Это далеко не полный перечень возможных дефектов печатных плат. В следующей таблице приведена классификация таких дефектов:
Как всегда, перед нами стоят два вопроса: «Что это такое» и «Что с этим делать». Начнем с первого, т.е. с классификации.
Классификация печатных плат
Это перед вами самый первый взгляд на суть вопроса:
Оговоримся сразу: нас не будут интересовать размеры и форма ПП. А вот всё остальное, особенно насыщенность (плотность расположения дорожек) и материал основания, имеют непосредственное отношение к нашим ремонтным манипуляциям.
Начнем с самого, казалось бы, простого и очевидного –
Структура и свойства печатных плат
Как правило, исследователи объединяют эти два аспекта в один вопрос. Так выглядит классификация ПП по этой теме:
Лично у меня сразу возникло несколько вопросов к данному способу классификации, например,
· разве односторонние ПП не изготавливают на диэлектрическом основании?
· или почему бы не выполнить металлизацию отверстий, если основание металлическое?
· Само по себе металлическое основание – это лишь способ крепления пленочной ПП для лучшего теплоотвода.
Поэтому я немного изменил внешний вид классификации и всё равно есть, к чему придраться:
Начинаем изучение классификации, объединяя для краткости некоторые темы.
Какие существуют виды и типы печатных плат?
Печатная плата - PCB (англ. printed circuit board) — печатная плата. представляет собой структуру, которая механически поддерживает и электрически соединяет электронные компоненты или электрические элементы с помощью проводящих дорожек, перемычек и других проводников, вытравленных из одного или нескольких слоев листа из меди. Компоненты, как правило, припаиваются к печатной плате, чтобы обеспечивалось наиболее надежное электрическое соединение, а также механическая связь между платой и компонентом.
|
|
|
-Под видом печатной платы (ПП) мы будем понимать её структуру, т.е. количество слоёв.
Существует разное трактование понятия слоя в зависимости от контекста:
· При трассировке платы и дальнейшем нанесении рисунка токопроводящих дорожек (топографии) под слоем понимают токопроводящую поверхность с одной стороны заготовки ПП.
· При промышленном изготовлении многослойной ПП под слоем могут понимать отдельную заготовку, предназначенную для соединения в единый пакет с другими заготовками.
Мы во избежание путаницы, будем считать слоем токопроводящую поверхность с одной из сторон печатной платы. Для нас «одно – и двухсторонняя» это то же самое, что «одно – и двухслойная». Однако, «четырехсторонней» быть не может, поскольку два слоя непременно окажутся внутри «пирога». Такая плата будет называться четырехслойной.
|
|
|
-Под типом печатной платы мы будем понимать её механические свойства т.е. способность «гнуться», изменять форму.
Рассмотрим вначале первый тип - жесткие печатные платы.
Жесткие печатные платы изготовлены из твердого материала подложки, что предотвращает изгиб, скручивание платы. Они предполагают жесткое закрепление в устройстве с помощью винтов, фиксаторов и т.п.
Однослойная печатная плата
Однослойная или односторонняя печатная плата – это печатная плата, состоящая из одного слоя базового материала или подложки. Одна сторона основного материала покрыта тонким слоем металла. Медь является наиболее распространенным покрытием из-за того, что она
· хорошо функционирует как электрический проводник (имеет малое удельное сопротивление),
· имеет великолепную теплопроводность, что используется для охлаждения элементов с небольшим тепловыделением
· и обладает хорошей адгезией к припоям, как бессвинцовому, так и содержащему свинец.
При прохождении различных стадий технологической цепочки, сплошной слой меди превращается в топографический рисунок печатных проводников, на который может быть наложена защитная паяльная маска, за которой может следовать слой шелкографии, позволяющий отметить расположение и подписать все элементы на плате.
|
|
|
Паяльная маска представляет из себя тонкую, но весьма прочную пленку диэлектрика; она выполняет несколько функций:
· защищает рисунок ПП от факторов, вызывающих коррозию
· защищает дорожки от факторов, вызывающих миграцию металла
· защищает дорожки от случайного закорачивания токопроводящими частицами
· оставляет открытыми токопроводящие площадки, предназначенные для присоединения компонентов схемы, обеспечивая таким образом автоматизированный монтаж устройства с помощью какого-либо из технологических методов.
