Внимание!

 

Делаем печатные платы всех типов:

 

Классификация печатных плат

Слои

По количеству слоев печатные платы подразделяют на односторонние, двусторонние и многослойные.

Односторонние и двусторонние печатные платы состоят из диэлектрического основания, поверх которого запрессован токопроводящий материал — с одной или двух сторон соответственно. Чаще всего это электролитическая медная фольга высокой степени очистки. Как правило, в качестве диэлектрического основания применяется стеклоткань, реже электротехническая бумага, пропитанная бакелитовой или эпоксидной смолой.

После механической и химической обработки на одной или двух сторонах диэлектрического основания и токопроводящего слоя формируется рисунок проводников печатной платы. Этот рисунок часто называют топологическим рисунком. Электрическая связь слоев топологического рисунка осуществляется с помощью металлизации отверстий.

Многослойные печатные платы состоят из чередующихся «тонких» слоев диэлектрика и токопроводящего топологического рисунка. В процессе производства все слои прессуются в одно целое — многослойное основание. В зависимости от конструктивных особенностей платы, электрические соединения в многослойной структуре могут быть осуществлены либо сквозными переходными отверстиями, либо с применением межслойных переходов.

  • Наружные слои. В сложных платах эти слои называют монтажными и применяют зачастую только для установки компонентов. В несложных платах в большинстве случаев наружные слои играют не только роль монтажных, но еще и сигнальных (токопроводящих) слоев.
  • Сигнальные слои. Это слои, которые несут на себе основную нагрузку по созданию электрических цепей между электронными компонентами.
  • Слои питания. Эти слои выполняются сплошными полигонами (либо «сеткой») с минимальными омическими сопротивлениями. Помимо обеспечения напряжением питания схемы, эти слои играют роль электрических «экранов» между сигнальными слоями.
  • Теплоотводящие слои. Отводят и распределяют по всей плоскости платы избыточное тепло от компонентов схемы при эксплуатации изделия.

Далее плата может быть покрыта защитной паяльной маской, которая предотвращает растекание припоя за пределы контактных площадок и защищает проводники от внешних воздействий. Завершающая операция — нанесение финишного покрытия для защиты меди от влияния внешней среды и улучшения паяемости.

Материалы

По использованным материалам платы подразделяются на СВЧ (с высокой частотностью), гибкие и гибко-жесткие печатные платы, платы на металлическом основании и обычные жесткие печатные платы, строение которых мы рассмотрели выше.

СВЧ платы используются в устройствах с рабочими частотами от 500 МГц и выше. Отличительная особенность СВЧ печатных плат — широкий спектр гармонических сигналов, распространяемых по линиям передачи. Это обстоятельство находит отражение в особенностях проектирования и конструирования СВЧ плат и выдвигает специальные требования к параметрам диэлектриков и качеству изготовления элементов топологического рисунка.

Для производства СВЧ печатных плат используются высокочастотные ламинаты — армированные стекловолокном политетрафторэтиленовые, гидрокарбонатные или керамические термоактивные ламинаты с малым тангенсом угла диэлектрических потерь. Конструкция и базовая технология изготовления двухсторонних СВЧ печатных плат не отличается от обычных. Однако конструкция многослойных СВЧ плат несколько отличается от конструкции обычных МПП: из высокочастотных ламинатов изготавливаются только пары внешних слоев, а внутренние слои изготавливаются из обычных стеклоэпоксидных материалов, либо наоборот. Так достигается четкое разделение СВЧ и низкочастотной части МПП во внутренних слоях платы вместе со слоями заземления и питания. Такая конструкция многослойных СВЧ плат предполагает применение способа попарного прессования МПП либо послойного наращивания.

На всей СВЧ плате или на значительной ее части отсутствует защитная паяльная маска, при этом в качестве финишных покрытий чаще применяют иммерсионное олово и иммерсионное серебро.

Гибкая печатная плата (ГПП) — это плата, в которой в качестве базового материала используется тонкий и гибкий диэлектрик. Основной базовый материал при изготовлении ГПП — полиимидная пленка. Эти платы могут изгибаться, подвергаться перегибу и принимать компактную форму.

Основное отличие гибких печатных плат от жестких — возможность монтажа в трехмерном пространстве и способность огибать контуры блоков внутри корпуса электронного устройства, что уменьшает габариты конечного изделия. Разновидность гибких печатных плат — гибкий печатный кабель (ГПК) — имеет тонкое изоляционное основание длиной до нескольких метров с расположенными параллельно друг другу печатными проводниками. Толщина ГПК может составлять от 0,06 мм до 0,3 мм. Гибкие печатные кабели, как правило, изготавливают с одним либо двумя слоями печатных проводников.

