Описание технологического процесса изготовления печатной платы демультиплексора

Каждое рабочее место на СООО «Эффективные решения» оснащено персональным компьютером, за которым специалист проводит в среднем около 95% своего рабочего времени ежедневно. Компьютер состоит из большого числа радиоэлектронных средств, предназначенными для передачи, приема, хранения и преобразования информации, представленной в виде непрерывных или дискретных электромагнитных сигналов. В данном разделе будет рассмотрено одно из таких устройств, а также приведен чертеж трассировки печатной платы демультиплексора.

Демультиплексор является универсальным логическим модулем электронных вычислительных машин. Это устройство, в котором сигналы с одного информационного входа поступают в желаемой последовательности по нескольким выходам в зависимости от кода на адресных шинах. Оно позволяет подключать один вход к нескольким выходам. Демультиплексоры обычно обозначают через DMX или DMS. Если между числом выходов n и числом адресных входов m действует соотношение n=2^m, то такой демультиплексор называют полным. Если n<2^m, то демультиплексор называют неполным. Функции демультиплексоров сходны с функциями дешифраторов. Дешифратор можно рассматривать как демультиплексор, у которого информационный вход поддерживает напряжение выходов в активном состоянии, а адресные входы выполняют роль входов дешифратора [15]. Условно-графическое изображение демультиплексора приведено на рисунке 4.1, где вход обозначен как вход E, а выходы обозначены номерами от нуля до трех.

Рисунок 4.1 – Условно графическое обозначение демультиплексора с четырьмя выходами

Несколько слов стоит сказать о печатной плате, чертеж которой будет приведен в приложении. Широкое распространение во многих конструкциях получили печатные платы, которые представляют собой основу печатного монтажа электронной аппаратуры, при которой микросхемы, полупроводниковые приборы, электрорадиоэлементы и элементы коммуникации устанавливаются на изоляционное основание с системой токопроводящих полосок, которые соединяются в соответствии с электрической принципиальной схемой [3]. В качестве основания используются различные диэлектрики, а также металлы, покрытые диэлектриком. В данном случае для изготовления демультиплексора используется стеклотекстолит.

По конструктивному исполнению и в зависимости от жесткости материала основания существует следующая классификация печатных плат [13]:

а) Односторонние – это печатные платы на одной стороне которых выполнен проводящий рисунок. Различают:

– без металлизации отверстий,

– с металлизацией отверстий;

б) Двусторонние – это печатные платы на обеих сторонах которых выполнены проводящие рисунки и все требуемые соединения. Бывают:

– на диэлектрическом основании,

– на металлическом основании;

в) Многослойные – это печатные платы, состоящие из чередующихся слоев изоляционного материала с проводящими рисунками, между которыми выполнены требуемые соединения. Различают:

– с межслойными соединениями,

– без межслойных соединений;

г) Гибкие – это печатные платы, имеющие гибкое основание. Разновидности:

– гибкие платы,

– гибкие кабели (шлейфы).

Для мультиплексора будет разработана односторонняя печатная плата без металлизации отверстий. На производстве односторонние печатные платы характеризуются: возможностью обеспечения повышенных требований и точности выполнения проводящего рисунка; отсутствием металлизированных отверстий; установкой изделий электронной техники на поверхность печатной платы со стороны, противоположной стороне пайки, без дополнительного изоляционного покрытия; низкой стоимостью. Односторонние печатные платы изготавливают комбинированным позиционным методом.

В настоящее время требуются разнообразные материалы для производства печатных плат. При выборе материалов необходимо обратить внимание на предполагаемые механические воздействия, которые может получить проектируемое электронное устройство – удары, вибрации и т.д.

В качестве материалов, применяемых для изготовления печатных плат, обычно используют фольгированные и нефольгированные слоистые диэлектрики 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 3,0 мм [13].

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.

К числу важнейших характеристик материалов печатных плат обычно относят: пределы прочности при растяжении и изгибе, максимальное удлинение, прочность сцепления фольги, максимальное удлинение при механических нагрузках или воздействии температуры, стойкость к перегибам, максимальную рабочую температуру, допустимое кратковременное воздействие температуры, влагопоглощение, сопротивление изоляции, электрическую прочность, диэлектрическую проницаемость и потери и другое.

По способу формирования рисунка и создания токопроводящего покрытия методы изготовления печатных плат разделяются на две группы: субстрактивные и аддитивные [3].

В субстрактивных методах в качестве основания для печатных плат используются фольгированные диэлектрики, на которых проводящий рисунок формируется путем химического удаления фольги с непроводящих участков. Дополнительная химико-гальваническая металлизация монтажных отверстий привела к созданию комбинированных (позитивный и негативный) методов изготовления печатных плат. Эта группа методов занимает доминирующее положение, так как для их реализации разработаны высококачественные материалы с уменьшенной толщиной фольги и автоматизированные линии производства.