Односторонние ПП разрабатываются для относительно несложных схем, где есть возможность обеспечить все электрические связи без пересечения дорожек.
С усложнением принципиальной схемы, становится невозможно выполнить все связи в одном печатном слое. На помощь приходит двухсторонняя (двухслойная) ПП.
Двухслойная печатная плата
Двухслойные или двухсторонние печатные платы имеют базовый материал с тонким слоем проводящего металла, например, меди, нанесенного на обе стороны платы. Отверстия, просверленные через плату, позволяют выполнить в нужных местах электрические соединения цепей с одной и с другой стороны платы. Такие отверстия называются переходными.
|
|
|
Схемы и компоненты двухслойной платы обычно закрепляются на плате и электрически соединяются с ней одним из двух способов:
· либо с использованием сквозного отверстия,
· либо с помощью поверхностного монтажа.
Закрепление элементов с использованием сквозного отверстия в большинстве случаев используется одновременно и для электрического соединения слоев печатной платы через выводы компонентов.
В те переходные отверстия, которые не используются для закрепления компонентов схемы, вставляются и запаиваются с обеих сторон короткие проводники.
Однако, любой электромонтажник скажет вам, что перед пайкой проводник необходимо загнуть на дорожку для обеспечения надежности пайки. Этот способ хорошо подойдет радиолюбителям при изготовлении единичных образцов устройств, но непригоден для промышленного применения.
При промышленном производстве печатных плат для электрического соединения слоев применяется металлизация отверстий.
1- подложка, 2-защитный слой, 3-печатные проводники, 4-металлизированные отверстия
Металлизация отверстий-надежный способ соединения слоев. Надежность обеспечивается неуклонным соблюдением технологии производства. Малейшее загрязнение поверхности, небольшое отклонение состава и температуры раствора приводят к браку (см. рис.10).
Существует технология соединения слоев с помощью развальцованных медных пистонов.
При этом способе между пистоном и площадкой на плате возникает переходное сопротивление, которое является источником местного разогрева и впоследствии потери электрического контакта. Единственное достоинство – высокая технологичность.
На следующих лекциях мы рассмотрим технологию получения переходов между слоями, а теперь, посмотрев на двухстороннюю ПП «на просвет», мы увидим примерно такую картину:
Многослойная печатная плата
Многослойные печатные платы состоят из серии из трех или более двухслойных печатных плат. Эти платы затем соединяются в пакет специальным клеем по особой технологии и превращаются в прочную монолитную многослойную печатную плату. Многослойные печатные платы бывают разной сложности, обычно не менее четырех слоев и не более десяти или двенадцати слоев. Самая большая многослойная печатная плата, когда-либо созданная, составляла 50 слоев.
При нанесении рисунка на заготовку ПП, учитывается преобладающее направление волокон диэлектрического основания с тем, чтобы при сборке многослойной ПП направление волокон чередовалось для достижения максимальной прочности склеенного пакета.
1-иммерсное золочение, 2-переходное отверстие, 3-внутренние слои, 4-наружный слой, 5-металлизированное отверстие, имеющее контакт с внутренними слоями 6; 7- слои с продольным направлением волокон, 8-слои с поперечным направлением волокон
Многослойные ПП составляют основу высокотехнологичных электронных устройств, например, материнской платы компьютера.
Материнская плата представляет собой сложную многослойную печатную плату, предназначенную для распределения электроэнергии от источника питания, для обеспечения связи между всеми частями компьютера, такими как процессор, графический контроллер, оперативная память и т.д.
При производстве многослойных печатных плат, как и при производстве двухслойных, возможен брак в случае нарушения или сбоя технологии производства. Однако, если в случае двухслойной ПП есть возможность устранить брак с помощью внешней перемычки, то на многослойной ПП такой брак уже неустраним.
Посмотрите, какие могут возникнуть дефекты при производстве многослойной ПП:
1-расслоение подложки, 2,4-отсутствие контакта внутреннего слоя с металлизазией отверстия, 3-разрыв слоя металлизации отверстия на границе слоев, 5-наплыв слоя металлизации вокруг инородного вкрапления, 6-деформация слоя металлизации напротив загрязнения на границе слоев, 7- выкрашивание подложки при сверлении отверстия, 8- перетравливание внутреннего слоя и, как следствие, отсутствие котакта с металлизацией отверстия, 9- перетравливание площадки при подготовке внутреннего слоя, 10- раковина в металлизированном слое, 11- разрыв слоя металлизации, 12- отслоение контактной полощадки наружного слоя.
