Е.В. Пирогова
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
Е. В. Пирогова
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
Допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов «Проектирование и технология электронных средств»
Москва ФОРУМ - ИНФРА-М 2005
УДК 658.5(075.8) ББК 32.844.1я73
ПЗЗ
Рецензенты: кафедра «Конструирование и технология радиоэлектронных средств» Владимирского государственного университета (зав. кафедрой д-р техн, наук, профессор М. В. Руфицкийу, кафедра «Электроника и информатика» Российского государственного технологического университета («МАТИ» — РГТУ) (зав. кафедрой д-р техн, наук, профессор С. Б. Беневоленский)
Пирогова Е. В.
ПЗЗ Проектирование и технология печатных плат: Учебник. — М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. — 560 с. (Высшее образование).
ISBN 5-8199-0138-Х (ФОРУМ)
ISBN 5-16-001999-5 (ИНФРА-М)
Приведены основные понятия о печатных платах (ПП), применяемых материалах, конструкциях, методах изготовления. Изложена методика конструкторско-технологического проектирования ПП. Рассмотрены организационно-экономические и экологические аспекты производства. В Приложении даны методические указания по выполнению домашних заданий с примерами решений отдельных вариантов.
Для студентов, обучающихся по специальностям «Проектирование и технология электронно-вычислительных средств», «Проектирование и технология радиоэлектронных средств», аспирантов, преподавателей, а также может вызвать интерес инженеров-технологов, занимающихся производством ПП.
УДК 658.5(075.8)
ББК 32.844.1я73
ISBN 5-8199-0138-Х (ФОРУМ)
ISBN 5-16-001999-5 (ИНФРА-М)
© Е. В. Пирогова, 2005
© ИД «ФОРУМ», 2005
Оглавление
Предисловие...................................................9
Список основных сокращении....................................11
Введение.....................................................13
Глава 1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ . . 20
1.1.	Основные определения.................................... 20
1.2.	Конструкторские требования и характеристики ПП ..........25
1.3.	Электрические требования и характеристики ПП.............30
1.4.	Требования по устойчивости ПП к климатическим и механическим воздействиям..................................34
1.5.	Технологические требования к ПП.........................35
Глава 2. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ................................................37
2.1.	Базовые и расходные материалы ПП........................37
2.2.	Материалы для изготовления ОПП, ДПП и МПП...............39
2.3.	Материалы для изготовления ГПП, ГПК и ГЖП...............46
.	2.3.1. Изоляционные материалы для изготовления ГПП, ГПК и ГЖП.............................................47
2.3.2.	Проводниковые материалы для изготовления ГПП, ГПК и ГЖП............................................53
2.3.3.	Защитные покрытия ГПП, ГПК и ГЖП..................53
2.3.4.	Адгезивы ГПП, ГПК и ГЖП...........................54
2.4.5.	Входной контроль материалов для изготовления ГПП, ГПК и ГЖП............................................55
2.3.	Импортные материалы в производстве ПП...................56
2.4.	Покрытия................................................60
Глава 3. КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ.................................64
3.1.	Структурная схема конструкторско-технологического проектирования ПП............................................64
3.2.	Изучение и анализ технического задания на изделие.......67
3.2.1.	Назначение и объект установки ЭА..................67
3.2.2.	Условия эксплуатации ЭА...........................69
3.2.3.	Анализ электрической принципиальной схемы функционального узла .....................................73
3.2.4.	Анализ элементной базы............................76
3.3.	Выбор типа конструкции блока............................78
4
Оглавление
3.4.	Выбор компоновочной структуры ячеек ЭА .....................79
3.5.	Выбор типа конструкции ПП.................................. 82
3.6.	Выбор класса точности ПП....................................83
3.7.	Выбор метода изготовления ПП................................85
3.8.	Выбор материала основания ПП................................85
3.9.	Разработка компоновочных эскизов ячейки и выбор габаритных размеров ПП ..........................................89
3.9.1.	Выбор типоразмера ПП (1-й вариант)....................90
3.9.2.	Компоновка конструкторско-технологических зон для размещения на ПП ячейки ЭРИ, элементов контроля функционирования электрического соединения, крепления и фиксации ячейки (2-й вариант выбора типоразмера ПП)... 90
3.9.2.1.	Определение размеров зоны размещения ЭРИнаПП...................................................92
3.9.2.2.	Выбор элементов электрического соединения
и размера краевого поля для их размещения (зона S^) ... 97
3.9.2.3.	Выбор элементов контроля функционирования ячейки, ручек, съемников и размера краевого поля ПП для их размещения (зона S3)	...............102
3.9.2.4.	Выбор элементов фиксации ячеек и размера краевого
поля ПП для их размещения (зоны S4 и S5)...........103
3.9.2.5.	Выбор дополнительных элементов крепления ячейки (см. рис. 3.4, зона 5б)............................ЮЗ
3.10.	Определение толщины ПП....................................104
3.11.	Определение числа слоев и толщины МПП ....................106
3.12.	Расчет элементов проводящего рисунка ПП...................107
3.12.1.	Расчет диаметра монтажных отверстий.................108
3.12.2.	Выбор расстояния Q[ от края ПП до элементов печатного рисунка......................................... 110
3.12.3.	Расчет расстояния Q? от края паза, выреза, неметаллизированного отверстия до элементов печатного рисунка..........................................110
3.12.4.	Расчет ширины печатных проводников..................111
3.12.5.	Расчет диаметра контактных площадок . ..............114
3.12.6.	Расчет расстояния между элементами проводящего рисунка........................................116
3.13.	Системы автоматизированного проектирования ПП ............121
3.14.	Поверочные расчеты ПП.....................................133
3.15.	Подготовка разработанного проекта ПП к	производству.......143
Глава 4. КОНСТРУКЦИИ И МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ................................. ........147
4.1.	Односторонние ПП...........................................148
4.1.1.	ОПП на жестком фольгированном	основании........149
4.1.2.	ОПП на жестком нефольгированном основании............152
4.2.	Двусторонние ПП............................................153
4.2.1.	ДПП на жестком фольгированном	основании........154
4.2.1.1.	Комбинированный позитивный метод (SMOTL- и SMOBS-процессы).................................155
Оглавление
5
4.2.1.2.	Тентинг-метод или метод образования завесок над отверстиями ПП........................................160
4.2.13.	Метод фрезерования (метод оконтуривания)..........162
4.2.2.	ДПП на жестком нефольгированном основании............163
4.2.2.1.	Электрохимический (полуаддитивный) метод.........164
4.2.2.2.	Аддитивный метод.................................169
4.2.23.	Метод фотоформирования...........................169
4.2.2.4.	Двусторонние ПП общего применения на нефольгированном основании с применением активирующих паст ........................................171
4.23.	ДПП на металлическом основании.......................171
4.2.4.	ДПП общего применения на термопластичном основании...................................................172
4.2.5.	Рельефные платы......................................173
4.2.5.1.	Конструирование рельефных плат...................175
4.2.5.2.	Технология изготовления рельефных плат ..........182
4.2.6.	РИТМ-платы...........................................183
4.2.6.1.	Конструирование МУПП.............................185
4.2.6.2.	Основные этапы ТП изготовления РИТМ-плат.........191
4.3.	Многослойные ПП............................................194
4.3.1.	МПП общего применения на фольгированном диэлектрике.................................................197
43.1.1.	Метод металлизации сквозных отверстий............198
43.1.2.	Метод открытых контактных площадок................202
4.3.13.	МПП с выступающими выводами .....................203
43.1.4.	Метод попарного прессования . . ..................203
43.1.5.	Метод послойного наращивания......................204
4.3.2.	МПП прецизионные на фольгированном основании.........204
4.3.3.	МПП общего применения на нефольгированном основании...................................................208
4.3.4.	МПП прецизионные на нефольгированном основании...................................................210
4.3.5.	МПП изготовленные методом ПАФОС......................211
4.3.6.	Гибкий ТП изготовления крупноформатных прецизионных МПП............................................215
4.3.7.	Многослойные керамические платы......................216
4.3.8.	МПП для поверхностного монтажа.......................217
43.8.1.	МПП с инваровыми слоями..........................218
43.8.2.	МПП на полиимидно-эпокси-кевларовом основании.................................................220
4.3.83.	Метод наращивания перераспределительных слоев .... 221
4.4.	Гибкие ПП, гибкие печатные кабели, гибко-жесткие	платы.....229
4.4.1.	Гибкие ПП ...........................................230
4.4.1.1.	Гибкие ОПП на фольгированном основании...........230
4.4.1.2.	ДПП на гибком фольгированном основании...........233
4.4.13.	ДПП на гибком нефольгированном основании.........234
4.4.1.4.	Гибкие ДПП на нефольгированном полиимиде, изготовленные по тонкопленочной технологии................236
4.4.1.5.	Многослойные ГПП.................................239
6
Оглавление
4.4.2.	Гибко-жесткие платы...................................240
4.4.3.	Гибкие печатные кабели..............................  242
4.4.3.1.	Конструктивные особенности ГПК....................242
4.4.3.2.	Основные электрические, конструкторские и эксплуатационные параметры	ГПК...................247
4.4.3.3.	Проектирование ГПК................................247
4.4.3.4.	Технологические процессы изготовления ГПК на фольгированном основании	.......................259
Глава 5. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ................................................... 263
5.1.	Изготовление оригиналов и фотошаблонов	ПП...................264
5.1.1.	Изготовление оригиналов рисунков ФШ...................273
5.1.2.	Изготовление эталонных ФШ.............................274
5.1.3.	Изготовление рабочих ФШ ..............................276
5.1.4.	Экспонирование эталонного ФШ контактным способом.........................................276
5.2.	Получение заготовок ПП....................................  279
5.2.1.	Получение заготовок на роликовых ножницах.............283
5.2.2.	Получение заготовок ПП на дисковой пиле ..............283
5.2.3.	Получение заготовок ПП на гильотинных ножницах........284
5.2.4.	Получение заготовок ПП штамповкой с пробивкой базовых и технологических отверстий ........................285
5.2.4.1.	Расчет исполнительных размеров пуансона и матрицы при вырубке без подогрева........................287
5.2.4.2.	Расчет исполнительных размеров пуансона и матрицы при вырубке с подогревом.........................291
5.2.5.	Получение базовых и технологических отверстий штамповкой..................................................292
5.2.5.1.	Расчет исполнительных размеров пуансона и матрицы для пробивки базовых и технологических отверстий без подогрева................................... 292
5.2.5.2.	Расчет исполнительных размеров пуансона и матрицы для пробивки базовых й технологических отверстий с подогревом ................... -...............293
5.2.5.3.	Расчет усилия вырубки (пробивки) печатных плат .... 295
5.2.6.	Получение базовых и технологических отверстий сверлением..................................................297
5.3.	Получение монтажных и переходных отверстий..................298
5.3.1.	Сверление монтажных и переходных отверстий............300
5.3.2.	Лазерное сверление отверстий..........................305
5.4.	Подготовка поверхности ПП...................................307
5.5.	Металлизация ПП.............................................312
5.5.1.	Химическое меднение...................................312
5.5.2.	Гальваническая металлизация...........................316
5.5.2.1.	Гальваническое меднение ..........................319
5.5.2.2.	Осаждение металлорезиста..........................323
5.5.2.3.	Осаждение покрытий на концевые	контакты...........325
Оглавление
7
5.6.	Нанесение защитного рельефа и паяльной маски на ПП .......325
5.6.1.	Фотохимический способ нанесения защитного рельефа (фотолитография)...................................326
5.6.2.	Сеткографический способ нанесения защитного рельефа..................................................  335
5.6.3.	Офсетная печать...................................  337
5.6.4.	Лазерное формирование рисунка схемы.................338
5.6.5.	Паяльная маска......................................339
5.7.	Травление меди с пробельных мест..........................342
5.8.	Оплавление сплава олово—свинец............................345
5.9.	Обработка ПП по контуру.................................. 346
5.9.1.	Штамповка........................... ...............347
5.9.2.	Обработка контура ПП на дисковой или алмазной пиле . . . 348
5.9.3.	Фрезерование по контуру ПП..........................349
5.9.4.	Скрайбирование......................................351
5.10.	Маркировка ПП............................................352
5.11.	Испытания ПП.............................................353
5.11.1.	Программа и методика испытаний ПП .................356
5.11.2.	Методы испытаний...................................359
5.11.2.1.	Общий осмотр ПП ...............................359
5.11.2.2.	Электрические испытания ПП.....................359
5.11.2.3.	Механические испытания ПП......................365
5.11.2.4.	Испытания металлических покрытий ПП ...........369
5.11.2.5.	Испытания на воспламеняемость	ПП ..............373
5.11.2.6.	Кондиционирование ПП...........................376
5.11.2.7.	Испытания ПП на тепловой удар	................377
5.12.	Контроль.................................................379
5.13.	Прессование МПП..........................................382
5.14.	Нанесение покрытия на участки проводящего рисунка, свободные от защитной паяльной маски (финишные процессы) .... 387
5.15.	Ремонт ПП................................................390
5.16.	Значение качества воды в производстве ПП.................394
Глава 6. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ..................................................396
6.1.	Определение организационно-производственных параметров цеха изготовления ПП . ..............................397
6.1.1.	Определение программы запуска ПП.....................397
6.1.2.	Определение процента выхода годных ПП...............398
6.1.3.	Определение количества оборудования, оснащения и рабочих мест.............................................398
6.2.	Расчет технологической себестоимости ПП...................400
6.3.	Определение трудоемкости выполнения технологических операций.......................................................403
6.4.	Методы вторичной переработки отходов и обработки сточных вод при изготовлении ПП ...............................403
6.4.1.	Методы вторичной переработки отходов................404
6.4.1.1.	Оборотная вода .................................404
8
Оглавление
6.4.1.2.	Регенерация благородных металлов . . .'......  :	. 405
6.4.1.3.	Регенерация использованного раствора химической меди...........................................405
6.4.1.4.	Регенерация аммиачных травильных растворов.......406
6.4.1.5.	Регенерация кислых травильных растворов..........406
6.4.2.	Методы обработки сточных вод......................... 407
!.
Глава 7. КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ...................................................  410
7.1.	Построение, изложение и оформление технического задания на изделие...............................................410
7.2.	Номенклатура конструкторских документов и правила выполнения чертежей ПП...........................1..............  415
7.3.	Основные разделы технических условий на ПП . ...............424
7.4.	Правила выполнения сборочного чертежа ячейки .'.............426
7.5.	Правила оформления спецификации на сборочный: чертеж ячейки.................................................... 428
7.6.	Правила оформления перечня элементов электрической принципиальной схемы............................................. 436
7.7.	Виды и комплектность технологической документации на ПП .... 440
Приложение
П. 1. Домашнее задание № 1. Конструкторско-технологическое проектирование ПП...........................Ч............443
П.2. Примеры корпусов, их обозначений и основных размеров, посадочных мест отечественных и импортных поверхностно-монтируемых компонентов (для выполнения домашнего задания № 1 Приложения 1)........................  462
П.З. Основные конструктивные параметры соединителей..........480
П.4. Домашнее задание № 2. Проектирование
заготовительных операций ТП изготовления ПП .' и организация производства ПП..........................  490
П.5. Расчет на действие вибрации.............................512
П.6. Расчет на действие удара................................517
П.7. Расчет теплового режима................................ 519
П.8. Расчет надежности ФУ на ПП..............................524
П.9. Виды брака печатных плат............................... 527
П.10. Глоссарий.............................................  530
П. 11. Стандартизация печатных плат...........................533
П.12. Требования к заказу ПП. Предприятия-изготовители ПП.....540
ПЛЗ. Материалы ПП, выпускаемые АОЗТ «Молдавизолит»............550
П.14. Примеры типоразмеров ПП и конструкций ячеек
по международным стандартам 19-дюймовому МЭК 297 (IEC 297-3) и метрическому МЭК 917 (IEC 917-2-2) для выполнения домашнего задания № 1....................................554
Слисок литературы................................................557
Предисловие
Печатные платы (ПП) применяются практически во всех отраслях народного хозяйства, и потребность в них постоянно возрастает. Опережающие темпы развития микроэлектроники требуют непрерывного повышения их технического уровня, который определяется ростом плотности монтажа электрорадиоизделий (ЭРИ), повышением требований к надежности, увеличением частоты следования импульсов, обеспечением помехозащищенности и др. Реализация этих требований зависит от достижений в области конструирования и развития технологии производства ПП. Это в свою очередь приводит к необходимости разработки новых конструкций и технологических процессов их изготовления, поэтому подготовка инженеров конструкторов-технологов по специальности «Проектирование и технология электронных средств» должна опираться на хорошую общеинженерную, конструкторскую и технологическую базу.
В учебнике основное внимание уделено ПП, которые составляют более 90 % коммутационных плат.
Несмотря на то, что существует целый ряд работ, по которым осуществляется подготовка специалистов, быстрое лавинообразное возрастание информации делает весьма актуальной подготовку учебника, который бы отражал последние достижения в области проектирования и изготовления ПП.
Основным принципом, положенным в основу книги является постепенное и последовательное введение читателя в проблему в расчете на полноценное усвоение основных понятий и определений с последующим нарастанием сложности излагаемых вопросов.
Автор старался органично соединить теоретические положения с конкретными практическими решениями.
Принципиальным отличием данного учебника от изданий по данной тематике является рассмотрение в единстве вопросов конструирования, технологии, экономики, экологии и стремление автора реализовать системный подход при изложении частного локального аспекта, указывая место конкретного вопроса в многоаспектной проблеме проектирования и изготовления ПП. Автор старался охватить и довести наиболее доступным способом последовательность и взаимосвязь основных этапов проектирования и жизненного цикла ПП.
Учебник состоит из 7 глав и приложения, логически связанных между собой и отражающих последовательность и этапы процесса проектирования ПП.
Во введении в общем виде укрупненно представлена вся последовательность конструкторско-технологического проектирования ПП, приведены основные термины, определения и требования к ПП.
Вторая глава посвящена базовым материалам наиболее широко применяемым в настоящее время для изготовления ПП.
10
Предисловие
В третьей главе рассматривается последовательность конструктор-*, ско-технологического проектирования, основные системы автоматизированного производства (САПР), примеры конструкторской документации, полученной автоматизированным способом, поверочные расчеты и подготовка проекта ПП к производству.
Для ознакомления с конструкциями и методами изготовления ПП в четвертой главе приводятся структурные схемы ТП, привязанные к основным типам ПП, а в пятой главе рассматриваются основные этапы изготовления ПП.
В шестой главе рассмотрены организационно-экономические и экологические аспекты производства ПП.
Седьмая глава посвящена требованиям к оформлению, комплектации-графической и текстовой конструкторской документации по ПП и модулям первого уровня, что необходимо знать при выполнении курсовых и дипломных проектов.
В приложениях изложена методика выполнения домашнего задания по конструкторско-технологическому проектированию ПП с примером выполнения и 50 вариантами заданий; материал, необходимый для его выполнения: примеры корпусов поверхностно-монтируемых компонентов (ПМК), конструкций соединителей, габаритов ПП, отвечающих стандартам МЭК 297 (IEC 297-3) и МЭК 917 (IEC 917-2-2), а также методика выполнения домашнего задания по проектированию заготовительных операций и организации производства ПП с примером выполнения и 25 вариантами заданий.
В приложениях приведены виды дефектов ПП на различных операциях технологического процесса, глоссарий, перечень ГОСТов и IPC стандартов по ПП, примеры расчета ПП на действие вибраций, удара, расчет теплового режима на надежность, а также требования фирм и предприятий-изготовителей к предоставляемым материалам при заказе ПП.
Учебник рассчитан на студентов, обучающихся по специальности «Проектирование и технология электронной аппаратуры», а также может быть полезен для специалистов, практических работников, аспирантов и преподавателей.
В основе книги лежат материалы, накопленные за многолетнюю работу автора на кафедре «Проектирование и технология производства электронной аппаратуры» МГТУ им. Н. Э. Баумана, использован зарубежный опыт в данной области по специальным литературным, патентным источникам, стандартам, нормативной документации, а также обширный материал отечественных и зарубежных авторов, полученный через Интернет.
Автор признателен за помощь в подготовке учебника коллективу кафедры «Проектирование и технология производства электронной аппаратуры» МГТУ им. Н. Э. Баумана, засл. деят. науки РФ, проф. В. А. Шахно-ву, проф. Б. И. Белову, доц. К. И. Билибину, доц. В. Н. Гридневу, а также выражает благодарность за аналитический разбор, доброжелательные конструктивные замечания со стороны рецензентов и заслуженного технолога РФ проф. А. М. Медведева за ряд полезных советов, учтенных автором в данной работе.
Слисок основных сокращений
BGA СОВ	— ball grid arrays — матрица шариковых выводов — chip on board — чип на плате или технология «открытой матрицы»
СОС CSP	—	chip on chip — чип на чипе —	chip scale packaging или chip size packages — кристалло-соразмерный корпус или микрокорпус в размер кристалла;
DBU	— Data Base Unit — единица измерения равная одной сотой дюйма для редактора PC-CAPS и одной тысячной дюйма для редакторов PC-CARDS и PC-PLACE
DCA FC FPT IL-топология	— direct chip attach — прямое присоединение чипа —	flip chip — (флип-чип) — «перевернутый кристалл» —	fine pitch technology —	конструкция знакоместа для установки ПМК с большим количеством выводов, в которой переходные отверстия располагаются частично под корпусом компонента
МСМ MIL-топология	—	multichip modults — многочиповый модуль —	конструкция знакоместа для установки ПМК с большим количеством выводов, в которой переходные отверстия располагаются за пределами проекции корпуса компонента
OFC SMT	— odd form components — нестандартные компоненты — surface mounted technology — технологии поверхностного монтажа
TAB	— tape automated bonding — технология крепления Кремниевых кристаллов к полимерному ленточному носителю
ТНТ	— through-hole technology — технология сквозных отверстий
БГИС БНК БТ ВТ	— большая гибридная интегральная схема —	базовая несущая конструкция —	бытовая техника —	вычислительная техника
12
Список основных сокращений
ГЖП	— гибко-жесткие платы
ГПК	— гибкий печатный кабель	
ГПП	— гибкая печатная плата
ДМУПП	— двусторонняя многоуровневая ПП
ДПП	— двусторонняя печатная плата
имс	— интегральная микросхема
иэт	— изделие электронной техники
кд	— конструкторская документация
ко	— кислотный очиститель
КП	— контактная площадка
мкп	— многослойные керамические платы
ммсо	— метод металлизации сквозных отверстий
мпк	— поверхностно-монтируемые компоненты
МПП	— многослойная печатная плата
МСБ	— микросборки
МУПП	— многоуровневая ПП
НК	— несущая конструкция
ОМУПП	— односторонняя многоуровневая ПП
ОПП	— односторонняя печатная плата
плп	— плоские ленточные провода
по	— программное обеспечение
ПП	— печатная плата
ПЭ	— промышленная электроника
РП	— рельефные платы
СПФ	— сухой пленочный фоторезист
сс	— средства связи
ст	— специальная техника
тз	— техническое задание
ТКЛР	— температурный коэффициент линейного расширения — coefficient of thermal expansion (CTE)
3"!'	— технические требования
УБНК	— унифицированные базовые несущие конструкции
ФР	— фоторезист
ФУ	— функциональный узел
ФШ	— фотошаблон
ЭА	— электронная аппаратура
ЭРИ	— электрорадиоизделие
ЭРЭ	— электрорадиоэлемент
Введение
Печатные платы являются основным элементом электронной аппаратуры (ЭА), выполняя функции несущей конструкции и коммутационного устройства на различных уровнях разукрупнения аппаратуры:
1)	в микросборках (рис. В.1);
2)	в ячейках (рис. В.2);
3)	в коммутационных (монтажных) панелях (рис. В.З).
Печатные платы широко применяются в бытовой технике, аппаратуре средств связи, вычислительной технике, в системах автоматизации, контрольно-измерительной аппаратуре, в медицинском приборостроении, в автомобильной промышленности, в других областях промышленной электроники, в авиационной, космической промышленности, в спецтехнике, в городском коммунальном хозяйстве (для средств контроля расхода воды, газа, электричества, топлива и пр., экологического контроля воды, воздуха, земли по радиационным, физическим, механическим и химическим параметрам).
Одной из проблем в настоящее время является разработка и производство ПП, соответствующих мировому современному уровню для обес-
Рис. В.1. Микросборка
Рис. В.2. Ячейка: / — соединитель; 2 — ЭРИ; 3 — ПП
14
Введение
Рис. В.З. Блок панели:
1 — МПП (электромонтажная панель); 2 — соединители; 3 — ячейка
печения конкурентоспособности ПП, которая определяется их качеством, надежностью и безопасностью эксплуатации. Проблема осложняется постоянным ростом функциональной и конструктивной сложности электрорадиоизделий (ЭРИ), устанавливаемых на ПП (например, увеличение на 1—2 порядка числа выводов ЭРИ), а также процессом миниатюризации ЭА, отставанием технологических возможностей межэлементной коммутации, в частности, ПП от уровня интеграции ЭРИ, что требует повышения трассировочных возможностей ПП за счет повышения плотности монтажа, уменьшения ширины печатных проводников и расстояний между ними, увеличения числа слоев многослойных печатных плат (МПП), уменьшения габаритов и массы ЭА и, соответственно, ПП. Таким образом, конструкция и технология сборки электронных модулей на ПП — «электронная сборка» (elektronic assembly) — требует от производителя ПП постоянного совершенствования конструкции и технологии.
Основными тенденциями развития схемотехнических и конструктивных решений в ЭА являются [1]:
•	использование более высоких тактовых частот;
•	увеличение степени интеграции ЭРИ (более высокая интеграция функций на кремнии), которая приводит к увеличению числа выводов вход/выход (1/Ю) — до 1000 и более выводов на корпус ЭРИ и поверхностно-монтируемых компонентов (ПМК);
•	рост применения ЭРИ в корпусах BGA (матрица шариковых выводов), CSP (корпус в размер кристалла), FC (перевернутый кристалл), MBGA (матрица микрошариковых выводов);
•	уменьшение шага расположения выводов ЭРИ до 0,3...0,5 мм;
Введение
15
•	увеличение тепловыделения ЭРИ в связи с повышением их функциональной сложности и др.
Все это привело к тому, что в конструировании и технологии ПП основными тенденциями стали:
•	значительное увеличение объема производства МПП с микроотверстиями («глухими» отверстиями — microvia) для повышения коммутационной способности ПП;
•	необходимость кондуктивного теплоотвода в связи с увеличением плотности компоновки и рабочих частот;
•	уменьшение размера контактных площадок и увеличение плотности трасс проводников;
•	уменьшение ширины проводников до 0,025...0,050 мм;
•	применение материалов с малым температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР), совместимых с ТКЛР корпусов и выводов ЭРИ и ПМК;
•	уменьшение размеров ПП для снижения затрат;
•	увеличение применения разъемов с запрессовкой выводов в отверстия ПП (Pressfif) и сочетание нанесения паяльной пасты с запрессовкой (Pin-in-Paste);
•	изъятие из производства свинца в связи с проектом ЕС о применении бессвинцовых припоев, что требует от ПП большей нагрево-стойкости (примерно на 20...30 °C), необходимой при лужении и пайке модулей и применения материалов с более высокой температурой стеклования Tg и меньшим ТКЛР по оси Z (по толщине ПП);
•	применение негорючих фольгированных диэлектриков не содержащих вредных галогенов и брома и др.
К особенностям производства ПП в России относится [2]:
•	развал индустрии ПП в результате экономического кризиса;
•	сокращение примерно в 10 раз количества предприятий-изготовителей ПП в период с 1989 по 2000 гг. (с 1000 до 100);
•	отток специалистов по ПП в сферу торговли и бизнеса;
•	раздробление исследовательских и производственных структур;
•	размещение предприятий по производству материалов и оборудования в Молдавии, на Украине, Белоруссии, Литве и других бывших союзных республиках;
•	малый выпуск ПП (5...8 % от мирового рынка ПП; примерно 300...500 млн долл.);
•	использование на предприятиях, в основном, устаревшего оборудования, отсутствие современной высокотехнологичной производственной базы, обновление которой возможно лишь с привлечением частных инвестиций;
•	отсутствие крупносерийного производства ПП (в рабочем состоянии находятся производства только малого и среднего объема);
•	возрождение интереса к ПП в России;
•	положительная динамика рынка ПП;
•	создание Союза развития печатного монтажа и Федеральной программы «Технологическая база России»;
16
Введение
•	необходимость сочетания производства ПП со сборкой функциональных узлов для повышения рентабельности .и др.
Неизбежность интеграции с западным рынком ПП и его влияние на отечественное производство требуют заимствования зарубежных стандартов, так как для международного сотрудничества необходим единый подход к стандартизации.
Ведущую роль в разработке нормативной документации по конструированию и изготовлению ПП и электронных компонентов играет IPC (Institute for interconnecting and Packaging Electronic Circuits — Институт печатного монтажа, США). Поскольку разработка ГОСТов отстает в настоящее время от реальных требований и не соответствует мировым стандартам, в технической документации допускается ссылка на зарубежные стандарты: IPC, MIL (Millitary — военные стандарты, США) и др.
Разработаны и существуют в стадии проектов восемь новых стандартов циклов разработки ПП, имеющих статус Interim Final, IPC-2511 — IPC-2518 под общим названием GenCAM, которые г охватывают цикл от разработки ПП до монтажа компонентов и тестирования готовых функциональных узлов.	,
Для создания полноценного современного производства ПП и электронных модулей требуемых объемов и уровня сложности необходимо восстановление и развитие всей инфраструктуры производства ПП:
•	фольгированных диэлектриков;
•	фотоматериалов;
•	фоторезиста;
•	химикатов;
•	оборудования;
•	сверл, а также организовать обучение специалистов, операторов.
Необходимо обеспечить снабжение производства энергией, водой, обработку и регенерацию отходов производства и др.
Для восстановления индустрии ПП в полном объёме потребуется много времени и капиталовложений. Для этого в первую очередь необходимо профессионально оценить реальное техническое состояние предприятий, на основе этих оценок разработать технические проекты создания новых и планы реконструкции существующих предприятий, восстановить базу подготовки молодых специалистов, операторов и др.
Разнообразие областей применения ПП, объектов их установки, условий эксплуатации, элементной базы, электрических требований, надежности, стоимости требует большого разнообразия конструкций ПП и, соответственно, ТП их изготовления, так как каждый метод изготовления ПП обладает определенными технологическими возможностями и позволяет получить рисунок печатных элементов (проводников, контактных площадок и пр.) определенных размеров и точности, т. е. определенного класса точности ПП. Поэтому разработчик ПП должен владеть методами проектирования, конструирования, технологии изготовления ПП и сборки функциональных узлов на ПП.
Прогресс в области создания новых технологий межсоединений идет двумя путями:
•	совершенствованием процессов изготовления многослойных ПП;
Введение
17
ни созданием двусторонних ПП, эквивалентных МПП с повышенной плотностью межсоединений в слое.
Оба направления считаются перспективными.'
В зависимости от объема выпускаемых ПП, который исчисляется в тысячах; квадратных метров, возможно мелкосерийное, серийное, крупносерийное и единичное производство, для каждого из которых характерна различная степень автоматизации операций.
Функционирование ЭА обусловлено не только схемотехническими решениями, функциональной точностью, надежностью, но и влиянием внешней среды, конструкторскими и эксплуатационными требованиями, многофакторностью процесса изготовления ПП и т. п. Это делает необходимым обеспечение взаимосвязи и согласования проектирования, конструирования и технологии изготовления ПП.
К печатным платам предъявляют те же требования, что и к конструкции ЭА, в состав которых она входит, поэтому исходными данными для проектирования ПП являются:
•	назначение ЭА}
•	область применения;
•	объект установки;
•	условия эксплуатации и группы жесткости;
•	схема электрическая принципиальная модуля 1-го уровня;
•	перечень элементов и пр.
Исходные данные оформляются техническим заданием (ТЗ) на разработку ПП в соответствии с ГОСТ 25123—82.
Последовательность этапов проектирования, конструирования и изготовления ПП можно представить в виде следующей схемы:
•	оформление ТЗ;
•	конструкторско-технологические расчеты ПП;
•	разработка чертежей ПП с помощью САПР: размещение ЭРИ и трассировка проводников наружных и внутренних слоев (МПП);
•	изготовление оригиналов рисунка всех слоев;
•	изготовление фотошаблонов (ФШ);
•	изготовление оригинала паяльной маски;
•	поверочные расчеты: на помехоустойчивость, тепловые и пр.;
•	технологический процесс изготовления ПП;
•	контроль;
•	испытания.
