Сварка. Склеивание. Производство электронных узлов и приборов. Виды испытаний

КУ-3 блоки и панели, состоящие из несущих конструкций, на которых монтируют по нескольку единиц или десятков ТЭК или ТЭЗ. Сюда же входят устройства питания, индикаторные сигнализирующие элементы, механические и электромеханические устройства управления и вспомогательного назначения, элементы для внутриблочного и межблочного соединения (коммутационные многослойные печатные платы, кабели, соединители, оптоэлектронные устройства). Блоки РЭА на базе УТК - III после сборки, настройки и регулировки подвергаются вакуумной герметизации и заполнению инертным газом, а блоки на базе УТК - I и II не герметизируют. Поэтому они резко отличаются по внешнему виду и составу конструктивных элементов.

КУ-4 на базе УТК - I и II реализуется в виде стоек, шкафов, пультов управления или приборных корпусов. На базе УТК - III - в виде каркасов стоек с дополнительными амортизирующими и уплотняющими устройствами, дверки специальной формы с запирающими, поворотными и фиксирующими механизмами, воздухоотводами с каналами входа-выхода и др., то есть с децентрализованной (индивидуальной защитой от внешней среды каждого блока) и централизованной защитой.

Дальнейшее совершенствование конструкций (уменьшение веса, объема) возможно лишь за счет комплексной миниатюризации, то есть увеличение доли микроэлектронных узлов, перехода от интеграции узлов к интеграции комплексов.

Для электромонтажа в модулях КУ-3 используют МПП, выполняющие одновременно функции оснований и несущие розетки разъемов. Однако основным методом монтажа модулей КУ-3 и 4 является проводной монтаж жгутами и плоскими кабелями. Гибкость кабелей обеспечивает возможность монтажа относительно подвижных блоков и узлов ПК и СОИ.

Основным методом получения контактных соединений, применяемых в модулях всех уровней, исключая нулевой и первый, является пайка. В модулях 3 и 4 уровня используют соединение накруткой и разъемы.

Лекция 8

Технология монтажа проводниками.

Технология ЭВА, оборудование и автоматизация/Алексеев В.Г., Гриднев В.Н. и др. Высшая школа, 1984г, 392с.

Общие сведения монтажа

Электромонтажные работы - совокупность операций и технологических процессов электромонтажа элементов, входящих в модули, блоки, комплексы, системы.

Электрический монтаж - получение электрических соединений и межсоединений ЭРЭ (электро-радио элементов, ИМС, узлов и модулей) с помощью контактных соединений и монтажа.

Контактное соединение - соединение, обеспечивающее механически прочный и надежный электрический контакт с малым электрическим сопротивлением. В производстве ПК и СОИ применяют контактные соединения полученные пайкой, сваркой, склеиванием, накруткой, разъемные соединения.

Печатный монтаж - система печатных проводников, размещенных на диэлектрическом основании и выполняющих функции объемных проводников и монтажных соединений.

Проводной монтаж на платах - монтаж объемными проводниками объединенными в жгуты.

Монтаж накруткой - монтаж объемными проводниками с применением контактных соединений накруткой.

Жгутовой монтаж - монтаж объемными проводниками объединенными в жгуты.

Монтаж плоскими кабелями - монтаж объемными или печатными проводниками, объединенными в плоский ленточный кабель.

Объемный монтаж - отдельные провода или жгуты.

Основные технические требования к сборочным единицам электромонтажа.

надежное механическое крепление деталей и элементов схемы.

надежное электрическое соединение элементов схемы.

наименьшее переходное сопротивление в контактных соединениях.

антикоррозийная защищенность монтажных соединений.

одинаковая плотность монтажа единообразие внешнего вида монтажа.

точное выполнение работ по чертежам и схемам, недопустимы резкие изломы, натяжения и провисания, касания острых кромок, ребер, стенок, необходимо оставлять запас провода на 1-2 перепайки.

расстояния между оголенными монтажными проводниками и металлическими поверхностями конструкции должны быть не менее 5 мм для цепей с Uраб>250 В, 3мм - Uраб<250 В.

К одному зажимному контакту не должно быть подсоединено больше двух-трех проводников.

При пайке рекомендуется применять только бескислотные флюсы и припой с температурой плавления 183-277° (ПОС 90,61,40,30,18).

Температура паяльника должна быть больше температуры плавления припоя на 40…50°, так как большой перегрев - окисление, а при меньшей температуре плохо растекается припой.

Элементы монтажа должны иметь маркировку и располагаться так, чтобы ее можно было прочитать после монтажа.

Каждая обособленная электрическая цепь должна выполняться монтажным проводом одного цвета, что упрощает монтаж и облегчает отыскание неисправностей.

Объемный проводной монтаж. Материалы.

Используют провода:

МШДЛ, МГШ, МГШД - изоляция волокнистая из капроновых нитей.

МГСЛ, МГСЛЭ - изоляция из стекловолокна.

ПМВ, МГВ - изоляция полихлорвиниловая.

МШВ, МГШВ, БПВЛ - изоляция волокнисто- полихлорвиниловая.

МКШ, МПКШ - изоляция пластмассовая в виде оболочки из поливинилхлорида.

ЛПРГС, ПРП, АПРФ, ПРГ - резиновая.

МГТФ - фторопластовая.

Выбор провода зависит от напряжения, тока и условий эксплуатации.

Кроме того используют клеи, нитки, лакоткань и другие вспомогательные материалы.

Технология соединения проводниками.

Операции:

Рихтовка и резка проводов на заданную длину.

Маркировка (нанесение знаков на изоляцию или одевание полихлорвиниловых трубок).

Зачистка концов провода от изоляции.

Закрутка концов многожильных проводов.

Облуживание зачищенных концов.

Формовка концов провода или закрепление и пайка на них наконечников.

