30. Конструктивно-технологические разновидности радиоэлектронных узлов, их особенности.
В конструкциях радиоэлектронных узлов применяются компоненты, монтируемые на поверхность платы (КМП) и монтируемые в отверстия (КМО).
КМП и КМО могут располагаться в разных комбинациях на одной или двух сторонах ПП, что порождает достаточно большое разнообразие конструкций радиоэлектронных узлов. Варианты реализации будут отличаться друг от друга габаритным размерам, количеством используемого оборудования и технологических операций (уровнем технологичности), степенью воздействия тепловых полей на компоненты при монтаже и другими показателями.
Сопоставим варианты конструкции по габаритным размерам и конструктивно-технологической сложности.
Все возможные варианты узла, отличающиеся типом используемых компонентов (КМП, КМО) и способом их установки на плату (односторонняя, двусторонняя) сведем в таблицу.
В таблице приняты следующие обозначения:
плата изображена горизонтальным утолщенным отрезком; КМП – обозначены прямоугольником, а КМО – прямоугольником со штрихом;SI,…SV – минимально достижимая площадь платы для группы узла I…V; Sмин (Sмакс) – минимально (максимально) достижимая площадь платы для всех вариантов конструкции узла.
Р – разводка (получение системы печатных проводников). Индекс означает принадлежность к определенной стороне платы; О – сверление отверстий; У – установка КМП; У/ - установка КМО; П – нанесение паяльной пасты; К – нанесение клея; Т – термообработка; В – пайка волной припоя.
31. Топологические нормы проектирования печатных плат с монтажом на поверхность (проводники, переходные отверстия, технологические допуски)
Технология монтажа на поверхность ориентирована на использование высокоточного автоматизированного оборудования на всех операциях изготовления радиоэлектронных узлов. Общая тенденция уменьшения расстояния между выводами компонентов, увеличения их общего количества требует от разработчиков печатных плат и разработчиков монтажного оборудования уменьшения расстояния между соседними контактными площадками и проводниками, уменьшения ширины проводников, ужесточения допусков на расположение элементов печатных плат и увеличение точности позиционирования.
Уменьшение расстояния между выводами до 0,3–0,5 мм вызывает необходимость уменьшить ширину проводников и зазоров между ними до величины 0,1 мм (с учетом возможности прокладки дополнительных трасс между контактными площадками), что соответствует 5 классу точности печатных плат. Очевидно, что при использовании смешанного монтажа для стороны разводки КМО требования к классу точности печатных плат могут быть снижены (равно как и при использовании КМП с бόльшим расстоянием между выводами). Увеличение ширины проводника свыше 0,2 мм во многих случаях нежелательно, так как это может привести к стеканию на проводник значительной части припоя от выводов компонента при групповой пайке и к непропайке соединения. Однако при назначении ширины проводников и зазоров между ними следует учитывать величины предельно допустимого тока через проводник и напряжения, прикладываемого между двумя соседними элементами проводящего рисунка. Величина допустимого рабочего напряжения не должна превышать 25 В при расстоянии между элементами проводящего рисунка от 0,1 до 0,2 мм, 50 В – при расстоянии от 0,2 до 0,3 мм, 100 В – при расстоянии от 0,3 до 0,4 мм.
Плотность электрического тока в печатном проводнике не должна превышать 30 А/мм2.
Межслойные переходы обычно выполняют диаметром 0,5 мм для двусторонних печатных плат и 0,135 мм – для многослойных (при толщине отдельного слоя 0,2 мм). Диаметр контактной площадки для переходного отверстия диаметром 0,5 мм принимается равным 0,75 мм. В случае применения лазерного оборудования для сверления отверстий диаметр переходного отверстия может быть уменьшен до 0,3 мм. Лазерное оборудование позволяет получать до 30 отверстий в секунду с высокой точностью позиционирования и с минимальным отклонением от номинального значения, выполнять глухие, что позволяет формировать межслойные переходы в многослойных платах после спрессовывания отдельных слоев, т.е. практически на готовой плате. Однако стоимость такого оборудования достаточно велика.
Переходные отверстия должны иметь малое сопротивление, а для получения высокой плотности печатного рисунка – и малые размеры. Однако при малом диаметре отверстий и большой толщине платы трудно обеспечить хорошее качество металлизации.
Допуски на размеры и расположение элементов печатной платы должны бать достаточно жесткими – порядка 0,025–0,050 мм. Технологические допуски связаны с четырьмя категориями погрешностей:
- погрешности изготовления оригинала фотошаблона (изменение геометрических размеров фотошаблона из-за температурных воздействий, старения материала, несовершенства используемых при изготовлении оптических систем и т.д.). Как правило, эти погрешности не превышают 0,006–0,01 мм;
- погрешности за счет материала коммутационной платы. Связаны с изменением геометрических размеров платы из-за непостоянства технологических температур. Так, изменение температуры на пять градусов приведет к изменению геометрических размеров платы на основе стеклотекстолита с размерами стороны 300 мм на 0,02 мм;
- погрешности, связанные с обработкой коммутационной платы. Для плат, изготавливаемых фотоспособом с механическим сверлением отверстий отклонение расположения элементов печатного монтажа и их размеров не должно превышать 0,02–0,05 мм;
- погрешности, вносимые сборочными автоматами. Точность установки компонента, в зависимости от фирмы изготовителя автомата, способа базирования и контроля, находится в пределах от 0,02 мм до 0,2 мм.
Суммарный технологический допуск, обусловленный пере-численными причинами, не должен превышать для большинства плат величины 0,2 – 0,4 мм. Недостаточная компенсация погрешностей изготовления может проявиться или в коротком замыкании элементов платы, или в уменьшении площади контактирования вывода с контактной площадкой. Необходимо, чтобы вывод компонента выступал за пределы посадочного места не более чем на 0,025 мм, а на контактную площадку приходилось не менее 60 % ширины вывода.
Для повышения точности позиционирования большинство монтажных автоматов снабжено системой технического зрения, которая контролирует взаимное положение и ориентацию печатной платы и укладочной головки. Система технического зрения ориентируется на реперные знаки, которые наносят на наружный слой печатной платы возле каждого компонента (в этом случае используется два реперных знака), либо по краю топологии печатной платы (в этом случае определение положения печатной платы производится один раз для всего цикла сборки (количество реперных знаков равно трем). При этом между контактной площадкой для установки КМП и реперным знаком должно быть выдержано расстояние не менее 0,125 мм.