В качестве материала основания ПП применяются слоистые диэлектрики (например, спрессованная стеклоткань), с одной или двух сторон фольгированные медной фольгой, или нефольгированные диэлектрики (рис. В.4).
а	б	в
Рве. В.4. Базовые материалы ПП с одной (я), двух (б) сторон фольгированные и нефольгированные диэлектрики (в)
18
Введение
Существует два вида технологии получения проводящего рисунка ПП и слоев ОМПП:
•	на основе субтрактивных методов;
•	на основе аддитивного метода.
В субтрактивных методах процесс получения проводящего рисунка заключается в избирательном травлении участков фольги фольгированного материала с пробельных мест (места, не закрытые защитной маской).
В качестве примера субтрактивного метода на рис. В.5, а представлена последовательность химического негативного метода изготовления ПП:
•	получение заготовки из одностороннего фольгированного диэлектрика;
•	нанесение защитного рельефа на участки расположения проводников, контактных площадок и пр. через трафарет;
•	избирательное травление меди с незащищенных участков заготовки (с пробельных мест);
•	получение отверстия.
В аддитивном методе процесс получения проводящего рисунка заключается в избирательном осаждении проводникового материала на нефоль-гированный материал основания ПП (на диэлектрик).
В аддитивном методе отсутствует операция травления меди. На рис. В.5, б представлена последовательность операций данного метода:
•	получение заготовки из нефольгированного диэлектрика;
•	сверление отверстия;
•	нанесение защитного рельефа (маски);
•	получение проводников, контактных площадок и пр. путем избирательного (селективного) осаждения меди на диэлектрик в соответствии с рисунком схемы;
•	удаление маски.
Получение заготовки из одностороннего	''5^. фольгированного диэлектрика Нанесение защитного ж	рельефа схемы (маски) Травление меди с пробельных мест Удаление маски Пробивка отверстий а Рис. В.5. Методы получения проводящего рисунка ПП: а -	Получение заготовки из нефольгированного материала • »	Сверление отверстий Нанесение защитного рельефа схемы (маски) Толстослойное химическое меднение Удаление маски б - субтрактивный; б — аддитивный
Введение	19
Технологический процесс изготовления ПП — сложный многооперационный процесс (порядка 50 операций) с использованием большого количества оборудования (до 40—50 единиц), производственных площадей, требующий не только узкоспециализированных специалистов в области химии, физики, схемотехники, программирования, конструирования ЭА, организации производства, но и специалистов широкого профиля, представляющих все проблемы и пути комплексного решения вопросов, стоящих в настоящее время в производстве ПП. Поэтому в книге сделана попытка охватить чрезвычайно широкий круг проблем, и систематизировать накопленный ведущими специалистами в каждой области опыт, чтобы ввести начинающих специалистов в курс дела.
Глава 1 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
В главе сформулированы основные понятия и определения ПП. Детально рассмотрены важнейшие требования и характеристики ПП: конструкторские, электрические, технологические, а также требования по устойчивости к внешним воздействиям.
В главе показана обусловленность требований и характеристик ПП требованиями к ЭА и технологическому уровню производства.
Особенностью рассмотрения является системный взгляд на всю совокупность требований и характеристик, что позволяет выявить их взаимосвязь.
1.1. Основные определения
Печатная плата (ПП) — изделие, состоящее из плоского изоляционного основания с отверстиями, пазами, вырезами и системой токопроводящих полосок металла (проводников), которое используют для установки и коммутации электрорадиоизделия (ЭРИ) и функциональных узлов в соответствии с электрической принципиальной схемой (рис. 1.1).
Рисунок печатной платы — конфигурация проводникового и (или) диэлектрического материала на печатной плате [3].
Проводящий рисунок — конфигурация проводящего материала. Проводящий рисунок ПП должен быть четким, с ровными краями, без вздутий, подтравливания, разрывов, отслоений, следов инструмента и остатков технологических материалов. Для улучшения паяемости и повышения корро-
1
4
Рис. 1.1. Печатная плата: 1 — крепежные отверстия; 2 — концевые печатные контакты; 3 — монтажное отверстие; 4 — место маркировки ПП; 5 — печатный проводник; 6 — ориентирующий паз
Основные определения
21
зионной стойкости на поверхность проводящего рисунка наносят электролитическое, химическое или органическое покрытие, которое должно быть сплошным, без разрывов и отслоений.
Непроводящий рисунок — конфигурация диэлектрического материала (пробельные места ПП).
На рис. 1.1 представлены некоторые элементы конструкции ПП.
Печатный проводник (дорожка) — одна проводящая полоска в проводящем рисунке.
Крепежные отверстия — отверстия для крепления ПП в Модулях более высокого конструктивного уровня (панелях, блоках).
Монтажные отверстия — отверстия для установки и пайки ЭРИ. На внутреннюю поверхность металлизированных монтажных отверстий наносят медное покрытие толщиной не менее 25 мкм и покрытие для обеспечения паяемости, которые должны быть сплошными, без пор и включений, пластичными, с мелкокристаллической структурой, быть прочно сцепленными с диэлектриком, иметь определенное сопротивление, выдерживать токовую нагрузку 250 А/мм2 в течение 3 с при нагрузке на контакты l...l,5 Н и четыре (для многослойных ПП — три) перепайки выводов ЭРИ без изменения внешнего вида и отслоений.
Концевые печатные контакты — ряд печатных контактов, расположенных на краю ПП и предназначенных для сопряжения с соединителем прямого сочленения.
Ориентирующий паз — паз на краю ПП, который используют для ее правильной установки и ориентации в ЭА.
Маркировка ПП — совокупность знаков и символов на ПП, необходимая для ее идентификации и контроля.
Основание ПП — элемент конструкции ПП, на поверхности или в объеме которого выполняется проводящий рисунок. Диэлектрическое основание ПП должно быть однородным по цвету, монолитным по структуре, не иметь посторонних включений, внутренних пузырей, раковин, сколов, расслоений и трещин.
Материал основания ПП — материал (диэлектрик), на котором выполняют рисунок ПП.
Печатный монтаж — способ монтажа, при котором электрическое соединение ЭРИ, экранов, функциональных узлов между собой выполнено с помощью элементов печатного рисунка: проводников, контактных площадок и т. п.
По ГОСТ 23751—86 предусмотрены следующие типы печатных плат рис. 1.2.
Односторонняя печатная плата (ОПП) — ПП, на одной стороне которой выполнены элементы проводящего рисунка (рис. 1.2, а). Они просты по конструкции и экономичны в изготовлении. Их применяют для монтажа бытовой радиоаппаратуры, блоков питания и устройств техники связи.
Двусторонняя печатная плата (ДПП) — ПП, на обеих сторонах которой выполнены элементы проводящего рисунка и все требуемые соединения, в соответствии с электрической принципиальной схемой (рис. 1.2, 6). Электрическая связь между сторонами осуществляется с помощью металлизированных отверстий. Размещать ЭРИ можно как на одной, так и на двух
22
Глава 1. Основные характеристики печатных плат
I
а
D
б
Рис. 1.2. Типы печатных плат: а — односторонняя ПП; б — двухсторонняя ПП; в — многослойная ПП; г — гибкий печатный кабель; д — схема гибко-жесткой платы; t — ширина проводника; S — расстояние между проводниками; Q — расстояние от края печатной платы, выреза, паза до элементов проводящего рисунка; b — расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки (поясок); D — диаметр контактной площадки; d — диаметр отверстия; йф — толщина фольги; Ны — толщина материала основания ПП; Япс — суммарная толщина ПП с химическим или гальваническим покрытием; I — расстояние между центрами (осями) элементов конструкции ПП; у — отношение диаметра наименьшего из металлизированных отверстий (d) к толщине ПП или ГПК; Нп — толщина ПП — толщина материала основания ПП (фольгированного или нефольгированного), включая проводящий рисунок без дополнительного химического или гальванического покрытия
Жесткий .Гибкий . Жесткий участок * “участок* “ участок
д
Основные определения
23
сторонах ПП. Двусторонние ПП используются в измерительной технике, системах управления, автоматического регулирования и др.
Многослойная печатная плата (МПП) — ПП, состоящая из чередующихся слоев изоляционного материала с проводящими рисунками на двух или более слоях, между которыми выполнены требуемые соединения (рис. 1.2, в). Электрическая связь между проводящими слоями может быть выполнена специальными объемными деталями, печатными элементами или химико-гальванической металлизацией отверстий. Многослойные ПП характеризуются повышенной надежностью и плотностью монтажа, устойчивостью к климатическим и механическим воздействиям, уменьшенными размерами и меньшим числом контактов. Вследствие большой трудоемкости их изготовления, сложности получения высокой точности рисунка и совмещения слоев, высокой стоимости и сложности технологического оборудования, контроля на всех операциях технологического процесса (ТП), низкой ремонтопригодности МПП применяют для уже отработанных конструкций электронно-вычислительной, авиационной и космической аппаратуры.
Гибкая печатная плата (ГПП), гибкий печатный кабель (ГПК) (рис. 1.2, г), гибко-жесткие платы (ГЖП) (рис. 1.2, д) — качественно новые несущие конструкции и системы межсоединений, которые применяются взамен «громоздких» и «тяжелых» жестких ПП, плоских ленточных проводов, жгутов и объемных проводников.
Гибкая печатная плата (ГПП) — ПП, имеющая гибкое основание или ПП, использующие гибкий базовый материал. Гибкая ПП является аналогом жесткой ПП по расположению печатных проводников, контактных площадок и других элементов печатного монтажа, по размещению ЭРИ (преимущественно бескорпусных и поверхностно-монтируемых компонентов (ПМК)), при этом она имеет гибкое основание толщиной 0,1...0,5 мм, может изгибаться, работать на перегибы и принимать разную форму. Гибкие ПП применяются в случаях, когда плата в процессе эксплуатации подвергается многократным изгибам, вибрациям или когда ей необходимо придать для работы изогнутую компактную форму (поместить в небольшой объем). При помощи ГПП можно соединять различные элементы ЭА, используя ответвления от общего основания ГПП. Основным отличием ГПП от жесткой ПП является возможность монтажа в трехмерном пространстве и огибания углов других блоков.
Гибкие ПП могут изготавливаться в комбинации с жесткими ПП или с ГПК.
Многослойные ГПП не являются аналогом жестких МПП, так как каждый из слоев может быть продолжен в любую сторону и использоваться как ГПК для соединения с другими модулями ЭА.
Гибкий печатный кабель (ГПК) имеет тонкое изоляционное основание длиной до нескольких метров с расположенными параллельно друг другу печатными проводниками, ширина и шаг которых соответствует стандартным соединителям. Толщина ГПК составляет 0,06...0,3 мм.
Гибко-жесткие платы являются самыми сложными соединительными структурами в ЭА. Простая ГПЖ имеет один жесткий и один гибкий слой.
24
Глава 1. Основные характеристики печатных плат
Сложные ГПЖ могут иметь 20 и более соединительных наборов из односторонних и двусторонних ГПЦ между жесткими внешними ПП.
Создание ГПП, ГПК и ГЖП обусловлено:
•	необходимостью миниатюризации ЭА;
•	диспропорцией между объемом и массой ЭРЙ (бескорпусных и по-верхностно-монтируемых компонентов — ПМК), размещаемых на жестких ПП, и объемом и массой жестких ПП;
•	необходимостью высокой надежности при реализации уникальных и сложных технических решений: например, в бортовой ЭА, радарных системах, в имплантируемых стимуляторах работы сердца, слуховых аппаратах, видеокамерах, фотоаппаратах, т. е. где требуется плотная компоновка в трех плоскостях и безотказная работа в жестких условиях окружающей среды.
Проводная печатная плата (ППП) — ПП, на диэлектрическом основании которой размещены отдельные элементы печатного рисунка (контактные площадки, шины земли и питания и др.), а электрические соединения вместо печатных проводников выполнены изолированными проводами диаметром 0,1...0,2 мм. Контактные соединения на ПП могут быть получены пайкой, сваркой или химико-гальванической металлизацией. Проводные ПП применяют при макетировании, разработке опытных образцов и в мелкосерийном производстве вместо трудоемких в изготовлении МПП, так как эквивалентны по трассировочной способности 5-, 8- и 11-слой-ным МПП.
Ширина печатного проводника — поперечный размер печатного проводника в любой его точке, видимый в плане (рис. 1.2, б и 1.3).
Контактная площадка — часть проводящего рисунка, используемая для соединения токопроводящего рисунка схемы (печатных проводников с металлизацией монтажных отверстий) и для установки и пайки (сварки) ЭРИ (см. рис. 1.3). Контактные площадки монтажных отверстий должны равномерно смачиваться припоем в течение 3...5 с и выдерживать не менее трех (для МПП — двух) перепаек без расслоения диэлектрика, отслаивания и вздутий. Не допускаются разрывы контактных площадок, так как при этом уменьшаются токонесущая способность проводников и адгезия к диэлектрику.
Кластер — группа контактных площадок для установки и пайки (сварки), например, микросхем.
Рис. 1.3. Печатные проводники и контактные площадки: 1 — печатные проводники; 2 — контактные площадки
.Конструкторские требования и характеристики ПП
1.2.	Конструкторские требования и характеристики ПП
Конструкторские требования к ПП как к несущей конструкции, на которой смонтированы ЭРИ, определяют:
•	механическую прочность ПП в заданных условиях эксплуатации;
•	сохранение характеристик ПП.
ГОСТ 23751—86 ПП устанавливает пять классов точности выполнения элементов конструкции (проводников, контактных площадок, отверстий и пр.) и предельных отклонений, наименьшие номинальные размеры которых для узкого места представлены в табл. 1.1.
Таблица 7.7. Наименьшие номинальные значения основных параметров для классов точности ПП
Условные обозначения элементов печатного монтажа	Класс точности ПП				
	1	2	3	4	5
/, мм	0,75	0,45'	0,25	0,15	0,10
S, мм	0,75	0,45	0,25	0,15	0,10
Ь, мм	0,30	0,20	0,10	0,05	0,025
y = d/H	0,40	0,40	0,33	0,25	0,20
6t, мм (без покрытия)	±0,15	±0,10	±0,05	±0,03	0; -0,03
АГ, мм (с покрытием)	+0,25; -0,20	+0,15; -0Д0	±0,10	±0,05	±0,03
7}, мм - ОПП, ДПП, МПП (наружный слой)	0,20	0,10 .<	0,05	0,03	0,02
7}, мм — МПП (внутренний слой)	0,30	0,15	0,10	0,08	0,05
Примечание, t — наименьшая номинальная ширина проводника; 5 — наименьшее номинальное расстояние между проводниками; b — минимально допустимая ширина контактной площадки; d — номинальное значение диаметра наименьшего металлизированного отверстия; Н — толщина ПП; А/ — предельное отклонение ширины печатного проводника, контактной плошадки, концевого печатного контакта и др.; 7} — позиционный допуск расположения печатного проводника относительно соседнего элемента проводящего рисунка
Узкое место ПП — участок ПП, на котором элементы печатного проводящего рисунка и расстояния между ними могут быть выполнены только с минимально допустимыми значениями.
Класс точности ПП указывают в конструкторской документации на ПП. Выбор класса точности всегда связан с конкретным производством, так как он обусловлен уровнем технологического оснащения производства. - Ширину проводника t (см. рис. 1.3) рассчитывают и выбирают в зависимости от допустимой токовой нагрузки, свойств токопроводящего материала, температуры окружающей среды при эксплуатации и пр. Края проводников должны быть ровными, проводники — без вздутий, отслоений, разрывов, протравов, пор, крупнозернистое™ и трещин, так как эти дефекты влияют на сопротивление проводников, плотность тока, волновое сопротивление и скорость распространения сигналов.
26
Глава 1. Основные характеристики печатных плат
Расстояние (зазор) между элементами проводящего рисунка S (например, между проводниками) (см. рис. 1.2), расположенными на наружных или в соседних слоях ПП, зависит от допустимого рабочего напряжения, свойств диэлектрика, условий эксплуатации и связано с помехоустойчивостью, искажением сигналов и короткими замыканиями.
Шаг координатной сетки — расстояние между двумя соседними параллельными линиями координатной сетки (рис. 1.4).
Шаг
Рис. 1.4. Координатная сетка чертежа
Координатная сетка — ортогональная сетка, определяющая места расположения соединений ЭРИ с ПП.
Узел координатной сетки — пересечение линий координатной сетки.
Шаг координатной сетки гарантирует совместимость ПП, изделий электронной техники (ИЭТ), квантовой электроники, электрорадиоэлементов (ЭРЭ), электротехнических изделий, т. е. всех ЭРИ, которые монтируют в узлах координатной сетки на ПП.
Основным шагом координатной сетки до 1 января 1998 г. был шаг 2,5 мм; дополнительными — 1,25; 0,625 мм. С 1 января 1998 г. для размещения соединений на ПП основным шагом координатной сетки является шаг 0,50 мм в обоих направлениях. Если координатная сетка с номинальным шагом 0,50 мм не удовлетворяет требованиям конкретной конструкции, то должна применяться координатная сетка с основным шагом 0,05 мм. Для конкретных конструкций, использующих элементную базу с шагом 0,625 мм, допускается применение шага координатной сетки 0,625 мм. Шаг координатной сетки выбирают в соответствии с шагом большинства ЭРИ, устанавливаемых на ПП. Если есть необходимость применить шаг координатной сетки, который отличается от основных шагов, то он должен быть кратным основным шагам.
Предпочтительными являются следующие шаги координатной сетки:
•	п • 0,05 мм, где п-5, 10, 15, 20, 25;
•	п • 0,50 мм, где п = 1, 2, 5, 6, 10.
Допустимые шаги координатной сетки — дюймовые шаги, которые применяют в конструкции ПП, использующих ЭРИ с шагом, кратным 2,54 мм:
•	п • 2,54 мм;
•	п  0,635 мм.
За рубежом классификация ПП по точности регламентирует не только конструктивные параметры, но также и шаг трассировки, что связывает
Конструкторские требования и характеристики ПП
27
уровень производства с конструктивными параметрами ПП и шагом расположения выводов ЭРИ (табл. 1.2).
Таблица 1.2. Зарубежная классификация ПП по уровню точности
Уровень точности	Ширина проводника и зазор, мм	Шаг координатной сетки, мм .		Шаг выводов ЭРИ, мм	
		наружные слои	внутренние слои	планарные выводы	матричные выводы
0	0,2	1,25	0,625	0,625	2,5
1	0,15	0,625	0,625	0,5	1,25
2	0,1	0,625	1,0	0,5	1,0
3	0,075	0,5	1,0	0,5	1,0
4	0,05	0,5	0,5	0,25	0,5
0,05	0,25	0,25	0,25	0,25	0,5
Диаметры монтажных и переходных отверстий, металлизированных и неметаллизированных, должны соответствовать ГОСТ 10317—79, который устанавливает следующий ряд: 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 2,0; 2,1; 2,2; 2,3; 2,4;2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 3,0 мм.
Монтажные отверстия — отверстия для установки ЭРИ.
Переходные отверстия — отверстия для электрической связи между слоями или сторонами ПП. Различают:
•	сквозные металлизированные отверстия, обеспечивающие электрическую связь между сторонами ПП и внутренними слоями МПП;
•	сквозные металлизированные (скрытые или межслойные переходы) отверстия, обеспечивающие контакт между внутренними слоями (см. рис. 1.2, в и рис. 1.5);
•	несквозные («слепые» или «глухие») отверстия, создающие контакт между наружным и одним из внутренних слоев;
•	несквозные (скрытые) микропереходные отверстия, в том числе многоуровневые микропереходы.
Микроотверстия (microvia) или микропереходы — отверстия диаметром менее 0,15 мм и/или плотностью более 1000 переходов/дм2.
Микроотверстия используют для увеличения плотности рисунка проводников и для уменьшения числа слоев МПП, что снижает себестоимость МПП.
Рис. 1.5. МПП с микроотаерстиями: А — сквозные скрытые переходные отверстия; Б — сквозное металлизированное отверстие; В — глухой микропереход; Г — скрытый микропереход
28	Глава 1. Основные характеристики печатных плат
Размер и форма контактных площадок в наружных, внутренних сигнальных слоях и в слоях земли и питания может быть различной (круглая, прямоугольная, квадратная и др.). Форма контактных площадок в наружных слоях определяется:
•	формой выводов ЭРИ (круглое или прямоугольное сечение выводов, шариковые выводы, безвыводные компоненты и др.);
•	элементной базой (традиционные или поверхностно-монтируемые компоненты);
•	характером расположения выводов (радиально-перпендикулярно плоскости монтажа, аксиально-параллельно плоскости монтажа);
•	жесткостью выводов;
•	способом соединения выводов ЭРИ с контактными площадками (в отверстия пайкой, внахлест к контактным площадкам пайкой или сваркой);
•	методом изготовления ПП.
Размеры, форма, количество и шаг размещения сквозных и скрытых (внутренних) переходных отверстий влияют на топологию проводников, контактных площадок и межслойных переходов в наружных и внутренних слоях.
Топология — чертеж, определяющий форму, размеры и взаимное расположение элементов печатного монтажа и отверстий на наружных или внутренних слоях ПП.
Многослойные МПП со «слепыми» и «скрытыми» отверстиями позволяют реализовать гораздо более плотную разводку схемы, но они имеют значительно более высокую стоимость.
Размеры ПП, если они не оговорены в ТЗ, определяют с учетом количества устанавливаемых ЭРИ, установочных площадей ЭРИ, шага установки, зон установки соединителя и пр. Линейные размеры выбираются по ГОСТ 10317—79 (табл. 1.3). Соотношение линейных размеров сторон ПП должно быть Г: 1; 2: 1, но не более 3:1. Габариты (формат) ПП согласуют с размерами технологического оборудования, используемого для изготовления ПП и сборки модулей 1-го уровня (ячеек): с размерами ванн химической и гальванической металлизации, шириной рабочей зоны установки для нанесения фоторезиста, экспонирования, пайки волной припоя, сверлильно-фрезерного станка, а также с размерами поставляемых материалов ПП для уменьшения отхода при раскрое материала и получении заготовок. Таким образом, конструктор должен знать технологические ограничения габаритов ПП каждого конкретного изготовителя.
Стабильность размеров ПП при воздействии температуры и влажности в процессе изготовления зависит от типа диэлектрика (структуры основы и смолы) и фольги. Нестабильность размеров связана с различными ТКЛР и усадкой материала в продольном и поперечном направлениях.
Предельные отклонения на сопрягаемые размеры контура ПП должны быть не выше 12 квалитета. Предельные отклонения на несопрягаемые размеры контура ПП — не более 14 квалитета.
Толщина ПП выбирается в зависимости от элементной базы и внешних воздействующих факторов (ударов, вибрации и пр.).
Толщина ОПП, ДПП, ГПП и ГПК определяется толщиной материала основания с учетом толщины фольги. Толщину МПП рассчитывают по фор-
Конструкторские требования и характеристики ПП
29
Таблица 1.3. Линейные размеры ПП
Ширина, мм	Длина, мм	Ширина, мм	Длина, мм	Ширина, мм	Длина, мм	Ширина, мм	Длина, мм
20	30	60	90	100	120	140	150
	40		100		130		200
зо	40		140	по	150	150	।	150
			160		170		170
40	60	75	75	120	120		180
45	75		90		140		200
	80		170		150	160	170
50	60	80	130		1'60		200
	80		140		170	170	180
	100	90	90		180		200
	150		120		200		280
60	60		150	130	200	200	360
	80		170				
муле (3.7). Отношение диаметра сквозного отверстия к толщине ПП у представлено в табл. 1.1. .
Число слоев МПП зависит от количества слоев:
•	проводников;
•	сигнальных проводников;
•	экранных слоев;
•	земли и питания.
Кривизна ПП (цилиндрическое или сферическое искривление основания ПП) может появиться в результате воздействия высокой температуры и влажности (рис. 1.6). Допустимая величина изгиба ПП надлине 100 мм составляет для ОПП, ДНП и МПП на жестком основании на основе стеклоткани при толщине свыше 1,0...1,5 мм для ОПП — 0,9 мм, ДПП — 0,8 мм, МПП — 0,5 мм; при толщине свыше 1,5...2 мм — 0,8 мм, 0,6 мм, 0,1 мм; при толщине свыше 2 мм — 0,6 мм, 0,5 мм, 0,1 мм, соответственно.
Коробление ПП (спиральное искривление противоположных кромок основания ПП) может привести к разрыву проводников, осложнить процесс изготовления ПП и установки ЭРИ при сборке модуля (рис. 1.7).
Рис. 1.6. Изгиб ПП
Рис. 1.7. Скручивание ПП
30
Глава 1. Основные характеристики печатных плат
Величина деформации определяется механической прочностью фольгированного диэлектрика, характером напряженного состояния после стравливания фольги, правильностью режимов нагрева и охлаждения. При воздействии на ПП температуры 260...290 °C в течение 10 с не должно образовываться разрывов проводящего рисунка и отслоений его от диэлектрика.
Для уменьшения деформации ПП необходимо добиться максимальной симметричности рисунка и структуры внутренних слоев.
Предельные отклонения размеров и позиционные допуски на расположение элементов конструкции (оснований ПП, проводников, контактных площадок, отверстий) приведены в ГОСТ 23751—86 и в гл. 3.
1.3.	Электрические требования и характеристики ПП
Основными техническими требованиями к ПП как к коммутационному устройству являются: максимальная электропроводность печатных проводников; минимальные токи утечки между проводниками.
Электропроводность печатного проводника зависит:
•	от характеристик проводникового материала (электропроводности, теплопроводности, коррозионной стойкости, способности к пайке, к нанесению покрытий); поэтому наиболее широко для изготовления печатных проводников используют медь;
•	от способа получения покрытий (химическое, вакуумное или гальваническое осаждение):
I)	химически осажденные покрытия имеют более высокое удельное сопротивление, которое увеличивается при повышении влажности и при пониженном давлении;
2)	покрытия, полученные вакуумной металлизацией, имеют лучшие характеристики по сравнению с химическим покрытием, но зависят от его толщины;
3)	гальванические покрытия имеют кристаллическую структуру, благодаря которой они обладают наилучшими характеристиками из всех приведенных выше покрытий;
•	от площади поперечного сечения печатного проводника (рассчитывает конструктор, исходя из электрической принципиальной схемы и удельного сопротивления материала печатного проводника);
•	от режима токовой нагрузки;
•	от внешних воздействий.
От токов утечки между печатными проводниками зависят сопротивлс-' ние изоляции между ними и взаимные наводки; они определяются материалом диэлектрика и расположением печатных проводников.	э
Изоляционные характеристики диэлектрика зависят от частотного диа* пазона работы электрической принципиальной схемы.
Для низкочастотной ЭА наибольшее значение имеют: сопротивление1 изоляции, стабильность поверхностного сопротивления изоляции при воз-: действии высоких температур и электрического поля, напряжение пробоя»
Электрические требования и характеристикиПП
31
а для высокочастотной ЭА — диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери. >
Рассмотрим электрические параметры ПП.
Допустимая токовая нагрузка на элементы проводящего рисунка должна быть для медной фольги — (100...250) • 106 А/м2 (10Й...250 А/мм2), для гальванической меди — (60... 100) • 106 А/м2 (60... 100 А/мм2). Она выбирается в зависимости от допустимого превышения температуры проводника относительно температуры окружающей среды.
Допустимое рабочее напряжение между элементами проводящего рисунка, расположенными в соседних слоях ПП и ГПК, зависит от расстояния между ними, материала основания ПП и не должно превышать значений, приведенных в табл. 1.4.
Таблица 1.4. Значения рабочего напряжения в зависимости от расстояния между элементами рисунка, расположенными в соседних слоях
Расстояние между элементами рисунка, мм	Значение рабочего напряжения, В	
	Фольгированный гетинакс	Фольгированный стеклотекстолит
От 0,1 до 0,2 включительно	—	25
» 0,2 » 0,3	»	—	50
» 0,3 » 0,4	»	75	100
» 0,4 » 0,5	»	150	200
» 0,5 » 0,75	»	250	350
»0,75» 1,5	»	350	500
» 1,5 » 2,5	»	500	650
Допустимые рабочие напряжения между элементами проводящего рисунка, находящимися на наружном слое ПП, зависят от расстояния между элементами печатного монтажа, материала основания ПП, от условий эксплуатации и не должны превышать значений, приведенных в табл. 1.5.
Сопротивление печатного проводника зависит от его длины, поперечного сечения, удельного сопротивления, а также температуры, частоты и др. Величина удельного сопротивления печатных проводников зависит от технологии их изготовления и различается в значительной степени при химическом, электрохимическом, вакуумном осаждении и для катаной фольги.
Сопротивление изоляции характеризует величину тока утечки через участок диэлектрика, к которому приложено определенное постоянное напряжение.
Поверхностное сопротивление изоляции, Ом, между параллельными печатными проводниками, расположенными в одной плоскости определяется: удельным поверхностным сопротивлением диэлектрика; расстоянием между проводниками; длиной совместного прохождения проводников.
32
Глава 1. Основные характеристики печатных плат
Таблица 1.5. Значения рабочего напряжения, в зависимости от расстояния между элементами проводящего рисунка, расположенными на наружном слое
Расстояние между элементами проводящего рисунка, мм	Значения рабочего напряжения, В							
	при нормальных условиях		при относительной влажности (93±3) % и температуре (40+2) °C в течение 48 ч		при пониженном атмосферном давлении			
					53 600 Па (400 мм рт. ст.)		666 Па (5 мм рт. ст.)	
	ГФ*	СФ**	ГФ	СФ	ГФ	СФ	ГФ	СФ
От 0,1 до 0,2	—	25	—	15	—	20	—	10
» 0,2 » 0,3	30	50	20	30		40	20	30
» 0,3 » 0,4	100	150	50	100	ц 80	ПО	30	50
» 0,4 » 0,7	150	300	100	200	НО	160	58	80
» 0,7 » 1,2	300	400	230	300	160	200	80	100
» 1,2 » 2,0	400	600	300	360	200	300	100	130
» 2,0 » 3,5	500	830	360	430	250	400	ПО	160
» 3,5 » 5,0	660	1160	500	600	330	560	150	210
» 5,0 » 7,5	1000	1500	660	830	500	660	200	250
» 7,5 » 10,0	1300	2000	830	1160	560	1000	230	300
» 10,0 » 15,0	1800	2300	1160	1600	660	1160	300	330
* Гетинакс фольгированный.
** Стеклотекстолит фольгированный.
Объемное сопротивление изоляции между проводниками, расположенными на разных сторонах ПП или слоя зависит:
•	от удельного объемного сопротивления диэлектрика, Ом • м;
•	от толщины слоя диэлектрика;
•	от длины участка проводников, расположенных друг над другом;
•	от средней ширины проводников.
Сопротивление изоляции между двумя электрически не связанными элементами проводящего рисунка в нормальных климатических условиях (Т= (25±1) °C, относительная влажность (65±15) %, атмосферное давление 96... 104 кПа) должно быть не менее:
•	гетинакс — 5000 МОм (при Т=(85±5)°С в течение двух часов — 20 МОм);
•	стеклотекстолит — 10 000 МОм (при Т = (85±3) °C в течение двух часов — 300 МОм);
•	лавсан, полиимид - 10 000 МОм (при Т= (100±3) °C в течение двух часов — 200 МОм).
Электрические требования и характеристики ПП
33
Значительное снижение сопротивления изоляции наблюдается в условиях повышенной влажности и температуры. Уменьшение поверхностного сопротивления имеет место при наличии отпечатков пальцев, загрязнений, остатков реактивов, при воздействии инфракрасного излучения, а также при повышенном влагопоглощении материала.
Электрическая прочность изоляции (напряжение пробоя) между элементами проводящего рисунка, зависящая от расстояния между ними, материала основания ПП, влажности, давления, должна обеспечить отсутствие пробоев, как по объему, так и по поверхности диэлектрика, при следующих значениях испытательного напряжения (табл. 1.6).
Таблица 1.6. Испытательное напряжение для определения электрической прочности изоляции, В
Расстояние между элементами проводящего рисунка, мм	Значения рабочего напряжения, В							
	при нормальных условиях		при относительной влажности (93±3) % и температуре (40±2) °C в течение 48 ч		при пониженном атмосферном давлении			
					53 600 Па (400 мм рт. ст.)		666 Па (5 мм рт. ст.)	