Способ подготовки проводов зависит от их марки и масштаба производства.

Резка в серийном и крупносерийном производствах осуществляется на автоматах, а в единичном - ножницами, кусачками, гильотинами.

Зависит от типа изоляции и диаметра провода. Окисную пленку и эмалевую изоляцию снимают мелкозернистой шкуркой, окунанием в муравьиную кислоту с последующей промывкой в холодной и горячей воде. У проводов диаметром больше 8мм это делают с помощью двух вращающихся в противоположных направлениях металлических щеток. Текстильную, пластиковую и пленочную изоляцию удаляют путем надреза или электрообжигом.

Для снятия изоляции и закрутки многожильных проводов сечением до 4 мм2 применяют приспособления пистолетного типа. После удаления изоляции оставшуюся закрепляют от сползания и разлахмачивания с помощью клея АК-20, БФ-4 и др, бандажом из ниток. Экранирующие оплетки удаляются режущей парой - «пуансон-матрица», винтовым срезом, вращающимися фрезами и ножами, отсечкой кольцевого утолщения оплетки.

Изготовление жгутов.

Жгут изготавливают по чертежам и схемам. Большинство элементов конструкции жгутов и ТП их изготовления нормализован.

Типовой ТП:

Заготовка проводов заданной длины.

Монтаж защитных трубок на экранированные провода или обматывание их киперной лентой, капроновой лентой с натягом и перекрытием витков.

Разделка экранирующих проводов и спайка их экранов.

Раскладка проводов на шаблоне для вязки в жгут на универсальных и специальных шаблонах воспроизводящих расположение проводов изделии. Шаблоны бывают плоскими и объемными.

Рисунок 17

Провода раскладывают в соответствии с трассировкой. Для фиксации проводов предусмотрены отверстия возле шпилек или спец зажимы. Разработаны электрофицированные шаблоны с сигнализацией правильности укладки проводов. Раскладку в серийном производстве механизируют с помощью устройств с программным управлением.

Вязка жгутов бандажом для сохранения формы и конфигурации через определенный интервал вощенными нитками, нейлоновыми и капроновыми шпагатами, липкими лентами и т.д.

Обмотка жгута шнурами и лентами.

Разделка изоляции, зачистка и скручивание концов жил, надевание трубок-бирок адресно-маркировочных, наложение нитяного бандажа с проклеиванием, фиксация изоляции.

Соединение проводов с кабельными наконечниками и клеммами ШР (пайкой, обжатием).

Сборка ШР и герметизация (пайкой).

Контроль и испытание (мех. повреждение, на соответствие электрической схеме (прозвенкой, на автоматических установках с программным управлением), контроль сопротивления изоляции).

Жгутовой монтаж состоит из следующих операций:

Раскладка жгута в изделии согласно чертежей и ТУ.

Механическое закрепление жгута на деталях прибора скобами и хомутиками, под которые подкладывают один или несколько витков ленты лакотками и полихлорвинилового пластика, приклеиванием.

Распайка или накрутка концов проводов жгута

Подготовка провода (облуживание, гибка пинцетом, круглогубцами.

Смачивание флюсом.

Закрепление на контактных клеммах, лепестках.

Обжатие.

Пайка не более 5 секунд, иначе используется теплоотвод.

Промывка остатков и брызг флюса тампоном из марли, батиста или кисточкой смоченными в спирте, ацетоне и др. растворителях.

Контроль монтажа.

Монтаж плоскими ленточными кабелями.

Меньше габариты, так как хороший отвод тепла, выше стабильность монтажа, меньше трудоемкость за счет механизации и автоматизации их изготовления. Токоведущие шины плоских кабелей могут быть опрессованные, плетеные, тканные и печатные.

Ленточные опрессованные кабели ПЛП, КППР для фиксированного внутри и межблочного монтажа ПЛПМС - для подвижных устройств, ЛЛПС - 115 В - 5 кГц, ПЛМ - для фиксированного монтажа печатных плат.

Ленточные плетенные кабели ЛФ, ЛФЭ, которые имеют жилы скрученные из медной посеребряной проволоки, расположены в один ряд, скреплены нитью пропитанной лаком.

Ленточные тканевые кабели МГШВЭ, МГШП, МГТФ, ШМПЭВ, ФДЭ имеют саржевое переплетение.

Гибкие печатные кабели - система печатных проводников на гибком диэлектрике ФДФ - 3МС - 1, ФДП,4МБСФ-1, которые имеют металлизированные отверстия. Многослойные печатные кабели получают прессованием односторонних или двухсторонних диэлектриков.

Процесс монтажа плоскими кабелями (ПК).

Подготовка ленточных проводов к монтажу. Мерная резка на гильотине, удаление изоляции известными методами, строганием резцом, лазером, нанесение гальванопокрытия на оголенные токоведущие жилы для защиты.

Сборка ленточных проводов с различными соединителями.

Укладка ПК на изделии и соединение с другими токоведущими элементами.

Контроль. Обрыв проводников, сопротивление изоляции между шинами «земля» и проводниками, наличие контактов соединителей и кабелей. Автоматизированный стенд, 90 точек контроля за 30 секунд.

Лекция 9

Технологические процессы изготовления ПП.

Классификация ПП

По конструктивно-технологическому признаку различают:

ОПП - односторонние ПП, с отсутствием или наличием металлизированных отверстий.

ДПП - двухсторонние ПП, на диэлектрическом и металлическом основании.

МПП - многослойные ПП, без межслойных соединений (с выступающими выводами и открытыми контактными площадками), с межслойными соединениями (объемными перемычками, штифтами, штырями, заклепками и др.) и с межслойными соединениями химико-гальванической металлизацией (послойным наращиванием, металлизацией сквозных отверстий, металлизацией сквозных отверстий и попарным прессованием слоев, металлизацией сквозных отверстий и внутрислейных переходов.

