Выбор материала для изготовления печатной платы

 

Для изготовления печатной платы нам необходимо выбрать следующие материалы: материал для диэлектрического основания печатной платы, материал для печатных проводников и материал защитного покрытия от воздействия влаги. Сначала мы определим материал для диэлектрического основания печатной платы.

Существует большое разнообразие фольгированных медью слоистых пластиков. Их можно разделить на две группы:

– на бумажной основе;

– на основе стеклоткани.

Эти материалы в виде жестких листов формируются из нескольких слоев бумаги или стеклоткани, скрепленных между собой связующим веществом путем горячего прессования. Связующим веществом обычно являются фенольная смола для бумаги или эпоксидная для стеклоткани. В отдельных случаях могут также применяться полиэфирные, силиконовые смолы или фторопласт. Слоистые пластики покрываются с одной или обеих сторон медной фольгой стандартной толщины.

Характеристики готовой печатной платы зависят от конкретного сочетания исходных материалов, а также от технологии, включающей и механическую обработку плат.

В зависимости от основы и пропиточного материала различают несколько типов материалов для диэлектрической основы печатной платы.

Фенольный гетинакс - это бумажная основа, пропитанная фенольной смолой. Гетинаксовые платы предназначены для использования в бытовой аппаратуре, поскольку очень дешевы.

Эпоксидный гетинакс - это материал на такой же бумажной основе, но пропитанный эпоксидной смолой.

Эпоксидный стеклотекстолит - это материал на основе стеклоткани, пропитанный эпоксидной смолой. В этом материале сочетаются высокая механическая прочность и хорошие электрические свойства.

Прочность на изгиб и ударная вязкость печатной платы должны быть достаточно высокими, чтобы плата без повреждений могла быть нагружена установленными на ней элементами с большой массой.

Как правило, слоистые пластики на фенольном, а также эпоксидном гетинаксе не используются в платах с металлизированными отверстиями. В таких платах на стенки отверстий наносится тонкий слой меди. Так как температурный коэффициент расширения меди в 6-12 раз меньше, чем у фенольного гетинакса, имеется определенный риск образования трещин в металлизированном слое на стенках отверстий при термоударе, которому подвергается печатная плата в машине для групповой пайки.

Трещина в металлизированном слое на стенках отверстий резко снижает надежность соединения. В случае применения эпоксидного стеклотекстолита отношение температурных коэффициентов расширения примерно равно трем, и риск образования трещин в отверстиях достаточно мал.

Из сопоставления характеристик оснований следует, что во всех отношениях (за исключением стоимости) основания из эпоксидного стеклотекстолита превосходят основания из гетинакса. Печатные платы из эпоксидного стеклотекстолита характеризуются меньшей деформацией, чем печатные платы из фенольного и эпоксидного гетинакса; последние имеют степень деформации в десять раз больше, чем стеклотекстолит.

Некоторые характеристики различных типов слоистых пластиков представлены в таблице 4.

Таблица 4 – Характеристики различных типов слоистых пластиков

Тип	Максимальная рабочая температура, ^0C	Время пайки при 260^0 С, сек	Сопротивле-ние изоляции, МОм	Объемное сопротивле-­ние, МОм	Диэлектри­ческая постоянная, e
Фенольный гетинакс	110-120		1 000	1·10^4	5,3
Эпоксидный гетинакс	110-120		1 000	1·10^5	4,8
Эпоксидный стеклотекстолит	130-150		10 000	1·10^6	5,4

 

Сравнивая эти характеристики, делаем вывод, что для изготовления двусторонней печатной платы следует применять только эпоксидный стеклотекстолит. В данном курсовом проекте выбран стеклотекстолит марки СФ-2-35-1,5.

В качестве фольги, используемой для фольгирования диэлектрического основания, можно использовать медную, алюминиевую или никелевую фольгу. Однако алюминиевая фольга уступает медной, так как плохо поддаётся пайке, а никелевая имеет высокую стоимость. Поэтому в качестве фольги выбираем медь.

Медная фольга выпускается различной толщины. Стандартные толщины фольги наиболее широкого применения - 17,5; 35; 50; 70; 105 мкм. Во время травления меди по толщине травитель воздействует также на медную фольгу со стороны боковых кромок под фоторезистом, вызывая так называемое «подтравливание». Чтобы его уменьшить обычно применяют более тонкую медную фольгу толщиной 35 и 17,5 мкм. Поэтому выбираем медную фольгу толщиной 35 мкм.

1.7 Выбор метода изготовления печатной платы

Все процессы изготовления печатных плат можно разделить на субтрактивные и полуаддитивные.