Аддитивные методы основаны на избирательном осаждении токопроводящего покрытия на диэлектрическое основание. По сравнению с субстрактивными они обладают следующими преимуществами: повышают плотность печатного монтажа, устраняют подтравливание элементов печатного монтажа, экономят медь, химикаты для травления и снижают затраты на нейтрализацию сточных вод, упрощают технологический процесс благодаря устранению ряда технологических операций, улучшают равномерность толщины металлизированного слоя в отверстиях, уменьшают длительность производственного процесса и повышают его экономичность. Однако применение аддитивных методов в массовом производстве ограничено низкой скоростью процесса химической металлизации, интенсивным воздействием электролитов на диэлектрик, трудностью получения металлических покрытий с высокой адгезией к основанию.

Размеры платы составляют 90 мм, квадратной формы, что обусловлено технологией производства. Исходным параметром при конструировании печатной платы является шаг координатной сетки, он выбран 1,25 мм. Координатная сетка определяет размещение навесных и печатных элементов на плате, а также требования к техническому оборудованию, оснастке и контрольно-испытательной аппаратуре. По периферии печатной платы располагаются выемки и пазы, контуры которых рекомендуется совмещать с линиями координатной сетки [13].

Все центры монтажных, переходных и крепежных отверстий следует располагать в узлах координатной сетки. Если в конструкции элемента отсутствуют выводы, расстояние между которыми кратно шагу координатной сетки, то в узле сетки располагают центр одного отверстия, принятого за основное. Отверстия на печатной плате располагают так, чтобы минимальное расстояние между внешним контуром платы и краем отверстия было не менее толщины платы. Переходным элементом от отверстия к печатному проводнику является контактная площадка. Минимальные размеры контактных площадок определяют исходя из номинального диаметра отверстия. На данном чертеже форма контактных площадок произвольная В_min=0,5 мм.

На чертеже печатной платы отверстия показывают упрощенно одной окружностью без окружности зенковки и контактной площадки. Отверстия диаметром 0,8 мм используют как монтажное и переходное наиболее часто; это отверстие должно быть не зачерненным.

Проводник шириной менее 2,5 мм изображают сплошной основной линией, которая является осью симметрии проводника. Действительная ширина проводника оговаривается в технических требованиях, и составляет значение не меньше 0,25 мм. Проводники шириной более 2,5 мм изображают двумя линиями. Их располагают симметрично координатной сетки, штрихуют и проставляют размер [15].

Конструкции печатных плат характеризуется рядом электрических, конструктивных, технологических, механических и других параметров. Эти параметры конструкции взаимосвязаны.

К электрическим параметрам относят: сопротивление печатных проводников, допустимую токовую нагрузку проводников, допустимые рабочие напряжения между элементами проводящего рисунка, емкость и индуктивность проводников.

Основные конструктивные параметры устанавливаются ГОСТ 23751–86, где регламентируются размеры плат, элементов их конструкций (печатных проводников, контактных площадок, отверстий, зазоров и т.п.), позиционные допуски расположения элементов конструкций.

Толщину однослойной печатной платы определяют толщиной материала основания с учетом толщины фольги (hф), в данном случае она равна 1,5 мм. Исходным параметром при конструировании плат является шаг координатной сетки. Координатная сетка определяет размещение навесных и печатных элементов на плате, а также требования к техническому оборудованию, оснастке и контрольно-испытательной аппаратуре [15].

Ширина проводников, зазоров между ними и другие характеристики конструктивных элементов печатного рисунка зависят обычно от требований к электрическим параметрам, надежности платы, а также конструктивно-технологических соображений. При выборе ширины проводников учитывается допустимая токовая нагрузка (для медной фольги 100…250 А/мм, для гальванической меди 60…100 А/мм) в зависимости от допустимого превышения температуры проводника относительно температуры окружающей среды [15].

Установлено пять классов точности для выполнения размеров элементов конструкций печатных плат. Класс точности выполнения проводящего рисунка определяется точностью платы, шириной проводника и шагом трассировки. Для рисунка печатной платы демультиплексора выбран третий класс точности. Этот класс применяют для микросхем со штыревыми и планарными выводами при средней и высокой насыщенности поверхности печатной платы элементами [3].

Важным параметром конструкций печатных плат является количество проводников, которое можно проложить на наименьшем номинальном расстоянии между центрами двух соседних элементов конструкции, например, между соседними выводами корпуса интегральной микросхемы.

Итак, в данном разделе описан процесс и технология изготовления печатной платы демультиплексора, являющимся незаменимым устройством в проектировании ЭВМ, позволяющим подключить один вход к нескольким выходом.