Классификация печатных плат и методов их изготовления

Что такое печатные платы?

Современные гаджеты не представляют своего существования без такого компонента, как печатная плата. Заготовка представляет из себя пластинку с диэлектрического материала, которая содержит цепи, проводящие электрический ток. Располагаться такие «жилки» могут либо на самой поверхности диэлектрика, либо же бывают внедрены во внутреннюю часть основы печатной платы, иготовляемой, как на сайте solderpoint.ru. 

Печатная плата (PCB) — это тип материнской платы компьютера. Он состоит из нескольких тонких плоских листов металла или пластика, соединенных между собой электропроводящими дорожками. Печатная плата может служить электрическим соединением между различными устройствами в компьютерной системе, а также используется для соединения компонентов внутри систем, таких как процессоры, видеокарты и накопители.

Назначение плат – объединение компонентов электронных устройств в единую сеть. Они проводят электричество и соединяют элементы гаджета в цельную механическую структуру. Выводы на концах плат крепятся один к одному при помощи пайки.

Из чего состоит печатная плата:

Классификация плат для печати зависит от таких факторов, как температурный порог использования и отрасль применения.

Классификация печатных плат по количеству слоев:

• Односторонняя – покрытие из фольги для диэлектрика наносится лишь на одну сторону.
• Двухсторонние – покрытие из фольги для диэлектрика наносится на две стороны печатной платы.
• Многослойные – диэлектрическая основа имеет несколько слоев, на каждом из которых располагается покрытие из фольги.

При производстве различных электронных устройств могут возникать проблемы с функциональностью самой основы. Слишком хрупкий диэлектрик становится проблемой в смартфонах с гибким дисплеем, а работа типичной платы в условиях повышенных температур приводит к ее плавке и, соответственно, выходу из строя.

Увеличивающейся ассортимент продукции повлек за собой появление новых решений по реализации компонентов. Это заставило производство печатных плат внедрить еще одну классификацию на основании свойств материала диэлектрической основы. В технической литературе появились такие термины, как жесткие и гибкие платы для печати.

Существуют также отдельные технологические решения, учитывающие особенности применения плат для печати (высокая/низкая частота, температура и тому подобное).

Официальная документация по производству печатных плат состоит из 5 нормативных документов, перечень которых можете увидеть на рисунке:

Технология пайки

Основой любой пайки является качественное прогревание спаиваемых деталей с последующим закреплением их с помощью припоя. Технологически можно выделить два вида пайки: с использованием флюса или с канифолью.

Пайка с канифолью

Рассмотрим на примере пайки провода к плате. Сначала необходимо прогреть провод, для этого жало нагретого паяльника прикладываем плоскостью (лучше, если это будет жало в форме отвертки), максимально прижимая. Через несколько секунд провод с прижатым к нему жалом опускается в канифоль, которая, закипая, равномерно распределится по всем жилам провода. Так провод подготовлен к нанесению припоя. Жалом паяльника берем небольшую часть припоя и тонким слоем наносим его на провод. При этом не должно получиться никаких капель или незатронутых участков, в идеале получается тот же провод, но в олове.

Очищаем жало паяльника с помощью металлической губки или тряпочки и, коснувшись жалом канифоли, проводим пальником по плате, при этом остается тончайший слой канифоли на поверхности. Поверхности подготовлены. Обеспечивая максимальный контакт провода и платы, прижимаем к проводу жало с тонким слоем припоя и несколько раз «поглаживаем» место спайки паяльником для лучшего прогрева. После этого даем остыть и проверяем контакт на прочность.