	ГФ	СФ	ГФ	СФ	ГФ	СФ	ГФ	СФ
От 0,1 до 0,15 включительно	—	100	—	75	—	50	—	30
Свыше 0,15 до 0,2	—	200	—	120	—	100	—	75
» 0,2 » 0,3	280	400	200	200	100	150	75	100
» 0,3 » 0,4	500	700	300	500	250	350	100	150
» 0,4 » 0,7	700	900	500	700	350	500	175	250
» 0,7 » 1,2	900	1200	700	900	500	600	250	300
» 1,2 » 2,0	1200	1800	900	1100	600	900	300	400
» 2,0 » 3,5	1500	2500	1100	1300	750	1200	350	500
» 3,5 » 5,0	2000	3500	1500	1800	1000	1700	450	6500
» 5,0 » 7,5	3000	4500	2000	2500	1500	2000	600	750
» 7,5 » 10,0	4000	6000	2500	3500	1700	3000	700	900
» 10,0 » 15,0	5500	7000	3500	5000	2000	3500	900	1000
Для внутренних слоев МПП указанные значения напряжения увеличиваются.
Диэлектрическая проницаемость диэлектрика характеризует его способность поляризоваться под действием приложенного извне электрического напряжения. Величина заряда определяется емкостью данного участка диэлектрика. Величина диэлектрической проницаемости диэлектрика зависит от структуры, температуры, частоты приложенного напряжения, и имеет большое значение при передаче высокочастотных сигналов, так как влияет на уровень потерь и др.
Тангенс угла диэлектрических потерь — отношение величин активного и реактивного токов на векторной диаграмме токов в диэлектрике. Он является характеристикой изоляционного материала.
2 Проектирование ц технология
печатных Ьлйт
34
Глава 1. Основные характеристики печатных плат
Емкость проводника зависит от ширины, толщины ПП, относительной диэлектрической проницаемости.
Погонная емкость проводников ПП составляет обычно 1...10 пФ/см.
Погонная индуктивность проводников зависит от ширины и длины проводников, толщины ПП, а также магнитной проницаемости материала и обычно составляет примерно 1...10 нГ/см.
Взаимная емкость параллельно расположенных проводников — емкость конденсатора, образованного двумя печатными проводниками на поверхности ПП, которая определяется величиной емкости между торцами проводников (она зависит от формы проводников, их толщины, длины, расстояния между проводниками и диэлектрической проницаемости воздуха) и периферийных емкостей (они зависят от ширины проводников, диэлектрической проницаемости диэлектрика и защитного покрытия, например, лака).
Емкость конденсатора, образованного двумя печатными проводниками расположенными на разных поверхностях ПП, зависит от диэлектрической проницаемости диэлектрика, толщины слоя изоляции между проводниками и площади пересечения проводников.
Минимальные емкостные взаимодействия между печатными проводниками рассчитывают при конструировании ПП и обеспечивают путем их рационального размещения.
Мощность потерь ПП — мощность, рассеиваемая в диэлектрике под действием напряжения на печатных проводниках, определяемая диэлектрическими потерями изоляционного материала. Мощность потерь ПП, Вт, определяют по формуле
P = U2aC№>,
где U — значение переменного синусоидального напряжения, В;
со — круговая частота (со = 2 л/), с-1;
/ — частота, Гц;
С — емкость участка диэлектрика, Ф;
tg 8 — тангенс угла диэлектрических потерь.
Номинальная величина и предельные отклонения волнового сопротивления (характеристического импеданса) линии передачи на высоких частотах зависят от ширины проводников, толщины диэлектрика ПП и его относительной диэлектрической проницаемости. Линии передачи на частоте выше 107 Гц при фронтах импульсов в несколько наносекунд рассматривают как электрически длинные линии связи. •
1.4.	Требования по устойчивости ПП к климатическим й механическим воздействиям
Печатные платы и ГПК должны обеспечивать работоспособность при воздействии на них климатических факторов одной из групп жесткости, указанных в ГОСТ 23752—79 (табл. 1.7).
Технологические требования к ПП
35
Таблица 1.7. Допустимые значения воздействующих факторов по группам жесткости
Воздействующий фактор	Группа жесткости			
	1	2	3	4
Температура, К/°С	Верхнее значение 328/55	358/85	373/100	393/120			
	Нижнее значение 24S/-25	233/-40	213/-60			
Относительная влажность, %	При температуре до 308 К/35 °C		При температуре до 313 К/40“С	
	75	98	98	
Перепад температур, К/°С	От 248/-25 до 328/+55	От 233/-40 до 358/+85	От213/-60 до 373/+100	От 213/-60 до 393/+120
Атмосферное давление, Па (мм рт. ст.)	86 000... 106 000 (630...800)	53 600 (400)		666 (5)
Требования по устойчивости к механическим и другим воздействующим факторам приведены в гл. 3.
1.5.	Технологические требования к ПП
Технологические требования к ПП определяют условия сборки ячеек. К ним относятся такие как:
•	паяемость — свойство паяемых материалов вступать в физико-химическое взаимодействие с расплавленным припоем с образованием качественного соединения контактной площадки с выводами ЭРИ. При этом учитываются режимы пайки (температура и время), наличие флюсующей или восстановительной сред и качество подготовки поверхности;
•	прочность сцепления проводников с диэлектриком на поверхности и в отверстиях — одна из основных характеристик процесса металлизации. При химической металлизации диэлектрика она обусловлена сорбционным взаимодействием меди и диэлектрика, которое не обеспечивает высокой и равномерной прочности сцепления. Это имеет место при металлизации в вакууме (кроме катодной и плазменной металлизации, при которых включаются силы электронного взаимодействия). Высокая прочность сцепления проводников с диэлектриком наблюдается при нанесении и вжигании токопроводящих паст на керамическое основание, определяемая их диффузионно-химическим взаимодействием, и при клеевом соединении фольги с диэлектриком. Прочность сцепления зависит также от типа диэлектрика, клея, подготовки поверхности, применяемых химических рас-
36
Глава 1. Основные характеристики печатных плат
творов и определяется усилием отрыва проводника от ПП в пересчете на ширину металлической полоски на поверхности ПП;
•	устойчивость к перепайкам определяется количеством; допустимых перепаек, которое должны выдержать контактные площадки с металлизированными отверстиями при ремонте: не менее четырех (МПП — трех) перепаек; без металлизированных отверстий — не менее трех (МПП — двух) перепаек;
•	пригодность к пайке — способность ПП сохранять паяемость в течение длительного времени (6... 12 месяцев);
•	ремонтопригодность и др.
Контрольные вопросы
1.	Перечислите типы ПП.
2.	Какое назначение имеет координатная сетка на чертеже ПП?
3.	От чего зависит выбор шага координатной сетки на чертеже ПП?
4.	Каким образом влияют основные тенденции развития схемотехнических и конструктивных решений ЭА на конструкцию и технологию изготовления ПП?
5.	Назовите основные электрические характеристики ПП.
6.	Какова связь между увеличением степени интеграции ЭРИ и конструкцией ПП?
7.	Чем обусловлено увеличение объема производства МПП с начала 90-х гг. XX в.?
8.	Назовите основные конструктивные характеристики ПП?
9.	Чем вызвана необходимость кондуктивного теплоотвода от ПП?
10.	Объясните назначение монтажных и переходных отверстий?
11.	Что такое микроотверстие?
12.	Какие последствия может иметь коробление ПП?
Глава 2 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
Создание современной ЭА неразрывно связано с разработкой и освоением новых материалов. От свойств используемых материалов зависят как перспективность и конкурентоспособность ЭА в целом, так и конкретные характеристики ПП.
Рассмотрены отечественные и импортные материалы, применяемые для изготовления всех типов ПП: ОПП, ДПП, МПП, ГПП, ГЖП и ГПК; приведены их основные сравнительные характеристики; параметры, по которым проводят входной контроль материалов; сформулированы требования, предъявляемые при выборе марки материала, в зависимости от условий эксплуатации, электрических, конструкторских и других характеристик ПП, обозначены области применения различных материалов.
Приведены новые негорючие материалы ПП с уникальными характеристиками, полностью соответствующие требованиям зарубежных стандартов, что делает их конкурентоспособными на мировом рынке. Акцентируется внимание на необходимость обеспечения экологической чистоты и безопасности материалов ПП для человека и окружающей среды.
2.1.	Базовые и расходные материалы ПП
К базовым материалам ПП относятся:
•	фольгированные или нефольгированные диэлектрики, керамические и металлические (с поверхностным диэлектрическим слоем) материалы, из которых изготавливают основание ПП;
•	изоляционный прокладочный материал (склеивающие прокладки — препреги), используемый для склеивания слоев МПП. Склеивающие прокладки изготавливают из стеклоткани, пропитанной недополимеризо-ванной термореактивной эпоксидной или другими смолами; из поли-имидида с нанесенным с двух сторон адгезионным покрытием и др.
Для защиты поверхности ПП, МПП, ГПП, ГПК и ГЖП от внешних воздействий применяют полимерные защитные лаки и покрывные защитные пленки.
Требования к базовым материалам для изготовления ПП определяются:
•	условиями эксплуатации;
•	электрическими, механическими, экономическими и другими требованиями к ПП;
•	типом ПП;
38
Глава 2. Материалы для изготовления печатных плат
•	конструкцией ПП;
•	методом изготовления ПП;
•	условиями сборки и монтажа ячеек и др.
Основными требованиями к базовым материалам для изготовления ПП являются:
•	хорошие электроизоляционные свойства;
•	высокая механическая прочность;
•	высокая термостойкость;
•	устойчивость к агрессивным технологическим средам;
•	хорошая обрабатываемость;
•	стабильность электрических и механических параметров ПП при климатических воздействиях;
•	низкая стоимость и др.
Фольгированные и нефольгированные диэлектрики состоят из наполнителя и связующего (фенольной, эпоксифенольной, эпоксидной и др. смолы). В качестве наполнителя используют бумагу, стеклоткань, стекловолокно и пр.
Фольгированные диэлектрики на основе стеклоткани состоят:
•	из стеклоткани, изготовленной из нитей, например, алюмоборосили-катного стекла;
•	из смолы, используемой для пропитывания стеклоткани (определяет характеристики материала); модификацией которой получают необходимые механические и электрические характеристики фольгированных диэлектриков;
•	из фольги, используемой в качестве металлического покрытия фольгированных материалов (медной, алюминиевой, резистивной, в частности, нихромовой и др.) Медную фольгу изготавливают одним из двух способов: электролитическим осаждением и прокаткой. Медную электролитическую фольгу, оксидированную с одной стороны в щелочных или хромовых растворах для лучшего сцепления фольги с диэлектриком, (толщиной 5, 9, 12, 18, 35, 50, 70, 105 мкм) получают, например, гальванопластическим методом и приклеивают к диэлектрику клеем БФ-4 и БФР-4, в состав которого добавлен пылевидный кварц для повышения теплостойкости клеевого состава и улучшения адгезии к медной фольге и диэлектрику.
Нефольгированные диэлектрики выпускают двух типов:
1	) с адгезионным (клеевым) слоем, например, эпоксикаучуковой композиции толщиной 50... 100 мкм на поверхности диэлектрика, который наносят для повышения прочности сцепления осаждаемой в процессе изготовления ПП меди химическим способом;
2	) с введенным в объем диэлектрика катализатором, способствующим осаждению химической меди.
Керамические материалы характеризуются:
•	стабильностью электрических и геометрических параметров;
•	стабильной высокой механической прочностью в широком диапазоне температур;
•	высокой теплопроводностью;
•	низким влагопоглощением и пр.
Материалы для изготовления ОПП, ДПП и МПП
39
Недостатками керамических материалов являются длительный цикл изготовления, большая усадка материала, хрупкость, высокая стоимость и пр.
Металлическое основание изготавливают из алюминия, титана, стали или меди. Их применяют в теплонагруженных ПП для улучшения отвода теплоты от ЭРИ и ПМК, в ЭА с большой токовой нагрузкой, работающей при высоких температурах, а также для повышения жесткости ПП, выполненных на тонком основании. Параметры металлических оснований ПП с изоляционным слоем приведены в табл. 2.8.
Характеристиками прокладочных склеивающих материалов (толщиной 0,025; 0,06 и 0,1 мм) для склеивания слоев МПП в монолит являются:
•	марка стеклоткани и смолы;
•	общее содержание смолы, которое определяет прочность склеивания, способность заполнять пространство между печатными проводниками в слое МПП, толщину изоляционного слоя между слоями МПП. Рассчитывается как отношение массы смолы к массе прокладочного материала, в %. Содержание смолы в прокладках должно быть в пределах 42...52 %, в материалах фирмы ISOLA (Германия) — до 67 %;
•	содержание летучих веществ в смоле, которые приводят к образованию пустот, уменьшению прочности склеивания, степени полимеризации смолы из-за присутствия растворителя, ухудшению механических и изоляционных характеристик. Определяется как отношение массы летучего растворителя к массе пропитанной стеклоткани, в %. Содержание летучих веществ в смоле должно быть не более 0,75 %;
•	текучесть смолы, которая определяет режим прессования слоев (температуру и давление) и пригодность прокладочного материала для склеивания слоев МПП;
•	содержание растворимой смолы, от.которой зависит степень полимеризации смолы. Содержание смолы для прокладочных материалов марки СП в состоянии поставки составляет порядка 80... 100 %.
Базовые материалы для изготовления ГПП, ГПК и ГЖП рассмотрены в § 2.2.
К технологическим (расходным) материалам для изготовления ПП относятся фоторезисты, специальные трафаретные краски, защитные маски, электролиты меднения, травления и пр. Требования к ним определяются конструкцией ПП и технологическим процессом (ТП) изготовления. Фоторезисты должны обеспечивать необходимую разрешающую способность при получении рисунка схемы и соответствующую химическую стойкость. Травильные растворы должны быть совместимы с применяемым при травлении резистом, быть нейтральными к изоляционным материалам, иметь высокую скорость травления и пр. Все материалы должны быть экономичны и безопасны для окружающей среды.
2.2.	Материалы для изготовления ОППГ ДПП и МПП
В качестве материала основания ПП применяются слоистые диэлектрики, с одной или двух сторон фольгированные медной фольгой, или не-фольгированные диэлектрики (см. рис. В.4).
40	Глава 2. Материалы для изготовления печатных плат
К фольгированным и нефольгированным диэлектрикам предъявляются следующие требования:
•	высокие поверхностное, Ом, и удельное объемное сопротивление Ом • м, характеризующие величину тока утечки;
•	высокая электрическая прочность изоляции, определяемая напряжением постоянного тока, при котором происходит пробой;
•	низкие значения диэлектрической проницаемости и тангенса угл_ диэлектрических потерь — для передачи высокочастотных сигнале: и снижения тепловыделения, обусловленного диэлектрическими потерями;
•	стабильность электрических характеристик при повышенной влажности и температуре;
•	высокая механическая прочность: предел прочности при растяжении, при изгибе, которые зависят от типа испрльзуемой смолы i снижаются при повышении температуры;
•	стабильность линейных размеров по осям X, Y и Z при повышенной температуре, зависящая от температуры стеклования 7^, теплоустойчивости и теплопроводности базового материала. Требование высокой температуры стеклования Те (до 290 °C в перспективе, рассчитанная на рабочую температуру до 280 °C) связано с тем, что при нагреве, например, при пайке, происходит значительное расширение стеклопластиков, эпоксидной смолы и других полимеров по оси Z. интенсивность которого особенно возрастает при превышении температуры стеклования данного материала, что может привести к расслаиванию диэлектрика и разрыву металлизации в отверстиях ПП. так как металл имеет малое расширение по оси Z Поэтому при высокой температуре стеклования Tg процесс расширения материала ПП сдвигается в область более высоких температур, желательно, превышающих температуру пайки;
•	высокая теплоустойчивость, которая зависит от типа наполнителя и состава смолы. Данное требование связано с тем, что
I)	необходима повышенная устойчивость к воздействию теплового удара, например, при пайке ЭРИ и ПМК к ПП, при котором температура, пайки достигает значений деструкции диэлектрика, и может происходить выход газов, порообразование, коробление и пр.;
2)	в результате воздействия высоких температур в процессе сверления отверстий возможен разогрев диэлектрика, вытекание и наволакивание смолы на стенки отверстий, препятствующее металлизации отверстий в дальнейшем;
3)	высокая рабочая температура может привести к расслоению стеклоткани и смолы, отслаиванию фольги, образованию пузырей под фольгой и к тому, что характеристики материала не будут удовлетворять требованиям эксплуатации ЭА; ;
•	хорошая механическая обрабатываемость при резке, фрезеровании, зачистке, сверлении и других операциях без образования сколов, трещин и расслоения диэлектрика;
Материалы для изготовления ОПП, ДПП и МПП
41
•	устойчивость к агрессивным средам (кислотам, щелочам, растворителям и пр.) в ТП изготовления ПП;
•	хорошая прочность сцепления (адгезия) фольги с диэлектриком, которая зависит от материала фольги, способа ее получения (прокатка или электролитическое осаждение), состояния поверхности, температуры и времени выдержки при повышенной температуре и пр.;
•	негорючесть — требование международных стандартов применения в ЭА только самозатухающих фольгированных диэлектриков;
•	низкое водопоглошение для исключения расслоения диэлектрика особенно при нагреве;
•	низкое значение ТКЛР, совместимое с ТКЛР выводов и корпусов ЭРИ; в случае, если ТКЛР диэлектрика значительно больше ТКЛР выводов и корпусов ЭРИ или ПМК, возникают значительные напряжения в местах пайки вследствие большого расширения диэлектрика основания ПП по осям X, Y и малого расширения по тем же осям подложки ЭРИ;
•	плоскостность (особенно необходимая для установки ПМК);
•	низкая стоимость и др.
Фольгированные диэлектрики применяют в субтрактивных методах изготовления ПП, нефольгированные — в аддитивном и полуаддитивном.
Фольгированные диэлектрики, применяемые в качестве основания ПП в субтрактивных методах, являются композиционными материалами и состоят из армирующего наполнителя, синтетического связующего вещества и медной, алюминиевой или резистивной фольги. Наиболее широко в настоящее время применяются гетинакс, стеклотекстолит, полиимид и др.
Гетинакс фольгированный состоит из спрессованных слоев электроизоляционной бумаги (армирующего наполнителя), пропитанных фенольной или эпоксифенольной смолой в качестве связующего вещества, облицованных с одной или двух сторон медной фольгой (например, запись ГФ-1 или ГФ-2 обозначает гетинакс фольгированный односторонний или двухсторонний).
Стеклотекстолит фольгированный представляет собой спрессованные слои стеклоткани, пропитанные эпоксифенольной или эпоксидной смолой (например, запись СФ-1 или СФ-2 обозначает стеклотекстолит фольгированный односторонний или двухсторонний, соответственно).
Большое значение при изготовлении ПП имеет процентное соотношение между стекловолокном и смолой в диэлектрике, так как оно влияет на качество выполнения целого ряда операций, например, таких как [4]:
•	сверление монтажных и переходных отверстий — чем больше стекловолокна (абразива), тем быстрее изнашивается сверло;
•	подтравливание диэлектрика в отверстиях МПП — чем больше смолы, тем легче подтравливать;
•	прессование МПП, так как выбор режимов прессования (давление и время его приложения) зависят от времени желатинизации смолы (определяется экспериментально для каждой партии материала);
•	металлизация монтажных или переходных отверстий — чем больше стекловолокна, тем больше торцов стекловолокна выходит в отверстия ПП, поверхность которых достаточно сложно подготовить хи
42
Глава 2. Материалы для изготовления печатных плат
мическим способом перед химическим осаждением меди в отверстия и, в результате могут появиться непрокрытые медью участки, что приводит к разрыву металлизации и электрических цепей.
По сравнению с гетинаксами стеклотекстолиты имеют лучшие механические и электрические характеристики, более высокую нагревостойкость, меньшее влагопоглощение. Однако им присущ целый ряд недостатков: невысокая нагревостойкость по сравнению с полиимидами, что способствует загрязнению смолой торцов контактных площадок (КП) внутренних слоев при сверлении отверстий; худшая механическая обрабатываемость; более высокая стоимость; существенное различие (примерно в 10 раз) ТКЛР меди и стеклотекстолита в направлении толщины материала, что может привести к разрыву металлизации в отверстиях при пайке или в процессе эксплуатации; различие в ТКЛР эпоксидной смолы и стекла примерно в 20 раз, что может привести к значительным внутренним напряжениям, к короблению ПП и усадке в зоне сверления отверстий.
Для изготовления ПП, способных обеспечить надежную передачу на-носекундных импульсов, необходимо применять материалы с улучшенными диэлектрическими свойствами (уменьшенным значением диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь), что непосредственно связано с увеличением быстродействия, поскольку скорость распространения сигналов в проводниках обратно пропорциональна диэлектрической проницаемости материалов, из которых изготовлены основания ПП.
При выборе материала основания ПП необходимо обратить внимание на предполагаемые механические воздействия (вибрации, удары, линейное ускорение и т. п.); класс точности ПП (ширину проводников расстояние между ними); реализуемые электрические функции и требования к электрическим параметрам; объект, на который устанавливается ЭА и условия эксплуатации; быстродействие; стоимость и пр.
В наименовании марки материала буквы означают: С — стеклотекстолит; Т — теплостойкий; Н — негорючий или нормированной горючести; Ф — фольгированный; 1—2 — облицованный фольгой с одной или двух сторон; цифры 5, 9, 12, 18, 35, 50, 70, 100, 105 — толщину фольги в мкм.
В табл. 2.1, 2.2 представлены марки материалов основания ПП, наиболее широко применяемые в настоящее время для изготовления ОПП, ДПП, МПП.
Для изготовления ПП, эксплуатируемых в условиях повышенной опасности возгорания, применяют огнестойкие гетинаксы и стеклотекстолиты марок ГОВ, ГОФВ, СОНФ, СТНФ.
Фольгированные стеклотекстолиты марок СТФ, СТФТ, СТАЛ и СТПА-5 обладают повышенной теплостойкостью, а СТАП и СТПА-5 применяют для изготовления ПП с повышенной плотностью печатного монтажа по полуаддитивной технологии [5]. В комплекте с материалами СТФ и. СТАП применяют прокладочные стеклоткани (препреги) марок СТП-4 и СТП-СТАП.
Фольгированные стеклотекстолиты марок СТНФ, СОНФ, и СОНФ-у по классу горючести относятся к типу FR-4 по стандарту V-0 UL94. В комплекте с СОНФ-у поставляют препрег СТП-СОНФ-у.
Материалы для изготовления ОПП, ДПП и МПП
43
Таблица 2.1. Материалы для изготовления ОПП и ДПП
Материал	Марка	Толщина,, мм	Материал	Марка	Толщина, мм
Гетинакс фольгированный	ГФ-1-35	1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0	Диэлектрик фольгированный общего назначения с гальваностойкой фольгой	ДФО-1 ДФО-2 (фольга 35 мкм) ДФС-1 ДФС-2 (фольга 20 мкм)	0,06; 0,08; 0,1; 0,13; 0,15; 0,20; 0,25; 0,3; 0,4; 0,5; 0,8; 1,0; 1,5; 2,0
Гетинакс фольгированный с гальваностойкой фольгой	ГФ-1-35Г ГФ-2-35Г ГФ-1-50Г ГФ-2-50Г		Диэлектрик фольгированный самозатухаю-щий с гальваностойкой фольгой		
Стеклотекстолит фольгированный	СФ-1-35 СФ-2-35 СФ-1-50 СФ-2-50 СФ-1-(2)-35 Г СФ-1-(2)-50 Г	0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0	Стеклотекстолит фольгированный с повышенной нагревостой-костью	СФПН-1-50 СФПН-2-50	0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0
То же с гальваностойкой фольгой			Стеклотекстолит фольгированный общего назначения	СОНФ-1	0,13; 0,15; 0,2; 0,6; 0,8; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0
				СОНФ-2	0,35; 0,5; 0,8; 1,0; 1.5; 2,0; 3,0
				СОНФ-у	
Стеклотекстолит теплостойкий фольгированный с гальваностойкой фольгой	СТФ-1-35 СТФ-2-35 СТФ-1-18 СТФ-2-18	0,08; 0,1; 0,13; 0,2; 0,15; 0,3; 0,25; 0,5; 0,35; 0,8; 1,5; 2,5; 1; 2; 3	Гетинакс фольгированный общего назначения	ГОФ-1-35Г ГОФ-2-35Г	—
			Стеклотекстолит с двусторонним адгезионным слоем	СТЭК	1,0; 1,5; 2,0
Стеклотекстолит теплостойкий негорючий фольгированный с гальваностойкой фольгой	СТНФ-1-35 СТНФ-2-35 СТНФ-1-18 СТНФ-2-18		Стеклотекстолит теплостойкий, армированный алюминиевым протектором	СТПА-5-1 СТПА-5-2 (фольга 5 мкм)	0,1; 0,12; 0,13; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0
Стеклотекстол ит листовой	СТЭФ-1-2ЛК	1; 2	Стеклотекстолит с катализатором	СТАМ	0,7...2,0
Стеклотекстолит электротехнический	СТЭФ-ВК-1-1,5		Фольгированный армированный фторопласт	ФАФ-4Д (фольга 35 мкм)	—
То же	СТЭФ-1	0,3... 1,5	Стеклотекстолит фольгированный общего назначения с гальваностойкой фольгой	ФС	0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0
Стеклотекстолит фольгированный общего назначения нормированной горючести модифицированный	СОНФМ-1-35 СОНФМ-2-35 СОНФМ-1-50 СОНФМ-2-50	0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0	Стеклотекстолит фольгированный теплостойкий нормированной горючести	СТФТС-1-35 СТФТС-2-35 СТФТС-1-50 СТФТС-2-50	0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0
Стеклотекстолит фольгированный теплостойкий	СТФТ-1-35 СТФТ-2-35 СТФТ-1-50 СТФТ-2-50	0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0	Стеклотекстолит теплостойкий фольгированный	СТАП-1-35 СТАП-2-35 СТАЛ-1-50 СТАП-2-50	0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0
.Гетинакс фольгированный общего назначения влагостойкий	ГОФВМ-1 ГОФВМ-2	1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0	Стеклотекстолит фольгированный алюминием	СФА-2-35	—
^Стеклотекстолит фольгированный с высокой теплостойкостью	СФВН	—	Стеклотекстолит фольгированный	СЭТ СЭТ-Н	—
44
Глава 2. Материалы для изготовления печатных плат
Таблица 2.2. Материалы для изготовления МПП
Материал	Марка	Толщина, мм
Фольгированный травящийся стеклотекстолит (гальваностойкая фольга)	ФТС-1-18А ФТС-2-18А ФТС-1-35А ФТС-2-35А ФТС-2-35-Б	0,1; 0,12; 0,14; 0,15; 0,18. 0,19; 0,23; 0,27; 0,5
Фольгированный диэлектрик для микроэлектронной аппаратуры	ФДМЭ-1А ФДМЭ-2А ФДМЭ-2Б	0,1; 0,13; 0,16; 0,20
Диэлектрик фольгированный тонкий	ФДМ-1А ФДМ-2А ФДМ-2Б	0,15; 0,20; 0,23; 0,25; 0,30; 0,35
Стеклотекстолит теплостойкий фольгированный	СТФ-1-35 СТФ-2-35 СТФ-1-18	0,08; 0,1; 0,13; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35; 0,5; 0,8; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0
Диэлектрик фольгированный общего назначения	ДФО-1 ДФО-2 (фольга 35 мкм)	0,06; 0,08; 0,1; 0,13; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,4; 0,5; 0,8; 1,5; 2,0
Диэлектрик фольгированный самозатухающий	ДФС-1 ДФС-2 (фольга 20 мкм)	
Стеклотекстолит теплостойкий негорючий фольгированный	СТНФ-1-35 СТНФ-2-35 СТНФ-1-18	0,08; 0,1; 0,13; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35; 0,5; 0,8; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0
Стеклотекстолит фольгированный	СФВН	0,1...2,0
Стеклотекстолит фольгированный	СТАЛ	0,08...3,0
Стеклотекстолит теплостойкий, армированный алюминиевым протектором	СТПА-5-1 СТПА-5-2 (фольга 5 мкм)	0,1; 0,12; 0,13; 0,15; 0,2; 0,25
Полиимид фольгированный	ПФ-1 ПФ-2 (фольга 35 мкм)	0,05; 0,1
Полиимид фольгированный	Элифом-ПФ-1 Элифом-ПФ-2	
Стеклоткань прокладочная	СП-4-0,025 СП-4-0,06 СП-4-0,1	 -
Стеклоткань прокладочная травящаяся	СПТ-3-О,О25 СПТ-3-0,06 СПТ-3-0,1	
Стеклоткань прокладочная	САФ толщина 0,025...0,062 мкм	
Стеклотекстолит фольгированный	СОНФ, СОНФ-у	
Стеклоткань прокладочная	СТП-СОНФ-у	—
Стеклоткань прокладочная	СТП-4	—
Стеклоткань прокладочная	СТП-СТАП	—
Материалы для изготовления ОПП, ДПП и МПП
45
Толщина медной фольги материалов, СОНФ, СОНФ-у, СЭТ и СЭТ-Н может быть 5, 18, 35, 50, 70 и 100 мкм.
Фольгированный стеклотекстолит СФВН обладает очень высокой теплостойкостью (рабочая температура — 280 °C, температура стеклования — 300 °C), низким ТКЛР, стабильностью линейных размеров, высокими поверхностным и удельным объемным сопротивлениями и применяется для ПП с повышенной плотностью печатного монтажа и МПП с числом слоев до 25.
Для печатных плат с металлизированными отверстиями применяют материалы с гальваностойкой фольгой.
Для изготовления ПП 1- и 2-й группы жесткости целесообразно применять материал на основе бумаги, для 3- и 4-й — на основе стеклоткани, полиимида и лавсана.
Материалы, имеющие фольгу толщиной 5 мкм, позволяют изготовить ПП 4- и 5-го классов точности и выше.
Склеивающий материал марки САФ представляет собой стеклоткань, пропитанную модифицированным эпоксидным связующим с текучестью менее 5 %, которую применяют для склеивания:
•	разнородных материалов;
•	полупакетов МПП с числом слоев до 24;
•	ГЖП.
В табл. 2.3 приведены некоторые характеристики фольгированных диэлектриков, применяемых при изготовлении ПП [6, 7].
Таблица 2.3. Основные характеристики материала основания ПП
Критерии оценки	ГФ-1 ГФ-2	СФ-1 СФ-2	СТНФ-1, 2 СТФ-1, 2	ФДМ-1, 2	ФАФ-4Д	СТПА-5 СТАП	Полиимид
Поверхностное сопротивление, Ом	108*	5  1О'°* 2 • 1012*’	1 • 10,2“	1014		5•10н"	10'4
Удельное объемное сопротивление, Ом • м	5  107*	1,4- 10,3“	2 • 10|2“	9 - 10"	10 - 1016	МО11"	10'4
Диэлектрическая постоянная при 1 МГц (Ег)	7,0*”	5,5* 4,3“	5,4* 4,6“	4,7	2,2	5,4* 4,6“	3,5
Тангенс угла диэлектрических потерь при /= 1 МГц	0,07*	0,035 0,014“	0,03-0,035	0,024	0,0002	0,025 0,015“	0,001-0,002
Сопротивление изоляции, МОм	103	104	106	104			
Электрическая прочность, МВ/м	15-30*“	15-35*“		15...35*”	25...250”*		30-200’’’
Предел прочности при изгибе, Н/мм2:							
в продольном направлении	115	280		180			
46
Глава 2. Материалы для изготовления печатных плат
Окончание табл. 2.3
Критерии оценки	ГФ-1 ГФ-2	СФ-1 СФ-2	СТНФ-1,2 СТФ-1, 2	ФДМ-1,2	ФАФ-4Д	СТПА-5 СТАЛ	Полиимид
Стойкость | к воздействию ванны для пайки, "С/с	260/5	260/20	260/30	260/20		260/30	260/60
Всдопоглощен ие, % мг, менее	2,9 60	0,3 6,4	0,20-0,25 15	1,5.		15	2,9
Предел рабочих температур, "С	-60+85	-60+85	-60+105	-60+100	+113		-196+400
Горючесть в соответствии с UL94	—	—	V-0			—	
Прочность сцепления фольги с диэлектриком на полоске 3 мм, Н	2,7	3,0	4,5	3...3.6		3,6’*’*	2,6...3,9
* После кондиционирования в условиях 96 ч/40 "С/93 % (96 ч; при температуре 40 °C; относительной влажности 93 %).