ГПП - гибкие ПП имеют эластичное основание, как правило, с двухсторонним монтажом, с металлизированными отверстиями и контактными площадками для пайки навесных элементов. Толщина плат < 0,6 мм, что позволяет их изгибать с определенным радиусом, сворачивать в цилиндры и т.п. Разновидностью ГПП является ГПК (гибкие печатные кабели (шлейфы)) состоят из одного или нескольких непроводящих слоев, на которых размещены печатные проводники.

Проводные платы - сочетание ДПП, на которой выполнен проводящий рисунок схемы с проводным монтажом из изолированных проводов диаметром 0,1-0,2 мм.

Термины и определения

Согласно ГОСТ23751-79 «Платы печатные: Требования и методы конструирования» принято называть:

плата печатная (ПП) - изоляционное основание с нанесённым на него одно-или двухсторонним печатным монтажом;

печатный монтаж - система печатных проводников, обеспечивающих электрическое соединение элементов схемы или экранирование;

печатный проводник - участок токопроводящего покрытия, нанесенного на изолированное основание;

контактная площадка - участок печатного проводника, предназначенный для присоединения проводников и выводов навесных элементов. При наличии монтажных отверстий этот участок окружает их или примыкает;

монтажное отверстие - металлизированное или неметализированнное отверстие для монтажа навесного элемента;

металлизированное отверстие- отверстие в ПП с нанесенным слоем металла;

навесной элемент - электро- или радиоэлемент устанавливаемый на ПП имеющий контакт с печатным монтажом;

печатный узел - ПП с навесными элементами, прошедшие этапы сборки, пайки и в случае необходимости влагозащиты;

технологическое отверстие - отверстие в ПП для технологических целий при выполнении какой-либо операции МПП - несколько спрессованных печатных слоев через склеивающие прокладки печатный слой - печатный монтаж, находящийся в одной плоскости, предназначенный для применения в МПП переходное отверстие - контактный переход между проводниками , находящимися на различных сторонах и слоях МПП, выполненный в виде металлизированного отверстия технологический проводник - временный печатный проводник, соединяющий отдельные элементы схемы для нанесения гальванического покрытия удаляемый или разрываемый после нанесения покрытия.

Материалы для ПП.

В качестве оснований ПП используют фенопласты (прессматериалы АГ- 4, наполнитель-стекловолокно), листовые электротехнические (в том числе фольгированные) материалы, гибкую фторопластовую пленку, керамику.

К листовым электротехническим материалам для оснований ПП относятся гетинакс марок Ав, Вв, Гв (-60 +85 °С), стеклотекстолит ВФТ-С, СТ, СТЭФ (-60 +120°С), фольгированный армированный фторопласт ФАФ-4 с двухстороннем слоем красномедной хромированной электролитической фольги (-60 +120°С ),.Из керамических оснований- стеатит имеет хорошие электрические и механические характеристики, экономичен, низкая гигроскопичность и широкий диапазон рабочих температур. Титановая керамика - для оснований малых размеров, обладает большой добротностью и для элементов с большой емкостью.

Фольгированные диэлектрики - основания плакированные медной фольгой с одной или двух сторон, толщина 0,06...3 мм. Поставляют листы 500x700 мм (ГОСТ 10316-78), толщина фольги от 5 до 50 мкм. Чистота меди не менее 99,5%.

Марки:

ГФ-1(2)-35 одно- (двух-)сторонний гетинакс с толщиной фольги 35 мм для ОПП и ДПП(1...3мм)

СФ-1(2)-35(50) стеклотектолит для ОПП и ДПП.

СТЭК нефольгированный стеклотектолит толщиной 1;1,5 ммдля ДПП.

СТФ-1(2)-35 теплостойкий нефольгированный стеклотектолит толщиной 0,13...3 мм (ДПП, МПП, ГПП).

ФТС-1(2)-20, ФТС-1(2)-35 травящийся фольгированный стеклотектолит толщиной 0,08...0,5 мм (МПП, ГПП).

ФДМ-2-35 тонкий фольгированный диэлектрик с толщиной 0,25;0,35 мм (ГПП).

СТП-3 прокладочная стеклоткань толщиной 0,025;0,06;0,1 (МПП)

Конструктивные характеристики ПП

В зависимости от сложности реализуемой электрической схемы и применяемой элементной базы выбирают конструктивные исполнения ПП, число слоев и плотность проводящего рисунка схемы.

При выборе числа слоев ПП учитывают, что ОПП без металлизированных отверстий наименее трудоемки и просты, ОПП и ДПП с металлизированными отверстиями примерно равны по затратам. Наиболее трудоемки МПП, число слоев которых ограниченно предельно допустимым соотношением между диаметрами металлизированных отверстий и толщиной платы(1:3, сейчас до 1:10). Соотношение трудоемкости изготовления ОПП, ДПП, МПП - 1:4:20.

Плотность проводящего рисунка схемы в соответствии с ГОСТ23751-79 для ПП и ГПК делят на 3 класса:

Минимальная ширина проводников и расстояние между ними 0,5 мм

На пружинных слоях 0,25 мм, внутренних 0,2 мм.

0,1 мм и менее.

Трассировку рисунка схемы производят по координатной сетке с шагом 2,5; 1,25 и 0,625 (ГОСТ 10317-79), центры отверстий размещают в точках пересечения координат сетки, начало координат в левом нижнем углу или в центре крайнего левого конструктивного или технологического отверстия. Для унификации рисунка рекомендуются стандартные формы и размеры контактных площадок, проводников, экранов и т.д. При разработке проводящего рисунка МПП применяют постоянный (одинаковый) рисунок слоев для определенного типоразмера ПП. Это приводит к одинаковой программе сверления отверстий, постоянству площади гальванопокрытия, сокращению номенклатуры контактирующих устройств контроля, упрощению процесса автоматизации и механизации сборки.