Пайка с флюсом

Для пайки с флюсом нужно всего лишь взять флюс, окунуть в него кисточку и нанести на спаиваемую поверхность. После этого можно наносить припой или сразу паять. Несмотря на кажущуюся простоту, работа с кислотой имеет много нюансов:

1. Для каждого материала существует свой флюс и они не взаимозаменяемы, а в некоторых случаях даже дают противоположный эффект;
2. Нельзя использовать слишком активные флюсы на микросхемах, поскольку они могут прожечь металл дорожки;
3. Если после работы не удалить флюс с поверхности или сделать это неправильным реагентом, он будет продолжать разрушать металл;
4. Медное жало паяльника, особенно если оно остро заточено, разрушается под воздействием кислоты, и приходится постоянно его подтачивать.

Проверка качества и контроль работоспособности платы

После производства электронной печатной платы и установки всех компонентов выполняется проверка качества автоматическими методами для контроля правильности нанесенных дорожек и смонтированных компонентов, а также на отсутствие разрывов электропередающих линий и коротких замыканий. Оптический метод контроля качества выполненных печатных плат происходит с помощью камер высокого разрешения для выявления замыканий, лишнего или избыточного припоя, искажение формы плат или смещения компонентов после изготовления платы. Так же производится обязательный контроль импеданса печатных плат и электроконтроль.

Главная — Микросхемы — DOC — ЖКИ — Источники питания — Электромеханика — Интерфейсы — Программы — Применения — Статьи

Использование паяльной станции

Перед началом работ запомните правильное расположение микросхемы: ключ (обведен красным) должен располагаться возле скошенного угла квадрата.

Для того чтобы обеспечить автономность, понадобится использовать станцию для пайки. Подобная конструкция является устройством, в котором автомат присоединяется к источнику переменного тока. Данное приспособление может излучать мощность до 80 Вт. Для работы с конструкцией может понадобиться небольшой опыт, однако специалисты считают, что с таким устройством паять намного легче.

Основными преимуществами установок для пайки являются следующие:

1. Есть возможность контролировать температуру с точностью до 1°С.
2. Такое устройство способно паять даже сложные заготовки, которые изготавливаются из алюминия, нержавеющей стали, обыкновенной стали и других материалов.
3. Конструкция позволяет паять кабель на несколько RCA.
4. Конструкцию можно использовать большой период времени.
5. Таким способом можно с легкостью припаять трубы из полипропилена и сложные микросхемы.

Для снятия микросхемы необходим флюс и фен с температурой 360 градусов.

Однако данная система имеет некоторые недостатки, среди которых существенными являются следующие:

1. Высокая стоимость.
2. Сложность в работе. В данном случае необходимо иметь опыт работы.
3. Большой расход электроэнергии.

Приобретение паяльной станции следует рассматривать и в случае, если в планах паять приспособления от мобильного телефона.

Как паяльником паять микросхемы

Отдельно необходимо рассмотреть процесс пайки микросхем, которые сегодня встречаются в современных телевизорах, компьютерах, телефонах и прочей технике

Прежде чем паять микросхемы, надо понимать, что здесь важно не просто припаять или отпаять элемент, но еще и разбираться с их назначением

Если для пайки проводов и печатных плат с полупроводниковыми элементами применяются обычные стержневые паяльники, то при работе с микросхемами следует использовать термовоздушные приборы или как их еще называют — фены. Их главное достоинство в том, что припаивание или отпаивание деталей осуществляется очень быстро. Для работы с микросхемами понадобится также подготовить материалы и инструменты. В качестве противоокисляющего вещества применяется флюс ЛТИ, а в качестве вспомогательного инструмента используется пинцет.

Процесс пайки микросхем термовоздушным феном происходит следующим образом:

• В качестве выпаиваемого элемента может быть микропроцессор, контроллер или микроэлементы — резисторы, диоды или конденсаторы. Перед их припаиванием или выпаиванием, необходимо обработать флюсом ножки деталей и места на печатной плате
• Если необходимо выпаять микроэлемент, который сверху залит специальными веществами, то перед выпаиванием, их нужно удалить. Для этого используется ацетон или специальные растворители
• После того, как деталь будет очищена, можно приступать к ее выпаиванию. Для этого подносим паяльник, который должен быть предварительно разогрет. Располагает его на расстоянии 2-3 см от детали
• При помощи пинцета поддеваем деталь, прилагая небольшие усилия. Как только ножки детали оплавятся, то она отсоединится от платы
• Аналогичным способом осуществляется присоединение детали к плате

При необходимости используется припой, когда на новую плату припаиваются детали. Припой следует нанести предварительно, после чего приступать к припаиванию микроэлементов. Подробный процесс работы с микросхемами паяльником, представлен в видеоматериале ниже.