** После кондиционирования в условиях 96 ч/40 °С/93 % + 1 ч/23 °С/75 %.
*** Верхние пределы указаны для тонких пленок.
**** После гальванической металлизации.
2.3. Материалы для изготовления ГПП, ГПК и ГЖП
При изготовлении и эксплуатации ГПП, ГПК и ГЖП подвергаются климатическим, механическим воздействиям, а также воздействию агрессивных сред.
Выбор конструкции, материалов и технологических процессов изготовления ГПП, ГПК и ГЖП зависит:
•	от электрических требований;
•	от конструкторских требований;
•	от условий и режимов эксплуатации;
•	от эксплуатационных требований;
•	от условий производства;
•	от механических напряжений при сборке и эксплуатации, т. е. что требуется гибкость только при сборке (способность выдерживать сильное сгибание для получения плотного заполнения объема) или гибкость при эксплуатации;
•	назначения устройства с точки зрения максимального числа выдерживаемых циклов и радиуса изгиба в процессе эксплуатации;
•	характера изгиба и деформации при сборке и эксплуатации: высоты между жесткими участками ГЖП при изменении формы, расстояния между жесткими участками, минимального радиуса изгиба, максимального числа изгибов и сложений, формы ГПП, ГПК и ГЖП в наиболее сложных условиях эксплуатации.
Материалы для изготовления ГПП, ГПК и ГЖП
47
При изготовлении ГПП, ГПК и ГЖП применяют следующие материалы: изоляционные; проводниковые; защитные; адгезионные.
Рассмотрим требования, предъявляемые к этим материалам.
2.3.1.	Изоляционные материалы для изготовления ГПП, ГПК и ГЖП
Поскольку в процессе эксплуатации или сборки ГПП, ГПК и ГЖП должны изгибаться и изменять форму, одним из требований, предъявляемых к материалам, из которых они изготовлены, является требование гибкости (задается числом циклов изгиба вокруг оправки, диаметр которой равен нескольким значениям толщины гибкого участка). Например, по военному американскому стандарту материал ПП должен выдерживать 25 циклов изгиба вокруг оправки с диаметром, равным 12-кратной толщине гибкого участка ГЖК [8]. Поэтому к изоляционным материалам ГПК предъявляются следующие требования:
•	устойчивость к перегибам и скручиванию, так как при этом может возникнуть отслоение и нарушение целостности проводящих участков ГПК. При выборе изоляционного материала необходимо учитывать допустимое число перегибов при заданном радиусе изгиба, а также силу сцепления (адгезию) металлической фольги с диэлектрическим основанием;
•	устойчивость к высоким температурам при изготовлении (в процессе пайки) и эксплуатации. Когда результирующая температура складывается из максимальной температуры окружающей среды и температуры нагрева ГПК при максимально допустимой электрической нагрузке;
•	минимальная диэлектрическая постоянная для обеспечения передачи высокочастотных сигналов;
•	высокая электрическая прочность изоляции при различных климатических воздействиях;
•	незначительные колебания диэлектрической постоянной и электрической прочности изоляции при изменении частоты, давления и влажности;
•	незначительная усадка материала особенно для ГПП и ГПК с высокой плотностью проводящего рисунка;
•	высокая прочность при растяжении и надрыве, что необходимо для обеспечения целостности проводников;
•	минимальное водопоглощение, что связано с электрической прочностью изоляции ГПК, возможностью расслаивания диэлектрика и образованием раковин;
•	способность к равномерному травлению в сильных щелочных средах для получения отверстий в диэлектрическом слое и пассивность к действию растворов, применяемых в данном технологическом процессе;
•	невоспламеняемость;
•	способность к металлизации вакуумным напылением, химическим и электрохимическими методами для получения переходных металлизированных отверстий малого диаметра (порядка 0,07...0,1 мм);
48
Глава 2. Материалы для изготовления печатных плат
•	высокое сопротивление изоляции при климатических воздействиях;
•	малая масса;
•	устойчивость к внешним воздействиям.
Для изготовления ГПП и ГПК, способных выдерживать многократные изгибы на 90° (в обе стороны от исходного положения) с радиусом 3 мм, применяют фольгированный лавсан, полиимид (фольгированный и не-фольгированный), фторопласт, а также полиэтилен, полисульфон и др.
Для электронной аппаратуры общего назначения применяют диэлектрики на основе полиэфирной (лавсановой пленки или полиэтилентерефта-лат), которые обладают следующими достоинствами [9]:
•	хорошие электроизоляционные характеристики;
•	высокая устойчивость к перегибам;
•	высокая прочность при растяжении и устойчивость к разрыву;
•	низкое водопоглощение;
•	хорошая адгезия пленки к фольге;
•	устойчивость к агрессивным технологическим средам;
•	низкая стоимость;
•	рабочий диапазон температур -60 до +105 °C;
•	хорошая формуемость, поскольку они являются низкотемпературными термопластами.
Однако этим диэлектрикам присущи и недостатки: низкая точка плавления; хрупкость при пониженной температуре.
В электрорадиоаппаратуре ответственного назначения для изготовления ГПК используют фольгированный лавсан марки ЭФЛ, который обладает следующими достоинствами:
•	выдерживает длительное пребывание в растворах электрохимического никелирования и золочения;
•	не подвержен подтравливанию адгезива и отслаиванию печатных проводников.
Фольгированный лавсан выпускается в рулонах, что позволяет механизировать процесс обработки.
Фольгированный и нефольгированный полиимид применяется в ЭА ответственного назначения, работающей при высоких температурах, для изготовления ГПП, ГПК, ГЖП, а также МПП, лент-носителей интегральных схем (ИС) и больших гибридных интегральных схем (БГИС) с числом выводов до 1000.
Достоинствами полиимидов является:
•	высокое удельное объемное и поверхностное сопротивление;
•	низкое значение диэлектрической проницаемости (на f= 1 МГц, £ = 3,5);
•	высокая теплостойкость;
•	высокая механическая прочность при малой толщине и эластичность;
•	линейная стабильность размеров;
•	широкий диапазон рабочих температур (4...673 К);
•	стабильность электрических и физико-химических свойств при изменении температуры в широком диапазоне;
Материалы для изготовления ГПП, ГПК и ГЖП
49
•	высокая прочность на разрыв при изменении температур от 473 до 673 К;
•	негорючесть до 773 К;
•	химическая устойчивость по отношению к органическим растворг гелям и кислотам;
•	ТКЛР полиимида, равный 20,0 • 10“6, К"1, близок к ТКЛР металлов, применяемых при изготовлении печатных проводников и выводов ЭРИ-меди (16,6 • 10"6, К-1) и алюминия (23,6 • 10"6, К-1), что уменьшает внутренние механические напряжения и напряжения в местах пайки выводов ЭРИ и ПМК;
•	высокая электрическая прочность (28 • 10“9 Вт/мм);
•	химическая стойкость;
•	температурная устойчивость (не теряет гибкость при температуре жидкого азота -196 °C);
•	высокая радиационная устойчивость;
•	высокое временное сопротивление на разрыв (1,75 • КГ8 Па);
•	способность к равномерному травлению в сильных щелочных средах;
•	минимальные газовыделения в вакууме при высоких температурах.
К их недостаткам можно отнести:
•	повышенное влагопоглощение (около 3 %), которое может привести к деструкции пленки при пайке;
•	высокая стоимость;
•	низкая адгезия к полиимидной пленке металлов, клеев и мастик;
•	относительно низкая стабильность линейных размеров;
•	относительно низкая электрическая прочность (для ПМ-1 марка А);
•	ограниченное использование в СВЧ технике из-за нестабильности диэлектрических параметров.
Фторопласт отличается высокими диэлектрическими свойствами, мало зависящими от температуры, химической стойкостью к агрессивным химическим средам (концентрированным кислотам, щелочам, сильным растворителям даже при высоких температурах); не смачивается водой, не набухает, не растворяется ни в одном растворителе, не горит, хорошо обрабатывается резанием, интервал рабочих температур лежит в диапазоне от -250 до +250 °C.
Наиболее широко в качестве материала основания ГЖП применяют:
•	полиимид;
•	полиимид с адгезионным слоем;
•	стеклоэпоксид, толщиной порядка 0.1 мм, который обладает меньшей гибкостью по сравнению с полиимидом, но имеет низкую стоимость.
Марки некоторых материалов для изготовления ГПП, ГПК и ГЖП представлены в табл. 2.4. Зарубежные торговые марки полиимида — Kapton, Upilex, Novax, Apical, Espanex; лавсановых пленок — Melinex, Mylon, Luminor, Celanar.
САФ — склеивающий материал с регулируемой текучестью, который используется при изготовлении ГЖП, обладает адгезией как к стеклотекстолиту, так и к полиимиду.
50
Глава 2. Материалы для изготовления печатных плат
Таблица 2.4. Материалы гибких ПП, ГПК и ГЖП
Материал	Марка	Толщина, мм
Лавсан фольгированный	ЛФР	—
Лавсан фольгированный	ЛФ-1 (фольга 35, 50 мкм)	0,05; 0,1
Полиимид фольгированный	ПФ-1, ПФ-2 (фольга 35 мкм)	
Полиимид нефольгированный	ПИ-40 А	0,040
Полиимид фольгированный	ПФМ-Ц2) (фольга 18, 35, 50, 105 мкм)	—
Лавсан фольгированный	ФДЛ-1 (фольга 35, 50 мкм)	0,02; 0,05
	ФДЛ-100 (фольга 35, 100 мкм)	0,1
	ЭФЛ-1 (фольга 35, 50 мкм)	0,02; 0,05
	ЭФЛ-100 (фольга 35 мкм)	0,1
Диэлектрик фольгированный тонкий	ФДМ-1А, ФДМ-2А, ФДМ-1Б, ФДМ-2Б	0,1; 0,13; 0,16; 0,2
Фольгированный диэлектрик для микроэлектронной аппаратуры	ФДМЭ-1А (1Б), ФДМЭ-2А (2Б)	0,15; 0,20; 0,23; 0,30
Фольгированный армированный фторопласт	ФАФ-4Д	—
Стеклотекстолит теплостойкий с алюминиевым протектором	СТПА-5-1, СТПА-5-2	0,1; 0,12; 0,15; 0,2; 0,25
Стеклоткань с эпоксидной пропиткой	СПТ-3	0,025; 0,1
Полиимид фольгированный	Элифом-ПФ-1, Элифом-ПФ-2	—
Покрывная пленка	Элифом-ППП	—
Склеивающая пленка	Элифом-ППС	—
Стеклоткань прокладочная	САФ	0,025.-0,062
Кроме вышеупомянутых при изготовлении ГПК (ГПП) применяются также и другие изоляционные материалы, которые обладают определенными преимуществами и недостатками.
Стеклоткань, пропитанная эпоксидной смолой
Достоинства:
•	хорошие электрофизические характеристики;
•	стабильность геометрических размеров после травления фольги с пробельных мест;
•	высокая прочность на растяжение;
•	устойчивость к высоким температурам (пайка).
Материалы для изготовления ГПП, ГПК и ГЖП
51
Недостатки:
•	нестойкость к перегибам ГПК;
•	значительные диэлектрические потери;
•	недостаточный нижний предел рабочих температур (253 К).
Полисулъфонные пленки
Достоинства:
•	хорошие электрофизические свойства, независящие от температуры;
•	высокая верхняя рабочая температура 533 К;
•	способность к металлизации;
•	устойчивость в различных химических средах.
Недостатки:
•	деструкция пленок при климатических воздействиях.
Арамидный ламинат
Достоинства:
•	высокая теплостойкость (523 К);
•	стабильность электроизоляционных и механических свойств при нагреве до 523 К;
•	стабильность геометрических размеров;
•	высокие электрофизические свойства;
•	химическая стойкость к растворителям;
•	радиационная устойчивость.
Недостатки:
•	низкий предел прочности на разрыв;
•	повышенное влагопоглощение;
•	значительная пористость.
Пленки на основе силиконового каучука
Достоинства:
•	высокая теплостойкость (573 К);
•	широкий диапазон рабочих температур (203...573 К);
•	радиационная стойкость;
•	устойчивость к УФ-излучению;
•	влагоустойчивость;
•	устойчивость к действию соляного тумана;
•	возможность создания ГПК с высокой плотностью рисунка;
•	возможность использования для работы в динамическом режиме. Недостатки:
•	низкая прочность на растяжение.
Полиолефиновые и полифторолефиновые пленки
Достоинства:
•	диэлектрическая проницаемость менее 2,5 при частоте 1 МГц;
•	тангенс угла диэлектрических потерь 5 • 10-4;
•	низкая стоимость.
Недостатки:
•	низкая теплостойкость;
•	нестабильность геометрических размеров;
•	низкая стойкость к химическим реактивам;
•	незначительная прочность сцепления фольги с материалом.
52
Глава 2. Материалы для изготовления печатных плат
Полиэфиримидные пленки
Достоинства:
•	высокая теплостойкость (643 К);
•	возможность металлизации;
•	свойства аналогичные полиимиду, но проще и экономичнее в изготовлении.
Поливинилхимоксалиновые пленки
Достоинства:
•	высокая теплостойкость;
•	хорошие электрофизические свойства;
•	высокие механические свойства;
•	негорючие.
Недостатки:
•	водопоглощение порядка 1,5 %.
Полиизоциануратные пленки
Достоинства:
•	высокие диэлектрические свойства;
•	стабильность геометрических размеров;
•	высокие механические свойства;
•	хорошая штампуемость;
•	высокая механическая прочность;
•	устойчивость к температуре (пайка);
•	хорошая адгезия меди с пленкой;
•	незначительное водопоглощение.
Диэлектрик на основе поликарбоновой кислоты
Достоинства:
•	высокая теплостойкость 548 К;
•	стабильность электрофизических и механических свойств при низких температурах;
•	более влагостоек, чем полиимид;
•	в два раза дешевле полиимида.
Полиэтилен
Достоинства:
•	высокая химическая стойкость;
•	высокие электрофизические свойства;
•	гибкость;
•	хорошая обрабатываемость.
Недостатки:
•	низкая термостойкость;
•	склонность к атмосферному старению;
•	плохая адгезия к фольге.
Поливинилхлорид и полипропилен
Достоинства:
•	высокие электрофизические свойства.
Недостатки:
•	низкая рабочая температура (358 и 398 К);
•	неустойчивость к вибрациям, грибкам и низким температурам;
•	нестабильность геометрических размеров.
Материалы для изготовления ГПП, ГПК и ГЖП
53
13.1.	Проводниковые материалы для изготовления ГПП, ГПК и ГЖП
Проводниковый материал должен обладать:
•	малым удельным электрическим сопротивлением;
•	значительным относительным удлинением (8 > 6 %);
•	большим пределом прочности при растяжении и разрыве (о > 20 кг/мм2);
•	устойчивостью к перегибам;
•	качественной поверхностью без раковин и включений и др.
Важную роль в механической прочности и гибкости ГПП, ГПК и ГЖП имеет сорт меди. Наиболее широко применяется медная (катаная и электролитическая) фольга. Самую высокую износостойкость и формообразующую способность имеет катаная и отожженная медная фольга (дорогостоящая), которую применяют в условиях работы при постоянном изгибе (динамический режим). Катаная медная фольга обладает большей гибкостью, способностью к перегибам, так как ее относительное удлинение в 5—6 раз больше, чем у электролитической фольги. Преимуществом катаной медной фольги является также способность к механической .обработке без расслоения, а к недостаткам следует отнести наличие раковин, что исключает ее применение без дополнительных гальванических покрытий при изготовлении проводников шириной порядка 0,1 мм.
Если гибкость необходима только при сборке ЭА, то используют тянутую при высокой температуре или электролитическую недорогую медную фольгу. Электролитическая медная фольга применяется при изготовлении ГПК с высокой плотностью рисунка проводников. Она обладает более высокой разрешающей способностью при травлении меди с пробельных мест по сравнению с катаной.
Кроме медной фольги в спецаппаратуре используют никелевую, алюминиевую, нихромную, железоникелевую и другую фольгу, покрытую электрохимически осажденным олово-свинцом, золотом, никелем и другими металлами, которые обладают высокой прочностью, устойчивостью к перегибам сравнимой с катаной медной фольгой, но имеют более высокое удельное сопротивление.
Металлизацию гибких нефольгированных пленок можно осуществлять вакуумным напылением с последующим электролитическим осаждением меди и сплавов.
2.3.3.	Защитные покрытия ГПП, ГПК и ГЖП
Защитные покрытия — диэлектрические покрытия, которые применяют для защиты от внешних воздействий и обеспечения электрической изоляции печатных проводников на ГПК и гибких участках ГЖП.
Защитные покрытия ГПК необходимы:
•	для защиты от коррозии;
•	для исключения коротких замыканий;
•	для предупреждения непреднамеренного контакта проводников ГПК с металлическими деталями ЭА;
54
Глава 2. Материалы для изготовления печатных плат
•	для повышения прочности ГПК;
•	для повышения устойчивости к перегибам.
Для защиты от внешних воздействий ГПП, ГПК и ГЖП применяют полиимидные пленки с односторонним или двусторонним адгезионным покрытием и защитной пленкой. Эти материалы марок ПА, АПТ и ПАМ обладают хорошей адгезией, теплостойкостью, электроизоляционными свойствами, эластичностью, возможностью использовать при травлении адгезива щелочные травители, используемые при травлении полиимида [9]. Для защиты ГПК от внешних воздействий применяется пленка с адгезионным слоем марки ПЭТ-А (наносится валковым ламинированием или прессованием), а также покрывная полиимидная пленка ППП. Желательно, чтобы покрывная пленка ГПК была выполнена из того же материала, что и ГПК. Покрывная пленка наносится при температуре 471 К и давлении 7 • 105 Па. Возможно нанесение на ГПК вместо покрывной пленки нескольких слоев лака или эмали (жидкие полиуретаны, акрилаты, акрил-эпоксиды).
Для обеспечения механической защиты и электрической изоляции печатных проводников на гибких участках ГЖП применяют полиимидную пленку или жидкий маскирующий слой, который наносится трафаретной печатью или поливом.
2.3.4.	Адгезивы ГПП, ГПК и ГЖП
Адгезив — клеящая композиция, необходимая для сцепления поверхностей разнородных материалов.
Адгезивы применяют в многослойных ГПП, ГПК для соединения металлической фольги с диэлектрической пленкой. При этом увеличивается механическая прочность и эластичность многослойных структур, выравниваются напряжения среза на поверхностях раздела фаз, возникающие в результате различия ТКЛР металла и диэлектрика. Применяют адгезивы на основе термически устойчивых полимеров, таких как сложный полиэфир, полиимид, специально отвержденные эпоксидные смолы и др. При использовании полиимида в качестве базового материала роль адгезива является определяющей и ограничивающей в термических свойствах ГПП и ГЖП.
Основными направлениями разработки новых гибких диэлектриков являются (10]:
•	создание негорючих диэлектриков в соответствии с международными стандартами;
•	повышение рабочей температуры до 300 °C;
•	применение алюминиевой фольги;
•	применение фольги на основе резистивных сплавов — нихромовой и др.;
•	разработка гибких фольгированных диэлектриков, стойких к радиации путем замены медной фольги на алюминиевую, так как поглощение медными проводниками сверхжесткого рентгеновского излучения может привести к их нагреву и даже испарению;
Материалы для изготовления ГПП, ГПК и ГЖП
55
•	разработка полиимида, фольгированного алюминием;
•	разработка клеев для соединения металлов, слоев стеклотекстолита и пленок для создания многослойных конструкционных материалов для космической ЭА, состоящих из нескольких слоев, склеенных между собой в различных комбинациях: пленка—алюминиевая фольга—пленка—медная фольга.
2.4.5.	Входной контроль материалов Для изготовления ГПП, ГПК и ГЖП
Входной контроль материалов для изготовления ГПП, ГПК и ГЖП (сырья) проводится для обеспечения качества проверенных материалов, которые будут использоваться в производстве, и снижения процента брака готовых ПП [И]. Поэтому все материалы проверяются по следующим параметрам: физико-механическим, химическим, электрическим, воздействию внешних факторов окружающей среды.
При проверке физико-механических параметров проверяют:
•	предел прочности материала на разрыв;
•	относительное удлинение;
•	модуль упругости;
•	модуль Юнга;
•	распространение силы на разрыв материала в месте зарубки, сделанной с помощью лезвия;
•	гибкость при низких температурах;
•	стабильность линейных размеров после операции травления медной фольги;
•	минимальную силу сцепления диэлектрика с медной фольгой:
1)	после 10-минутного пребывания в ванне с припоем при Т = 550 °F;
2)	после пяти циклов пребывания в температурном диапазоне от -50 до +150 °C и получасовой выдержке при крайних значениях, чтобы определить как влияет старение материала на силу сцепления диэлектрика с медной фольгой;
•	процентное содержание летучих компонентов, испарение которых при высоких температурах может привести к расслоению материала.
При химическом тестировании материала проверяют:
•	способность противостоять влиянию наиболее активных химических растворов, применяемых при изготовлении ПП;
•	стойкость к воспламенению. При этом определяется минимальное количество кислорода, достаточное для противостояния горению. По стандарту UL94 V-0 материал не должен гореть более 10 с, а по стандарту UL94 V-1 — более 20 с.
При электрическом тестировании проверяют:
•	диэлектрическая проницаемость материала;
•	рассеивающий фактор — отношение диэлектрической проницаемости к проводимости, измеренных на определенной частоте;
•	электрическая прочность изоляции, что особенно важно для ЭА, работающей на высоких напряжениях и больших высотах, так как возможно искрение;
56
Глава 2. Материалы для изготовления печатных плат
•	поверхностное и объемное сопротивление для выявления минимального значения сопротивления материала и возможной утечки тока при высоких температурах и большой влажности.
При испытаниях на воздействие окружающей среды проверяют степень изменения физико-механических и электрических характеристик материала при различных климатических воздействиях:
•	в условиях повышенной влажности проверяется влагопоглощение, т. е. количество влаги, поглощенное основным материалом в течение определенного времени, которое влияет на такие электрические параметры, как напряжение пробоя диэлектрика, диэлектрическая проницаемость и сопротивление изоляции;
•	плеснестойкость материала, т. е. является ли он питательным веществом для распространения грибковых образований, которые произрастая ухудшают электрические характеристики готовой ГЖП, ГПП или ГПК.
2.3. Импортные материалы в производстве ПП
Рынок ПП, сложившийся у нас в стране, предопределяет выбор материалов (отечественных или импортных) для изготовления ПП. Многое зависит от того, что требуется — дешево или качественно. При этом следует иметь в виду, что:
•	при использовании недорогих отечественных стеклотекстолитов при ширине проводников и зазоров между ними менее 0,3 мм большой процент ПП уйдет в брак, что естественно, увеличит стоимость ПП и приблизит к стоимости ПП из импортных материалов;
•	при изготовлении ДПП отечественные материалы целесообразно применять, если нет повышенных требований к климатическим и частотным характеристикам;
•	применение защитных паяльных масок увеличивает стоимость ПП на отечественных материалах, примерно на 30...35 %, а на импортных — на 5 %;
•	если стоимость модуля 1-го уровня (ячейки) превышает стоимость ПП, примерно в 10 раз, желательно использовать импортные материалы;
•	подготовка производства ПП на импортных материалах примерно, в 2—2,4 раза дороже по сравнению с отечественными, а изготовление 1 дм2 — в 1,8—2,2 раза и зависит от объема заказа в 1 дм2 или типа производства (опытное, мелкосерийное или массовое) и наличия — отсутствия защитной паяльной маски.
В табл. 2.5 приведены некоторые марки материалов фирмы ISOLA (Германия), а в табл. 2.6 —характеристики импортных материалов ПП.
В материале FR-2 в качестве наполнителя используется бумага, а в качестве связующего — фенольная смола; в FR-3 — бумага и эпоксидная смола; в FR-4, FR-5, G-10 и G-11 — стеклоткань и эпоксидная смола.
Импортные материалы в производстве ПП
57
Таблица 2>5. Базовые материалы фирмы ISOLA
Наименование материала	Характеристики	Область применения
Supra-Carta-E-Cu Quality 303 GL (СЕМ 1)	Упрочненный (композиционный), пробиваемый и штампуемый, тепловая и размерная стабильность	,	Бытовая электроника, автомобилестроение
Duraver-E-Cu Quality 104 (FR-4) — жесткий, тонкий, препрег	Стандартный, не пропускает УФ, Tg> 130 “С, постоянная рабочая температура 120 °C	ДПП, МПП с малым и средним количеством слоев
Duraver-E-Cu Quality 104KF (FR-4) — жесткий	CTI 400, Tg> 130 °C, постоянная рабочая температура 120 °C	ДПП
Duraver-E-Cu Quality 104TS (FR-4) — жесткий, тонкий, препрег	Не пропускает УФ, «Т260-тест» > 60 мин, нет миграции Си, Tg> 130 °C, постоянная рабочая температура 120 °C	Многофункциональный
Duraver-E-Cu Quality 114 (FR-4) — тонкий, препрег	Не пропускает УФ, Tg> 150 °C, постоянная рабочая температура 130 °C, при динамическом напряжении 120 °C	Сложные МПП — автомобилестроение, средства связи
Duraver-E-Cu Quality 1 MTS (FR-4) — жесткий, тонкий, препрег	Не пропускает УФ, термостабильный, «Т260-тест» > 60 мин, Tg> 150 °C, постоянная рабочая температура 130 °C	Многофункциональный, в том числе автомобилестроение
Duraver-E-Cu Quality 117 (FR-4) — жесткий, тонкий, препрег	Не пропускает УФ, Tg> 165 °C, незначительное расширение по оси z, постоянная рабочая температура 145 °C	МПП высокой плотности
IS 410 — тонкий, препрег	Отличные тепловые, механические и электрические свойства, Tg= 180 °C	Платы для компьютерной и автомобильной промышленности
FR 408 — жесткий, тонкий, препрег	Низкий коэффициент диэлектрических потерь, низкий коэффициент теплового расширения, Tg >180 °C	7	Платы для электроники с передачей высокочастотных сигналов
Duraver-BT-Cu — тонкий, препрег	Низкий коэффициент диэлектрических потерь в широком частотном диапазоне, незначительное расширение по оси z, Tg> 180 °C, постоянная рабочая температура 155 °C	МПП с большим количеством слоев (термостабильная подложка)
Gigaver 210 — тонкий, препрег (смола АРРЕ)	Низкий коэффициент диэлектрических потерь в широком температурном и частотном диапазоне,’ Tg> 180 °C, превосходная тепловая стабильность и стойкость к химикатам	Военно-космическое применение
Р 97 + Р 27 — жесткий, тонкий, препрег (Р 27) (на.основе полиимида)	Химия без дианилового метилена,' композиция V-0, Tg= 260 °C, постоянная рабочая температура 200 °C	Военно-космическое применение
58
Глава 2. Материалы для изготовления печатных плат
Окончание табл. 2.5
। Наименование материала	Характеристики	Область применения |
Duraver-E-Cu Quality 156 — жесткий, тонкий, препрег	Не пропускает УФ, Tg> 150 °C, система небромированной смолы, воспламеняемость класса V-0	Платы с пониженной t горючестью	J
Duramid-E-Cu Quality 115 (FR-5) — тонкий, препрег (смола, упрочненная арамидом)	Хорошая термостабильность, отличная химическая стойкость, низкая шероховатость поверхности, хорошо сверлится с помощью лазера	’ 1 1 МПП с Micro-via	1
Isofoil 160i — медная фольга со слоем смолы	Tg = 150 °C	Наружные слои МПП |1
Ecofoil — медная фольга со слоем смолы, не содержащей галогенов	Tg = 150 °C	I' Наружные слои МПП
Таблица 2.6. Основные параметры базовых материалов фирмы ISOLA
Наименование параметра	Марка материала	।		
	DURAVER-ECu Quallitaet 104 (FR-4)	Supra-Carta-ECu Qual. 303 GL (CEM-1)	Supra-Carta Cu-96 Qual. V-0-351 (FR-2)
Электрические параметры			
Поверхностное сопротивление, Ом (96/40/92)	4- 1012	3- IO11	1  IO10
Удельное объемное сопротивление, Ом • см (96/40/92)	8 - 1014	2 • 1013	2- 1012
Диэлектрическая постоянная при 1 МГц (96/40/92*)	4,7	4,7	5,0
Тангенс угла диэлектрических потерь при 1 МГц (96/40/92*)	0,019	0,031	0,050
Величина тока утечки (без предварительной обработки), мА	200	300	200	i i
Механические параметры
Усилие при отрыве контактной площадки, Н’*	340	210	100
Прочность сцепления медной фольги (без предварительной обработки), Н/мм	2,0	1,8	1,9
Импортные материалы в производстве ПП
59
Окончание табл. 2.6
Наименование параметра	Марка материала		
	DURAVER-ECu Quallitaet 104 (FR-4)	Supra-Carta-ECu Qual. 303 GL (CEM-1)	Supra-Carta Cu-96 Qual. V-0-351 (FR-2)
При повышенной температуре, Н/мм			
при Т= 100‘С	—	1,4	1,2
при Т= 125 °C	1,4	—	—
Термические параметры			
Стойкость к ванне припоя при 260 °C (без предварительной обработки), с	Более 60	25	15
Горючесть по U L 94 (без предварительной обработки), класс	V-0	V-0	V-0
Предельные температуры (без предварительной обработки), °C	130	130	105
Водопоглощение, мг	15	19	52
* Последующая обработка (90±15) мин при Т= (18...28)±1 °C и 73...77 % относительной влажности воздуха.
** К контактным площадкам диаметром 4 мм, в середине которых имеется отверстие диаметром 1,3 мм, припаивается проволока диаметром 1 мм. Определяется усилие, необходимое для отрыва контактной площадки в перпендикулярном направлении.
Серия новых электроизоляционных материалов (фольгированных и не-фольгированных) для изготовления ПП с улучшенными характеристиками, соответствующими международным стандартам, разработаны АОЗТ «Мол-давизолит» и представлены в табл. П.1.
Все электроизоляционные материалы, выпускаемые АОЗТ «Молдав-изолит» сертифицированы на безопасность в системе сертификации ГОСТ в Российской Федерации. Органом по сертификации электроизоляционных материалов является Независимый испытательный центр «Тест» (г. Москва). Основным направлением деятельности в области сертификации промышленной продукции в настоящее время является охрана здоровья, обеспечение безопасности потребителя и защита окружающей среды.
Четыре типа материалов, приведенные ниже, сертифицированы на безопасность потребителя и окружающей среды в системе сертификации «Underwriters Laboratories» (UL) и в ГОСТе Российской Федерации (ГОСТ 26246—89 для класса горючести V-0), а АОЗТ завод «Молдавизолит», который производит продукцию, удовлетворяющую требованиям UL, внесен в ежегодно публикуемый справочник UL (Желтые страницы). Это способст-
60
Глава 2. Материалы для изготовления печатных плат
вует расширению внешнего рынка и увеличению объема экспорта электроизоляционных материалов в страны дальнего зарубежья (США, Германия. Турция).
Право использовать марку UL (Желтые страницы) получили:
1)	материал электроизоляционный фольгированный и нефольгированный марок ТирасЛам МИ 1222, МИ 2222, МИ 1222.8 и МИ 2222.8 (тип FR-4);
2)	материал электроизоляционный фольгированный и нефольгированный марок ТирасЛам МИ 1112 А, МИ 1112 В, МИ 2112 А, МИ 2112 В (тип FR-2);
3)	материал электроизоляционный фольгированный и нефольгированный марок ТирасЛам МИ 1272, МИ 2272 (GM-1);
4)	прокладка склеивающая нормированной горючести ТирасЛам МИ 6222 (тип В).
2.4. Покрытия
Для создания элементов печатного монтажа (проводников, контактных площадок, концевых контактов и пр.), применяют металлические покрытия (табл. 2.7).