Допустимые рабочие напряжения для проводников платы, расположенных в одной плоскости, зависят от минимальных расстояний между ними материала диэлектрика основания и характера воздействия окружающей среды.

Плотность тока в печатных проводниках наружных слоев плат не должна превышать 20 А/мм2 , а во внутренних слоях МПП 15 А/мм2.

Сопротивление изоляции зависит от материала диэлектрика, климатических условий и характера электрических цепей.

Распределенная емкость и индуктивность печатных проводников при необходимости может быть рассчитана.

Ремонтопригодность - возможность восстановления электрических связей, внесение схемных изменений, замены навесных элементов или установки дополнительных элементов. Она снижается при повышении плотности монтажа, уменьшении ширины проводников и расстояний между ними. Число возможных перепаек навесных элементов снижается с уменьшением площади контактных площадок и диаметров металлизированных монтажных отверстий. Сложная геометрия проводящего рисунка затрудняет удаление лишних соединений между проводниками в узких местах или необходимый иногда разрыв проводника из-за ограниченного доступа режущего инструмента к месту ремонта. При необходимости монтажа объемных проводников на ПП их паяют к контактным площадкам или в металлизированные отверстия и прокладывают по плате отдельно или в жгутиках с креплением к диэлектрику платы с помощью быстросохнущего клея с шагом 25...40 мм.

Конструкция аппаратуры, конструктивное исполнение ПП, плотность рисунка схемы и возможности производства определяют габариты ПП, выбираемые по ГОСТ 10317-79.Стремятся к сокращению типоразмеров ПП и их унификации, уменьшению габаритов, даже если увеличилось число их слоев. Производство ПП более 240 мм усложняет технологическое оборудование, увеличивает брак, из-за нестабильности качества исходного материала по полю заготовки, уменьшается допустимая плотность проводящего рисунка схемы. Например, увеличение типовой МПП (135x240 мм) в 1,5 раза, увеличит трудоемкость изготовления в 3 раза. Кроме того снижается жесткость, виброустойчивость и увеличивается коробление.

Толщину ПП выбирают в пределах 0,8...3 мм, ГПК - 0,06...0,3 мм, ГПП - 0,1...0,5 мм.

Предпочтительна прямоугольная плата с соотношением сторон 1:4.

При проектировании ПП стремятся к минимальному числу металлизированных отверстий и их диаметров (не более трех значений), т.к. сложно использовать станки с ЧПП.

Лекция 10

Основные методы изготовления ПП

Субтрактивные (отнимание) - проводящий рисунок образуется за счет удаления проводящего слоя с участков поверхности, образующих непроводящие (пробельные) места.

Аддитивные (прибавление) - проводящий рисунок получается нанесением проводящего слоя на непроводящее основание.

Полуаддитивные - проводящий рисунок получается нанесением проводящего слоя на основание с предварительно нанесенным тонким (вспомогательным) покрытием в последствии удаляемым с пробельных мест.

Выбор метода зависит от конструкторских, эксплутационных характеристик и результатов технико-экономического анализа. Если в одном производстве изготовляют ОПП,ДПП и МПП, то выбирают метод, позволяющий совмещать оборудование и этапы ТП.

Основным недостатком субтрактивного химического метода, по сравнению с аддитивным - наличие бокового подтравливания, при котором происходит осаждение меди.

ТП изготовления ОПП и ГПК, ДПП и ГПП

Технологические операции	Субтрактивные	Аддитивные
	ОПП | ГПК	ОПП
1.Нарезка заготовок	+	+	+
2.Образование базовых отверстий	+	-	+
3.Активация поверхности диэлектрика	-	-	+
4.Фотосенсибилизация диэлектрика	-	-	+
5.Получение рисунка схемы	+	+	+
6.Химическая металлизация диэлектрика	-	-	+
7. Гальваническая металлизация диэл-а
8.Термообработка платы	-	-	+
9.Травление меди с проблемными местами	+	+	-
10.Удаление маски	+	+	-
11.Сверление отверстий	+	-	+
12.Подготовка поверхности платы перед склеиванием	-	+	-
13.Приклеивание защитной пленки (лавсан)	-	+	-
14.Травление лавсана в зоне выводов	-	+	-
15.Обработка платы по контуру	+	+	+
16.Маркировка платы	+	+	+
17.Нанесение защитного покрытия на плату	+	-	+
18.Лужение выводов	-	+	-
19.Контроль платы	+	+	+
Технологические операции	комбинированный позитивныЙ метод	полуаддитивный	аддитивный метод	фотоформирование
	ДПП	ДПП и КПК	на диэлектрическом основании	на металлическом основании
1.Нарезка заготовок	+	+	+	+	+	+
2.Образование базовых отверстий	+	+	+	+	+	+
3. Образование отверстий под металл-ю	+	+	+	+	+	+
4.Нанесение диэлектрического покрытия	-	-	-	+	-	-
5.Активация поверхности диэлектрика	-	-	+	+	-	+
6.Химическая металлизация диэлектрика	+	+	+	+	-	-
7.Гальваническая металлизация платы	+	+	+	+	-	-
8.Фотосенсибилизация диэлектрика	-	-	-	-	-	+
9. Получение рисунка схемы платы	+	+	+	+	+	+
10.Активация поверхности диэлектрика	-	-	-	-	+	-
11.Химическая металлизация диэлектрика	-	-	-	-	+	+
12.Гальваническая металлизация диэл-а	+	+	+	+	-	-
13.Нанесение металлорезиста на рисунок	+	+	+	+	-	-
14.Удаление маски	+	+	+	+	+	-
15.Термообработка платы	-	-	-	-	+	+
16.Травление меди с проблемных мест	+	+	+	+	-	- *
17.Снятие металлорезиста с КПК и нанесение подслоя никеля	-	+	-	-	-	-
18.Палладирование или золочение КПК	-	+	-	-	-	-
19,Оплавление металлорезиста	+	+	+	+	-	-
20.Обработка платы по контору	+	+	+	+	+	+
21.Маркировка платы	+	+	+	+	+	+
22.Нанесение защитного покрытия	+	+	+	+	+	+
23.контроль платы	+	+	+	+	+	+