Основные разновидности

Классификация печатных плат производится по нескольким признакам, в том числе и по количеству и расположению слоёв:

• ОПП или односторонние варианты имеют только один слой наклеенной на лист фольги;
• ДПП или двухсторонние платы отличаются наличием слоёв с каждой стороны;
• МПП или многослойные модели плат получили не только по одному слою с двух сторон, но и несколько дополнительных – внутри диэлектрика.

Многослойные варианты плат получают путём склеивания целого набора ОПП и ДПП.

Применяют такие модели в сложных устройствах.

Чем сложнее техника, тем больше плотность монтажа деталей и количество слоёв.

Рис. 4. Слои печатной платы.

Ещё один вид классификации плат – по свойствам основания, которое может быть твёрдым, гибким или теплопроводящим (металлическим). Делят их и по условиям эксплуатации, и по особенностям использования. Существует и деление по классу (уровню) точности – параметру, определяющему расстояние между элементами рисунка и ширину проводников.

Нанесение схемы проводников

Для нанесения схемы проводников используют такие методы, как:

1. Химический метод. Заключается в нанесении на медный фольгированный материал специального слоя (защитного) и удаление с заготовки участков, которые не защищены. После удаления лишней фольги с оставшихся на плате участков, защитный слой смывается.
2. Механический метод. Предусматривает механическое удаление лишнего фольгированного материала с помощью различных инструментов (фрезерно-гравировальных станков и пр.)
3. Лазерный метод. Удаление фольги при таком методе производится с помощью высокотехнологичных лазеров. С развитием современной техники такой способ начал приобретать все больший оборот и эффективно используется при изготовлении плат.

Демонтаж DIP-корпуса

Как уже отмечалось, эта разновидность микросхем отличается монтажом в отверстия на монтажной плате. Это налагает определённые ограничения на процесс её демонтажа. Для того чтобы аккуратно извлечь её ножки из отверстий, нужно удалить из места соединения припой, практически полностью освободив ножки. Нужно отметить, что поочерёдный нагрев и демонтаж отдельного контакта тут не подойдёт, так как, остывая, оставшийся на месте припой будет снова фиксировать микрочип на месте. Поэтому распайкаDIP корпуса оптимальна следующими методами:

1. Использование подручных средств – для этой цели подойдут иглы от медицинских шприцов или специальные полые трубочки, продающиеся сейчас в магазинах электротехники. Но вариант использования медицинской иглы наиболее дешевый и доступный. Для этого нужно подобрать иглу диаметром чуть меньше, чем посадочные гнезда для ножки микрочипа. Затем срезать её заостренную часть надфилем либо просто откусить, после чего напильником сточить сплющенную часть. После этого установив получившуюся полую трубку с ровным срезом на посадочное гнездо, просто нагреть её паяльником, освободив этим ножку чипа;
2. Второй вариант – это перетягивание припоя с места припайки на медные провода, смоченные флюсом, таким, например, как спиртовая канифоль. Нагреваемый паяльником провод с флюсом постепенно перетягивает на себя припой с места пайки. Этот вариант занимает больше времени, но также достаточно эффективен;
3. Использование паяльника с отсосом припоя – в этом случае особых сложностей в демонтаже не предвидится. Главное – контролировать температуру нагрева в зоне контакта, чтобы не повредить плату и саму деталь.

Эти варианты позволят быстро и качественно выпаивать DIP-корпуса с платы.