Гибко-жесткие печатные платы (ГЖПП) — самые сложные соединительные структуры в электронной аппаратуре. Обычно простая ГЖПП имеет в своей структуре один жесткий и один гибкий слой диэлектрика, а в сложных гибко-жестких платах могут содержатся десятки слоев из гибких и жестких ядер (сердечников), собранных в одну конструкцию практически в любом порядке.

Применение гибко-жестких плат позволяет в ряде случаев:

  • уменьшить габариты и вес устройства;
  • встроить электронику в корпус сложной формы;
  • отказаться от соединительных разъемов;
  • повысить надежность соединений;
  • упростить монтаж;
  • обеспечить динамическую гибкость соединений;
  • упростить обслуживание при эксплуатации.

Область применения:

  • автомобильная техника;
  • медицинская техника;
  • сложная бытовая техника (видеокамеры, фотоаппараты, ноутбуки);
  • бортовая электроника (авиационная и космическая);
  • изделия военного применения.

Конструкция гибких и гибко-жестких печатных плат мало чем отличается от конструкции обычных жестких печатных плат. Главное отличие — в используемых материалах, которые позволяют надежно соединять слои диэлектрика и проводящие слои. Другая особенность — применение специализированного оборудования и технологических режимов изготовления плат этого типа.

Для изделий, которые работают в жестких тепловых режимах эксплуатации, изготавливают печатные платы на металлическом основании. Такие конструкции имеют электрически изолированное металлическое ядро (сердечник) в виде теплопроводящей пластины (алюминий и его сплавы), с одной либо с обеих сторон которой расположены элементы топологического рисунка.

Преимущества металлического основания:

  • экранирование от электромагнитных полей;
  • высокая теплопроводность.

Такая плата состоит из металлической пластины, на которую проводящий рисунок нанесен с применением теплопроводящего диэлектрика. Таким образом, тонкий слой диэлектрика обеспечивает электрическую изоляцию элементов печатного монтажа от металлической пластины и одновременно выполняет перенос тепла от компонентов, смонтированных на проводящем слое, к опорной пластине. Толщина металлической пластины может составлять от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров, в зависимости от количества тепла, выделяемого компонентами и требующего рассеивания.

Топологический рисунок может быть расположен с обеих сторон металлического основания. Иногда при сложной конструкции к пластине с одной из сторон может быть также припрессована многослойная структура, состоящая из 2 и более слоев. Возможны и другие варианты компоновки.

Область применения печатных плат на металлическом основании:

  • силовые модули;
  • светодиоды с высоким тепловыделением;
  • устройства, функционирующие в условиях высоких температур.

В качестве материала основы для изготовления печатных плат используются различные типы гетинакса, стеклотекстолита, полиимида, керамики и других видов материалов. Основные производители: ISOLA, KB, ILM, ITEQ, Hitachi, Vintech. Российская промышленность практически не выпускает такие материалы.

Использование материалов в платах разных типов:

  • односторонние и двухсторонние печатные платы — FR2, FR4;
  • многослойные печатные платы — FR2, FR4, FR5;
  • СВЧ печатные платы — Isola, Rogers, Taconic, Arlon;
  • комбинированные «композитные» печатные платы — из СВЧ-материалов с материалами типа FR4;
  • гибкие и гибко-жесткие печатные платы из полиимида и материалов типа FR4.

У нас на заводе всегда есть в наличии базовый запас материалов. Технический отдел дает рекомендации по использованию материалов в зависимости от условий эксплуатации изделия.

Если на плате есть бессвинцовые компоненты и планируется монтаж в бессвинцовом режиме (нагрев до 250–260 °C), необходимо применять материалы High Tg! Обычные платы на материале FR4 такую температуру пайки могут не выдержать! Tg — это температура стеклования полимера основы.

Специальные требования

Контроль импеданса: проводник выполняется как линия передачи сигнала без искажений. Это необходимо для передачи данных с помощью высокочастотных сигналов.

Контроль импеданса требует многослойной конструкции печатной платы и увеличивает стоимость изделия. Можно сэкономить и сделать копланарную линию передачи на однослойной плате, но площадь платы получится в несколько раз больше, и придется потратиться на дополнительное экранирование устройства на уровне корпусирования изделия.

Стандартный контроль импеданса — 10%, технологический предел — 5%.

Высокая плотность рисунка (HDI) соответствует высокой плотности монтажа и высокому классу точности печатной платы. В HDI-платах используются очень тонкие проводники и зазоры (до 100 мкм), маленькие переходные отверстия (до 150 мкм) и контактные площадки (до 400 мкм), причем на 1 см² приходится свыше 20 контактных площадок.

Высокая плотность рисунка достигается также использованием глухих, слепых и скрытых микроотверстий наряду со сквозными отверстиями.

Отслаиваемая маска: для временной защиты на заданные участки платы наносится резиноподобный компаунд, а потом механически отслаивается. Используется для защиты от пайки и очистителей.