ДПП и ГПП изготавливают преимущественно позитивным комбинированным методом с использованием двухстороннего фольгированного диэлектрика. При этом металлизацию отверстий производят электрохимическим методом, а проводящий рисунок схемы получают травлением меди с пробельных мест. Разрешающая способность метода ниже, чем химического, т.к. большее подтравливание и разращивание за счет гальванического осаждения защитного неоплавляемого металлорезиста (олово - свинец). При использовании сухого пленочного фоторезиста разращивание меди не происходит. При расплавлении металлорезист стягивается за счет сил поверхностного натяжения и уменьшает площадь проводников платы. При изготовлении ДПП с концевыми печатными контактами (КПК) ТП усложняется, а диэлектрические характеристики основания ухудшаются из-за воздействия агрессивных растворов при гальваническом никелировании, паладированнии и золочении КПК.

При полуаддитивном методе изготовления ДПП используют нефольгированные диэлектрики со слоем (50-80мкм) полимерного материала. Малое боковое подтравливание за счет малой площади слоя предварительной металлизации (5-7 мкм) и лучшея адгезия рисунка (в 1,5 раз больше, чем у фольгированных диэлектриков), дают возможность получить высокую разрешающую способность.

При изготовлении ДПП на металлическом основании используют металлическую подложку с перфорированными отверстиями, которую покрывают полимерным материалом способом вихревого, электростатического напыления, напылением в псевдосжиженном порошке полимера.

ДПП изготовленные аддитивным методом имеют высокую разрешающую способность, практически соответствующую разрешающей способности нанесенного негативного рисунка схемы. Толщина меди одинакова на всех участках ДПП и в отверстиях. Могут металлизироваться отверстия с соотношением их диаметра к толщине платы до 1:10. По оценке разработчиков ТП стоимость таких плат на 20% ниже стоимости ДПП, изготовленных субтрактивными методами.

Разновидностью аддитивного метода является фотоформирование проводящего рисунка схемы, в результате которого без применения защитных резистов осажденная медь обладает хорошей адгезией, разрешающая способность зависит от разрешающей способности фотошаблонов. Получают проводники шириной 0,08-0,1 мм. Затраты на производство ниже на 30%) по сравнению с субтрактивными.

Технология МПП.

Операции аналогичны ОПП и ДПП и, кроме того, имеются конструктивные технологические особенности, которые требуют таких операций как прессование слоев, создание межслойных соединений и др.

Технологические операции	1*	2*	3*	4*	5*	6*
1.Нарезка заготовок слоев	+	+	+*	+	+	+
2.Образование базовых отв. на заготовках	+	+	+	+	-	+
З.Прессование диэлектрика из стеклоткани	-	-	+	-	-	-
4. Нанесение клея на диэлектрик	-	-	+	-	-	-
5. Перфорация диэлектрика	+	-	+	-	-	-
6.Склеивание диэлектрика и фольги	+	-	+	-	-	-
7.Защита лаком	+	-	-	+	-	-
8.Образование отверстий	-	-	-	-	-	+
9.Химическая металлизация отверстий	-	-	-	-	-	+
10.Гальваническая металлизация отверстий	-	-	+	-	-	+
11.Выравнивание поверхности меди	-	-	+	-	-	-
12.Химическая металлизация диэлектрика	-	-	+	-	-	-
13.Гальваническая металлизация отверстий	-	-	+	-	-	-
14.Получение рисунка схемы слоев	+	+	+	+	+	+
15.Травление меди с проблемных мест	+	+	+	+	+	+
16.Удаление маски	+	+	+	+	+	+
17.Перфорация диэлектрика	-	+	-	-	-	-
18.Образование базовых отверстий	-	-	-	-	+	-
19.Прессование диэлектрической прокладки	-	+	+**	-	-	-
20.Снятие лака	+	-	-	+	-	-
21.Образование металлизированных отверстий	-	-	-	+	-	-
22.Защита лаком	-	-	-	+	-	-
23. Облуживание контактных площадок	-	+	-	-	-	-
24.Химическая металлизация отверстий	-	-	-	+	-	-
25.Снятие лака	-	-	-	+	-	-
26.Гальваническая металлизация отверстий	-	-	+	+	-	-
27.Выравнивание поверхности меди	-	-	+	-	-	-
28.Химическая металлизация диэлектрика	-	-	+	-	-	-
29.Гальваническая металлизация отверстий	-	-	+	-	-	-
30.Прессование слоев МПП	+	-	-	+	+	+
31.Образование металлизир. отверстий	-	-	-	+	+	+
32.Химическая отчистка отверстий	-	-	-	+	+	+
33.Химическая металлизация отверстий	-	-	-	+	+	+
34.Гальваническая металлизация платы	-	-	-	+	+	+
35.Получение рисунка схемы слоев	-	-	+	+	+	+
36.Гальваническая металлизация рисунка	-	-	-	+	+	+
37.Нанесение металлорезиста на рисунок	-	-	-	+	+	+
38.Удаление маски	-	-	-	+	+	+
39.Травление меди с проблемных мест	-	-	+	+	+	+
40.Удаление маски	-	-	+	-	-	-
41.Оплавление металлорезиста	-	-	-	+	+	+
42.Прессование диэлектрической прокладки	-	-	+	-	-	-
43.Отгибка выступающих выводов	+	-	-	-	-	-
44.Закрепление выст. выводов на плате	+	-	-	-	-	-
45.Облуживание выводов	+	-	-	-	-	-
46.Обработка платы по контуру	+	+	+	+	+	+
47.Маркировка платы	+	+	+	+	+	+
48.Нанесение защитного покрытия	+	+	+	+	+	+
49.Контроль платы	+	+	+	+	+	+

*Прим.: 1. с выступающими выводами с открытыми контактными площадками послойным наращиванием попарным прессованием металлизацией сквозных отверстий металлизацией сквозных отверстий с внутрислойными переходами.