Субтрактивный процесс (subtraction -отнимать) получения проводящего рисунка заключается в избирательном удалении участков проводящей фольги путем травления.

Аддитивный процесс (additio -прибавлять) - в избирательном осаждении проводящего материала на не фольгированный материал основания.

Полуаддитивный процесс предусматривает предварительное нанесение тонкого (вспомогательного) проводящего покрытия, впоследствии удаляемого с пробельных мест.

В соответствии с ГОСТ 23751 – 86 конструирование печатных плат следует осуществлять с учетом следующих методов изготовления:

– химического для ГПК

– комбинированного позитивного для ДПП

- металлизации сквозных отверстий для МПП

Все рекомендуемые методы (кроме полуаддитивного) являются субтрактивными.

Таким образом, данная печатная плата, разрабатывае­мая в курсовом проекте, будет изготавливаться на основе двустороннего фольгированного диэлектрика комбинированным позитивным методом. Этот метод дает возможность получать проводники шириной до 0,25 мм. Проводящий рисунок получают субтрактивным методом.

 

 

2 РАСЧЁТ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОВОДЯЩЕГО РИСУНКА

2.1 Расчет диаметров монтажных отверстий

 

Конструктивно-технологический расчет печатных плат производится с учетом производственных погрешностей рисунка проводящих элементов, фотошаблона, базирования, сверления и т.п. Граничные значения основных параметров печатного монтажа, которые могут быть обеспечены при конструировании и производстве для пяти классов плотности монтажа, приведены в таблице 4.

Таблица 4 – Граничные значения основных параметров печатного монтажа

Условное обозначение параметра *	Номинальные значения основных размеров для класса точности
t, мм	0,75	0,45	0,25	0,15	0,10
S, мм	0,75	0,45	0,25	0,15	0,10
b, мм	0,30	0,20	0,10	0,05	0,025
g	0,40	0,40	0,33	0,25	0,20
∆t, мм	+- 0,15	+- 0,10	+- 0,05	+- 0,03	0; -0,03

 

В таблице указанно:

t – ширина проводника;

S – расстояние между проводниками, контактными площадками, проводником и контактной площадкой или проводником и металлизированным отверстием;

b – расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки данного отверстия (гарантийный поясок);

g – отношение минимального диаметра металлизированного отверстия к толщине платы.

Выбранные в соответствии с таблицей 1 размеры необходимо согласовать с технологическими возможностями конкретного производства.

Предельные значения технологических параметров конструктивных элементов печатной платы (таблица 5) получены в результате анализа производственных данных и экспериментальных исследовании точности отдельных операций.

Таблица 5 – Предельные значения технологических параметров

 

Наименование коэффициента	Обозначения	Величина
Толщина предварительно осажденной меди, мм	hпм	0,005 – 0,008
Толщина наращенной гальванической меди, мм	hг	0,050 – 0,060
Толщина металлического резиста, мм	hр	0,020
Погрешность расположения отверстия относи­тельно координатной сетки, обусловленная точ­ностью сверлильного станка, мм.	do	0,020 – 0,100
Погрешность базирования плат на сверлильном станке, мм	dб	0,010 – 0,030
Погрешность расположения относительно координатной сетки на фотошаблоне контактной площадки, мм	dш	0,020 – 0,080
Погрешность расположения относительно координатной сетки на фотошаблоне проводника, мм	dшt	0,030 – 0,080
Погрешность расположения печатных элементов при экспонировании на слое, мм	dэ	0,010 – 0,030
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	0,010 – 0,030

Погрешность расположения базовых отверстий на фотошаблоне, мм	dп	0,010 – 0,050
Погрешность положения контактной площадки на слое, обусловленная точностью пробивки базовых отверстий, мм	dпр	0,030 – 0,050

Продолжение таблицы 5

 

Наименование коэффициента	Обозначения	Величина
Погрешность диаметра отверстия после сверления, мм	Dd	0,010 – 0,030
Погрешность изготовления окна фотошаблона, мм	DDш	0,010 – 0,030
Погрешность на изготовление линии на фотошаблоне, мм	Dtш	0,030 – 0,060
Погрешность диаметра контактной площадки фотокопии при экспонировании рисунка, мм	DЭ	0,010 – 0,030
Примечание:	d - погрешность расположения; D - погрешность размеров.

 

Минимальный диаметр металлизированного (переходного) отверстия:

d_min V H_расч ´ g = 1,5 ´ 0,33 =0,495 мм;

где g = 0,33 - плотность печатного монтажа для третьего класса точности.

H_расч – толщина фольгированного диэлектрика платы.