Важно! Основным требованиям к использованию паяльника в этом случае будет постоянный контроль над давлением и температурой в зоне пайки. Перегрев и излишний нажим может вывести деталь из строя

Важно! При использовании иглы медицинского шприца можно упростить задачу по её обрезке, для этого перед обрезкой достаточно прокалить докрасна место среза

Промышленная разработка

В домашних условиях разработать и изготовить печатную плату для аппаратуры высокого класса невозможно. Например, печатная плата усилителя для High-End-аппаратуры многослойная, использовано покрытие медных проводников золотом и палладием, токопроводящие дорожки имеют разную толщину и т.д. Добиться такого уровня технологии непросто даже на промышленном предприятии. Поэтому в ряде случаев целесообразно приобрести готовую качественную плату или сделать заказ на выполнение работы по своей схеме. В настоящее время производство печатных плат налажено на многих отечественных предприятиях и за рубежом.

Советы по проектированию и изготовлению

Прежде чем мы перейдем к единственному слою Изготовление печатных плат, есть несколько важных вещей, которые следует учитывать. С помощью этих советов, вы можете подготовить свои доски за минимальное время. более того, вы также можете сэкономить немного денег.

Помимо экономии денег, вы также можете избежать ненужных сложностей, а также ошибок в схемах. Так что не будем молчать и сразу перейдем к 10 практические советы:

1. Держите размер платы минимальным

Всегда старайтесь, чтобы размер вашей доски был минимальным, насколько это возможно, но не слишком маленьким.. Если размер вашей доски большой, он будет стоить дороже.. Иначе, если он слишком маленький, производителю необходимо точно собрать все компоненты. Это потребует больше усилий и приведет к увеличению затрат.. Так что постарайтесь выбрать справедливый размер.

1. Никогда не экономьте на качественных материалах

Никогда не просите производителя выбрать более дешевый материал-заменитель.. Если вы выберете более дешевый, что, если он выйдет из строя в течение нескольких недель? Вы должны быть знакомы с основными строительными блоками печатной платы.. Всегда выбирайте качественный материал. Это долговечные компоненты, поэтому они также сэкономят ваше время и деньги..

1. Всегда используйте стандартные формы досок

Важно выбрать стандартные формы досок.. Если у вас нет корпуса определенной формы, подходящей к вашему дизайну

Поэтому всегда выбирайте стандартный дизайн прямоугольной или квадратной формы.. Выполнение чего-либо необычного будет стоить вам дороже.

1. Если возможно, выберите для отверстий наибольший диаметр

Если на вашей плате есть отверстия меньшего размера, более высокая стоимость производства. Многие фабрики даже за дополнительную плату, если диаметр отверстий меньше 0.4 мм. Так что, если вам не нужен какой-либо конкретный размер отверстия, вы должны выбрать самый большой размер отверстия.

1. Используйте право через

Есть три типа переходных отверстий — Слепые, закопанный и сквозной. Глухие и скрытые переходные отверстия предназначены для печатных плат с высокой плотностью и высокой частотой.. Итак, если вам не нужны эти переходные отверстия, оставьте их, чтобы избежать дополнительных затрат.

1. Оставайтесь с минимальным интервалом

Работает противоположно размеру платы.. Поскольку расстояние между различными медными объектами, такими как дорожки и контактные площадки, уменьшается, стоимость увеличится. Причина в том, что вы упаковываете больше вещей в меньшую упаковку.. Как результат, вам придется заплатить больше.

1. Не используйте лишние слои

Перед добавлением дополнительных слоев для большего пространства трассировки, планы производительности и мощности, подумать дважды. Разница между двух- и четырехслойной платой вдвое больше.! Так что держите свой дизайн чистым и компактным, чтобы не платить лишние деньги.

1. Настройка дизайна для штрафов

Вы можете попросить гигантскую панель с другими печатными платами.. Вы можете сэкономить много денег, выбрав самый большой размер панели. Чтобы собрать все доски на одной панели, машине не нужно дополнительное время для настройки. Как результат, они стоят ниже.

