Основной шаг линий для координатной сетки равен 2,5 мм; допускаются вспомогательные шаги координатной сетки в 1,25 мм, 0,625 мм и 0,5 мм (в зависимости от используемой элементарной базы).
Координатная сетка определяет требования к технологическому оборудованию, оснастке и контрольно-испытательной аппаратуре.
Центры отверстий и контактных площадок располагаются в узлах координатной сетки. Центры монтажных отверстий под неформуемые выводы многовыводных элементов, межцентровые расстояния которых не кратны шагу координатной сетки, следует располагать так, чтобы в узле координатной сетки находился, по крайней мере, центр одного из монтажных отверстий.
Учитывая все вышеописанные требования и стандарты, для разработки печатной платы блока электронного был выбран тип конструкции печатной платы – ОПП (односторонняя печатная плата). При таком типе ПП печатный рисунок находится на одной стороне платы, а навесные элементы – на другой.
Класс точности для изготовления платы – I. Печатные платы этого класса точности наиболее просты в изготовлении, надежны в эксплуатации и имеют наименьшую цену.
При изготовлении плат используют:
- фольгированные и нефольгированные диэлектрики (гетинакс, стеклотекстолит, лавсан, полиимид, фторопласт и др.);
- керамические материалы;
- металлические пластины.
В качестве конструкционных материалов ПП обычно используются фольгированные и нефольгированные слоистые диэлектрики (пластики) различного типа и толщины.
Фольгированные диэлектрики представляют собой электроизоляционные основания, плакированные обычно электролитической медной фольгой с оксидированным гальваностойким слоем, прилегающим к электроизоляционному основанию. В зависимости от назначения фольгированные диэлектрики могут быть односторонними и двусторонними и иметь толщину от 0,06 до трех мм.
Нефольгированные диэлектрики, предназначенные для полуаддитивного и аддитивного методов производства плат, имеют на поверхности специально нанесенный адгезивный слой, который служит для лучшего сцепления химически осаждаемой меди с диэлектриком.
При выборе материала основания ПП обращают внимание на следующие обстоятельства:
- вибрации, удары и др.;
- класс точности ПП;
- условия эксплуатации аппаратуры;
- стоимость.
Большинство печатных плат для технических средств ЭВМ в настоящее время изготавливают субстрактивным методом (травление фольгированного диэлектрика).
ОСТ 4.010.022 – 85 рекомендует также применение следующих марок фольгированных диэлектриков: диэлектрик фольгированный самозатухающий (ДФС-1, ДФС-2); диэлектрик фольгированный общего назначения (ДФО-1, ДФО-2) – для ОПП, ДПП; стеклотекстолит с двусторонним адгезивным слоем (СТЭК) – для ДПП, изготавливаемых по аддитивной технологии; стеклотекстолит теплостойкий для изготовления плат по полуаддитивной технологии (СТПА-5–1, СТПА-5–2) – для ОПП, ДПП и МПП с высокой плотностью проводящего рисунка.
Диэлектрическое основание платы представляет собой обычно бумажную (гетинаксы) или текстильную (текстолиты) основу, пропитанную фенольной либо эпоксидной смолой.
Преимущество гетинаксов заключается в том, что они легко поддаются механической обработке, поэтому возможна организация серийного и массового производства. К недостаткам материалов этого типа относятся повышенная чувствительность к влажности и нестабильность элементов.
В настоящее время намечается тенденция к применению эпоксидной невоспламеняющейся бумаги, которая обладает лучшей стабильностью размеров, более приспособлена к автоматизации процесса монтажа элементов.
В стеклотекстолитах в качестве основы используют стеклоткань, пропитанную эпоксидной смолой. Наиболее широкое распространение материалы этого типа получили для производства двусторонних и многослойных плат.
Таблица 3.8 − Сравнительные характеристики материалов, используемых для изготовления печатных плат
| Наименование параметров | Гетинакс ГФ-1 | Стеклотекстолит СФ-1 |
| Предел прочности на растяжение, кгс/см2 | 800 | 2000 |
| Плотность, г/см3 | 1,3 | 1,6 |
| Влагопоглощаемость, %, не более | 4 | 3 |
| Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом×см | 1012 | 1013 |
| Средняя электрическая прочность при температуре, -5..+20 °С, кВ/мм | 33 | 12 |
В качестве материала для печатных проводников используют медь с содержанием примесей не свыше 0,05%. Этот материал обладает высокой электрической проводимостью, относительно стоек по отношению к коррозии, хотя и требует защитного покрытия. При печатном монтаже допустимую токовую нагрузку на элементы проводящего рисунка в зависимости от допустимого превышения температуры проводника относительно температуры окружающей среды выбирают: для фольги – от 100 до 250 А/мм2, а для гальванической меди – 60..100 А/мм2 (ГОСТ 23751–86), что значительно больше плотности тока, допустимой для круглых проводников.