Таблица 2.7. Металлические покрытия
Покрытие	Толщина, мкм	Назначение
Сплав Розе	1.5...3	Защита от коррозии, обеспечение паяемости
Сплав олово—свинец	9...15	То же
Золотое и его сплавы (золото—никель, золото—кобальт и др.)	0.5...3	Улучшение электропроводности, внешнего вида, снижение переходного сопротивления, защита от коррозии |
Медное	25...30	Обеспечение электрических параметров, соединение проводящих слоев	|
Серебряное	6... 12	Улучшение электропроводности
Серебро—сурьма	6...12	Улучшение электропроводности, повышение износоустойчивости переключателей и концевых контактов
Палладиевое	1...5	Снижение переходного сопротивления, повышение износоустойчивости контактов переключателей и концевых контактов
Химический никель— иммерсионное золото Химический никель— химический палладий Иммерсионное золото Химическое олово	0,2...0,4	Финишное покрытие контактных площадок и ла-мелей 1.1
Никелевое	3...6	Защита от коррозии, повышение износоустойчивости контактов переключателей и концевых кон-1 тактов |
Родий	0.1...3	Повышение износоустойчивости и твердости контактов переключателей и концевых контактов *
Покрытия
61
В производстве ПП применяются следующие способы нанесения металлических покрытий:
•	химическое осаждение металлов из водных растворов солей;
•	гальваническое осаждение;
•	магнетронное напыление;
•	термовакуумное испарение;
•	горячее лужение и др.
Для создания изоляционных слоев на металлических основаниях теплонагруженных ПП используют неметаллические неорганические покрытия, например, оксидный слой на алюминии или его сплавах. Анодированный алюминий не может обеспечить гарантированное значение сопротивления изоляции (10*—Ю10 Ом) на площадях более 100 х 100 мм, поэтому поверхность анодированного основания грунтуют органическими и неорганическими диэлектриками (четыре слоя эпоксидного порошка или пасты, вжигаемые в основание при температуре (°C); полиимидный лак, слои SiO2 и др.). Широко применяются металлические пластины из стали, покрытые эпоксидной смолой, легкоплавким стеклом, лакокрасочным покрытием, эмалью, прокладочной стеклотканью, полимерным пленочным материалом. В табл. 2.8 приведены параметры металлических оснований ПП с изоляционным слоем [12].
Таблица 2.8. Параметры металлических оснований ПП с изоляционным слоем
Параметр	Вид покрытия.					
	алюминий с эпоксидной смолой	анодированный алюминий	эмалированная сталь	ковар с диэлектрическим покрытием	титан, покрытый анодным слоем AI2O3	сталь с эпоксидной смолой
Диэлектрическая постоянная	4	7	10-12	4,6	7	10-12
Максимальная температура ТП, °C	250	450	1000	500	500	400
Объемное удельное сопротивление, Ом • см	26 • 106	1012	10"	10’	1012	9,7 - 106
Плотность, г/см3	2,7	2,8	6,4	8,5	4,8	7,8
ТКЛР • 106, к-'	24	16...18	10...16	16	20	12
Теплопроводность, Вт/(м • К)	49	200	40	280	29	1,1
При выборе материала основания ПП (базового материала) большое значение имеет элементная база (традиционная — корпусная, бескорпус-ная, поверхностно-монтируемые компоненты).
Бескорпусные ЭРИ можно устанавливать на ПП с высокой плотностью межсоединений (независимо от материала основания).
Традиционные корпусные ЭРИ можно устанавливать на любые ПП с монтажными отверстиями.
62
Глава 2. Материалы для изготовления печатных плат
Для установки поверхностно-монтируемых компонентов (ПМК) необходимо скомпенсировать существующую значительную разницу между ТКЛР основания ПП, корпуса и материала выводов ПМК, которая особенно проявляется при пайке выводов на поверхность ПП. Для компенсации термического расширения в качестве основания можно применять: полиимид, керамику, кевлар, слоистую структуру медь—инвар—медь, пластмассовые переходные панели-держатели для ПМК. Конструкции этих ПП рассмотрены в гл. 4.
Особое внимание уделяют базовым материалам для ПП с высокой плотностью монтажа (HDI) с микропереходами, для которых применяют материалы, пригодные для лазерной технологии. Базовые материалы для этой технологии можно разделить на две группы.
1. Упрочненные базовые материалы и препреги (разработанные специально для лазерной технологии нетканые стекломатериалы с заданной геометрией элементарной нити и заданным распределением нити: плоской стороной в направлении оси Z); органические материалы с неориентированным расположением волокон (арамид); препрег для лазерной технологии; стандартные конструкции на основе стеклоткани и др. Конструкция МПП с упрочненными базовыми материалами состоит из л-слойного стержневого (внутреннего) слоя и двух и более последовательно наращиваемых слоев с микроотверстиями с обеих его сторон.
Препрег для лазерной технологии имеет меньшую толщину стеклонити по оси Z по сравнению со стандартной прокладочной стеклотканью, т. е. лазер удаляет меньший слой стекла. Лазерные препреги используют в конструкциях со стандартными базовыми материалами фирмы Isola AG.
2. Неупрочненные базовые материалы (медная фольга, покрытая смолой с состоянием В — частично заполимеризованная смола или с состоянием С — полностью заполимеризованная смола, например, Isofoil, Ecofoil с высокой температурой стеклования Tg> 150 °C, Lambdafoil, и другие, а также жидкие диэлектрики и диэлектрики с нанесенной сухой пленкой. К медной фольге, покрытой смолой предъявляют следующие требования: равномерность толщины последовательно наращиваемого диэлектрического слоя, необходимая для оптимальной настройки лазера; равномерное заполнение смолой запечатываемых отверстий стержневого слоя с минимальным количеством впадин; минимальные допуски на толщину наносимого слоя смолы. Решающую роль в обеспечении этих требований играет вязкость наносимой смолы. Многослойные ПП с высокой плотностью монтажа с микропереходами, изготавливаемые с использованием медной фольги, покрытой смолой, состоят из 2—4-слойного стержневого слоя (внутреннего) и по одному-двум наращиваемых слоев с каждой стороны.
В настоящее время во всем мире ведутся работы по производству негорючих фольгированных диэлектриков, соответствующих стандарту UL94V-0, не содержащих вредных галогенов и брома. Механические, электрические характеристики галогенонесодержащих материалов лучше, чем у FR-4/FR-5; разрушение галогенонесодержащих материалов происходит при более низких температурах нагрева по сравнению с FR-4/FR-5, но это не влияет на конструкцию ПП, так как скорость этого процесса очень
Покрытия
63
мала. Галогеносодержащие материалы более (ройки к нагреву и совместимы с процессами бессвинцовой пайки, температура плавления припоя при которой выше на 30...40 °C оловянно-свинцового припоя. В качестве примера можно привести ламинат фирмы Isola (Германия) DURAVER-E-Cu quality 156 не содержащий галогенов и имеющий температуру стеклования Tg = 150 °C. Он применяется в радиотелефонах и в системных платах бытовых компьютеров. Основными поставщиками галогенонесодержащих материалов являются следующие компании: Hitachi, Isola AG, Matsushita, Mitsui, Nan Ya, Nelco, Polyclad, Sumitomo Bacelite и Toshiba.
Большое внимание уделяется разработке новых материалов. Компания Isola AG разработала целый ряд материалов с улучшенными рабочими характеристиками:
DURAVER-E-Cu quality 114 - Tg = 150 °C;
DURAVER-E-Cu quality 117 — Tg = 170 °C, высокой стабильностью размеров;
IS410 — Tg = 180 °C, повышенной теплоустойчивостью;
FR408 - Tg= 180 °C;
DURA VER-BT-Cu — Tg= 180 °C, высокой надежностью подложки;
GIGAVER 210 — Tg > 180 °C для передачи высокочастотных сигналов с малыми диэлектргЬескими потерями;
DURAVER-PD-Cu — Tg = 260 °C, высокой теплоустойчивостью, высокой стабильностью размеров и минимальным из всех перечисленных материалов расширением по оси Z.
Контрольные вопросы
1.	Какие базовые материалы применяют в производстве ПП?
2.	Какая толщина медной фольги в отечественных фольгированных диэлектриках?
3.	Перечислите способы получения медной фольги?
4.	Какие требования предъявляют к фольгированным диэлектрикам?
5.	Какие дополнительные требования предъявляют к материалам основания ПП для передачи высокочастотных сигналов?
6.	Какие дополнительные требования предъявляют к материалам основания ГПП, ГПК и ГЖП?
7.	По каким параметрам проводят контроль материала основания ГПП, ГПК и ГЖП?
8.	Какие материалы применяют в качестве изоляции на металлических основаниях ПП?
9.	Почему ТКЛР материала ПП, корпуса и выводов ПМК при монтаже их на ПП должны быть примерно одинаковыми?
10.	Назовите основные направления разработки новых гибких диэлектриков?
Глава 3
КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
В главе приведена последовательность конструкторско-технологического проектирования ПП с подробным рассмотрением каждого этапа. Основными этапами являются: изучение исходных данных, проведение конструкторско-технологических расчетов, которые используются в САПР ПП, оформление конструкторской документации на ПП, проведение поверочных расчетов на действие вибраций, ударов, на надежность, помехозащищенность и тепловых расчетов.
Рассмотрены вопросы подготовки проекта к производству ПП. Даны ссылки на современное программное обеспечение, используемое в настоящее время в САПРР ПП.
3.1.	Структурная схема конструкторско-технологического проектирования ПП
Структурная схема конструкторско-технологического проектирования ПП представлена на рис. 3.1.
Процесс миниатюризации ЭА, постоянный рост функциональной и конструкторской сложности ЭРИ, выраженный в количестве активных элементов схемы, приходящихся на 1 мм2 площади подложки, и в увеличении числа выводов ИЭТ (до 1000 выводов и более), массовый переход от технологии сквозных металлизированных отверстий на технологию поверхностного монтажа: BGA-технологии, технологию chip-on-board, chip-on-chip, chip-on-package и другие требует повышения трассировочных возможностей ПП. Это может быть обеспечено резким увеличением плотности компоновки, плотности печатного монтажа, повышением класса точности ПП, уменьшением ширины проводников и расстояний между ними с одновременным повышением требований к их точности, увеличением числа слоев МПП, числа переходных отверстий при постоянном уменьшении их диаметров, разработки новых конструкций ПП с глухими («слепыми») и скрытыми микроотверстиями и технологий их изготовления. Все это делает ак-
Рис. 3.1. Структурная схема конструкторско-технологического проектирования
Структурная схема конструкторско-технологического проектирования ПП 65
туальными вопросы конструкторско-технологического проектирования ПП. Характерной тенденцией в настоящее время является тесная взаимосвязь элементной базы с конструкцией и технологией изготовления ПП, которые должны обеспечить все возрастающие требования по быстродействию, помехозащищенности, диапазону рабочих частот ЭА, поэтому необходимо тесное взаимодействие проектировщиков, конструкторов, технологов по изготовлению ПП и сборки модулей 1-го уровня (ячейки).
Вопросы проектирования, конструирования и технологии изготовления ПП должны решаться в тесной взаимосвязи, так как для того чтобы обеспечить функционирование ЭА необходимы не только схемотехнические решения, функциональная точность, надежность, но и учет влияния внешней среды, конструктивных, эксплуатационных факторов, многофакторного процесса изготовления ПП, связи требований к конструкции ПП с технологическими возможностями различных методов их изготовления, и т. п. При проектировании ПП также необходима ориентация на определенную технологическую базу (на конкретное производство).
Исходные данные при конструкторско-технологическом проектировании ПП и модулей 1-го уровня определяются в соответствии с конструкцией модулей более высокого конструктивного уровня (уровня разукрупнения), например, блока, при этом требования и конструкторско-технологические ограничения на ПП должны соответствовать требованиям ТЗ на изделие. Поэтому в ТЗ на конструкторско-технологическое проектирование ПП указывают:
1)	назначение, область применения и группу ЭА, для которой разрабатывается ПП и модуль 1-го уровня, по объекту установки: например, бортовая ЭВМ, устройство управления ТП и т. п.;
2)	условия эксплуатации, хранения, транспортировки, группу жесткости работы ЭА:
•	механические воздействия (вибрации, удары, линейные ускорения и др.);
•	климатические воздействия (температура окружающей среды, влажность, атмосферное давление);
•	специальные воздействия (плесневые грибы, грызуны и др.);
3)	электрическую принципиальную схему функционального узла (ФУ), для которого разрабатывается ПП, с перечнем элементов:
•	элементная база;
•	электрические параметры и параметры, влияющие на конструкцию ПП (максимальный ток, напряжение, диапазон частот, рассеиваемая мощность, быстродействие, коэффициент усиления сигнала и др.);
•	установочные площади или варианты установки ЭРИ: ЭРЭ, ИМС, МСБ, БИС, СБИС и ПМК;
4)	способ закрепления ПП в модулях более высокого конструктивного уровня;
5)	конструкторско-технологические ограничения, которые задаются в соответствии со стандартами на данный класс ЭА, размерами конструкции аналога или специальными ограничениями и пр.
Пример оформления ТЗ представлен в гл. 7.
3 Проектирование и технология печатный рл*Т
66 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
В производстве ЭА ПП выполняют функции несущей конструкции и коммутационной схемы. К ним предъявляются те же требования, что и к конструкции ЭА: максимальная надежность при выполнении технических требований в заданных условиях эксплуатации, минимальная масса и габариты, максимальное быстродействие, (обеспечение минимальной задержки и искажения сигналов), минимальная себестоимость, минимальная потребляемая мощность (обеспечение необходимой теплопроводности), максимальная плотность проводящего рисунка, защищенность от внешних воздействий, ремонтопригодность, технологичность и пр.
Назначение ЭА, объект, на который она устанавливается, условия эксплуатации, элементная база, быстродействие и другие параметры обусловливают определенные требования к конструкции и технологии изготовления ПП.
Последовательность конструкторско-технологического проектирования ПП установлена нормативной документацией [13] и включает следующие этапы.
1.	Изучение и анализ ТЗ на изделие (печатный узел, модуль 1-го уровня, ЭА), в состав которой входит разрабатываемая ПП (§ 3.2):
•	анализ назначения и объекта установки ЭА (разд. 3.2.1);
•	анализ условий эксплуатации и группы жесткости ЭА (разд. 3.2.2);
•	анализ электрической принципиальной схемы и элементной базы (разд. 3.2.3).
2.	Выбор типа конструкции блока и варианта конструктивного исполнения модуля 1-го уровня (ячейки) (§ 3.3).
3.	Выбор компоновочной структуры ячеек ЭА (§ 3.4).
4.	Выбор типа конструкции ПП (§ 3.5).
5.	Выбор класса точности ПП (§ 3.6).
6.	Выбор метода изготовления ПП (§ 3.7).
7.	Выбор материала ПП (§ 3.8).
8.	Разработка компоновочных эскизов ячейки и выбор габаритных размеров ПП (§ 3.9):
•	выбор типоразмера ПП (разд. 3.9.1);
•	компоновка конструкторско-технологических зон на ПП для установки ЭРИ, элементов электрического соединения, контроля, крепления и фиксации ячеек (разд. 3.9.2);
•	3.9.2.1 — размещение ЭРИ на ПП;
•	3.9.2.2 — выбор элементов электрического соединения;
•	3.9.2.3 — выбор элементов контроля функционирования, ручек и съемников;
•	3.9.2.4 — выбор элементов фиксации ячейки в модулях более высокого конструктивного уровня;
•	3.9.2.5 — выбор дополнительных элементов крепления ячейки;
•	определение толщины ПП (§ 3.10);
•	определение числа слоев и толщины МПП (§ 3.11).	и
9.	Расчет элементов проводящего рисунка (§ 3.12).
10.	САПР (§ 3.13).	(
11.	Поверочные расчеты (§ 3.14).
12.	Подготовка разработанного проекта к производству ПП (§ 3.15).
Изучение и анализ технического задания на изделие
67
3.2.	Изучение и анализ технического задания на изделие
При изучении ТЗ на изделие необходимо проанализировать:
•	назначение и область применения или объект установки ЭА, в состав которой входит разрабатываемая ПП;
•	условия эксплуатации, влияние воздействующих на ЭА факторов и группу жесткости работы ЭА;
•	назначение функционального узла (электронного модуля), в который входит ПП и способ ее крепления в модулях высокого конструктивного уровня;
•	электрическую принципиальную схему функционального узла, его функциональную сложность; параметр, определяющий конструкцию ПП (быстродействие, чувствительность, мощность рассеиваемая, частота и т. д.), его элементную базу.
3.2.1.	Назначение и объект установки ЭА
Анализ назначения, применения и объекта установки ЭА необходим для определения ограничений и принципиальных возможностей конструирования, изготовления и эксплуатации ПП. Например, для бортовой ЭА существуют массогабаритные ограничения, ограничения на элементную базу, варианты установки ЭРИ и прочее, что требует применения соответствующих конструкций, материалов и методов изготовления ПП; высокое быстродействие ЭА требует применения материалов с низкой диэлектрической проницаемостью (порядка 3,5 и ниже) и соответствующих конструкций и методов изготовления ПП и т. д.
Печатные платы применяются:
•	в ячейках (1-й уровень модульности);
•	в электромонтажных панелях — кросс-платах или объединительных ПП (2-й уровень модульности);
•	в гибридно-интегральных модулях;
•	в микросборках;
•	в многокристальных кристаллодержателях и пр.
По результатам анализа назначения объекта установки ЭА необходимо определить:
•	для какого уровня модульности конструкции будет разрабатываться ПП;
•	унифицированная конструкция ЭА (ПП) или нет;
•	какие требования предъявляются к ЭА данной группы.
Различают три класса ЭА по объекту установки: наземная, морская и бортовая. В каждом классе различают специализированные группы в зависимости от объекта установки [14]. Конструкция ЭА различного назначения, устанавливаемой на различные объекты, имеют особенности, вытекающие из специфики назначения и условий эксплуатации.
Класс наземной ЭА включает в себя следующие группы: стационарная, возимая, носимая и бытовая ЭА.
Группа ЭА обусловливает уровень внешних воздействий, конструкторско-технологические ограничения в соответствии со стандартами: типораз
68 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
меры модулей и ПП, конструкцию модулей, способ закрепления в модулях более высокого конструктивного уровня и пр.
Для стационарной ЭА характерна работа в помещении с нормальными климатическими условиями: температурой (25+10) °C, относительной влажностью (65±15) % (при 30 °C), атмосферным давлением (8,36... 10,6) • 104 Па (630...800 мм рт. ст.), воздух без химических примесей и пыли, отсутствие механических перегрузок во время работы; подверженность механическим воздействиям в нерабочем состоянии при транспортировке.
Для возимой ЭА характерна работа в условиях вибраций, ударов, абразивной пыли, избыточной влажности. Она должна иметь ограниченные габариты и массу, обеспечивать простоту и надежность электрических соединений, устойчивость к ударам и вибрациям, к возникновению инея и росы, а также ограниченную мощность рассеяния.
Для носимой ЭА требование миниатюризации является наиболее актуальным. Минимальные габариты и масса, зависимость конструкции от габаритов и массы источников питания, устойчивость к случайным значительным ударам, изменению температур, к конденсации росы, воздействию инея, дождя, пыли — основные требования к такой ЭА.
Основными требованиями к бытовой ЭА являются: повышение технологичности конструкции с целью снижения стоимости, снижение габаритов и массы, модульный принцип конструирования, простота эксплуатации, массовый характер производства.
Для класса морской ЭА характерна 100%-ная влажность при повышенной температуре и солевом тумане, при непрерывной вибрации от двигателей, ударных перегрузках, линейных ускорениях, акустических, магнитных и радиационных воздействиях. Морская ЭА должна разрабатываться в тропическом исполнении, предусматривать коррозионную стойкость, плеснестойкость, водо- и брызгозащищенность, защищенностью от высокочастотных и низкочастотных электромагнитных полей, обладать высоким уровнем типизации.
Класс бортовой ЭА включает в себя группы самолетной, космической и ракетной техники. Особенностями этой аппаратуры является постоянный рост функциональной сложности при минимальных габаритах и массе, работа в условиях разряженной атмосферы.
Самолетная ЭА кроме указанных особенностей испытывает значительные вибрационные, ударные и линейные перегрузки, воздействие перепадов температур, тепловых ударов, если она расположена вне гермоотсеков. Она характеризуется кратковременностью непрерывной работы, измеряемой часами и длительной предполетной проверкой, поэтому к ней предъявляется требование высокой контролепригодности и ремонтопригодности конструкции.
К космической и ракетной ЭА, помимо общих требований к бортовому классу, предъявляются дополнительные требования особой ограниченности объема и массы, защиты от совместного действия вибрационных и линейных нагрузок во время старта, чрезвычайно высокой безотказности, высокой ремонтопригодности в предстартовый период, учет специфику больших высот.
Изучение и анализ технического задания на изделие
69
В табл. 3.1 приведены основные требования к ЭА по группам, в зависимости от объекта установки.
Таблица 3.1. Основные требования к ЭА по группам
Группа ЭА	Требования к ЭА												
	виброустойчивость	удароустойчивость	' устойчивость к повышенной температуре	устойчивость к пониженной температуре	: устойчивость к измене-нию температуры	влагоустойчивость	устойчивость к возникновению инея и росы	устойчивость к абразивной пыли	устойчивость к солевому туману	минимальная рассеиваемая мощность	минимальная стоимость	плеснестойкость	специфичные требования
Стационарная	+ + + + При транспортировке												
Возимая	+	+	+	+	+	+	+	+		+			
Носимая		+			+	+	+	+					
Бытовая											+		
Морская	+	+	+	+	+	+			+			+	
Самолетная	+	+	+	+	+								
Ракетная и космическая	+	+	+	+									Высотность
Примечание. Знаком «+» обозначены необходимые требования.
Под требованием «высотность» имеются в виду космические воздействия при эксплуатации ЭА, которые характеризуются совокупностью следующих параметров: электромагнитных и корпускулярных излучений, глубокого вакуума, лучистых тепловых потоков, невесомости, метеорных частиц, магнитных и гравитационных полей планет и звезд и других факторов.
3.2.2.	Условия эксплуатации ЭА
В зависимости от условий эксплуатации по ГОСТ 23752—79 определяют группу жесткости, которая предъявляет соответствующие требования к конструкции ПП, к материалу основания и необходимости применения дополнительной защиты от внешних воздействий (климатических, механических и др.) и записывают в технические требования чертежа ПП. При анализе условий эксплуатации ЭА и влияния дестабилизирующих факторов необходимо определить:
•	какие дестабилизирующие факторы влияют на ЭА данной группы;
•	какие деградационные процессы в ПП они вызывают;
•	какие необходимо применить способы защиты ПП от этого влияния.
Под влиянием дестабилизирующих факторов в ПП протекают сложные физико-механические процессы изменяющие физико-механические (расширение, размягчение, обезгаживание, деформация: коробление, прогиб, скручивание ПП) и электрофизические свойства материала основания ПП (электропроводность, нагрузочная способность печатных проводников по току, диэлектрические свойства и т. д.) и вызывающие отказы ЭА. Поэтому
70 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
при конструировании ПП необходимо располагать допустимыми значениями воздействующих факторов, знать характер изменения различных свойств материалов ПП и обеспечить защиту ПП от влияния дестабилизирующих факторов.
В табл. 3.2 приведены обобщенные значения механических воздействующих факторов в зависимости от класса ЭА [15].
Таблица 3.2. Обобщенные значения механических воздействующих факторов по классам ЭА
Воздействующий фактор	Класс ЭА		
	Наземная	Морская	Бортовая
Вибрация: частота, Гц ускорение, g	10...70 1...4	0-120 1,5-2	5-2000 До 20
Многократные удары: ускорение, g длительность, мс	10... 15 5...10	15 5-10	6...12 До 15
Одиночные удары: ускорение, g длительность, мс	50... 1000 0,5-10	До 1000 0,5-2	—
Линейное ускорение, g	2...5		4...10
Акустические шумы: уровень, дБ частота, Гц	85-125 50-1000	75-140 50... 1000	130-150 50-1000
Допустимые значения воздействующих климатических факторов по группам жесткости приведены в табл. 1.7. Влияние дестабилизирующих факторов на ПП и способы предотвращения их влияния на этапах конструирования и производства ПП представлено в табл. 3.3.
Таблица 3.3. Влияние дестабилизирующих факторов на ПП
Воздействующий фактор	Ускоряемые деградационные процессы в ПП	Способы предотвращения влияния воздействующих факторов на этапе конструирования и производства ПП
Высокая температура	Расширение, размягчение, обезгажи-вание, деформация ПП: коробление, прогиб, скручивание	1.	Применение нагревостойких материалов. 2.	Выбор минимальных размеров ПП. 3.	Выбор материалов ПП с близким ТКЛР в продольном и поперечном направлении и с медью
	Уменьшение электропроводности, нагрузочной способности проводников по току, ухудшение диэлектрических свойств	1. Увеличение ширины и толщины проводников 2. Применение материалов с низкими диэлектрическими потерями
	Перегрев концевых контактов ПП, увеличение их переходного сопротивления	Выбор гальванического покрытия со стабильными переходными сопротивлениями при нагреве
	Высыхание и растрескивание защитных покрытий	Выбор покрытия, устойчивого к высокой температуре
Изучение и анализ технического задания на изделие
71
Продолжение табл. 3.3
Воздействующий фактор	Ускоряемые деградационные процессы в ПП	Способы предотвращения влияния воздействующих факторов на этапе конструирования и производства ПП
Тепловой удар	Механические напряжения в местах контактирования материалов с разными ТКЛР (основание ПП — проводники, места пайки)	1. Выбор материала ПП с ТКЛР, близкими к меди. 2. Предварительная оценка механических напряжений, вызванных температурными колебаниями
Высокая относительная влажность	Адсорбция и сорбция паров воды материалов ПП — увеличение тангенса угла диэлектрических потерь, токов утечки по поверхности, снижение поверхностного сопротивления, электрической прочности, сопротивления изоляции, а также набухание материала ПП, уменьшение адгезии проводников к диэлектрику; коррозия проводников и металлизированных отверстий; повреждение лакокрасочных покрытий	1.	Выбор влагостойких (характеризуются степенью гигроскопичности) и водостойких (характеризуются водо-поглощаемостью) материалов ПП. 2.	Применение защитных лакокрасочных покрытий. 3.	Герметизация ячеек
Низкая температура	Уменьшение электропроводности, нагрузочной способности по току, ухудшение диэлектрических свойств вследствие конденсации влаги, деформация, сжатие, хрупкость; электрохимическая коррозия проводников	1. Увеличение ширины и толщины проводников. 2. Выбор материалов ПП, устойчивых к низким температурам
Низкое атмосферное давление	Снижение пробивного напряжения и емкости между соседними проводниками. Ухудшение условий теплообмена — перегрев, снижение нагрузочной способности проводников по току, тепловой пробой	1.	Выбор материала ПП с хорошими диэлектрическими свойствами. 2.	Увеличение расстояния между проводниками. 3.	Увеличение ширины и толщины проводников
	Увеличение габаритных размеров ПП, обезгаживание, уменьшение механической прочности	Выбор материала ПП
Песок и пыль	Абразивный износ, в том числе контактов ПП	Герметизация
	Увеличение емкости проводников в результате увеличения диэлектрической проницаемости материалов ПП	1. Выбор материала ПП с хорошими диэлектрическими свойствами. 2. Увеличение ширины и толщины проводников и расстояния между ними
	Химическое и электрохимическое разрушение ПП совместно с влагой	Герметизация
Солнечная радиация	Разрушение поверхности диэлектрика ПП. Уменьшение поверхностной электрической прочности, диэлектрической проницаемости и других параметров совместно с влагой. Ускоренное старение материалов под действием температуры	1. Герметизация. 2. Выбор материала ПП
72 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
Окончание табл. 3.3
Воздействующий фактор	Ускоряемые деградационные процессы в ПП	Способы предотвращения влияния воздействующих факторов на этапе конструирования и производства ПП
Соляной туман	Коррозия проводников (износ, потеря механической прочности, изменение механических свойств)	Герметизация
Вибрации	Механические напряжения, вызывающие деформацию или потерю механической прочности ПП; усталостные изменения ПП (разрушение); нарушение электрических контактов	1.	Отстройка ПП от резонанса для выхода низшего значения собственной частоты fo из спектра частот внешних воздействий: а)	путем выбора длины, ширины и толщины ПП; б)	изменением суммарной массы установленных на ПП ЭРИ; в)	выбором материала основания ПП; г) выбором способа закрепления сторон ПП в модулях более высокого конструктивного уровня. 2.	Повышение механической прочности и жесткости ПП: а)	приклеиванием ЭРИ к установочным поверхностям ПП; б)	покрытием лаком ПП вместе с ЭРИ; в)	заливкой компаундами; г)	увеличением площади опорных поверхностей; д)	использованием материалов с высокими демпфирующими свойствами; е)	демпфирующие покрытия; ж)	ребра жесткости, амортизация и др.
Удары, линейное ускорение	Механические напряжения (разрушение ПП)	Повышение механической прочности и жесткости ПП (см. «Вибрации»)
Плесневые грибы	Снижение удельных поверхностного и объемного сопротивлений материала ПП, напряжения пробоя, увеличение тангенса угла диэлектрических потерь; разрушение и отслаивание лакокрасочных покрытий. Нарушение адгезии материалов. Коррозия металлов. Снижение прочности стеклопластиков на 20...30 %. Короткие замыкания между проводниками ПП. Разрушение низкомолекулярных соединений (пластификаторов, стабилизатора, наполнителя и др.)	1.	Применение горячих операций на начальных стадиях ТП. 2.	Аэрация воздуха в производственных помещениях. 3.	Чистота рук рабочих. 4.	Обработка ПП продуктами метаболизма снижает в 10—12 раз тангенс угла диэлектрических потерь. 5.	Применение материалов со специальными свойствами, которые лежат за адаптивными возможностями живых организмов
Проанализировав влияние дестабилизирующих факторов, разработчик ПП должен располагать не только допустимыми значениями воздействующих факторов, при которых гарантируется надежная работа ЭА, но и наиболее полной информацией об изменении характеристик ПП при воздействии этих факторов.
Изучение и анализ технического задания на изделие
73
3.2.3.	Анализ электрической принципиальной схемы функционального узла
Анализ электрической принципиальной схемы проводят с точки зрения возможностей конструктивного исполнения или компоновки с учетом ограничений (тепловых, электрических, магнитных и электромагнитных взаимовлияний ЭРИ).
По результатам анализа электрической принципиальной схемы функционального узла (ФУ) и элементной базы определяют:
•	конструкторскую сложность ФУ (насыщенность ПП ЭРИ);
•	параметр, определяющий конструкцию ПП (быстродействие, рассеиваемая мощность, частота и т. д.);
•	конструкцию ПП (ориентировочно);
•	форму монтажных отверстий;
•	форму контактных площадок (КП);
•	шаг координатной сетки.
Для решения компоновочных задач модуля 1-го уровня необходим анализ электрической принципиальной схемы для определения схемотехнических особенностей, которые могут повлиять на компоновку ячейки и конструкцию ПП.