1. Выбирайте стандартные размеры и компоненты

Если вы выбрали компанию по производству схем, Вы должны выбрать стандартный размер печатной платы. Это делает работу проще и эффективнее.. Поэтому для настройки вашего заказа требуется дополнительная настройка, которая стоит дороже.

1. Если возможно, выберите компоненты для поверхностного монтажа.

Если вы не строите очень сложную конструкцию, вам следует придерживаться стандартных компонентов для поверхностного монтажа. Это уменьшает количество отверстий, просверливаемых на ваших досках.. Результат — более низкая стоимость.

Применение однослойной печатной платы

Односторонние печатные платы имеют простую схему, но все же, это очень полезно. Так что вы можете найти их во многих полезных электронных устройствах.. Вот несколько важных приложений однослойной печатной платы.:

• Вы можете найти эти схемы в цифровых камерах.
• Схемы радио и стереооборудования.
• Цифровые калькуляторы состоят всего из одной однослойной печатной платы..
• Переключающие реле также содержат эти цепи, используемые в различных автомобильной и энергетической отраслях..
• более того, торговые автоматы также используют эти схемы.
• Твердотельный накопитель и кофеварки используют эту схему..
• Схема таймера цифровой микроволновой печи — это, по сути, односторонняя печатная плата, используемая для своевременного включения и выключения духовки..
• Светодиодное освещение содержит эти цепи для питания цепи.
• Кроме того, различные упаковочные машины также используют эти схемы для упаковки.
• Кроме того, прежде всего, различные сенсорные продукты, мониторинг машины, и цифровые и аналоговые источники питания также используют эти схемы.

Дополнительная тренировка

Для дополнительной тренировки можно попробовать паять различные ненужные платы от компьютеров и смартфонов. На материнских платах существует много SMD и DIP компонентов. Только долгие и упорные часы практики помогут развить навыки в пайке.

Сетка

В качестве упражнения можно попробовать спаять сетку из проводов. Качество пайки оценивается по нагрузке на эту спаянную сетку проводов. Если паяные соединения не рвутся под нагрузкой, то пайка отличная.

Конструкторы

Так же отлично помогают радиоконструкторы.

Они учат понимать электрические схемы и тонкости пайки. Следует начинать с простых конструкторов, например с мигалок или дверных замков. По мере повышения мастерства, можно повышать уровень сложности, доходя до сложных LED кубиков.

Пайка кислотой

Кислота используется только в крайнем случае, когда сильно окисленная поверхность не поддается лужению. Все детали, провода и разъемы могут отлично паяться без кислоты.Подробнее о паяльной кислоте

Различные компоненты односторонней печатной платы

Медные следы на печатной плате ведут себя как скелет. Таким образом, он действует как основная структура схемы.. более того, все компоненты являются разными органами односторонней печатной платы. Все компоненты имеют разный функционал. Следовательно, все компоненты работают вместе и делают плату пригодной для использования по назначению.

Вот некоторые основные органы этой печатной платы:

• Аккумулятор: он обеспечивает напряжение на печатной плате.
• Светодиоды: Загорается, пока через него протекает ток.
• Резистор: Он контролирует электрический ток при прохождении через него. более того, Вы можете определить номинал каждого резистора, посмотрев на напечатанный на нем цветной узор..
• Конденсаторы: Эти компоненты способны нести электрический заряд..
• Транзистор: Заряд усилителя.
• Диод: Управляйте направлением тока, позволяя ему течь в одном направлении.
• Индуктор: Сохраняет заряд и изменение тока.
• Переключатели: Эти компоненты обеспечивают прохождение и блокировку тока..

