  поверхностного монтажа

Операции формовки и обрубки выводов микросхем  являются очень важными в технологическом  процессе изготовления электронных  компонентов, поскольку они отличаются высокой трудоемкостью и во многом определяют технические характеристики изделий. На качество формовки влияет множество параметров, позволяющие разработать новую конфигурацию компонента, настроить в соответствии с ней установку и отформовать компонент.

Также применяется  установка микросхем без формовки выводов. Интегральные схемы со штыревыми выводами устанавливают только с одной стороны печатной платы на расстоянии 1...3 мм от монтажной плоскости до корпуса платы. Этот зазор необходим для устранения перегрева микросхемы при пайке и для возможности    нанесения    защитного    покрытия.    Для    дополнительного механического крепления возможна установка ИМС на специальную подставку.

Интегральные  микросхемы в корпусах с планарными выводами закрепляются эпоксидным клеем с одной или двух сторон платы. Если под корпусом микросхемы проходят проводники, то его устанавливают на плату с зазором или на прокладку из стеклоткани толщиной 0,2...0,3 мм.

 

Методы пайки  печатных плат:

  Групповые методы пайки применяют на производстве для монтажа электрорадиоэлементов на печатной плате. Особенностью процесса групповой пайки является одновременное выполнение большого числа монтажных соединений. Пайка может быть выполнена двумя методами: погружением или способом волны припоя.

Способ групповой пайки не используют при монтаже интегральных микросхем с планарными выводами на печатные платы, изготовленные методом открытых контактных площадок. Наличие колодцев глубиной до 1 0 мм не позволяет прижимать выводы к контактным площадкам в колодцах, а также предварительно нанести на них равномерные дозы припоя рассмотренными выше способами. Поэтому применяют контактную пайку с дозированием припоя.

Пайка погружением  применяется для сборок штыревого  монтажа, поверхностного монтажа и  сборок комбинированных технологий монтажа. Ее можно выполнять с  применением различных методов, например, методами двойной волны, струйной волны, пайкой волочением и в различных газовых средах: воздушной, азотной или из смеси незначительно восстанавливающихся газов.

При всех способах групповой  пайки процесс начинается с подготовки поверхности печатной платы, которая заключается в зачистке мест пайки и обезжиривании.

Зачистку выполняют  эластичными кругами с абразивным порошком или металлическими щетками. Затем поверхность платы обезжиривание выполняют погружением платы со стороны монтажа в растворитель, состоящий из смеси спирта с бензином. Затем плату обдувают воздухом до полного высыхания. Участки и проводники платы, которые не подвергаются пайке, закрывают маской. Последнюю штампуют из бумажной ленты, покрытой костным клеем. В маске пробивают отверстия против мест пайки и базовые, маску приклеивают так, чтобы места пайки не выходили за  пределы отверстий в маске.

При пайке погружением  плата с собранными на ней компонентами (со штыревыми выводами) на 2…4 с погружается в расплавленный припой на глубину 0,4…0,6 толщины основания платы, что способствует капиллярному течению припоя и заполнению им монтажных отверстий.

Пайка погружением  в горячий припой включает вертикальное погружение выводов или выходных контактов, предназначенных для  пайки, в бочонок или бак с припоем. В некоторых случаях компоненты полностью погружаются в бак. Используются автоматизированная транспортная система или ручные приспособления.Применение вибратора создает условия для проникновения флюса и припоя.Наиболее удачным способом, является пайка протягиванием, при которой ПП  укладывается в держатель под углом около , погружается в ванну с расплавленным припоем и протягивается по зеркалу припоя.Недостатками пайки погружением являются коробление плат вследствие температурных деформаций, необходимость поддержания постоянной высоты уровня припоя в ванне и быстрое окисление расплавленного припоя. Групповые методы пайки обычно применяют при одностороннем расположении навесных деталей на печатной плате. При двустороннем монтаже групповая пайка возможна только с одной стороны, а пайка с другой стороны производится монтажным паяльником.

Вспомогательные операции групповой пайки включают операции нанесения и подсушки флюса, предварительного нагрева платы и деталей, очистки и сушки печатных плат. Их выполнение связано во времени с операцией пайки, следовательно, работа оборудования для выполнения этих операций связана с работой оборудования для пайки. 

Не допускается  растекание припоя за пределы контактных площадок по проводнику, так как это уменьшает расстояние между соседними паяными соединениями или проводниками.

Пайка волной припоя не имеет этих недостатков. В ванне  находится припой, расплавленный  нагревателем. Печатная плата проходит по гребню волны, которая создается подачей припоя через сопло крыльчаткой. Контакт платы с постоянным притоком припоя обеспечивает быструю передачу тепла, что сокращает время пайки. Для удаления маски плату погружают на 0,8...0,9 ее толщины в ванну с горячей (90 С) водой и выдерживают до тех пор, пока она не отклеится (2..3 мин). Затем плату обдувают горячим воздухом до полного высыхания. Удаление флюса осуществляется погружением в ванну со смесью бензина (50%) и спирта (50%) на 2..4 мин.

