Основные характеристики печатных плат

Выполнил студент группы 9ЭП 309  Шульга Н. В.

Проверил:

Преподаватель Шишикина Елена Анатольевна

 - Новосибирск 2012 -

Задание на курсовой проект

                                                18 вариант

Исходные данные выполнения курсовой работы являются:

Размер ПП, мм - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -  -  -  -  -  -  -  - - - -  150*200

Класс точности - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -4

Группа сложности - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3

Кол-во монтажных и переходных отверстий - - - - - - - - - - - - - -2200

Метод изготовления                                                                       Электрохимический

Тип ПП - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -  ДПП

Материал ПП, толщина фольги, мм - - - - - - - - - - - - - - - - -  СТЭК

Размер листа материала, мм - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 400*600

Толщина материала, мм - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -    1

Диаметр базовых отверстий, мм - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -   3.5

Кол-во базовых отверстий - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -      3

Точность диаметра базового отверстия - - - - - - - - - - - - - - - - - -   Н9

Предельные отклонения межцентрового расстояния

базовых отверстий, мм - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -      0,02

Степень точности вырубаемой ПП или отверстия (квалитет) - - 12

Кол-во и диаметр технологических отверстий, мм - - - - - - -   4 отв. *5

Годовая программа выпуска, шт. /год - - - - - - - - - - - - - - - - - -  1000

Сопротивление срезу, МПа - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -   130*150

Введение

Печатные платы являются основным элементом электронной аппаратуры (ЭА), выполняя функции несущей конструкции и коммутационного устройства на различных уровнях разукрупнения аппаратуры:

1) в микросборках

2) в ячейках

3) в коммутационных (монтажных) панелях

Печатные платы широко применяются в бытовой технике, аппаратуре средств связи, вычислительной технике, в системах автоматизации, контрольно-измерительной аппаратуре, в медицинском приборостроении, в автомобильной промышленности, в других областях промышленной электроники, в авиационной, космической промышленности, в спецтехнике, в городском коммунальном хозяйстве (для средств контроля расхода воды, газа, электричества, топлива. Экологического контроля воды, воздуха, земли по радиационным, физическим, механическим и химическим параметрам).

Одной из проблем в настоящее время является разработка и производство ПП, соответствующих мировому современному уровню для обеспечения конкурентоспособности ПП, которая определяется их качеством, надёжностью и безопасностью эксплуатации. Проблема осложняется постоянным ростом функциональной и конструктивной сложности электрорадиоизделий (ЭРИ), устанавливаемых на ПП (например, увеличение на 1-2 порядка числа выводов ЭРИ), а также процессом миниатюризации ЭА, отставанием технологических возможностей межэлементной коммутации, в частности, ПП от уровня интеграции ЭРИ, что требует повышения трассировочных возможностей ПП за счёт повышения плотности монтажа, уменьшения ширины печатных проводников и расстояний между ними, увеличения числа слоёв многослойных печатных плат (МПП), уменьшения габаритов и массы ЭА и, соответственно, ПП. Таким образом, конструкция и технология сборки электронных модулей на ПП – «электронная сборка» (electronic assembly) – требует от производителя ПП постоянного совершенствования конструкции и технологии.

Основными тенденциями развития схемотехнических и конструктивных решений в ЭА являются:

· использование более высоких тактовых частот;

· увеличение степени интеграции ЭРИ (более высокая интеграция функций на кремнии), которая приводит к увеличению числа выводов вход/выход (1/10) – до 1000 и более выводов на корпус ЭРИ и поверхностно-монтируемых компонентов (ПМК);

· рост применения ЭРИ в корпусах BGA (матрица шариковых выводов), CSP (корпус в размер кристалла), FC (перевёрнутый кристалл), MBGA (матрица микрошариковых выводов);

· уменьшение шага расположения выводов ЭРИ до 0,3…0,5 мм;

· увеличение тепловыделения ЭРИ в связи с повышением их функциональной сложности и др.

Всё это привело к тому, что в конструировании и технологии ПП основными тенденциями стали:

· значительное увеличение объёма производства МПП с микроотверстиями

· необходимость кондуктивного теплоотвода в связи с увеличением плотности компоновки и рабочих частот; 

· Уменьшение размера контактных площадок и увеличение плотности трасс проводников;

· Уменьшение ширины проводников до 0.025…0.050 мм;

· Применение материалов с малым температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР), совместимых с ТКЛР корпусов и выводов ЭРИ и ПМК;

· Уменьшение размеров ПП для снижения затрат;

· Увеличение применения разъёмов с запрессовкой выводов в отверстие ПП (Press fit) и сочетание нанесения паяльной пасты с запрессовкой (Pin-in-Paste);

· Изъятие из производства свинца в связи с проектом ЕС о применении бессвинцовых припоев, что требует от ПП большей нагревостойкости (примерно на 20…30 С), необходимой при лужении и пайке модулей и применения материалов с более высокой температурой стеклования Тg и меньшим ТКЛР по оси Z (по толщине ПП);

· Применение негорючих фольгированных диэлектриков не содержащих вредных галогенов и брома и др.