Вариант конструкции МПП выбирают в зависимости от:

Универсальности применения той или иной элементной базы.

Экономически целесообразных размеров платы.

Максимально возможного числа слоев.

Надежности ПП и межслойных соединений.

Ремонтопригодности.

Технологичности, оборудования и себестоимости.

Совместимости с методами изготовления ОПП и ДПП.

Механизации и автоматизации монтажно-сборочных работ.

Возможности механизации и автоматизации производства ПП.

Предпочтения отдают МПП с металлизацией сквозных отверстий, как наиболее полно удовлетворяющим вышеуказанным условиям.

Конструирование МПП должно обеспечивать рациональное размещение навесных элементов с учетом наиболее коротких электрических связей с минимальным количеством переходов печатных проводников со слоя на слой и их размещением, исключающим паразитные связи.

Металлизированные отверстия применяют как монтажные для установки навесных элементов и как переходные, для создания электрических связей между слоями. Диаметр монтажных отверстий должен быть больше диаметра выводов навесных элементов на величину, удовлетворяющую условиям пайки и автоматизированной сборки узлов.

Диаметр переходных отверстий, с целью максимального уплотнения монтажа, выбирают наименьшим. Соотношение диаметра к толщине платы зависит от вида электролита, определяющим рассеивающую способность. Для МПП учитывают усадку прокладок при прессовании.

Контактные площадки. Особенности ТП изготовления ПП приводит к тому, что сечение печатных элементов схемы отличается от прямоугольного и не соответствуют эффективным. Минимально необходимый эффективный диаметр контактной площадки определяют из условия обеспечения гарантированного медного пояска и с учетом технологических погрешностей расположения отверстия на плате и контактной площадки.

Проводники из фольгированного диэлектрика имеют минимальное значение ширины, определяемой адгезивными свойствами материала основания и гальваностойкостью оксидированного слоя фольги.

Расстояние между печатными элементами зависит от заданного сопротивления изоляции при рабочем напряжении или требовании ТУ на ПП. Фактическое расстояние зависит от шага элементов, их размеров и точности расположения.



Лекция 11

ГОСТы, используемые при разработке ТП изготовления ПП:

ГОСТ23727- 79. Платы печатные: Требования к типовому ТП получения проводящего рисунка.

ГОСТ23 752-79.ПП: Общие технические условия.

ГОСТ23661-79.ПП многослойные: Требования к типовому ТП прессования

ГОСТ23662- 79... ГОСТ23665-79.ПП: Механическая обработка: Требования к типовым ТП.

ГОСТ22093-76... ГОСТ22095-76, ГОСТ17273-71, ГОСТ17274-71, ГОСТ4010-77. Сверла для ПП.

ГОСТ 15467-81.Качество продукции: Термины.

ГОСТ 16504-81.Качество продукции: Контроль испытания: Термины и определения.

ГОСТ16962-79Изделия электронной техники. Механ. и климат. Воздействия: Требования и методы исполнения.

ГОСТ10316-77ПП: Фольгированные электрики: Сортимент.

Типовые операции производства ПП

1.Заготовительные: раскрой заготовок, резка материала и выполнение базовых отверстий. Размеры заготовок ПП определяются габаритными и технологическими припусками. Для ОПП и ГПК припуск 2...5 мм, для ДПП и МПП 20...30 мм. В технологическом поле припуска делают базовые отверстия для совмещения слоев, базирования плат в процессе образования переходных и монтажных отверстий на станках с ЧПУ, здесь же получается зона некачественной пропрессовки пакета МПП, удаляемая при обработке МПП по контуру.



Точность исполнения базовых отверстий зависит от класса:

Класс точности монтажа	1	2	3
Точность диаметра отверстия	Н12	Н9	Н9
Отклонения между центрами отверстий	±0,05	±0,03	±0,02

Для первого класса штампуют с одновременной вырубкой по контору. Для второго и третьего используют сверление в универсальных кондукторах с последующим развертыванием, на спец. станках сверлят пакет(2...6шт.), размещают на групповой заготовке через 5... 10 мм с последующей разрезкой на отдельные ПП.

В крупносерийном производстве разрезка штамповкой с одновременной пробивкой базовых отверстий. Штампы должны иметь прижим от отслаивания и расщепления. В серийном и мелкосерийном производстве используют одно-и многоножевые роликовые ножницы. В мелкосерийном - гильотинные ножницы с прижимом.

2.Образование монтажных и переходных отверстий осуществляется пробивкой на спец. штампах и сверлением. Пробивают отверстия не подлежащие металлизации на эксцентриновых прессах. Если отверстий много, то пробивают последовательно в нескольких штампах. Предварительный нагрев заготовок (80... 100 оС) уменьшает усилие пробивки и увеличивает чистоту среза. Стенки металлизированных отверстий должны быть ровными без сколов, выравов, пор, трещин и т.д., что достигается сверлением на специальных одно и многошпиндельных станках. В мелкосерийном - вручную , а в серийном и массовом производстве используют станки с ЧПУ, которые имеют стол с автоматизированным приводом по двум координатам и систему управления позиционного типа. Исследования показали, что оптимально число оборотов шпинделя пшт=45000... 120000 об/мин и S<0,05mm/c.