При анализе электрической принципиальной схемы необходимо определить:
1)	назначение функционального узла (цифровой, аналоговый, аналого-цифровой, выполняемые функции), а также принцип работы. Например, аналоговая аппаратура обычно конструируется в виде линейки последовательных каскадов с минимальной длиной межкаскадных связей, и в ней не применяется максимально плотная компоновка ЭРИ для исключения самовозбуждения схемы, что также находит отражение в конструкции ПП (вытянутая форма ПП), в плотности печатного монтажа (невысокая), классе точности ПП, материале, методе изготовления ПП; изучение особенностей функционирования определяет связь разрабатываемого модуля и ПП с другими модулями;
2)	параметры, влияющие и усложняющие компоновку ЭРИ, конструкцию модуля и ПП. К ним относятся:
•	диапазон рабочих частот — знание частотных характеристик позволяет, исходя из требований электромагнитной совместимости, определить ограничения на взаимное расположение элементов линий связи и компонентов, выбрать соответствующий материал основания ПП; например, для низкочастотных схем — стеклотекстолит; для высокочастотных — фторопласт, полиимид и др.;
•	быстродействие — требования по быстродействию в цифровой ЭА обеспечиваются правильным выбором материала оснований ПП, так как скорость распространения сигналов в электронных схемах обратно пропорциональна диэлектрической проницаемости материалов, из которых изготовлены ПП; компоновкой ячейки, размещением компонентов вдоль проводников питания; минимизацией длины линий связи, увеличением числа слоев МПП и плотности проводящего рисунка;	/
74 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
•	высокая рассеиваемая мощность;
•	коэффициент усиления;
•	ширина полосы пропускания;
•	высокая чувствительность;
•	величины действующих напряжений и токов — для правильного выбора материала основания ПП, ее конструкции, класса точности ПП (ширины проводников и расстояния между проводниками, так как допустимое рабочее напряжение между двумя параллельными проводниками зависит от расстояния между ними, материала и условий эксплуатации. Например, при пониженном атмосферном давлении, высокой влажности и повышенной температуре величина допустимого рабочего напряжения между проводниками снижается в 2—4 раза); минимально допустимая ширина проводника связана непосредственно с протекающими по ним токами, поэтому необходимо определить все сильноточные цепи, рассчитать величину тока и выбрать впоследствии такую ширину проводника, чтобы плотность тока не превышала 30 А/мм2;
3)	все типы электрических цепей, так как каждая имеет свои конструктивные особенности:
•	цепи входа и выхода сигналов — входные и выходные печатные проводники не должны прокладываться рядом или параллельно друг другу, чтобы избежать возникновения паразитных обратных связей. С этой же целью проводники входных и выходных цепей, сведенных в систему для подсоединения к краевому соединителю, целесообразно разделить экранирующими проводниками или «земляными» выходами;
•	шины «земля» и «питание» должны иметь возможно более низкое сопротивление и использовать крайние контакты соединителей, а шину «земля», по которой текут суммарные токи, следует выполнять максимальной ширины; в МПП шины «земля» и «питание» должны находиться в разных, соседних слоях одна над другой, при этом желательно, чтобы шина «земля» занимала в слое все свободное место;
•	сигнальные цепи — принять меры для исключения возникновения паразитных помех в результате эффектов отражения в сигнальных линиях связи в результате несогласованных нагрузок ц неоднородностей, перекрестных наводок между сигнальными линиями связи, искажения формы сигнала в линиях связи, наводок от внешних полей, которые в значительной степени зависят от формы, длины, взаимного расположения проводников (например, печатный проводник, проходящий между двумя контактными площадками должен располагаться так, чтобы его ось была перпендикулярна линии, соединяющей центры отверстий и т. п.);
•	цепи импульсных и высокочастотных сигналов — обеспечить развязку по высоким частотам;
4)	путь распространения полезного сигнала — так как при размещении компонентов, например, усилительных устройств, как правило, порядок размещения компонентов соответствует последовательности прохождения сигнала в электрической принципиальной схеме;
Изучение и анализ технического задания на изделие
75
5)	теплонагруженные ЭРИ, при этом:
•	рассчитывают величину тока в каждой цепи;
•	рассчитывают рассеиваемую ЭРИ мощность; для ИМС значение рассеиваемой мощности берется из справочника, (в справочниках указывают максимально допустимую, а мощность рассеиваемая при эксплуатации составляет обычно 50...80 % максимальной; для диодов и стабилитронов — рассчитывают, как произведение максимального тока через диод на падение напряжения на ^-«-переходе; для трансформаторов — 3...5 % полезной мощности;
•	наиболее теплонагруженные ЭРИ равномерно размещают по ПП или по периферии ПП, выбирая соответствующий вариант установки ЭРИ на ПП;
6)	ЭРИ, чувствительные к внешним электрическим, тепловым и другим взаимодействиям; выделяют наиболее критичные по электромагнитной совместимости ЭРИ и электромонтажные связи для установки экранов, развязывающих цепей и пр. Наибольшую опасность составляют емкостные и индуктивные помехи.
Емкостные помехи обусловлены:
•	большими перепадами напряжений;
•	большими выходными сопротивлениями;
•	большой емкостной связью (при параллельном расположении проводников).
Индуктивные помехи обусловлены:
•	большими перепадами токов в линиях связи (при малых Д,ых);
•	большой индуктивной связью (при близком расположении параллельных проводников на большой длине).
7)	пути возможных паразитных связей и наводок за счет гальванической связи элементов схемы, через общее сопротивление источника электропитания, индуктивных и емкостных;
8)	допустимые уровни напряжений и токов, сигнала помехи на входах ИЭТ;
9)	напряжение и силу тока источников электропитания;
10)	уровни логических нулей и единиц в цифровых ФУ.
По результатам анализа электрической принципиальной схемы заполняют табл. 3.4 и делают выводы.
Таблица 3.4. Результаты анализа электрической принципиальной схемы
Одновременно проводится анализ элементной базы ФУ.
76 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
3.2.4. Анализ элементной базы
При анализе элементной базы изучают:
•	совместимость ИМС, ЭРЭ и ПМК по электрическим, конструктивным, электромагнитным, тепловым и другим параметрам, а также по условиям эксплуатации;
•	совместимость ЭРИ и ПМК по надежности;
•	соответствие ЭРИ и ПМК условиям эксплуатации, хранения, транс-. портировки, указанным в ТЗ на ЭА.
Электрические, конструктивные и другие параметры и условия эксплуатации ЭРИ приводятся в справочной литературе.
По результатам анализа элементной базы заполняют табл. 3.5 и делают выводы, указанные выше.
Таблица 3.5. Характеристика элементной базы
Наименование ЭРИ	Количество, шт.	Конструктивные параметры						Допустимые условия эксплуатации				
		масса, г	количество выводов, шт.	диаметр вывода, мм	штыревые или планарные	установочная площадь, м2 • 10“6	надежность	диапазон температур, еС	Вибрации		ударные перегрузки, g	линейные ускорения, g
									частота, Гц	перегрузки, g		
												
Определяют также конструкторскую сложность ФУ (малая, средняя и высокая насыщенность поверхности ПП), которую оценивают числом схемных или активных элементов, числом выводов ПМК и связывают с выбором типа, конструкции и класса точности ПП.
Шаг координатной сетки (см. § 1.2) является основной конструктивной характеристикой ПП, которая характеризует плотность печатного монтажа; к нему привязаны все элементы конструкции ПП (контактные площадки, проводники, отверстия и т. д.), а также ЭРИ и ПМК. Шаг координатной сетки выбирают таким образом, чтобы он соответствовал шагу расположения выводов большинства ЭРИ и ПМК, устанавливаемых на ПП.
Форма и размеры монтажных отверстий и контактных площадок зависят от геометрии выводов ЭРИ: круглые отверстия и контактные площадки применяются для штыревых, прямоугольные или квадратные контактные площадки — для планарных выводов или ПМК.
По конструктивному оформлению ИЭТ, ЭРЭ и ПМК различают [16]:
•	корпусные с планарными выводами, лежащими в плоскости основа-; ния корпуса, с осевыми (отформованными) и штыревыми, перпендикулярными ему (традиционная элементная база);
•	корпусные без выводов, с укороченными планарными или /-образными выводами, уходящими под корпус; в виде матрицы шариковых выводов из припоя и пр.; их называют микрокорпуса или поверхн^ стно-монтируемые компоненты (ПМК);
Изучение и анализ технического задания на изделие
77
•	бескорпусные ИЭТ.
Планарные выводы имеют прямоугольное сечение, штыревые — круглое или прямоугольное.
Корпуса ИЭТ выполняют следующие функции:
•	защита от климатических и механических воздействий;
•	экранирование от помех;
•	унификация микросхемы по габаритам и установочным размерам;
•	облегчение процессов сборки ячейки и др.
Корпуса с планарными выводами занимают в два раза больше площади на ПП по сравнению с корпусами со штыревыми выводами, но установка последних возможна лишь с одной стороны, а корпуса с планарными выводами — с двух сторон. При установке ИЭТ со штыревыми выводами не требуется дополнительного крепления даже при значительных вибрациях и ударах, однако применение, например, DIP-корпуса ограничивается частотой-500 кГц.
По конструктивно-технологическому признаку различают корпуса:
•	металлостеклянные — стеклянное или металлическое основание, соединенное с металлической крышкой с помощью сварки; выводы изолированы стеклом;
•	металлокерамические — керамическое основание, соединенное с металлической крышкой с помощью сварки или пайки;
•	керамические — керамическое основание и крышка, соединенные между собой пайкой;
•	пластмассовые — пластмассовое основание и крышка, соединенные опрессовкой;
•	металлополимерные — подложка с компонентами и выводами помещается в металлическую крышку и герметизируется заливкой компаундом. Металлическая крышка обеспечивает эффективную влагоза-щиту, отвод тепла от кристалла ИЭТ, снижает уровень помех.
При выборе серии интегральной микросхемы (ИМС) и ИМС в серии необходимо использовать минимальное количество типоразмеров корпусов для реализации электрической принципиальной схемы ФУ.
Использование корпусных ИМС приводит к большим затратам полезного объема и массы изделия, уменьшает на один-два порядка плотность компоновки компонентов по сравнению с плотностью их размещения в кристалле или на подложке.
Бескорпусные ИЭТ широко применяются в бортовой ЭА, компьютерах, калькуляторах и другой аппаратуре, так как позволяют эффективно использовать объем и сократить массу микроэлектронных цифровых устройств. Однако при этом в значительной степени увеличивается трудоемкость изготовления за счет введения дополнительной защиты и герметизации и, следовательно, стоимость.
Микрокорпуса или ПМК позволяют увеличить плотность компоновки, улучшить электрические параметры за счет получения более коротких связей между внешними выводами и кристаллом, снижения сопротивления, уменьшения межвыводной емкости, индуктивности, что повышает быстродействие. Эти корпуса обеспечивают работоспособность ИЭТ на частотах до 4 ГГц и выше [17].
78 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
На этом заканчивается этап изучения ТЗ и после обобщения сделанных выводов можно приступить к конструированию ПП.
3.3.	Выбор типа конструкции блока
По своему конструктивному назначению модули 1-го уровня (ячейки) обычно предназначены для установки в блоки, поэтому выбор варианта конструкции ячейки связан с вариантом конструкции блока, в который входит разрабатываемая ячейка и ПП [18, 19, 20].
Существует три основных варианта конструкции блока: разъемная, книжная и кассетная. Конструктивно ячейки разделяются по различиям в несущих конструкциях (НК): рамочное или безрамочное исполнение ячеек. При использовании системы базовых несущих конструкций (БНК) рамочные и безрамочные ячейки выполняются на основе унифицированного ряда ПП. Рамки предназначены для исключения деформации ПП и улучшения эксплуатационных параметров функциональных узлов на ПП. Выбор рамочной или безрамочной конструкции ячейки зависит от механических воздействий и размеров ПП. На рис. 3.2 приведена классификация конструкций ячеек.
Выбор варианта конструкции ячейки зависит:
•	от тактико-технических требований, которые указаны в ТЗ на изделие, таких как назначение ФУ, группа ЭА, условия эксплуатации и др.;
•	от требований нормативно-технической документации на проектирование и изготовление изделия данной группы;
•	от требований обеспечения технологичности конструкции изделия.
В зависимости от заданной формы и габаритов блока на стадии эскизного проектирования ориентировочно можно установить размер ПП функционального узла.
После анализа элементной базы заданной электрической принципиальной схемы ФУ и типа корпусов ИЭТ рассчитывают нагрузку на ПП и проводят расчет ячейки на вибропрочность и ударопрочность, предполагая, что масса ЭРИ и ПМК распределена равномерно. Пример расчета на вибропрочность и ударопрочность см. Приложение 5 и 6, соответственно. При
Классификация конструкций ячеек
Для блоков разъемной конструкции		Для блоков книжной конструкции
1		
Рамочное исполнение		Безрамочное исполнение
1		
Одностороннее расположение		Двухстороннее расположение
ЭРИ и/или ПМК		ЭРИ и/или ПМК
Рис. 3.2. Классификация конструкций ячеек
Выбор компоновочной структуры ячеек ЭА
79
этом возможны различные варианты конструкции и закрепления ячеек в модулях более высокого конструктивного уровня, например:
•	ячейка, выполненная на ПП, закрепляемой в ЭА в четырех точках по углам — моделируется пластиной, равномерно нагруженной ЭРИ, со свободным опиранием всех сторон [22]; обозначается
1 1 I
1 I
I
•	ячейка с рамкой (каркасная конструкция) — моделируется пластиной с жестким закреплением всех сторон; обозначается
•	ячейка без рамки (разъемного типа) — моделируется пластиной с жестким закреплением двух сторон, на которых расположен электрический соединитель и двух свободно опертых сторон; обозначается z/ZZ/z
I	I
7г/г 2/'
•	ячейка с односторонним расположением ЭРИ и ПМК;
•	ячейка с двухсторонним расположением ЭРИ.
Исходя из результатов расчетов и выбранных типов корпусов ЭРИ выбирают конструктивно-технологическое направление монтажа ячеек ЭА и вариант конструкции ячейки.
3.4.	Выбор компоновочной структуры ячеек ЭА
Конструкция, масса, габариты ЭА, а также ячейки и ПП во многом если не полностью определяются типом используемой элементной базы и способами ее монтажа.
Возможны следующие конструктивно-технологические направления монтажа ячеек ЭА рис. 3.3 [12]:
1)	монтаж ЭРЭ и корпусных ИМС (в корпусах 1, 2, 3, 4 типа на ПП) (традиционный монтаж) — варианты 1 и 2;
2)	монтаж бескорпусных ИМС, БИС/СБИС, микросборок на МПП — варианты 4, 5, 6, 7;
3)	поверхностный монтаж — варианты 3 и 8;
4)	смешанный монтаж — варианты 9 и 10 и др.
В варианте 1 корпусированные ИМС и ЭРЭ размещают на ДПП или МПП с одной или двух сторон.
В варианте 2 корпусированные микросборки устанавливают на МПП.
Применение вышеперечисленных компоновочных вариантов с традиционными конструктивно-технологическими приемами (варианты 1 и 2) при индивидуальном корпусировании ИМС, БИС/СБИС и микросборок имеет ряд недостатков: сложность обеспечения температурного режима, рост массогабаритных показателей при увеличении степени интеграции функциональных устройств, низкий уровень ремонтопригодности устройств.
80 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
та компоновки
№ вариан-| Линейные графические модели компоновочных структур ячеек ЭА
Варианты компоновочных структур ячеек ЭА
Традиционный монтаж:
ЭРЭ и корпусные ИМСв корпусах 1-4 типов, монтируют на ДПП или МПП с одной стороны в отверстия
Традиционный монтаж: монтаж БИС/СБИС, МСБ в корпусном исполнении на МПП
Поверхностный монтаж:
ИМС, БИС/СБИСв корпусахдля поверхностного монтажа монтируют на многослойных керамических платах, которые размещают на коммутационную МПП
Монтаж ИМС, БИС/СБИСв бескорпусном исполнении проволочными выводами на многослойных керамических платах, которые размещают на коммутационной МПП
Бескорпусные ИМС, БИС/СБИС в микросборках устанавливают на подложки из ситалла, поликора или полиимида при помощи проволочных выводов, а затем бескорпусные микросборки размещают на МПП
Бескорпусные ИМС, БИС/СБИС устанавливают на ДПП или МПП на полиимиде, а затем на металлическое основание
Монтаж безвыводных кристаллов БИС/СБИС:
1) методом перевернутого кристалла на микрокоммутационных платах;
2) методом утопленного кристалла
1А
1В
Сторона Б
Поверхностный монтаж.
Одно- и (или) двусторонний монтаж поверхностно-монтируемых компонентов на ДПП или МПП
Смешанный двусторонний монтаж на ДПП или МПП:
1) ЭРИ монтируют в отверстия на стороне А;
2) поверхностно-монтируемые компоненты монтируют на стороне Б
2В
2С
Смешанный двусторонний монтаж на ДПП или МПП:
1) монтаж поверхностно-монтируемых компонентов на сторонах А и Б;
2) монтаж ЭРИ, монтируемых в отверстия на стороне А
2С
Рис. 3.3. Линейные графические модели компоновочных структур ячеек ЭА: 1 — коммутационная плата; 2 — кристалл ИМС; 3~ корпус ИМС, БИС/СБИС, МСБ; 4— подложка микросборки; 5 — несущая конструкция
В вариантах 4, 5, 6 и 7 представлено второе направление развития компог новочных структур ячеек — применение бескорпусных ИМС, БИС/СБИС и микросборок. Недостатком этих вариантов компоновки является сложность автоматизации сборочно-монтажных работ.	;
Выбор компоновочной структуры ячеек ЭА
81
. В варианте 4 бескорпусные ИМС (БИС/СБИС) устанавливаются на многослойную керамическую плату 4, которая обеспечивает дополнительный теплоотвод ячейки, затем ячейки герметизируют; коммутация между ними осуществляется с помощью МПП, на которую устанавливаются ячейки.
В варианте 5 бескорпуные ИМС, БИС/СБИС в бескорпусных микросборках устанавливаются на подложки из ситалла, поликора или поли-имидную пленку, коммутация на которых выполнена по тонкопленочной технологии, затем бескорпусные микросборки размещают на специальных рамах, выполняющих роль несущей конструкции и теплоотвода, а коммутацию между ними осуществляют многослойными печатными платами.
В варианте 6 бескорпусные ИМС, БИС/СБИС и ЭРЭ устанавливаются на двусторонние и МПП на полиимиде, а затем на металлическое основание, обеспечивающее механическую прочность и теплоотвод.
В варианте 7 монтаж безвыводных кристаллов БИС/СБИС осуществляется на микрокоммутационных платах:
1) методом перевернутого кристалла;
2) методом утопленного кристалла.
Существует специальный стандарт по поверхностному монтажу, в котором представлены основные типы сборок, разбитые на классы:
•	тип 1 — ЭРИ и/или ПМК установлены только на верхнюю сторону ПП (сторона А);
•	тип 2 — ЭРИ и/или ПМК установлены на обе стороны ПП (сторона А и В).
Класс А — ЭРИ монтируются в отверстия.
Класс В — монтируются ПМК.
Класс С — смешанная сборка: монтируются ЭРИ в отверстия и ПМК и другие классы.
Каждому типу сборок соответствует своя последовательность сборочно-монтажных операций.
•	тип 1А — монтаж ЭРИ в отверстия. ЭРИ только на верхней А стороне ПП;
•	тип 1В — монтаж на поверхность. ПМК только на верхней А стороне ПП;
•	тип 2В — монтаж на поверхность. ПМК с обеих А и Б сторон ПП;
•	тип 1С — смешанный монтаж. ЭРИ в отверстия и ПМК только на верхней А стороне ПП;
•	тип 2С — смешанный монтаж. ЭРИ в отверстия на верхней А стороне и ПМК с обеих А и Б сторон ПП;
•	тип 2С — смешанный монтаж. ЭРИ в отверстия и ПМК с обеих А и Б сторон ПП;
•	тип 2С — смешанный монтаж. ЭРИ в отверстия только на верхней А стороне ПП и ПМК только на нижней Б стороне ПП.
В варианте 3 (тип 1В) — поверхностный монтаж: ИМС, БИС/СБИС в корпусах ПМК монтируют на многослойных керамических платах, которые размещают на коммутационную МПП.
В варианте 8 (тип 1В или 2В) — поверхностный монтаж. Одно- и/или двусторонний монтаж ПМК на ДПП или МПП.
82 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
В варианте 9 (тип 2С) — смешанный двусторонний монтаж на ДПП или МПП:
1) ЭРИ монтируют в отверстия на стороне А;
2) поверхностно-монтируемые компоненты монтируют на стороне Б.
В варианте 10 (тип 2С) — смешанный двусторонний монтаж на ДПП или МПП:
1)	монтаж поверхностно-монтируемых компонентов на сторонах А и Б;
2)	монтаж ЭРИ, монтируемых в отверстия на стороне А.
3.5.	Выбор типа конструкции ПП
По ГОСТ 23751—86 предусмотрены следующие типы конструкции ПП:
•	односторонние ПП. Применяются в бытовой технике, технике связи и в блоках питания на ЭРЭ. Имеют низкую стоимость, высокую надежность, низкую плотность компоновки;
•	двусторонние ПП. Применяются в измерительной, вычислительной технике, технике управления и автоматического регулирования, технике связи, высокочастотной технике;
•	многослойные ПП. Применяются в технике управления и автоматического регулирования, вычислительной и бортовой аппаратуры для коммутации ИМС, БИС, СБИС, МСБ, в ЭА с высокими требованиями по быстродействию, плотности монтажа, волновому сопротивлению, времени задержки сигнала и т. д.
•	гибкие ПП, ГЖП и ГПК. Применяются в ЭА и высокой надежности при реализации уникальных и сложных технических решений, конструкция которых исключает применение жестких ПП.
В зависимости от условий эксплуатации ЭА конструктор определяет по ГОСТ 23752—79 группу жесткости (см. табл. 1.7) и соответствующие ей требования к конструкции ПП, материалу основания и необходимости применения дополнительной защиты от климатических, механических и других воздействий, указанные в нормалях.
При выборе типа конструкции ПП учитывают:
1)	тип элементной базы: традиционная (корпусная); бескорпусная; поверхностно-монтируемые компоненты; смешанная (традиционная и ПМК);
2)	вариант компоновочной структуры ячейки (см. рис. 3.3);
3)	возможность выполнения всех коммутационных соединений, что зависит от функциональной и конструкторской сложности узла. При незначительной конструкторской сложности (от 8 до 12 ИМС) при традиционном монтаже применяются ДПП, при средней (от 30 до 50 ИМС) — ДПП и МПП, при высокой (свыше 50 ИМС) — МПП, так как увеличивается число внутрисхемных связей, а применение МПП повышает надежность ЭА, например, сокращая число разъемных соединений [21]. Применение МПП позволяет коммутировать ИЭТ (гибридные, полупроводниковые ИМС, БИС/СБИС, МСБ), повысить плотность монтажа, упростить сборку ЭА. Для обеспечения высокого быстрот действия ЭА необходимо увеличить плотность монтажа, выбрать соответствующий материал основания ПП, увеличить число слоев
Выбор класса точности ПП
83
МПП и прочее, и ввести внутренние межслойные переходы для уменьшения длины электрических связей. При поверхностном или смешанном монтаже при установке ПМК со средним числом выводов и шагом выводов 0,5...0,625 мм необходимую коммутацию могут обеспечить МПП с 6...8 сигнальными слоями при ширине проводников 0,125...0,15 мм, а при шаге выводов 0,25...0,5 мм — высокоплотные МПП с проводниками шириной от 0,05 мм и микропереходами диаметром 0,1...0,15 мм. При выполнении ДЗ (Приложение П.1) с ПМК условно примем, что установка ПМК с общим числом выводов до 350, соответствует малой конструкторской сложности ПП; от 350 до 800 — средней, свыше 800 — высокой;
4)	технико-экономические показатели (стоимость, технологичность, уровень унификации и стандартизации и др.);
5)	возможность автоматизации процессов изготовления, контроля и диагностики, установки ЭРИ с учетом применяемого в конкретном производстве технологического оборудования.
3.6.	Выбор класса точности ПП
ГОСТ 23751—86 устанавливает пять классов точности ПП, каждый из которых характеризуется минимальным допустимым значением номинальной ширины проводника (/), расстоянием между проводниками (5), расстоянием от края просверленного отверстия до края контактной площадки (Ь), отношением диаметра отверстия к толщине ПП (у) в узком месте (см. табл. 1.1). Однако в настоящее время изготавливают ПП по 6 и 7 классам точности с шириной проводников 70...40 мкм.
Основными критериями при выборе класса точности ПП являются (см. табл. 3.6):
•	конструкторская сложность ФУ — степень насыщенности поверхности ПП ЭРИ (малая, средняя, высокая) при традиционной элементной базе или число выводов ПМК и шаг их расположения;
•	элементная база (дискретные ЭРЭ, ИМС, МСБ, ПМК, бескорпусные ИЭТ);
•	тип, число и шаг выводов ЭРИ (штыревые, планарные, безвывод-ные, J-образные, матричные и пр.);
•	быстродействие;
•	надежность;
•	массогабаритные характеристики;
•	стоимость;
•	условия эксплуатации;
•	максимальные ток и напряжение;
•	уровень технологического оснащения конкретного производства.
Изготовление ПП определенного класса точности обеспечивают, применяя технологическое оснащение и вспомогательные материалы, указанные в табл. 3.6.
Печатные платы 1 и 2 классов точности наиболее просты в исполнении, надежны в эксплуатации и имеют минимальную стоимость; для ПП 3
Таблица 3.6. Область применения и технологическое обоснование классов точности ПП
Класс точности	Область применения	Оборудование	Основные материалы	Вспомогательные материалы	Тип производства
1 и 2	Для ПП с дискретными ЭРИ при малой и средней насыщенности поверхности ПП ЭРИ	Без ограничения	Без ограничений для ПП 1-й и 2-й групп жесткости. Для 3-й и 4-й групп — на основе стеклоткани	Без ограничения	От мелкосерийного до крупносерийного
3	Для ПП с МСБ и ЭРИ, имеющих штыревые и планарные выводы, а также с безвыводными ЭРИ при средней и высокой насыщенности поверхности ПП ЭРИ	Фотокоординатограф, фотоплоттер, сверлильно-фрезерный станок с ПУ, линии химико-гальванической металлизации и травления модульного типа	На основе стеклоткани с гальваностойкой фольгой толщиной не более 35 мкм	Сухой пленочный фоторезист (СПФ)	
4 (требуются ограничения габаритных размеров, специальные материалы)	Для ПП с ЭРИ и ПМК, имеющих штыревые и планарные выводы, а также с безвыводными компонентами, при средней и высокой степени насыщенности поверхности ПП ЭРИ и ПМК	Фотоплоттеры, плоттеры	Травящиеся термостойкие диэлектрики с тонкомер-ной фольгой, диэлектрик с адгезивным слоем	Малоусадочная фотопленка с относительной усадкой не более 0,03 %, СПФ	От единичного до мелкосёрий-ного
5	Для ПП с БИС и МСБ, имеющих штыревые и планарные выводы, ПМК при очень высокой насыщенности поверхности ПП ЭРИ и ПМК	Специальное прецизионное оборудование, фотоплоттеры, плоттеры, лазерное оборудование		Фоторезисты с высокой разрешающей способностью и толщиной не более 35 мкм; фоторезисты лазерного экспонирования	
84 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
Выбор метода изготовления ПП
85
класса точности необходимо использовать высококачественные материалы, более точный инструмент и оборудование; для ПП 4 и 5 классов — специальные материалы, прецизионное оборудование, особые условия при изготовлении; ПП 6 и 7 классов — это высокоплотные ПП, для которых нужны специальные конструкции, материалы и технологическое оснащение.
3.7.	Выбор метода изготовления ПП
Выбрав тип конструкции и класс точности ПП, зная элементную базу и конструкторскую сложность, можно определить метод изготовления ПП (табл. 3.7).
3.8.	Выбор материала основания ПП
При выборе материала основания ПП особого внимания требуют:
•	предполагаемые механические воздействия (вибрации, удары, линейное ускорение и т. п.);
•	класс точности ПП (ширина проводников, расстояние между проводниками);
•	реализуемые электрические функции;
•	объект, на который устанавливается ЭА;
•	быстродействие;
•	условия эксплуатации;
•	стоимость.
Материал основания ПП выбирают по ТУ на материалы конкретного вида и ГОСТ 10316—78 с учетом: электрических и физико-механических параметров ПП и ГПК во время и после воздействия механических нагрузок, климатических факторов и химических агрессивных сред в процессе производства и эксплуатации; обеспечения автоматизации процесса установки ЭРИ.
Материал основания определяет основные свойства ПП. К диэлектрическим материалам предъявляют требования, приведенные в § 2.1. Там же даны некоторые рекомендации по выбору материала основания ПП. В табл. 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6 и Приложении 13 представлены марки материалов основания ПП, наиболее широко применяемые в настоящее время для изготовления ОПП, ДПП, МПП, ГПП, ГЖП и ГПК.
Для изготовления ГПК, способных выдерживать многократные изгибы на 90° (в обе стороны от исходного положения) с радиусом 3 мм, применяют полиимид, фольгированный лавсан и фторопласт.
При поверхностном монтаже компонентов увеличивается удельная тепловая нагрузка, и возникают проблемы, вызванные различными коэффициентами теплового линейного расширения (ТКЛР) ПП и выводов ЭРИ и ПМК. Эти проблемы решаются путем создания специальных структур, способных скомпенсировать напряжение деформации, возникающие в ЭРИ и ПП при монтаже и эксплуатации и приводящие к отказам изделий. Поэтому для ПП с ПМК необходимо использовать материалы основания с ТКЛР, сопрягаемым с этим параметром у ПМК.
86 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
Таблица 3.7. Обобщенные характеристики ПП и методы их изготовления
Тип ПП	Метод изготовления	Материалы для изготовления основания ПП*	Элементная база	Конструкторская сложность	Класс точности	Уровень модульности	Конструкция печатного проводника				
ОПП И слои МПП	Химический негативный	ГФ1-35Г СФ1-35Г СТФ СОНФМ СТНФ	Корпусные ИМС и ЭРЭ (традиционная элементная база)	Малая	1 и2	1		I \			
								'МИИИ.			
											
	Химический позитивный	ДФО ДФС СОНФМ СФПН СТФТ									
											
ДПП на диэлектри-ческом основании и слои МПП	Комбинированный позитивный	FR-4 МИ1222 СФ2-35Г СТАЛ СТФГС СТПА-5-2 СТНФ СТФТ	1. Корпусные ИМС и ЭРЭ. 2. ПМК	Средняя	3 (при толщине фольги 35 мкм и более); 4 и 5 — при 18 мкм и менее	1					
											
											
											
											
											
	Комбинированный негативный	ДФС СФПН СОНФ									
	Аддитивный	СТАМ СТЭФ	1. Корпусные ИМС и ЭРЭ. 2. ПМК	Высокая	5	1					
											
	Фотоформирование	СТЭК СТАМ									
	Электрохимический	СТЭФ FR-4 СТАМ СТПА-5-2 СТАЛ			5	1				-3	
							2^	7//////Л			
											
							Материал СТПА-5-2				
	Субтрактивный	СТЭК СТЭФ	1.	Бескорпусная. 2.	ПМК. 3.	Корпусные ИМС и ЭРЭ	Высокая	4 и 5	1	,3				
							k^\\\\\\\\VA\\\\^l				
											
Рельефные платы <РП)											
	Полуад-дитивный	СТЭК СТЭФ					9				
							5'				
	Аддитивный	СТАМ						3 /			
								W///////7/A			
								№.			
							. 4				
ГПП		ПИ-40А ПФ-1 ПФ-2 ЛФ ЛФР	1. ПМК. 2. Бескорпусная	Высокая	5 и выше	Ои 1					
Односторонние	Химический негативный, ПФ-1, ЛФ, ЛФР						3				ив-
Дву-сторонние	Тентинг-процесс Комбинированный позитивный Химический негативный (без отверстий)						Гибкие ОПП и гибкие ДПП (без отверстий) химический негат ный метод				
Многослойные	1.ММСО. 2. Послойное наращивание										
Выбор материала основания ПП
87
Продолжение табл. 3.7
Тип ПП	Метод изготовления	Материалы основания ПП*	Элементная база	Конструкторская сложность	Класс точности	Уровень модульности	Конструкция печатного проводника		
дпп на метал-лическом основании	Электрохимический	Алюминий, медь, сталь, титан	1.	Бескорпусная, 2.	ПМК. 3.	Корпусные ИМСи ЭРЭ	Высокая	4 и 5	1			-5
	Аддитивный				5		3		
МПП без межслой-ных переходов	Открытых контактных площадок (ОКП)	ФДМЭ	Корпусные ИМС и ЭРЭ	Высокая	2, 3	1 и 2		3	
	Выступающих выводов	СПТ-4						7////М	
МПП с межсЛой-ними переходами	Попарное прессование	СФ		Средняя	3	1 и2			
	Послойное наращивание	СПТ-4		Высокая		1 и 2	й		3 —2
	Метод металлизации сквозных отверстий (ММСО)	СТПА СТАЛ СТФТ МИ1222.8 ФТС САФ-препрег	1. Корпусные ИМС и ЭРЭ. 2. ПМК	Средняя, высокая					
МПП с межслойными переходами	Полностью аддитивное формирование отдельных слоев (ПАФОС)	СПТ-4	Корпусные МСБ	Высокая	5 и выше	1 и 2	2^,	3	1,6
МПП с наращиванием перераспределительных слоев	Стержневой слой: 1)	комбинированный позитивный; 2)	тентинг-процесс; 3)	полуаади-тивный	FR-4	ПМК		6и7	1			
88 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
Окончание табл. 3.7
Тип ПП	Метод изготовления	Материалы основания ПП* **	Элементная база
	1- 1 ' Наружные слои — полуаддитив-ный	Наружные слои: 1)	фольга, покрытая смолой; 2)	полинмидный пленочный ламинат* 3)	арамидный ламинат или препрег с фольгой и др.	