Зачастую пользуются способом избирательной пайки – она представляет собой пайку погружением с применением защитной маски-трафарета с отверстиями в местах пайки. Предназначена для плат с односторонним и двусторонним монтажом элементов в серийном и массовом производстве. Избирательная пайка обеспечивает выборочную подачу припоя к паяемым контактам через специальную фильеру, изготовленную из нержавеющей стали. Между платой и фильерой зажимается слой термостойкой резины. При избирательной пайке уменьшается температура платы, снижается нагрев радиоэлементов и расход припоя. Применяют ее в условиях массового производства, когда изготовление специальной фильеры экономически целесообразно. Достоинством избирательной пайки по сравнению с пайкой погружением являются меньшая возможность коробления платы, полное исключение отслаивания проводников платы, обеспечение сквозного пропоя отверстий по всей толщине платы. 

При избирательной пайке в каждую точку платы, подлежащую пайке через специальные фильеры подается расплавленный припой. Подача припоя осуществляется вибратором, который через бронзовую диафрагму сообщает колебание припою. С помощью поршня необходимое количество припоя выдавливается через отверстие фильеры. Установке платы с навесными элементами на поверхность платы с отверстиями (фильерами) предшествует операция покрытия зоны пайки флюсом. Помещая ванну с припоем в соляную ванну, обеспечивают требуемую температуру припоя.

 

Именно способ избирательной пайки максимально  подходит для изготовления печатной платы ОП S7600A, что и обусловило выбор.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4 Процесс и время изготовления печатной платы ОП S7600A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В настоящее время  для изготовления односторонних  и двусторонних печатных плат наибольшее распространение получили три метода: негативный, позитивный и электрохимический.

Негативный метод (рис. 5) широко применяется в производстве не только односторонних печатных плат, а также гибких. Основным преимуществом цикла, что облегчает автоматизацию, а недостатком отсутствие металлизированных отверстий и низкое качество.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Субтрактивный негативный метод.

а) – заготовка из фольгированного  диэлектрика; б) – заготовка со слоем  защитного фоторезиста; в) – стравливание фольги; г) – удаление фоторезиста; д) – нанесение слоя лака для защиты от механических повреждений; е) – сверление  отверстий; ж) – химическое меднение; з) – удаление защитной пленки; и) – гальваническое осаждение меди; к) – гальваническое нанесение защитного слоя.

Позитивный метод (рис. 6) основан  на химическом и электрохимическом  методах. Позволяет получить проводники повышенной точности. Преимуществом позитивного комбинированного метода по сравнению с негативным является хорошая адгезия проводника, повышенная надежность монтажных и переходных отверстий, высокие электроизоляционные свойства. Последнее объясняется тем, что при длительной обработке в химически агрессивных растворах, диэлектрическое основание защищено фольгой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.Субтрактивный  позитивный метод.

 

 

Субтрактивный позитивный метод.

а) – заготовка из фольгированного  диэлектрика; б) – нанесение фоторезиста и экспонирование через фотошаблон; в) – проявление защитного рельефа; г) – нанесение защитного слоя и сверление отверстий; д) – химическое меднение; е) – удаление защитного слоя; ж) – гальваническое осаждение меди; з) – гальваническое нанесение защитного покрытия; и) – удаление фоторезиста; л) – стравливание фольги.

В тентинг-процессе (рис. 7), как и  в позитивном процессе, берется заготовка  в виде фольгированного диэлектрика, формируются отверстия, проводится предварительная металлизация всей платы, включая внутренние стенки отверстий. Затем наносится СФП, который формирует маску во время фотолитографии в виде рисунка печатных проводников и образует завески – тенты над металлизированными отверстиями, защищая их во время последующей операции травления свободных участков медной фольги. В этом процессе используются свойства пленочного фоторезиста наслаиваться на сверленые подложки без попадания в отверстия и образовывать защитные слои над металлизированными отверстиями. Применение тентинг-метода упрощает технологический процесс изготовления двусторонних ПП с металлизированными отверстиями. Однако необходимо обеспечить гарантированное запечатывание отверстий фоторезистом. Кроме того, качество поверхности металла вокруг отверстий должно быть очень хорошим, без заусенцев. Для получения изображений используется пленочный фоторезист толщиной 15-50 мкм.

 

Рисунок 3. Тентинг-процесс

Для изготовления печатных плат с  шириной проводников и зазоров 50 -100 мкм с толщиной проводников 30-50 мкм рекомендуется использовать метод ПАФОС (рис. 8). Это полностью аддитивный электрохимический метод, по которому проводники и изоляция между ними (диэлектрик) формируются аддитивно, т.е. селективным гальваническим осаждением проводников и формированием изоляции только в необходимых местах прессованием.

Рисунок 4. Метод ПАФОС.

 

Для изготовления печатной платы ИИ выбран электрохимический  метод, так как он обладает рядом  достоинств, в некоторых случаях  и над другими методами изготовления печатных плат.

Основное отличие от комбинированного позитивного метода заключается в использовании нефольгированного диэлектрика СТЭФ.1-2ЛК ТУ АУЭО 037.000 с обязательной активацией его поверхности.

Разрешающая способность  этого метода выше, чем у комбинированного позитивного. Это объясняется малым боковым подтравливанием, которое равно толщине стравливаемого слоя и при полуаддитивном методе составляет всего 5 мкм, а при комбинированном больше 50 мкм. Для данного изделия выбран субтарактивный  позитивный метод производства печатных плат и электро- химический метод получения рисунка проводника. Выбранным материалом для изделия является стеклотекстолит. ТП состоит из следующих операций: входной контроль, изготовление заготовок, подготовка поверхности, получение защитного рисунка, химическое меднение, гальваническая металлизация, травление меди, обработка монтажных отверстий, выходной контроль