Материалы для изготовления ПП обладают повышенными образивными свойствами, что ведет к быстрому затуплению инструмента (медь, стеклоткань, эпоксидные композиции и т.д.). Автоматическая смена сверл на станках с ЧПУ устраняет этот недостаток. Кроме того используют металлокерамические сверла (ВК6М, ВК80М). При сверлении происходит наволакивание размягченой смолы на медные кромки контактных площадок, препятствующие последующей металлизации отверстий. Охлаждение заготовки не дает эффекта, сверление под водой технически сложно. Наиболее эффективна гидроабразивная очистка, химическая (стравливание тонкого слоя смолы), плазмохимическая ( бомбардировка ионами) и хонингование водяным паром. Подача обратного хода сверла должна быть быстрой, то меньше смолы размажет по стенке.

3.Подготовка поверхности заготовок к проведению технологических операций может быть механической, химической и комбинированной (мех. и хим.).

Подготавливают фольгу, диэлектрик, металлизированные поверхности и т.д. По степени механизации процесса выделяют ручную, механизированную на специальных линиях. Подготовка поверхности включает в себя:

очистку от окислов, остатков смазки, пленок и др. загрязнений,

щелочное обезжиривание поверхности моющими средствами,

водную промывку,

декапирование (стравливание) в растворе кислоты,

промывку в холодной и горячей воде,

сушку поверхности,

контроль качества подготовки поверхности.

Основной компонент при механической подготовке - шлифовальный порошок. Разнообразие видов подготовки поверхностей делают актуальной разработку оборудования для механизации и автоматизации этого процесса в виде набора отдельно взаимозаменяемых модулей, соединенных конвейерными или автотранспортирующими устройствами. Промышленность выпускает наборы модулей различных размеров и производительности в зависимости от серийности производства.

4.Химическая металлизация ПП заключается в последовательности химических реакций осаждения меди. Для придания диэлектрику способности к металлизации производят его сенсибилизацию и активацию поверхности.

Сенсибилизация - для формирования пленки ионов двухвалентного олова Sn +2 на поверхности, являющихся восстановителем для ионов активатора металлизации. Платы обрабатывают в растворе двухлористого олова SnCl2 и соляной кислоты HCl с соотношением 1:4 в течение 5...7 мин. Активация поверхности растворами солей благородных металлов, преимущественно палладия Pd, создает на поверхности тонкую пленку металлического Pd, способствующего последующему осаждению меди. Раствор - двухлористый палладий PdCl2 и аммиак, обрабатывают 5-7 мин. Для улучшения качества металлизации применяют совмещенный раствор для одновременной сенсибилизации и активации.

Химическое осаждение происходит вследствие восстановления меди из ее комплексных солей. Скорость осаждения 1...5мкм/час. Производят в специальных автооператорных линиях с набором ванн, с устройствами фильтрации и дозирования растворов, системами поддержания заданной температуры и приводом качания плат. В соответствии с программой, подвески с платами перемещаются с помощью автооператора управляемого командоаппаратом. В последнее время для управления и контроля используют ЭВМ.

5 Гальваническая металлизация используется для предварительного увеличения тонкого слоя химически осажденной меди (до 5-8 мкм) с целью последующего нанесения на поверхность проводящего рисунка схемы с толщиной меди в отверстиях больше 25 мкм; нанесения металлорезиста (олово и свинец) толщиной 8...20 мкм для защиты при травлении, от коррозии и обеспечения хорошей паяемости; нанесения покрытия на КПК (палладий, золото, родий и т.д.) толщиной 2...5 мкм. Металлизируемые платы, закрепленные на спец. подвесках - токоподводах (катод), помещают в гальваническую ванну с электролитом между анодами, выполненные из металла необходимого покрытия. Электролитическое осаждение ведут при UP=6B, плотности IP=1,5...5А/дм, скорости 0,5... 1 мкм/мин. Адгезия покрытия зависит от качества подготовки поверхности, погружения электролита и качества анодов.

б. Нанесение рисунка схемы необходимо для получения защитной маски при металлизации или травлении проводящего рисунка. Исключение - фотоформирование. Защитная маска может быть выполнена в виде позитивного или негативного изображения печатных проводников способами: сеткографическим, фотографическими, тиснения, офсетным и ксерографии. Помещение, где происходит нанесение рисунка должно быть кондиционировано, обеспылено, персонал обеспечен безворсовой одеждой, относительная влажность 65±5%, температура +18...+250С, содержать пыли не более 100 частиц размером 2 мкм на 1 л воздуха.

Сеткографический способ используется для массового крупносерийного производства ПП. Минимальная ширина проводников и расстояний между ними 0,5мм (1 класс точности) с точностью воспроизведения рисунка ± 0,1 мм. Используют сеточный трафарет со схемой. Шелковую, металлическую или нейлоновую сетку натягивают на рамку. Наносят на нее жидкий или сухой фоторезист. В результате экспонирования через фотошаблон и проявления на сетке получается рисунок. Другой способ - использование пигментной бумаги, прикатанной к прозрачной пленке или стеклу. На бумагу фотоспособом наносят рисунок, затем накладывают сетку, сушат и отделяют пленку или стекло, а пигментное изображение остается закрепленным на сетке. Далее на плату через ячейки сетчатого трафарета продавливают специальную краску или эпоксидную композицию с помощью резиновой лопатки (ракеля), сушат, контролируют и подвергают ретуши. Удаление маски после получения печатных проводников осуществляют химическим или механическим способом. Средства механизации и автоматизации этого способа включают загрузочные устройства, сеткографические станки и автоматы, конвейерные сушильные печи и магазины-накопители плат с рисунком.

Фотографический способ позволяет получить разрешающую способность 0,15 мм (3 кл. точн.) с точностью воспроизведения рисунка ± 0,03 мм. На подготовленную поверхность платы наносят светочувствительный фоторезист, который экспонируют через фотошаблон и проявляют. Фоторезисты могут быть негативными и позитивными. Негативные при экспонировании фотополимеризуются (засвеченные участки), а неэкспонированные вымываются при проявлении. Позитивные фоторезисты повторяют рисунок фотошаблона, т.е. экспонированные участки вымываются. Позитивные обладают более высокой разрешающей способностью по законам оптики, но дороги и токсичны.