Это далеко не полный перечень возможных дефектов печатных плат. В следующей таблице приведена классификация таких дефектов:
Приступим теперь к рассмотрению второго типа: гибкие печатные платы и шлейфы.
Гибкая печатная плата
В отличие от жестких печатных плат, в которых используются прочные и негнущиеся материалы, такие как стекловолокно, гибкие печатные платы изготовлены из материалов, которые могут изгибаться, например полиамид или каптон. Свойства этих материалов мы рассмотрим на одной из следующих лекций, а пока подчеркнем особенности гибких плат.
Как и жесткие, гибкие печатные платы поставляются в одно -, двух - или многослойных форматах. Если сравнить одинаковые по сложности жесткую и гибкую платы, то последняя ввиду технологических особенностей будет стоить дороже.
Однако, как мы отмечали при изучении этапов и особенностей конструирования, современная электронная техника создается с учетом
a) минимизации
b) миниатюризации
c) увеличения степени интеграции микросхем
d) плотности расположения элементов
e) компактности устройств
Учитывая эти требования, конструкторы проектируют схемы управления на гибких ПП, располагая их между, например, механическими узлами.
Ярким примером служит конструкция современного фотоаппарата.
Необходимо также не забывать об особенностях монтажа некоторых устройств, например, прокладки линий освещения. Яркий пример – светодиодная лента. При укладке она повторяет форму поверхности-носителя.
Гибко-жесткая печатная плата
Гибко-жесткие печатные платы сочетают в себе лучшее из обоих миров, когда речь идет о двух наиболее важных всеобъемлющих типах плат. Гибко-жесткие платы состоят из гибких печатных плат, прикрепленных к жесткой печатной плате и электрически соединенных с её токопроводящими слоями.
Такая конструкция позволяет плотнее скомпоновать устройство из отдельных блоков, контактные гребенки которых расположены в разных местах под разными углами.
И, наконец, гибкий соединительный шлейф.
Эта конструкция является образцом гибко-жесткой ПП. В ней присутствует гибкая часть – 1; жесткая основа – 5; токопроводящие дорожки – 4; контактные площадки – 3 для электрического соединения с блоками электроники. Такое соединение будет условно-разъемным, поскольку выполнено с помощью пайки.
Конечно, существуют шлейфы с разъемным соединением, они также имеют на концах усилители жесткости.
Самый яркий пример – шлейф, соединяющий каретку и плату управления струйного принтера.
Гибкие шлейфы можно с уверенностью отнести к гибким ПП, несмотря на то, что они не имеют закрепленных электронных компонентов. Токопроводящие дорожки шлейфов могут быть выполнены по различным технологиям:
· бронзовая лента
· серебряное напыление
· нанесение токопроводящим лаком на основе серебра
· нанесение токопроводящим лаком на основе графита
Выбор технологии зависит от расчетной стоимости, надежности, ресурса, устойчивости устройства к различным факторам.
Контрольные вопросы лекции:
1. Что такое «Печатная плата»?
2. Что такое «слой» печатной платы с т.з. подключения сигналов?
3. Из каких слоев в разрезе состоит печатная плата с т.з.её устройства и для чего они нужны?
4. Почему в различных устройствах применяются печатные платы с разным количеством слоев?
5. Для чего нужны отверстия в печатных платах, можно ли в каких-либо случаях обойтись без них?
6. Для чего выполняют металлизацию отверстий?
7. Для чего выполняют чередование направления волокон материала подложки при конструировании многослойной печатной платы?
8. Какие основные дефекты и по какой причине могут возникнуть при сборке многослойной печатной платы?
9. Чем отличается гибкая печатная плата от жесткой?
10. Почему гибкий шлейф можно считать разновидностью гибкой печатной платы?
11. С какой целью и в каких устройствах применяются гибкие печатные платы? (Примеры возьмите не из лекции)
Желаю всем успехов!
Дата добавления: 2021-04-23; просмотров: 165; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!