Многослойные керамические платы (МКП)		Керамика	1. Бескорпус-ная. 2. ПМК
ДПП и слой МПП	Тентинг-процесс	FR-4	1. ПМК. 2. Корпусные ИМСиЭРЭ
Гибкожесткие ПП	ммсо О КП	FR-4 ФТС СТПА ФДМЭ САФ-препрег	1. ПМК 2. Корпусные ИМС и ЭРЭ монтируют на жестких частях
Гибкие печатные кабели		ЦИ-40А ПФ-1 ПФ-2 ФАФ-4Д ЛФ, ЛФР Элифом-ПФ	
МПП для ПМК с металлическими сердечниками	Аддитивный, электро-химический (слой)	в 8 КЙ hpi lift! Полиимид, кевлар, САФ-препрег	ПМК
Конструкторская сложность	Класс точности	Уровень модульности	Конструкция. > печатного проводника
			5
Высокая			
			WfSSMi‘ЗЯ
			1*0000000000000004
	4 и 5	0, 1, 2	-
			3
			
	4	1, 2	'дВ-5
			ммсо
			3
		0 и 1	
-	3		-
			СТПА
			,3
			
Высокая	4и 5	1 и 2	-—5
* См. табл. 2.1; 2.2; 2.4.
** Цифрами на рисунках обозначены слои: 1 — медная фольга (толщина й= 5, 9, 12, 18, 35, 50 мкм); 2 — гальваническая медь (й = 25...30 мкм); 3 — металлорезист (олово—свинец, й = 9...12 мкм или финишное покрытие, й = 0,2...0,4 мкм); 4 — толстослойная химическая медь (й = 35 мкм)', 5 — химическая медь (подслой й = 2...5 мкм); 6 — гальванический никель (й = 2 мкм).
Разработка компоновочных эскизов ячейки	89
3.9.	Разработка компоновочных эскизов ячейки и выбор габаритных размеров ПП
Если габаритные размеры ПП не заданы в ТЗ, необходимо:
•	выбрать (рассчитать) типоразмер ПП по варианту 1 или 2 (см. ниже);
•	скомпоновать конструкторско-технологические зоны для размещения на ПП ячейки:
ЭРИ или ПМК;
элементов контроля функционирования;
элементов электрического соединения, например, соединителя; элементов крепления;
элементов фиксации ячейки в модулях более высокого конструктивного уровня;
•	выбрать толщину ПП;
•	определить число слоев и толщину МПП.
Печатная плата является несущей конструкцией модуля 1-го уровня (ячейки, ТЭЗ). В общем случае число типоразмеров ПП в одном изделии необходимо ограничить. Это связано со значительным снижением затрат на производство ПП. В большинстве случаев при использовании при проектировании модульного принципа конструирования размеры и форма ПП определяются системой унифицированных типовых конструкций модулей. Применение унифицированных базовых несущих конструкций (УБНК) обеспечивает совместимость модулей по конструктивным, электрическим и эксплуатационным требованиям, сокращает сроки и стоимость проектирования и производства изделий [14]. Размеры ПП ячеек, устанавливаемых в аппаратуру с применением УБНК приведены в ОСТ 4ГО.4Ю.223 (170 х 75; 170 х ПО; 170 х 150; 170 х 200) и в международных стандартах МЭК 297 (IEC 297-3) на 19-дюймовые конструкции и метрический МЭК 917 (IEC 917-2-2).
При выборе типоразмера ПП необходимо обратить внимание:
•	на число устанавливаемых на ПП корпусов ЭРИ, число задействованных выводов ЭРИ, тип корпуса ЭРИ; вариант установки ЭРИ, ПМК и их установочные площади;
•	на способ установки ЭРИ на ПП, так как максимальные размеры сторон (заготовки) ПП, предназначенных для автоматической установки ЭРИ выбирают с учетом технических характеристик оборудования (размеров стола), используемого для установки ЭРИ;
•	на уровни паразитных связей между элементами печатного монтажа, так как при неправильно выбранных расстояниях между ЭРИ, между элементами печатного монтажа могут возникнуть перекрестные помехи между сигнальными линиями связи, паразитные связи по цепям питания и заземления, искажения формы сигнала в линиях связи;
•	на эксплуатационные характеристики, так как собственная частота ПП, зависящая от ее длины, ширины, толщины, массы установленных ЭРИ, плотности материала ПП и массы ПП, способа закрепления ПП в модулях более высоких конструктивных уровней, не должна находиться в спектре частот внешних вибрационных воздействий;
•	на технико-экономические показатели.
90 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
Установочную площадь ЭРИ определяют как площадь прямоугольника, размеры которого зависят от внешних предельных очертаний установочной проекции ЭРИ на поверхность ПП, включая отформованные выводы.
При разработке оригинальной конструкции ЭА и, соответственно, ПП возможны два варианта выбора типоразмера ПП:
1) путем ориентировочной оценки площади ПП по формуле (3.1) (на ранней стадии разработки);
2) при помощи компоновки и расчета конструкторско-технологических зон на ПП для установки ЭРИ, электрических соединителей, элементов контроля, крепления и фиксации.
3.9.1. Выбор типоразмера ПП (1-й вариант)
Ориентировочно площадь ПП на ранних стадиях проектирования и при разработке моноконструкции ячейки можно определить по следующей формуле [17]:
S^=ksy±Syl,	(3.1)
/=1
где 5у/ — установочная площадь /-го ЭРИ;
ks^ — коэффициент, зависящий от назначения и условий эксплуатации аппаратуры (Л5Х = 1—3);
п — количество ЭРИ.
Расстояние между корпусами двух соседних ЭРИ на ПП должно быть не менее 1 мм, а расстояние по торцу — не менее 1,5 мм.
Метод проектирования моноконструкций применяется для создания ФУ, блоков, ЭА на основе оригинальной несущей конструкции в виде моноузла. Это увеличивает себестоимость, время проектирования, ограничивает возможности типизации и унификации, но позволяет существенно улучшить технические параметры ЭА.
Зная площадь ПП, максимально допустимую длину проводника, задаваясь соотношением сторон ПП, можно определить ее размеры по ГОСТ 10317—79 (см. табл. 1.3). Предельные отклонения на сопрягаемые размеры контура ПП и ГПК должны быть не выше 12 квалитета, а на несопрягае-мые — не выше 14 квалитета по ГОСТ 25347—82.
3.9.2. Компоновка конструкторско-технологических зон для размещения на ПП ячейки ЭРИ, элементов контроля функционирования электрического соединения, крепления и фиксации
ячейки (2-й вариант выбора типоразмера ПП)
При выборе типоразмера по 2-му варианту необходимо провести компоновку конструкторско-технологических зон для размещения на ПП ячейки ЭРИ, элементов контроля функционирования, электрического CQ-, единения, крепления и фиксации ячейки. Под компоновкой ФУ понимают
Разработка компоновочных эскизов ячейки	91
процесс размещения ЭРИ, деталей на ПП и определение ее геометрических форм и размеров.
Площадь и геометрические размеры ПП (длину Lx и ширину Ly) можно также определить исходя из компоновки конструкторско-технологических зон для размещения на ПП ячейки ЭРИ, элементов электрического соединения, крепления, контроля функционирования и фиксации ячейки, размеров краевых полей [22]. Для определения геометрических размеров ПП ФУ ее длины Lx и ширины Ly необходимо учесть размеры всех конструкторско-технологических зон, представленных на рис. 3.4.
Геометрические размеры ПП определяют по следующим формулам:
4 = («х - DG + lx + *i + х2;	(3.2)
Ly = («у - О/, + 1У + У1 + У2>	(3.3)
где tx, ty — шаги установки ИМС на ПП по х и у (табл. 3.8);
1Х, 1у — размеры корпуса ИМС;
х» Ji> Уг — краевые поля ПП (приведены в табл. 3.11, 3.12, 3,13);
пх и пу — количество ИМС, установленных по осям Хи К
Под размерами краевого поля понимают расстояние от края ПП по осям X и К до первого ряда выводов корпусов ИМС.
Определив Lx и Ly, выбирают типоразмер ПП по табл. 1.3 согласно ГОСТ 10317-79.
Ниже рассматриваются вопросы определения размеров всех шести зон ПП, представленных на рис. 3.4:
•	определение размеров зоны размещения ЭРИ на ПП (зона 5J;
•	. выбор элементов электрического соединения (зона 52);
•	выбор элементов контроля функционирования ячейки, а также ручек, съемников (зона 53);
Кис. 3.4. Пример расположения конструкторско-технологических зон и краевых полей на ПП: 5] — зона размещения ЭРИ; Si — зона размещения элементов электрического соединения: соединителя, контактных площадок, колодок для установки ГПК, тканых или опрессованных ГЦИ1; ширина зоны — yi; S3 — зона расположения элементов крепления ячейки и контроля (^ртрольные колодки с контактными площадками и штырями, одиночные пистоны и контакты); ширина зоны — уу, S4 и S5 — зоны, предназначенные для установки ячеек в блок; ширина зоны Х| и хз, соответственно; Sf, — зона для расположения дополнительных элементов г 'Л	крепления ячейки (при необходимости)
92 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
•	выбор элементов фиксации ячейки в модулях более высокого конструктивного уровня (зоны S4 и 55);
•	выбор дополнительных элементов крепления ячейки (зона S6).
Зоны S2, S3, S4, S5 и S6 — зоны запрета трассировки проводников в САПР.
3,9,2.,1	.Определение размеров зоны размещения ЭРИ на ПП
Определение размеров зоны размещения ЭРИ на ПП (см. рис. 3.4, зона $,) для выбора типоразмера ПП связано с решением компоновочных задач, для чего необходймо вернуться к результатам анализа электрической принципиальной схемы, в котором выявлены схемные и конструктивные особенности, которые могут оказать влияние на компоновку ячейки и размеры ПП.
Компоновка и размещение ЭРИ должны удовлетворять требованиям системного подхода. Необходимо предусмотреть:
•	обеспечение наиболее простой трассировки;
•	требуемую плотность компоновки ЭРИ;
•	сложность электрической принципиальной схемы;
•	тепловые режимы;
•	механические воздействия;
•	помехозащищенность и исключить взаимное влияние элементов печатного монтажа на электрические параметры ПП;
•	обеспечение технологических требований, предъявляемых к ЭА: автоматическую сборку, пайку, контроль;
•	обеспечение высокой надежности, малых габаритных размеров и массы, теплоотвода, ремонтопригодности, быстродействия.
Для выполнения указанных ограничений необходимо провести проверочные расчеты: сначала оцениваются компоновочные параметры ПП; затем размещают ЭРИ с учетом механических воздействий; далее с учетом взаимодействия электрических (магнитных) полей и т. д. Если полученные результаты не удовлетворяют требованиям, необходимо рассмотреть новую компоновку ЭРИ и повторить процесс конструирования сначала.
Размещение традиционных ЭРИ (ЭРЭ и ИМС в корпусах 1-, 2-, 3- и 4-го типов) и поверхностно-монтируемых компонентов (ПМК). Некоторые рекомендации по размещению ЭРИ и ПМК приведены ниже [23]:
•	ЭРИ и ПМК, имеющие наибольшее количество внешних связей, располагают вблизи соединителя;
•	ЭРИ и ПМК, имеющие наибольшее число связей с уже установленными ЭРИ и ПМК, размещают рядом и т. д.
•	крупногабаритные ЭРИ и ПМК устанавливают вблизи электрического соединителя или у элементов крепления ячейки;
•	корпусные ЭРИ и ПМК располагают рядами, при этом выводы должны совпадать с узлами координатной сетки (или хотя бы один или несколько);
•	ИМС, ПМК и МСБ (корпусные и бескорпусные) располагают симметрично контактных площадок;	>,
•	первый вывод корпуса ИМС, ПМК и МСБ совмещают с первой контактной площадкой, имеющей ключ на ПП;
Разработка компоновочных эскизов ячейки
93
•	ЭРИ и ПМК размещают с учетом электрических связей, теплового режима, паразитных связей между ЭРИ, ПМК и проводниками, равномерного распределения масс ЭРИ и ПМК на ПП, минимальной длины связей и количества переходов со слоя на слой;
•	функционально связанные ЭРИ и ПМК устанавливают на минимальном расстоянии друг от друга;
•	группировку пассивных ЭРЭ выполняют вокруг соотЬе^стЬующих активных;
•	шаг установки ИМС, ПМК и МСБ на ПП определяется размерами и типом корпуса, тепловым режимом блока, механическими воздействиями, методом разработки топологии ПП, числом задействованных выводов и пр. (пример шагов установки ИМС приведен в табл. 3.8);
•	определяют и устанавливают ЭРИ и ПМК с особыми требованиями к их расположению (с экранированием, термостатированием, вертикально и пр.);
•	вариант установки ЭРИ выбирают в соответствии с ГОСТ 29137—91, ОСТ 45.010.030—92 и ОСТ 4.010.030—81, в зависимости от условий эксплуатации, метода изготовления ПП, степени автоматизации сборки; например, в механически нагруженной ЭА используют варианты установки ЭРИ с приклеиванием, с закреплением специальной скобой и пр.; в зависимости от выбранного варианта установки изменяется установочная площадь ЭРИ.
Таблица 3.8. Пример установки корпусных ИМС (традиционная элементная база) при одностороннем размещении на ДПП или двустороннем размещении на МПП при числе слоев не менее четырех
Обозначение корпуса по ОСТ 4.010.030-81	Габариты корпуса /х х ly-x hi	Масса, г	Размер установочной площади, мм2	Среднее число задействованных выводов	Шаг установки ИС по осям, мм		Вариант установки		
					4	•у			
157.29-1	39 х 29 х 5,0		29x39	13	42,5	32,5			
				20	47,5	32,5			
				22	50,0	32,5			
				24	52,5	32,5			
				26	55,0	32,5			
				28	57,5	32,5			
201.14-8	19,5 х 7,5 х 4	2,4	7,5 х 19,5	8	22,5	12,5			
				9	22,5	15,0			
				11	25,0	15,0			
				12	25,0	17,5			
				14	27,5	17,5			
401.14-3 (4,5)	9,8 х 6,5 х 2,3	1,0	9,8 х 13	10	12,5	15,0			
				11	12,5	17,5	д		1.
				12	15,0	17,5			
				14	15,0	20,0			
402.16-1	12,0x9,5x2,5	1,0	12 х 18	14	12,5	20,0			
Особенности размещения поверхностно-монтируемых компонентов (ПМК) на ПП. При размещении ПМК не существует ограничений по максимальному расстоянию между корпусами ПМК — чем больше, тем лучше.
94 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
Рис. 3.5. Минимальные рекомендуемые расстояния между ПМК И элементами печатного монтажа
Однако часто требуется как можно более плотно разместить ПМК на ПП. Пример минимальных рекомендуемых расстояний между ПМК и элементами печатного монтажа представлен на рис. 3.5 [24].
Минимальное расстояние между контактными площадками ПМК должно быть не менее 0,63 мм. Все полярные ПМК (SMD) должны быть по возможности сориентированы в одном направлении.
К размещению ПМК при пайке волной припоя ПМК (SMT), предъявляют следующие требования:
•	все ЧИП-компоненты и корпуса типа SO располагают параллельно друг другу;
•	все ПМК в корпусах типа SO, SOIC размещают перпендикулярно длинной оси ЧИП-компонентов.
•	длинная ось SOIC должна быть параллельна направлению движения ПП при пайке волной припоя;
Такое размещение ПМК уменьшает вероятность образования мостиков припоя при пайке волной припоя между соседними выводами корпуса (рис. 3.6). На рис. 3.6, б показано, что из-за неправильного расположения ПМК на ПП образованы перемычки между выводами корпуса.
Для корректировки систематических и случайных погрешностей, накапливающихся при изготовлении ПП и сборке ячейки, на ПП размещают метку точки отсчета (Fiducial Marks), которая является центром системы координат на всех этапах производства и монтажа ПП. Она позволяет корректировать погрешности измерения текущих координат на оборудовании, накапливающиеся в процессе монтажа.
Различают два вида меток начала отсчета: глобальные и локальные. Первые используются для привязки всей ПП или нескольких ПП,! объеди-
Разработка компоновочных эскизов ячейки
95
Контактные площадки (ловушки для припоя)
Направление движения ПП с ПМК
при пайке волной припоя
Рис. 3.6. Ориентация ПМК при размещении их на ПП: а — рекомендуемая; б — не рекомендуемая
ненных в панель, для привязки всей панели; вторые — для привязки конкретного ПМК (обычно с большим количеством выводов и малым шагом между ними). Для конкретного вычисления координат (X, Y) необходимо не менее двух глобальных меток, обычно расположенных в диагонально-противоположных углах ПП на максимально возможном расстоянии друг от друга. Для конкретного вычисления координат некоторых ПМК также нужны две локальные точки отсчета, обычно расположенные по диагонали, на периметре области занимаемой данным ПМК. В случае нехватки свободного места используют одну локальную точку отсчета, предпочтительно в центре установочной площади. Рекомендуемый размер глобальных и локальных меток равен 1,5 мм (60 mil). Иногда используют глобальные метки большего размера, чем локальные, но это не является предпочтительным вариантом.
Используют различные виды меток точки отсчета:
•	закрашенный круг диаметром обычно 1,5 мм (рис. 3.7);
•	закрашенный квадрат обычно со стороной 2,0 мм;
•	закрашенный повернутый квадрат со стороной обычно 2 мм;
•	одиночный крест обычно высотой 2,0 мм;
•	двойной крест обычно высотой 2,0 мм.
Предпочтительным является вариант, представленный на рис. 3.7.
Зазор
R
J___1Л-
Минимум
Рис. 3.7. Виды меток точек отсчета центра системы координат ПП
96 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
Метку размещают в слое металлизации, освобождают от маски и покрывают сверху никелем или оловом. Между метками и краями ПП должно быть расстояние не менее 5 мм (200 mil) плюс минимальный требуемый зазор (2/?). Оптимальным считается размещение меток ПП в трех точках как показано на рис. 3.8. Координаты точки начала отсчета (0, 0), две остальные точки расположены на осях X и Y.
Глобальные метки начала отсчета должны располагаться на всех слоях содержащих ЭРИ (как ПМК (SMD), так и традиционные (TH)).
Поверхностно-монтируемые компоненты одного типа размещают в одном направлении и по возможности группируют вместе (рис. 3.9).
•	Глобальные точки отсчета
_||||||||||||||||«
Нормально устанавливаемый компонент
Ло™.е“||||11И|111|ИЙ
точки отсчета
•	Точка начала отсчета	•
Рис. 3.8. Оптимальное размещение меток точек отсчета системы координат ПП
Рис. 3.9. Размещение однотипных ПМК на ПП
Разработка компоновочных эскизов ячейки	97
З.У.2.2а Выбор элементов электрического соединения и размера краевого поля для их размещения (зона SJ
При монтаже ячеек между собой и ячеек с модулями более высокого конструктивного уровня применяют жгуты, плоские ленточные провода (ПЛП), ГПК, подсоединение которых к ПП выполняют при помощи различных элементов электрического соединения: штырей, металлизированных отверстий, контактных площадок и концевых контактов, расположенных на ПП; размер краевого поля для их размещения необходимо учесть при расчете или выборе типоразмера ПП.
Для получения электрической связи при монтаже ячеек применяют контактные соединения двух видов: неразъемные (выполняются пайкой, сваркой, накруткой, обжимкой, и т. д.) и разъемные (выполняемые различными типами электрических соединителей).
В блоках книжной конструкции применяют жгуты, ПЛП (опрессованные, плетеные и тканые), ГПК и объемные провода в резиновом ремне для соединения ячеек между собой и внешним соединителем блока.
Электрические соединения ПЛП, провода и жгута с ПП могут быть получены с использованием металлизированных отверстий (рис. 3.10, а), штырей (пустотелых заклепок), монтажных лепестков, впаянных в металлизированные отверстия на ПП (рис. 3.10, б, в).
Способ присоединения ГПК к ПП зависит от конструкции окончания ГПК, которое может быть выполнено в виде металлизированных отверстий, контактных площадок и контактных лепестков (рис. 3.11).
Рис. 3.10. Способы электрических соединений ПЛП, проводов и жгутов в ФУ на ПП в блоках книжной конструкции: а — подсоединение ПЛП; б, в — подсоединение проводов к штырям; 1 — ПП; 2 — прижимная планка; 3 — ПЛП; 4 — штырь (пустотелая заклепка); 5 — провод;
6 — монтажный лепесток
Рве. 3.11. Варианты окончания ГПК: а — в виде металлизированных отверстий; б — контактных площадок; в — контактных лепестков
♦ Проектцрржани» ц тадарп,»
•C4TMW да
98 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
Установку ГПК с металлизированными отверстиями на ПП соединяемых ячеек осуществляют при помощи переходной колодки или на штыри в ПП (рис. 3.12, о); ГПК с контактными площадками — «внахлест» к соответствующим площадкам ПП и поджатием планкой или скобой (рис. 3.12, б, в). Электрические соединения получают пайкой.
Рис. 3.12. Способы крепежа и получения электрических соединений ГПК и ПП в блоках книжной конструкции: а — при помощи переходной колодки или на штыри; б, в — внахлест; / — ПП; 2 — переходная колодка; 3— ГПК; 4— крепежный штырь; 5— планка; 6— прокладка
В блоках разъемной конструкции для обеспечения быстрого электрического соединения, легкосъемности, ремонтопригодности используют электрические соединители косвенного и прямого сочленения — краевого разъема (табл. П.3.1 и П.3.2 Приложения 3).
Основные требования, предъявляемые к контактной паре:
•	обеспечение высокой надежности соединения при механических и климатических воздействиях;
•	минимальные и стабильные переходные сопротивления 0,01...0,02 Ом с нестабильностью 20...30 %;
•	высокая износоустойчивость поверхностей контактирования и пр.
В соединителях прямого сочленения печатные концевые контакты расположены на ПП, как правило, с двух сторон и они непосредственно соединяются с розеткой. К ним предъявляются следующие требования: минимальные и стабильные номинальные и переходные сопротивления, высокая износоустойчивость (предельное число сочленений) и твердость. Розетка (ответная часть) располагается на электромонтажной панели.
Соединители косвенного сочленения устанавливают и крепят на ПП с помощью винтов на стороне размещения ЭРИ, а контакты,, выполненные в виде навесной вилки, распаивают на ПП. К ним предъявляют требования высокой надежности электрических контактов, минимальных габаритов и массы.
Для получения электрических соединений между ФУ и .коммутацион-ной платой монтажными проводниками используют соединительные платы и гребенки; их располагают по краям ПП. Соединительные платы используют в ячейках, к которым предъявляются требования высокой надежности, малых габаритов и массы.	<
Выбор конструкции электрического соединения ячеек между собой, ячейки с модулями более высокого конструктивного уровня зависит от их компоновки в блок (разъемной или книжной).
Разработка компоновочных эскизов ячейки
99
При выборе типа электрического соединителя учитывают назначение соединителя, электрические параметры и их предельные значения, в частности, диапазон частот, максимальный рабочий ток, условия эксплуатации, габариты, массу, надежность, совместимость с элементной базой, количество контактов (резервирование должно составлять порядка 10... 15 % от общего числа выходных контактов для повышения ремонтопригодности). Причем при увеличении числа контактов в соединителе более 30-ти уменьшается надежность соединения, приходящаяся на один контакт, и увеличивается усилие сочленения. Поэтому на ПП вместо одного можно устанавливать несколько соединителей, суммарное число контактов которых равно необходимому числу соединяемых электрических цепей. Усилие расчленения электрических соединителей, приходящееся на одну контактную пару, находится в пределах 0,39...1,0 Н. При расчете максимального усилия расчленения это значение умножают на число контактных пар в соединителе.
Для низкочастотной ЭА, например, наиболее важными являются максимальные значения токов и напряжений (для сильноточных цепей контакты необходимо запараллелить), для высокочастотной — необходимо согласование волновых сопротивлений коммутируемых линий передач и контактных пар соединителей и пр.
Наиболее надежными являются гиперболоидные соединители, имеющие широкий диапазон рабочих напряжений (1 мВ...250 В), токов (1 мкА...З А), достаточно высокую износоустойчивость (до 1000 сочленений) и незначительное усилие сочленения (0,5...1,5 Н). К основным типам гиперболоидных соединителей, применяемым для электрического соединения ячеек между собой, ячейки с модулями более высокого конструктивного уровня или ячеек в составе субблока относятся следующие: ГРПМ1, ГРПМ2, ГРПМ9, ГРППЗ, ГРППМ5, ГРППМ7, ГРППМ8, ГРППМ9, ГРППМ10 и др. Вилки соединителей ГРПМ1, устанавливаемые на ПП, выпускают с прямыми выводами штырей (в маркировке указывается буква П, например, ГРПМ1-ШП) и с угловыми (в маркировке указывается буква У, например, ГРПМ1-ШУ). Вилки соединителей ГРПМ9, устанавливаемые на ПП, выпускают с угловыми выводами штырей, которые запаивают в металлизированные отверстия ПП (ГРПМ9-ШУ с буквой «У») и с выводами, припаиваемыми к контактным площадкам ПП (в маркировке указывается буква Н, например, ГРПМ9-ШН). Розетки соединителей ГРПМ1 и ГРПМ9 устанавливают на шасси блоков и панелей, а электрическое соединение их выводов осуществляют способами объемного монтажа.
В промышленности широко применяются отечественные соединители косвенного сочленения СНП34, СНП58, СНП59.
Импортные соединители прямого сочленения PCI, AGP и USB и др. приведены в табл. 3.9.
Основные характеристики импортных разъемов приведены в табл. 3.10.
Конструкции некоторых соединителей из табл. 3.9 и 3.10 приведены в Приложении 3.
При выборе отечественных электрических соединителей следует руководствоваться ОСТ 4.ГО.010.009—84 или [16].
Расчет параметров ГПК рассмотрен в разд. 4.4.3.
100 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
Таблица 3.9. Серии и типы импортных соединителей, назначение и системы их обозначений
Соединитель	Назначение	Система обозначений
PCI	Краевой разъем для присоединения периферийных компонентов	—
AGP	Для подключения высокоскоростных видеоадаптеров	—
USB	Связь с периферийными устройствами	ввода-вывода: клавиатура, мышь, принтеры, сканеры, модемы, джойстики, устройствами с последовательным портом и др.	—
Серия Centronics (CENC, CEND, CENI, CENR и др.)	Низковольтные разъемы для соединения кабель—кабель, кабель—блок, кабель—плата	CENC - 36 М 1	2 3. 1 — тип разъема; 2 — количество контактов: 14, 24, 36, 50; 3 — «М» — вилка, «F» — розетка
Серия D-SUB (DRV, DB, DI и др.)	То же	DRV -15 М А 1	2 3 4 1 — тип разъема; 2 — количество контактов: 9, 15, 19, 23, ..., 78; 3 — «М» — вилка, «Е> — розетка; 4 — вариант исполнения
Тип DIN41612	Низкочастотные межплатные разъемы	DIN 2 16 32 М R 1	2 3 4	5 6 1 — серия: DIN; 2 — количество рядов контактов 2 или 3; 3 — число контактов в ряду: 16 или 32; 4 — общее количество контактов; 5 — «М» —вилка, «Е> — розетка; 6 — без буквы — прямые контакты; R — под углом 90°
PL	Штыревые соединители плата—плата кабель—кабель	PL S 40 R 12 3 4 1 — серия: PL, РВ — на плату; BL — на кабель; 2 — количество рядов контактов: S — один; D — два; 3 — общее число контактов: 1...40; 4 — без буквы — прямые контакты; R — под углом 90’
Серия SCM	Двухрядные вилки под установку на плату с фиксацией соединения с помощью защелки	. SCM 40 М R 1	2 ;3 4 1 — серия; 2 — количество контактов; 3 — тип разъема: вилка; 4 — без буквы — прямые контакты; R — под углом 90°
Тип WF, HU	Разъемы питания	WF хх М 1	2 J 1 — WF — вилка на плату Открытая; HU —। розетка на кабель; 2 —.количество контактов: 2...20; 3 — М — вилка; MR — вилка угловая; F — розетка; Мобж — вилка nctf обжим; F — розетка	i
Разработка компоновочных эскизов ячейки
101
Окончание табл. 3.9
Соединитель	Назначение	Система обозначений
Тип MF	То же	MF-2 хх М 12 3 1 — MF — разъемы двухрядные; 2 — количество контактов в ряду: 2...12; 3 — М — вилка, MR — вилка угловая,	— вилка под обжим, Робж — розетка под обжим
PCI — Peripheral Component Interconnect; AGP — Accelerated Graphics Port; USB — Universal Serial Bus.
Таблица 3.10. Основные характеристики импортных разъемов
Соединитель	Параметр								
	Диапазон рабочих температур, 'С	Усилие на соединение, на контакт, Н	Усилие на разьединение, на контакт, Н	।	Количество циклов соединения/разъединения	Контактное сопротвление, МОм	Емкость, пФ	Рабочее напряжение, В	Максимальная сила тока, А	Примечание
PCI	-55 +85	2,22	0,14	100	20...30	2	203 переменного тока	До 1	—
AGP	0 + 85	0,917	0,55...0,097	50	20	—	250 переменного тока	—	—
USB	-55 +85	35	10	1500	30	2	30	1	
Centronics	-55 +105	—	—	—	100	—	1000 в течение 1 мин	5	—
Серия D-SUB	-55 +105	—	—	—	100	—	1000 в течение 1 мин	5	
Тип DIN 41612	-55 +105	—	—	—	20	—	1000 в течение 1 мин	2	—
PL	—	—	—	—	—	—	500 в течение 1 мин	3	Шаг контактов 2,54 мм
Серия SCM	—	—	—	—	—	—	—	1	—
Тип WF, HU	-55 +105	—	—	—	—	—	250	1	Шаг контактов 2,54 мм
Тип MF	-40 +85	—	—	—	—	—	600	7	Шаг контактов 4,2 мм
Для внутриблочных электрических соединений ФУ и кассет применяются отечественные миниатюрные соединители (табл. П.3.1 и табл. П.3.2, рис. П.3.1—П.3.9, Приложение 3).
Толщина ПП выбирается из ряда 0,8; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3 мм. Размер краевого поля для установки различных элементов электрического соединения в том числе краевых разъемов зависит от применяемого типа корпусов ИМС (для I, II, III и IV типов корпусов), а также от установочных раз
102 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
меров электрических соединителей. Размеры краевого поля приведены в табл. 3.11.
Таблица 3.11. Размеры краевого поля у^ для установки элементов электрического соединения (рис. 3.4, зона SH
Элемент электрического соединения	Минимальное краевое поле для корпусе® у(, мм :		
	155,36-1; 157,29-1	201,14-1; 201,14-8; 209,14-1; 244,48-1	401,14-3,4; 402,16-1,2; 421,40-1,2; 421,50-1
ГРПМ9-У	22,5	20	20
ГРПМ9-Н	20	17,5	17,5
СНП34 на 135 контактов	17,5	15,0	15,0
Кабель гибкий печатный	27,5	25,0	25,0
Кабель тканый и опрессованный	27,5	25,0	25,0
Жгут объемный	37,5	35,0	35,0
3.9.2.3.	Выбор элементов контроля функционирования ячейки, ручек, съемников и размера краевого поля ПП для их размещения (зона SJ
Для контроля работоспособности ячеек во включенном состоянии на них устанавливают контрольные элементы, выполненные в виде:
•	одиночных контактов;
•	колодок с контактами, запаянными в металлизированные отверстия ПП;
•	колодок с использованием контактных площадок;
•	металлизированных отверстий;
•	пистонов, вмонтированных в отверстия.
Извлечение ячеек из электромонтажной панели или блока осуществляют при помощи пластмассовых ручек (при небольшом усилии расчленения электрических соединителей: 50—80 контактных пар) или рычажных съемников при большем числе контактных пар.
Для размещения элементов контроля, ручек и съемнйков необходимо предусмотреть место ПП (см. рис. 3.4, зона 53). В табл. 3.12 приведены размеры краевого поля для их размещения.