Толщина проводника принимается 18, 35, 50 мкм. Наименьшая ширина проводников и расстояние между ними (пробельные участки) выбираются в зависимости от класса печатной платы (ГОСТ 23751–86).
Размеры ПП, если они не оговорены в техническом задании, определяются с учётом количества установленных элементов, их установленных площадей, шага установки, зон установки разъёма и т.д.
Установлены максимальные габаритные размеры для следующих типов печатных плат: особо малогабаритные – 60×90 мм; малогабаритные – 120х180 мм; крупногабаритные – 240×360 мм. Установочные размеры, условия эксплуатации и т.п. также влияют на габаритные размеры и конфигурацию печатной платы. Линейные размеры ПП рекомендуется выбирать по ГОСТ 10317–79. Этот ГОСТ также рекомендует выбирать платы прямоугольной формы, с размерами каждой из сторон, кратными 2,5 – при длине стороны до 100 мм; 5 – при длине стороны до 350 мм; 10 – при длине стороны свыше 350 мм. При этом максимальный размер любой из сторон – 470 мм, а соотношение сторон – три к одному. Эти ограничения вызваны ограниченными возможностями технологического оборудования по изготовлению печатных плат. Однако при необходимости габаритные размеры и соотношения сторон ПП могут превышать максимальные значения.
Если размеры ПП не оговорены в ТЗ, то определить их можно по следующему алгоритму:
1) Выбрать или рассчитать типоразмер ПП.
2) Скомпоновать конструкторско-технологические зоны для размещения:
а) ЭРЭ;
б) элементов контроля;
в) элементов электрического соединения;
г) элементов крепления;
д) элементов фиксации ячейки в модуле.
3) Выбрать толщину ПП.
Размер ПП по этому алгоритму получается ориентировочный и может быть скорректирован в ходе дальнейшей разработки платы. Исходными данными для расчетов являются перечень элементов и габаритные размеры изделий электронной техники.
Метод изготовления печатной платы зависит от назначения конструкции, условий ее эксплуатации, от материала диэлектрика и т.д.
В настоящее время печатные платы изготавливаются двумя принципиально отличными методами:
- нанесение проводников на плату изоляционного материала осаждением или прессованием токопроводящего слоя;
- нанесением на металлическую фольгу, полностью покрывающее изоляционное основание, кислотоупорной краской или фотоспособом рисунка схемы с последующим вытравливанием металла, не покрытого краской.
Методы изготовления печатных плат классифицируются по способам получения токопроводящего покрытия и по способам изображения печатных проводников. Изготовление печатных плат состоит из ряда технологических операций, позволяющих образовать токопроводящее покрытие на изоляционном основании с рисунком печатного монтажа.
Широкое распространение получили три метода создания токопроводящего слоя:
- химический, при котором производится вытравливание незащищенных участков фольги, предварительно наклеенной на диэлектрик. Наиболее распространенный травитель – хлорное железо FeCl3;
- электрохимический, при котором методом химического осаждения создается слой металла толщиной один-два мкм, наращиваемый гальваническим методом до нужной толщины. При этом методе одновременно с проводниками металлизируются стенки отверстий, расположенных на разных сторонах платы;
- комбинированный метод, сущность которого состоит в сочетании химического и электрохимического методов. При использовании данного метода проводники получают травлением фольги, а металлизированные отверстия – электрохимическим методом.
Топологическое проектирование ПП – размещение элементов и трассировка печатных проводников. Исходным параметром при трассировке является шаг координатной сетки. Размещение отверстий и других элементов печатного рисунка производится в соответствии с принятым при разработке печатного узла расположением навесных элементов их выводов.
Центры отверстий и контактных площадок располагают в узлах сетки. Центры монтажных отверстий под неформуемые выводы многовыводных ИЭТ, межцентровые расстояния которых не кратны шагу координатной сетки, следует располагать так, чтобы минимум один центр монтажного отверстия находился в узле координатной сетки.
Отверстия следует располагать так, чтобы расстояние между его и краем ПП было не меньшим, чем толщина ПП. Номинальные размеры диаметров металлизированных, неметаллизированных монтажных и переходных отверстий рекомендуется брать по ГОСТ 10317–79, ОСТ 4.010.030–81 и ОСТ 4.ГО.010.009–84.
При топологическом проектировании рекомендуется выбирать наименьшее возможное количество типоразмеров отверстий ПП (упрощение технологического процесса и уменьшение конечной стоимости печатной платы).