Неизбежность интеграции с западным рынком ПП и его влияние на отечественное производство требуют заимствования зарубежных стандартов, так как для международного сотрудничества необходим единый подход к стандартизации.

Ведущую роль в разработке нормативной документации по конструированию и изготовлению ПП и электронных компонентов играет IPS (Institute for interconnecting and Packaging Electronic Circuits – Институт печатного монтажа, США). Поскольку разработка ГОСТов отстаёт в настоящее время от реальных требований и не соответствует мировым стандартам, в технической документации допускается ссылка на зарубежные стандарты: IPC, MIL (Military – военные стандарты, США) и др.

Разработаны и существуют в стадии проектов восемь новых стандартов циклов разработки ПП, имеющих статус Interim Final, IPC-2511 – IPC -2518 под общим названием GenCAM, которые охватывают цикл от разработки ПП до монтажа компонентов и тестирования готовых функциональных узлов.

Для создания полноценного современного производства ПП и электронных модулей требуемых объёмов и уровня сложности необходимо восстановление и развитие всей инфраструктуры производства ПП:

· Фольгированных диэлектриков;

· Фотоматериалов;

· Фоторезиста;

·  Химикатов;

· Оборудования;

· Свёрл, а так же организовать обучение специалистов, операторов.

Необходимо обеспечить снабжение производства энергией, водой, обработку и регенерацию отходов производства и др.

Для восстановления индустрии ПП в полном объёме потребуется много времени и капиталовложений. Для этого в первую очередь необходимо профессионально оценить реальное техническое состояние предприятий, на основе этих оценок разработать технические проекты создания новых и планы реконструкции существующих предприятий, восстановить базу подготовки молодых специалистов, операторов и др.

Разнообразие областей применения ПП, объектов их установки, условий эксплуатации, элементной базы, электрических требований, надёжности, стоимости требует большого разнообразия конструкций ПП и, соответственно, ТП их изготовления, так как каждый метод изготовления ПП обладает определенными технологическими возможностями и позволяет получить рисунок печатных элементов (проводников, контактных площадок и пр.) определенных размеров и точности, т.е определённого класса точности ПП. Поэтому разработчик ПП должен владеть методами проектирования, конструирования, технологии изготовления ПП и сборки функциональных узлов на ПП.

Прогресс в области создания новых технологий межсоединений идёт двумя путями:

· Совершенствованием процессов изготовления многослойных ПП;

· Созданием двухсторонних ПП, эквивалентных МПП с повышенной плотностью межсоединений в слое.

Оба направления считаются перспективными.

В зависимости от объёма выпускаемых ПП, который исчисляется в тысячах квадратных метров, возможно мелкосерийное, серийное, крупносерийное и единичное производство, для каждого из которых характерна различная степень автоматизации операций. Функционирование ЭА обусловлено не только схемотехническими решениями, функциональной точностью, надёжностью, но и влиянием внешней среды, конструкторскими и эксплуатационными требованиями, многофакторностью процесса изготовления ПП и т.п.    Это делает необходимым обеспечение взаимосвязи и согласования проектирования, конструирования и технологии изготовления ПП.

К печатным платам предъявляют те же требования, что и к конструкции ЭА, в состав которых она входит, поэтому исходными данными для проектирования ПП являются:

· Назначение ЭА;

· Область применения;

· Объект установки;

· Условия эксплуатации и группы жесткости;

· Схема электрическая принципиальная модуля 1-го уровня;

· Перечень элементов и пр.

Исходные данные оформляются техническим заданием (ТЗ) на разработку ПП в соответствии с ГОСТ 25123-82.

Последовательность этапов проектирования, конструирования и изготовления ПП можно представить в виде следующей схемы:

· Оформление ТЗ;

· Конструкторско – технологические расчёты ПП;

· Разработка чертежей ПП с помощью САПР: размещение ЭРИ и трассировка проводников наружных и внутренних слоёв (МПП);

· Изготовлении оригиналов рисунка всех слоёв;

· Изготовление фотошаблонов (ФШ);

· Изготовление оригинала паяльной маски;

· Контроль;

· Испытания;

Существует два вида технологии получения проводящего рисунка ПП и слоёв ОМПП:

· На основе субтрактивных методов; 

· На основе аддитивного метода.