В производстве используют жидкие и сухие (пленочные) фоторезисты.

Жидкие используют при травлении пробельных мест, т.к. при металлизации затекает в металлизируемые отверстия. Большинство жидких фоторезистов недостаточно гальваностойки, но они дешевле пленочных и проще оборудование. Поэтому, если возможно, их чаще используют. Наибольшее распространение получили резисты на основе поливинилового спирта (ПВС) и акриловых полимеров (холодны эмали).

ПВС наносят на предварительно подготовленную поверхность заготовки с последующим центрифугированием или медленным вытягиванием, а также накатыванием валками, сушат ИК лучами. Нетоксичен, непожароопасен , проявляется водой, но задубливается даже в темноте. Поэтому срок хранения < 3…8 часов покрытых заготовок ПВС.

Сухие пленочные фоторезисты (СПФ) универсальны и используются на всех операциях получения рисунка схемы. СПФ выпускают в виде пленки, полимеризующейся под действием УФ лучей и заключенной между защитной полиэтиленовой пленкой, удаляемой при нанесении СПФ на плату, и оптически прозрачной пленкой полиэтилентерефталата, удаляемой перед проявлением. СПФ марки СПФ-2 толщиной 20, 40, 60 мкм. Фоторезист накатывают валком при t = 105…120оС. Наиболее распространены негативные фоторезисты.

Лекция 12

Фотоформирование - способ получения проводящего рисунка схемы на базе фотохимической реакции нанесенных на нефольгированную заготовку платы водных растворов солей благородных металлов, восстанавливающихся под действием УФ лучей до металлических ионов и образующих рисунок толщиной 0,2-0,5 мкм, на который затем осаждается толстослойная химическая медь. Экспонирование происходит через фотошаблон или с помощью специальной головки лучом лазера на программном координатографе, управляемом от ЭВМ. Возможно получение рисунка с высокой разрешающей способностью (толщина проводника 10 мкм -разрешение 30 мкм).

Офсетный способ. Токопроводящий или защитный рисунок наносится на плату с помощью полиграфических станков офсетной печати, где рисунок с плоского клише переносится на круглый обтянутый офсетной резиной валик, а с валика переносится на основание платы. Другой валик движется синхронно и наносит краску на клише.

Тиснение. Фольга или токопроводящая краска на бумажной подложке, покрытые клеящим составом вдавливается в основание платы нагретым металлическим клише. Острые кромки клише обрезают по контору проводники, а с пробельных мест удаляются.

Ксерография - физическое фотографирование рисунка непосредственно с чертежа (оригинала). Переноса со стального пуансона, где гальванически получен рисунок, на плату.

Травление меди с проблемных мест используют при субтрактивном полуаддитивных способах. Травление м.б. погружением (медленный процесс, приводящий к большому подтравлению). При наплескивании с помощью лопастей, погруженных в раствор, мал КПД использования раствора, а подтравливание также значительно. При струйном травлении интенсивно используется весь травильный раствор, велика скорость травления и минимально подтравливание, поэтому широко используют. Травят в растворе хлорного железа и кислых растворах на основе хлорной меди и др.

Оплавление металлорезиста олово-свинец и горячее облуживание проводящего рисунка ПП. Гальванически нанесенный металлорезист имеет пористую структуру, матовый светло-серый оттенок, быстро скисляется и создает эффект нависания покрытия после травления меди. Для устранения этих недостатков его оплавляют ИК лучами в жидкости или газе на конвеерных установках, содержащих валковую секцию флюсования плат, зону предварительного нагрева (30-100°С) для уменьшения термоудара, подсушки флюса и отсоса его паров, зону оплавления (200-210°С), зону охлаждения обдувом воздуха.

Облуживание плат производят способом погружения, полива или волной расплава с последующим выравниванием слоя и удаления излишков с помощью центрифуги, валков, ракеля, специальных сеток, струями нагретого воздуха и жидкости.

Обработка по контору, маркировка, финишная подготовка и хранение ПП. При обработке ПП по контору используют вырубку штампами и фрезерование. Фрезеруют на станках с ЧПУ, точность±0,025 мм, пакет 6-10 штук. Используют алмазные дисковые фрезы или твердосплавные концевые диаметром 3-8 мм.

В зависимости от тиражности и производительности маркировку осуществляют методом сеткографии, нанесение символов спец. штемпелями, металлизированными символами.

Финишная подготовка ПП - поготовка поверхности для консервации ПП на межоперационное и длительное хранение. Консервируют ацетон или спиртокамифольным флюсом, распыляемым по поверхности; упаковывают в полиэтиленовые пакеты по нескольку штук.

Хранение на складах при отсутствии паров химикатов, влияющих на качество ПП, температура хранения 5...40 оС, влажность до 70%. Срок хранения 6 месяцев, затем контроль и продление срока или переподготовка поверхности заново.

Фотошаблоны для изготовления ПП

Используют для получения проводящего рисунка на ПП и слоях МПП при фотографическом и сеткографическом способах. Это графическое изображение рисунка в масштабе 1:1 на фотопластинах или фотопленке. Фотошаблоны бывают контрольные, хранящиеся в архиве как эталоны и рабочие - копии контрольных. Элементы рисунка ФШ с точностью ±0,025 мм, ошибка в координатах <± 0,05 мм для 1 и 2 класса точности и ±0,03 мм для 3 класса. ФШ должны обладать минимальной деформацией при изменении температуры, влажности и в процессе эксплуатации. Существуют 2 способа изготовления ФШ:

Фотографирование с оригиналов (М 10:1,...