Двусторонние печатные платы

Двусторонняя печатная плата имеет одно основание, на обеих сторонах которого выполнены проводящие рисунки, и все требуемые электрические соединения двух сторон, соединяются преимущественно сквозными металлизированными отверстиями. Конфликт пересекающихся соединений здесь решается возможностью переноса конфликтующей трассы в обход на другую сторону печатной платы с использованием металлизированных отверстий. Такое отверстие для переноса трассы называют переходным, в отличие от монтажного. При этом конструкция переходного отверстия может быть произвольной, а монтажного – по нормам формирования паяного узла.

Тем не менее, полностью конфликтность трасс не разрешается: цепи питания и земли, монтажное поле для присоединения выводов многовыводных компонентов (микросхем) мешают свободному размещению сигнальных трасс. Эта конфликтность частично разрешается в четырех слоях межсоединений.

Программа для создания печатных плат и метод ЛУТ

Сначала займемся проектированием схемы на компьютере. Скачиваем бесплатную программу для трассировки печатных плат. Обычно используют легкую в понимании программу «Sprint-layout» (если Вы видели файлы исходников схемы с расширением (форматом) .lay, то именно этой программой они открываются). Переносим соединения проводников с электрической схемы в проект, отрисовываем, делаем схему в зеркальном отображении и печатаем на мелованной (глянцевой бумаге).

Удобно, когда на листе напечатано несколько изображений схемы, так как с первого раза у Вас, скорее всего, ничего не получится, а так будет возможность вырезать и попробовать снова.

Зачищаем мелкой наждачной бумагой медный слой стеклотектстолита, протираем спиртом (обезжириваем любимым одеколоном), ровно прикладываем рисунком вниз вырезанный листок бумаги и равномерно проглаживаем утюгом

Здесь важно попрактиковаться и исключить ошибки на этом этапе процесса

Главное — не перегреть фольгу, чтобы она не вспучилась и не отошла от текстолита. Так же стоит учесть еще один важный момент, что при прогреве утюгом может «поплыть» тонер рисунка, и он станет нечетким. Этого допускать нельзя, так как при минимальном расстоянии дорожек они могут расплыться и на будущей плате создать новые электрические соединения.

Набьете руку и поймете «золотую середину» переноса рисунка на стеклотекстолит! Можно перед прикладыванием листка бумаги предварительно прогреть медную фольгу, так рисунок лучше приклеится, но не стоит забывать, что у Вас одна попытка правильно спозиционировать бумагу, так как она моментально прилипнет к фольге. Утюг лучше брать старый советский (чтобы мамка/жена не заругала в случае чего J) или быть готовым, что подошву утюга стоит почистить после работы.

После того, как Вы проутюжили бумагу на стеклотекстолите и уверены, что все получилось, кладем его под струю воды для удаления бумаги. В процессе размокания бумаги можно легкими движениями пальцев помочь бумаге отойти. Если рисунок не сильно получился и есть места, где тонер не пропечатался, то эти проплешины можно подкорректировать перманентным маркером. Маркером можно скорректировать контактные площадки под детали или дорисовать дорожки.

Классификация изготавливаемых изделий

В зависимости от свойств диэлектрика:

• изделия, выполненные из жесткого материала;
• изделия из гибкого материала.

В зависимости от количества слоев платы печатные бывают:

• однослойные (ОПП): платы, которые имеют исключительно один слой электропроводящей фольги, наклеенной на одну сторону диэлектрической пластины;
• двухслойные (ДПП): платы, у которых на обеих сторонах диэлектрического материала сформирована электропроводящая схема;
• многослойные (МПП): платы, имеющие не только два внешних слоя токопроводящего материала, но и несколько слоев внутри диэлектрической пластины. Такие платы являются высокотехнологичными изделиями, в которых внешние слои служат для закрепления на них и соединения между собой по схеме электронных компонентов, а внутренние — для устройства полигонов питания и межслойных соединений.

По технологическим особенностям:

• платы, выполненные на алюминиевых подложках;
• выполненные под SMD монтаж;
• МП платы со скрытыми и глухими отверстиями;
• высокочастотные платы;
• печатные платы-трансформаторы.