В субтрактивных методах процесс получения проводящего рисунка заключается в избирательном травлении участков фольги фольгированного материала с пробельных мест (места, не закрытые защитной маской).

В аддитивном методе присутствует операция травления меди:

· Получение заготовки из нефольгированого диэлектрика;

· Сверление отверстия;

· Нанесение защитного рельефа;

· Получение проводников, контактных площадок и пр. путём избирательного осаждения меди на диэлектрик в соответствии с рисунком схемы;

· Удаление маски.

Основные характеристики печатных плат

Печатная плата (ПП) – изделие, состоящее из плоского изоляционного основания с отверстиями, пазами, вырезами и системой токопроводящих полосок метала (проводников), которое используют для установки и коммутации электрорадиоизделий (ЭРИ) и функциональных узлов в соответствии с электрической принципиальной схемой.

Размещать ЭРИ можно как на одной, так и на двух сторонах ПП. Двусторонние ПП используются в измерительной технике, системах управления, автоматического регулирования и др.

Многослойная печатная плата (МПП) – ПП, состоящая из чередующихся слоёв изоляционного материала с проводящими рисунками на двух или более слоях, между которыми выполнены требуемые соединения. Электрическая связь между проводящими слоями может быть выполнена специальными объёмными деталями, печатными элементами или химико-гальванической металлизацией отверстий. Многослойные ПП характеризуются повышенной надёжностью и плотностью монтажа, устойчивостью к климатическим и механическим воздействиям, уменьшенными размерами и меньшим числом контактов. Вследствие большой трудоёмкости их изготовления, сложности получения высокой точности рисунка и совмещения слоёв, высокой стоимости и сложности технологического оборудования, контроля на всех операциях технологического процесса (ТП), низкой ремонтопригодности МПП применяют для уже отработанных конструкций электронно-вычислительной, авиационной и космической аппаратуры.

Гибкая печатная плата (ГПП) – ПП, имеющая гибкое основание или ПП, использующие гибкий базовый материал. Гибкая ПП является аналогом жесткой ПП по расположению печатных проводников, контактных площадок и других элементов печатного монтажа, по размещению ЭРИ (преимущественно бескорпусных и поверхностно-монтируемых компонентов (ПМК), при этом она имеет гибкое основание толщиной 0,1…0,5 мм, может изгибаться, работать на перегибы и принимать разную форму. Гибкие ПП применяются в случаях, когда плата в процессе эксплуатации подвергается многократным изгибам, вибрациям или когда ей необходимо придать для работы изогнутую компактную форму (поместить в небольшой объём).

Гибко-жесткие платы являются самыми сложными соединительными структурами в ЭА. Простая ГПЖ имеет один жесткий и один гибкий слой. Сложные ГПЖ могут иметь 20 и более соединительных наборов из односторонних и двухсторонних ГПП между жесткими внешними ПП.

Создание ГПП,ГПК и ГЖП обусловлено:

· Необходимостью миниатюризации ЭА;

· Диспропорцией между объёмом и массой ЭРИ, размещаемых на жестких ПП, и объёмом и массой жестких ПП;

· Необходимостью высокой надёжности при реализации уникальных и сложных технических решений.

Проводная печатная плата (ППП) – ПП, на диэлектрическом основании которой размещены отдельные элементы печатного рисунка (контактные площадки, шины земли и питания и др.), а электрические соединения вместо печатных проводников выполнены изолированными проводами диаметром 0,1…0,2 мм. Контактные соединения на ПП могут быть получены пайкой, сваркой или химико-гальванической металлизацией. Проводные ПП применяют при макетировании, разработке опытных образцов и в мелкосерийном производстве вместо трудоёмких в изготовлении МПП, так как эквиваленты по трассировочной способности 5-, 8- и 11-слойным МПП.

Контактная площадка – часть проводящего рисунка, схемы (печатных проводников с металлизацией монтажных отверстий) и для установки и пайки (сварки) ЭРИ. Контактные площадки монтажных отверстий должны равномерно смачиваться припоем в течение 3…5 с и выдерживать не менее трёх (для МПП – двух) перепаек без расслоения диэлектрика, отслаивания и вздутий. Не допускаются разрывы контактных площадок, так как при этом уменьшаются токонесущая способность и проводников и адгезия к диэлектрику.

Кластер – группа контактных площадок для установки и пайки (сварки), например, микросхем.