Таблица 3.12. Размеры краевого поля для размещения элементов контроля, ручек и съемников
Элемент контроля	Тип корпуса микросхем		
	155.36-1 157.29-1	201.14-1 201.14-8 209.24-1 ! 244.48-1	401.14-3,4 402.16-1,2 421.40-1 421.48-2 421.50-1
	Размер краевого поля уз, мм		
Колодка; с запайкой штырей в отверстия; с контактными площадками	15,0	12,5	'	12,5
Одиночные пистоны и контакты	12,5	10,0	10,0
Разработка компоновочных эскизов ячейки
103
3.9.2.4.	Выбор элементов фиксации ячеек и размера краевого поля ПП для их размещения (зоны $4 и Sj
Элементы фиксации должны обеспечить надежное крепление ячеек, исключить выпадение ячеек из соединителей, гарантировать целостность во время работы при воздействии вибраций и ударов. Фиксация ячейки обеспечивается силами трения в контактных парах соединителей; боковыми сторонами платы ячейки, вставляемыми в направляющие панели или блока. Краевые поля ПП х{, х2 (см. рис. 3.4, зоны 54 и S5) используют для установки ячейки в блок, а также для размещения маркировки ячейки, штампов ОТК и пр. Размеры краевых полей х, и зависят от типа корпуса ИМС, толщины ПП (табл. 3.13).
Таблица 3.13. Размеры краевых полей ПП xi, xi (рис. 3.4, зоны St н S5)
Тип корпуса	Минимальные краевые поля Xj, х2, мм, при толщине ПП	
	до 1 мм	до 2 мм
151.15	5,0	5,0
155.36	7,5	7,5
157.29-1	5,0	7,5
201.14-8	2,5	5,0
301.12	2,5	5,0
401.14-3	5,0	5,0
	402.16-1	5,0		5,0	
3.9.2.S. Выбор дополнительных элементов крепления ячейки (рис. 3.4, зона St)
При необходимости в конструкцию ячейки вводят дополнительные элементы или точки крепления, например, стяжные винты, расположение и количество которых определяется требованиями механической прочности ЭА. Размер зоны для их размещения не должен превышать 10 мм (см. рис. 3.4).
Определив Lx и Ly по формулам (3.2) и (3.3) выбирают типоразмер ПП по табл. 1.3 согласно ГОСТ 10317—79.
Пример 1. Рассчитать площадь и выбрать типоразмер ПП по варианту 2 при условии, что на нее устанавливают в пять рядов 40 ИМС в корпусе 201.14-8 размером 19,5x7,5 мм (рис. 4.20), соединитель ГРПМ9-У, одиночные пистоны и контакты в качестве элементов контроля. Толщина ПП составляет 1,5 мм.
Решение. Допустим, что по оси X размещены 8 ИМС — пх = 8, а по оси Y — 5 ИМС — пу = 5. Для определения геометрических размеров ПП, ее пины Lx и ширины Ly необходимо учесть размеры всех конструкторско-технологических зон. Зону для расположения дополнительных элементов крепления ячейки учитывать не будем.
Определим размер зон 5„	53, S4 и и краевые поля ПП в соответст-
вии с рис. 3.4. Поскольку толщина ПП равна 1,5 мм, то краевые поля для размещения элементов фиксации (зоны 54 и S5) для данного типа корпуса,
104 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
соответственно, равны х, = 5 мм, х2 = 5 мм (см. табл. 3.13). Размер краевого поля для установки соединителя ГРПМ9-У у, = 20 мм (см. табл. 3.11). Размеры краевого поля ПП у2 для размещения в качестве элементов контроля одиночных пистонов и контактов, а также ручек и съемников (зона 53) у2 = Ю мм (см. табл. 3.12).
Геометрические размеры ПП Lx и L определяют по формулам (3.2) и (3.3):
£х = (пх - 1)/х + lx + х1 + х2 = (8 -1)25 + 7,5 + 5 + 5 = 192,5 мм;
Ly = (пу - l)ty + 1у + у, + у2 = (5 - 1)17,5 + 19,5 + 20 + 10 = 119,5 мм, где tx = 25 мм; ty = 17,5 мм — шаги установки ИМС на ПП по осям X и У при 12-ти задействованных выводах (см. табл. 3.8);
1Х = 7,5 мм, 1у = 19,5 мм — размеры корпуса ИМС по оси X и К;
хр х2, Ун Уг ~ краевые поля ПП;
пх = 8 и пу = 5 — количество ИМС, установленных по осям X и Y.
Определив Lx и Ly, выбирают типоразмер ПП по табл. 1.3 согласно ГОСТ 10317-79.
Размер ПП по ГОСТ 10317—79 составляют 120 х 200 мм.
3.10.	Определение толщины ПП
Толщина ПП определяется толщиной материала основания ПП и проводящего рисунка (без дополнительных покрытий). Ее выбирают в зависимости от конструктивных, технологических особенностей и механических нагрузок: вибраций и ударов при эксплуатации и транспортировке, которые могут вызвать механические перегрузки и привести к деформации и разрушению ПП. Предпочтительными значениями номинальных толщин ОПП и ДПП являются 0,8; 1,0; 1,5; 2,0 мм. Допуск на толщину ПП устанавливают по техническому условию (ТУ) на материал или по ГОСТ 23751—86.
При выборе толщины ПП необходимо учитывать следующее:
•	она должна соответствовать диаметрам применяемых металлизированных отверстий (для качественной металлизации отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине ПП должно быть не менее 0,4);
•	длину штыревых выводов ЭРИ и соединителя косвенного сочленения (минимальная длина участка вывода, выступающего из отверстия должна быть не менее 0,5 мм для обеспечения нормальных условий пайки и получения качественного паянного соединения);
•	установочный размер соединителя прямого сочленения для получения надежного контакта концевых печатных контактов ПП и соединителя;
•	механические нагрузки на ПП в процессе эксплуатации и при транс-.’ портировке;	!
•	используемую элементную базу;
•	для высокочастотной ЭА (выше 107...108 Гц) для увеличения значения волнового сопротивления, необходимого для коммутации микросхем, толщина МПП должна быть увеличена.
Определение толщины ПП
105
При совпадении собственных частот ПП с частотой возмущающих воздействий перегрузки увеличиваются в значительной степени, поэтому собственная частота f0 ПП не должна находиться в спектре частот внешних воздействий.
Определение собственных частот ПП проводится с учетом характера закрепления ПП в блоке. Расчет толщины ПП и ГПК выполняют по низшему значению собственной частоты. Частоту собственных колебаний ПП для различных способов их закрепления в модулях более высокого конструктивного уровня с равномерно распределенными по поверхности ПП ЭРИ приближенно вычисляют по формулам, приведенным в табл. 3.14 [17, 14]. По формулам определяют приближенное значение толщины ПП, которое корректируют в сторону увеличения в соответствии с применяемым соединителем и маркой материала (табл. 3.15). Первоначально в ДЗ при расчетах примем Ат= 1 мм.
Таблица 3.14. Способы закрепления сторон ПП
Вариант закрепления	Эскиз закрепления							Формулы для расчета частоты собственных колебаний равномерно нагруженной пластины
1	1 1 1 1 1	«	a	k						, ( 1 V 1 A ID . n Eh3 uJL’JyA/0’ 12(1-v2)’ где a — длина пластины (совпадает с длиной ячейки), м; b — ширина пластины, м; D — ци-линдрическая жесткость, Н • м; Е — модуль упругости для материала платы, Н/м2; h — толщина платы, м; v — коэффициент Пуассо-на; М — масса пластины с ЭРИ, кг: М = ^ПП + ^ЭРИ > Л/рр — мзссз 1111* ^пп =Рпп^°^> где Рпп — плотность материала платы (СФ); Л/Эри — масса ЭРИ. Масса ЭРИ рассчитывается при анализе элементной базы ячейки. Л^ЭРИ = 2L т1^1’ где т,- — масса i-го ЭРИ i-го типа; N, — количество ЭРИ (-го типа. Ка — коэффициент, зависящий от способа закрепления сторон пластины, определяется по общей формуле: „ Г Гро21 о4!0,5 а T+l7TY*d ’ где к, а, (3, у — коэффициенты, соответствующие заданному способу закрепления сторон ПП. Другие способы закрепления ячейки в модулях более высокого конструктивного уровня и соответствующие им коэффициенты приведены в [14].
								
					III II		ь	
	Значения коэс			>фициентов				
	к	а		У				
	9,87	1	2	1				
2		+ + + + + +						
						1 II II		
								
	Значения коэс			>фициентов				
	к	а		У				
	9,87	1	2,33	2,44				
3		+ + + + + +						
						—		
		++++++						
	Значения коэс			>фициентов				
	к '	а		У				
	9,87	1	2,57	5,14				
4		+ + + + + +						
	+ + +					+ + +		
		+ + + + + +						
	Значения коэс			>фициентов				
	к	а		У				
	22,37	1	0,61	1				
*«+ + +» — защемленная сторона; «---» — опертая сторона.
106 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
Таблица 3.15. Характеристики материалов ПП
Материал	Модуль упругости £• 1010, Н/м2	Плотность р • 103, кг/м3	Коэффициент' Пуассона рм
СФ	3,02	2,05	0,22
СТЭФ	3,2	2,47	0,279
Сталь	22	7,8	0,3
Алюминий	7,3	2,7	0,3
Если прогиб и угол поворота на краю ПП равны нулю, то этот край считают жестко защемленным. Если прогиб и изгибающий моменты равны нулю, то этот край считают опертым. Если изгибающий момент и перерезывающая сила равны нулю, то этот край считают свободным.
Если значение собственной частоты f0 входит в диапазон частот внешних воздействий, то конструкцию ПП дорабатывают в целях увеличения f0 и выхода из спектра частот внешних воздействий путем увеличения толщины ПП.
Пример расчета собственной частоты ПП приведен в Приложении 5.
3.11.	Определение числа слоев и толщины МПП
Для МПП длина электрических связей является функцией количества и координат контактных площадок, электрически связанных с выводами ЭРИ [27]. При этом длина связей
Хсв = ₽(Хх + Ly )nB„BNM,	(3.4)
где 0 = 0,05...0,07 — коэффициент пропорциональности, учитывающий влияние ширины и шага проводников, эффективности трассировки, форм корпуса ИМС и монтажного поля. Выбираем в ДЗ р = 0,06 (Приложение П.1);
Lx и Ly — габаритные размеры МПП;
«выв — количество выводов ИМС;
NM — количество ЭРИ, устанавливаемых на ПП.
Зная суммарную длину связей и задаваясь шагом трассировки проводников 1„, можно определить количество логических или сигнальных слоев МПП _Р(£Х +Ly)nBMNJn лог	г г „	•
Чтр
Здесь г|тр — коэффициент эффективности трассировки (примем г|тр = 0,95); 1„ — частное от деления шага координатной сетки или основного шага размещения ЭРИ на любое целое число. При этом сумма минимальной ширич ны проводника и зазора должна быть меньше /„.	у
Учитывая, что в МПП наружные слои используют как монтажные, ko-i личество которых не может превышать двух (ям < 2), а экранные слои раз-1
Расчет элементов проводящего рисунка ПП
107
мещаются между логическими (лэ = ллог - 1), общее количество слоев МПП определяют следующим образом:
«ел = «лог + («лог - 1) + 2 = 2ллог + 1.	(3.6)
Зная количество слоев, можно рассчитать толщину МПП:
Яп = £яс + (0,9...1,2)£я„р + п3Н3,	(3.7)
Л=1	/л=1
где Яс — номинальное значение толщины слоя, мм, выбирают из стандартного ряда толщин для конкретного материала; п — число сигнальных слоев; Япр — толщина прокладок стеклоткани; т — число прокладок; Н3 — толщина экранного слоя; п3 — число экранных слоев, если они входят в конструкцию МПП.
Предельные отклонения на толщину МПП выбирают по табл. 3.16.
Таблица 3.16. Предельные отклонения толщины МПП
Толщина МПП, мм	Предельные отклонения на суммарную толщину МПП, мм |
До 1,5 включительно	±0,2
От 1,5 до 3 включительно	±0,3
» 3 » 4,5	»	±0,5
Свыше 4,5		±0,65		
Суммарную толщину ПП и ГПК определяют как сумму толщины ПП или ГПК и суммарной толщины покрытий наружных слоев.
3.12.	Расчет элементов проводящего рисунка ПП
При разработке конструкции ПП должны учитываться размеры элементов проводящего рисунка (длина, ширина, толщина проводников, размеры контактных площадок и пр.), и их взаимное расположение (например, расстояние между ними), так как они связаны с электрическими параметрами электрической принципиальной схемы (током, напряжением, частотой и др.), а также с электрическими параметрами ПП. К таким параметрам относятся: сопротивление проводников, допустимая токовая нагрузка, электрическая прочность, сопротивление изоляции, электрическая емкость, помехозащищенность и др.
От ширины. проводников и расстояния между ними зависит погонная емкость, возникающая между параллельными проводниками и вызывающая паразитные связи (чем больше ширина проводника, тем больше емкость).
От ширины проводников (сечения) зависят нагрузочная способность по току и сопротивление проводников.
От расстояния между проводниками зависит электрическая прочность изоляции. !'
От соотношения ширины проводников и толщины ПП зависят емкость, волновое сопротивление (чем больше это соотношение, тем больше емкость и волновое сопротивление), а также эффективная диэлектрическая проницаемость материала основания ПП для проводников, лежащих на поверхности ПП.
108 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
Существует однако ряд ограничений на размеры и расположение элементов печатного монтажа, связанных с технологическими особенностями производства, поэтому прежде чем приступить к проектированию ПП, необходимо провести конструктивно-технологический расчет ПП по постоянному току (для цепей питания и земли), по переменному току (для сигнальных цепей) с учетом производственных погрешностей элементов печатного монтажа, фотошаблонов, операций экспонирования, сверления и других операций по ГОСТ 23751—86 и РД-50-708—91.
Результаты расчетов приведенных ниже элементов печатного монтажа (расстояний между ними, размеров контактных площадок, монтажных и переходных отверстий и др.) используются в системах автоматизированного проектирования (САПР) ПП при автоматической трассировке соединений ПП при редактировании правил прокладки трасс, параметров описания контактных площадок, создании библиотеки контактных площадок, для заполнения апертурных слоев контактных площадок для установления соответствия типа апертуры номеру диафрагмы фотопостроителя для засветки на фотошаблоне изображения контактной площадки соответствующего размера и т. д.
Поэтому необходимо выполнить следующие расчеты [13]:
1)	диаметров d монтажных отверстий;
2)	расстояния Q, от края ПП до элементов печатного рисунка;
3)	расстояния Q2 от края паза, выреза, неметаллизированного отверстия до элементов печатного рисунка;
4)	ширины t печатных проводников;
5)	диаметра D контактных площадок;
6)	расстояния между элементами проводящего рисунка:
а)	расстояния S между соседними элементами проводящего рисунка;
б)	наименьшее номинальное расстояние £ном между центрами двух неметаллизированных отверстий;
в)	наименьшего номинального расстояния для размещения двух контактных площадок номинального диаметра в узком месте;
г)	наименьшего номинального расстояния для размещения печатного проводника номинальной ширины между двумя контактными площадками в узком месте;
д)	наименьшего номинального расстояния I для прокладки л-го количества проводников между двумя отверстиями с контактными площадками диаметром Dx и D2.	,
3.12.1.	Расчет диаметра монтажных отверстий
Номинальный диаметр монтажных металлизированных й неметаллизированных отверстий устанавливают исходя из следующего соотношения:
d -(|AJ|)HO > d3 +r,	(3.8)
где dHO— нижнее предельное отклонение диаметра отверстия ^определяет-/ ся по табл. 3.17);
' Расчет элементов проводящего рисунка ПП
109
d3 — максимальное значение диаметра вывода ЭРИ, устанавливаемого на ПП (для прямоугольного вывода за диаметр принимается диа-
• гональ его сечения);
г — разность между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным диаметром вывода, устанавливаемого ЭРИ (ее выбирают в пределах 0,1...0,4 мм при ручной установке ЭРИ и в пределах 0,4...0,5 мм — при автоматической).
Таблица 3.17. Предельные отклонения диаметров монтажных и переходных отверстий
Диаметр отверстия, мм	Наличие металлизации	Предельные отклонения диаметра </н.о, мм, по классам точности				
		1	2	3	4	5
До 1,0 включительно	Без металлизации	±0,10	±0,10	±0,05	±0,05	±0,025
	С металлизацией Без оплавления	+0,05 -0,15	+0,05 -0,15	0; -0,10	0; -0,10	0; -0,075
	С металлизацией С оплавлением	+0,05 -0,18	+0,05 -0,12	0; -0,13	0; -0,13	0; -0,13
Свыше 1,0	Без металлизации	±0,15	±0,15	±0,10	±0,10	±0,10
	С металлизацией Без оплавления	+0,10 -0,20	+0,10 -0,20	+0,05 -0,15	+0,05 -0,15	+0,05 -0,15
	С металлизацией С оплавлением	+0,10 -0,23	+0,10 -0,23	+0,05 -0,18	+0,05 -0,18	+0,03 -0,18
Расчетное значение d следует округлить в сторону увеличения до десятых долей миллиметра и свести к предпочтительному ряду отверстий: 0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5 мм.
Предельные отклонения диаметра монтажных отверстий при автоматической установке ЭРИ устанавливают не ниже % квалитета независимо от класса точности ПП.
Центры монтажных отверстий под неформуемые выводы многовыводных ЭРИ, межцентровые расстояния которых не кратны шагу координатной сетки, следует располагать таким образом, чтобы в узле координатной сетки находился’ центр по крайней мере одного из монтажных отверстий. При выборе элементной базы следует учитывать, что использование таких ЭРИ усложняет изготовление, контроль и сборку ячеек.
Минимальный диаметр металлизированного монтажного отверстия Jo на ПП выбирают из соотношения
Jo > ЯпУ,	’	(3.9)
где Яп — толщина ПП;
у — отношение диаметра металлизированного отверстия к толшине ПП (см. табл. 1.1).
Предельные отклонения фиксирующих (базовых) отверстий устанавливают по допуску Н12, а позиционный допуск на расположение осей фиксирующих отверстий ПП, предназначенных для автоматической установки ЭРИ, выбирают по 11 квалитету; на расположение монтажных отверстий — не ниже % квалитета, независимо от класса ПП.
ПО Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
3.12.2.	Выбор расстояния О, от края ПП до элементов печатного рисунка
Расстояние Qt должно быть не менее толщины ПП с учетом допусков на размеры сторон, кроме экранов, шин земли, концевых печатных контактов, знаков маркировки.
3.12.3.	Расчет расстояния О2 от края паза, выреза, неметаллизированного отверстия до элементов печатного рисунка
Расстояние от края паза, выреза, неметаллизированного отверстия до элементов печатного рисунка определяют по формуле
Q1 = Я + к + 0,5(7/ + 7/ + д/^)0-5,
(3.10)
где q — ширина ореола, скола (табл. 3.18) в зависимости от толщины материала основания и класса точности ПП;
к — наименьшее расстояние от ореола, скола, до соседнего элемента проводящего рисунка, которое должно быть не менее 0,3 мм для 1- и 2-го класса точности ПП; 0,15 мм — для 3- и 4-го класса точности ПП; 0,1 мм — для 5-го класса точности ПП;
TD — позиционный допуск расположения центров контактных площадок (КП) (определяют в зависимости от конструкции, размеров и класса точности ПП по табл. 3.19);
ТЛ — позиционный допуск расположения осей отверстий; определяют в зависимости от размеров и класса точности ПП по табл. 3.20;
/во — верхнее предельное отклонение размеров элементов конструкции (ширины печатного проводника), определяют по табл. 1.1.
Таблица 3.18. Допустимая ширина поверхностных сколов и просветлений (ореолов)
Толщина материала основания ПП, мм	Класс точности ПП				
	1	2	3	4	5
До 0,5 включительно	0,3	0,3	0,15	0,15	0,1
Свыше 0,5 до 0,8 включительно	0,5	0,5	0,2	0,2	0,15
»	0,8 » 1,0	»	0,8	0,8	0,25	0,25	0,2
»	1,0 » 1,5	»	1,0	1,0	0,35	0,35	0,25
»	1,5 » 2,0	»	1,2	1,2	0,5	0,5	0,35
»	2,0 » 2,5	»	1,4	1,4	0,7	0,7	0,5
»	2,5	1,7	1,7	0,8	0;8	0,6
Расчет элементов проводящего рисунка ПП
111
Таблица 3.19. Позиционные допуски расположения центров КП (7д)
Вид изделия	Размер ПП по большей стороне, мм	Значение позиционного допуска расположения центров КП (Тд), мм, по классам точности				
		1	2	3	4	5
ОПП, ДПП, ГПК, МПП (наружный слой)	До 180 включительно Свыше 180 до 360 включительно Свыше 360	0,35 0,40 0,45	0,25 0,30 0,35	0,15 0,20 0,25	0,10 0,15 0,20	0,05 0,08 0,15
	До 180 включительно	0,40	0,30	0,20	0,15	0,10
МПП (внутренний слой)	Свыше 180 до 360 включительно	0,45	0,35	0,25	0,20	0,15
	Свыше 360	0,50	0,40	0,30	0,25	0,20
Таблица 3.20. Позиционные допуски расположения осей монтажных отверстий (Та)
1 Размер ПП по большей стороне, мм	Значение позиционного допуска расположения отверстий (Та), мм, по классам точности				
	1	2	3	4	5
До 180 включительно	0,20	0,15	0,08	0,05	0,05
Свыше 180 до 360 включительно	0,25	0,20	0,10	0,08	0,08
Свыше 360	0,30	0,25	0,15	0,10	0,10
3.12.4. Расчет ширины печатных проводников
Ширина печатного проводника зависит от электрических, конструктивных и технологических требований.
Наименьшее -номинальное значение ширины печатного проводника t, мм, рассчитывают по следующей формуле:
7 = ZminP+|AZH.0|.	(3.11)
Здесь ZminZ? — минимально допустимая ширина проводника, рассчитываемая в зависимости от допустимой токовой нагрузки; Д/н 0 — нижнее предельное отклонение размеров ширины печатного проводника (см. табл. 1.1).
Значение допустимой токовой нагрузки в зависимости от допустимого превышения температуры проводника относительно температуры окружающей среды выбирают:
для медной фольги — (100...250) • 106 А/м2 (100...250 А/мм2);
для гальванической меди — (60...100) • 106 А/м2 (60...100 А/мм2).
Минимально допустимую ширину проводника по постоянному току для цепей питания и заземления с учетом допустимой токовой нагрузки определяют по формуле
AnaxZ/доп^’	(3-12)
где /тах — максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках; определяют из анализа электрической принципиальной схемы;
Лоп — допустимая плотность тока, выбирают по табл. 3.21 в зависимости от метода изготовления ПП;
h — толщина печатного проводника.
112 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
Таблица 3.21. Конструктивные особенности ПП при различных методах изготовления
	Толщина слоев печатного проводника, мкм					Допустимая плотность тока, А/м2				Удельное объемнде сопротивление**, х10*8, Ом  м		
Метод изготовления	медная фольга	гальваническая медь 1	химическая медь	олово—свинец	толщина проводки) мкм	медная фольга	1	 гальваническая медь	гальваническая медь на тонкомерной фольге	химическая медь	медная фольга	химическая медь	гальваническая медь
Химический негативный	35 50	—	—		35 50		—	—	—	1,72	—	—
Комбинированный позитивный	35 50	25 25	2...5	15 15	75 90	100...250	60... 100 60... 100	—	—		—	1,9
Электрохимиче-	5	25		15	50			35...60				
ский*	—	25		15	45							
Аддитивный*	—	—	35	15	50	—	—	—	30...50	—	2,8	—
Рельефные платы: субтрактивный полуаддитивный аддитивный	—	25 25	5 5 35	15 15 15	45 45 50	—	60... 100	—	30...50	—	2,8	1,9
ДПП на полиимиде	35	15 15	—	10 10	25 50	—	60... 100 60...100	35...60	—	—	—	1,9
МПП — метод металлизации сквозных отверстий	20	25	2...5	15	60	—	60... 100	—	—		—	1,9
Метод открытых контактных площадок	35 50	—	—	15 15	50 65		—	—	—	1,72	—	—
МПП: с выступаюш»' выводами		—	—	15 15	50 65	100...250	—	—	—		—	—
попарного прессования	50	25 25	2...5	15 15	75 90		60... 100	—	—			
послойного наращивания	—	25	2...5	15	40	—		—	—	—	—	1,9
на полиимиде	—	15	—	10	25	—	—	35...60	—	 —	—	
мкп (керамические)	Молибденовая паста толщиной 10 мкм			15	25	—	—	—	—	—	—	—
Тентинг	9, 12, 18	И...24	5	—	25...47	100...250	60... 100	35...60	30...50	1,72	2,8	1,9
ПАФОС	—	25	—	15	40	—	—	—	—	—	—	1,9
* Эти же значения имеют место при изготовлении ДПП на металлическом основании электрохимическим и аддитивным методами.
** Для олова—свинца — 1,2 • 1(Г8 Ом • м.
Расчет элементов проводящего рисунка ПП
113
Минимально допустимую ширину проводника с учетом допустимого падения напряжения на нем, если конструкция проводника состоит из одного слоя меди, определяют следующим образом:
tninD =pImml/hUaon.	(3.13)
Здесь р — удельное сопротивление слоя меди (табл. 3.22); I — максимально допустимая длина проводника (задается в ТЗ схемотехником исходя из частотных характеристик ФУ); С^оп ~ допустимое рабочее напряжение.
При выполнении учебных расчетов будем считать, что для ЭА, работающей на низких и средних частотах (до 1 МГц) I = 30 мм (условно); на высокой частоте (1...300 МГц) 1= 10 мм; СВЧ (свыше 300 МГЦ) не рассматривается; (/доп < Цзпу (здесь U3ny — запас помехоустойчивости ИМС, определяют по справочнику) или Цоп = (0,1...0,2)(/п (здесь Un — напряжение питания ИМС, определяемое из анализа электрической принципиальной схемы).
Если конструкция проводника состоит из нескольких слоев меди и дополнительного покрытия, удельные сопротивления которых значительно отличаются одно от другого, и их толщины соизмеримы, то минимально допустимую ширину проводника с учетом допустимого падения напряжения на нем рассчитывают по формуле:
I
1 max * Zu »
tminD=	(3-14)
где Л,- и р,. — толщина и удельное объемное сопротивление z-го слоя проводника (табл. 3.22); удельное объемное сопротивление проводника зависит от конструкции проводника и способа получения меди [13];
к — число слоев.
Таблица 3.22. Удельное объемное сопротивление различных металлов
Металл	Удельное объемное сопротивление, хЮ~8, Ом  м
Медная фольга	1,72
Гальваническая медь	1,90
Химическая медь	2,80
Олово	12,00
Серебро	1,59
Золото	2,22
Никель	7,80
Палладий	10,80
Допустимую токовую нагрузку следует уменьшать:
•	на 15 % для печатных проводников, расположенных на расстоянии равном или меньшем их ширины;
•	на 40 % для печатных проводников из гальванической меди на тонкомерной фольге;
114 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
•	в 2 раза для печатных проводников из химически осажденной меди по аддитивной технологии (см. табл. 3.21).
Наименьшее номинальное значение ширины проводника устанавливают в зависимости от класса точности ПП (табл. 1.1).
3.12.5.	Расчет диаметра контактных площадок
Все монтажные отверстия располагаются в зоне КП. Они могут иметь произвольную форму. Предпочтительной является круглая форма. Наименьшее номинальное значение диаметра КП определяют по формуле:
D = d + Д<о + 2Ь + Д/во + 2Д</Тр + [Т* + Т* + Д/* о] °*5,	(3.15)
где dBO— верхнее предельное отклонение диаметра отверстия (см. табл. 3.17);
b — гарантийный поясок (см. табл. 1.1); <4р — величина подтравлива-ния диэлектрика в отверстии (0,03 мм — для МПП, 0 — для ОПП, ДПП, ГПК);
4.о	— верхнее	предельное	отклонение	ширины	проводника	(см.
табл. 1.1);
4.о	— нижнее	предельное	отклонение	ширины	проводника	(см.
табл. 1.1).
Расчетное значение диаметра КП следует округлить в большую сторону до десятых долей миллиметра.
Для контактных площадок с формой отличной от круглой, минимальный диаметр определяется диаметром вписанной окружности с центром в узле координатной сетки.
При расчете диаметра КП под отверстие с зенковкой вместо значения d и г/в0 следует подставить диаметр зенковки d3 и верхнее предельное отклонение диаметра зенковки JaO3.
Числовые значения наименьших номинальных диаметров КП для ряда отверстий ОПП, ДПП, МПП и ГПК разных размеров и классов точности для узких мест представлены в табл. 3.23.
Таблица 3.23. Числовые значения элементов проводящего рисунка печатной платы н ГЩС
Диаметр отверстий, мм	Наименьший номинальный диаметр контактной площадки для узкого места														
	Размер печатной платы по большей стороне														
	До 180 мм					Свыще 180 мм до 360 мм					Свыше 360 мм				
	Класс точности														
	1	2	3	4	5	1	2	3	4	5	1	2	3	4	5
ОПП, ДПП, МПП (наружный слой), ГПК с отверстиями без металлизации															
0,5	1.8	1,4	1,0	0,8	0,7	1,9	1,5	1,0	0,9	0,8	2,0	1.6	1,1	1.0	0,8
0,6	1,9	1,5	1,1	0,9	0,8	2,0	1.6	1,1	1,0	0,9	2,1	1,7	1.2	1,1	0,9
0,7	2,0	1,6	1,2	1,0	0,9	2,1	1,7	1,2	1,1	1,0	2,2	1,8	1,3	1.2	1,0
0,8	2,1	1,7	1,3	1,1	1,0	2,2	1,8	1,3	1,2	1,1	2,3	1,9	1,4	1,3	
0,9	2,2	1,8	1,4	1,2	1,1	2,3	1,9	1,4	1,3	1,2	2,4	2,0	1,5	1,4	1,2
1,0	2,3	1,9	1,5	1,3	1,2	2,4	2,0	1,5	1,4	1,3	2,5	2,1	1,6	1,5	1,3
Расчет элементов проводящего рисунка ПП
115
Окончание табл. 3.23
Диаметр отверстий, мм	Наименьший номинальный диаметр контактной площадки для узкого места														
	Размер печатной платы по большей стороне														
	До 180 мм					1 Свыше 180 мм до 360 мм					|	Свыше 360 мм				
	Класс точности														
	1	2	3	4	5	1	2	3	4	5	1	2	3	4	5
1,1	2,5	2,1	1,7	1,5	1,4	2,6	2,2	1,7	1,6	1,4	2,7	2,2	1.7	1,6	1,4
1,2	2,6	2,2	1,8	1,6	1,5	2,7	2,3	1,8	1,7	1,5	2,8	2,3	1.8	1,7	1,5
1.3	2,7	2,3	1,9	1,7	1,6	2,8	2,4	1,9	1,8	1,6	2,9	2,4	1,9	1,8	1,6
1.4	2,8	2,4	2,0	1,8	1,7	2,9	2,5	2,0	1,9	1,7	3,0	2,5	2,0	1,9	1.7
1,5	2,9	2,5	2,1	1,9	1,8	3,0	2,5	2,1	2,0	1,8	3,1	2,6	2,1	2,0	1,8
ДПП, МПП (наружный слой), ГПК с металлизированными отверстиями															
0,5	1,9	1,5	1,0	0,8	0,7	2,0	1,5	1,1	0,9	0,8	2,0	1.6	1,2	1,0	0,8
0,6	2,0	1,6	1,1	0,9	0,8	2,1	1,6	1,2	1,0	0,9	2,1	1,7	1,3	1,1	0,9
0,7	2,1	1,7	1,2	1,0	0,9	2,2	1,7	1,3	1,1	1,0	2,2	1,8	1,4	1.2	1,0
0,8	2,2	1,8	1,3	1,1	1,0	2,3	1,8	1,4	1,2	1,1	2,3	1,9	1,5	1,3	1,1
0,9	2,3	1,9	1,4	1,2	М	2,4	1.9	1.5	1,3	1,2	2,4	2,0	1,6	1,4	1.2
1.0	2,4	2,0	1,5	1,3	1,2	2,5	2,0	1,6	1,4	1.3	2,5	2,1	1,7	1,5	1,3
1,1	2,5	2,1	1,7	1,5	1,4	2,6	2,2	1,7	1,6	1,4	2,7	2,2	1.8	1.6	1,5
1,2	2,6	2,2	1,8	1,6	1,5	2,7	2,3	1,8	1,7	1,5	2,8	2,3	1,9	1,7	1,6
1,3	2,7	2,3	1,9	1,7	1,6	2,8	2,4	1,9	1,8	1,6	2,9	2,4	2,0	1,8	1,7
1,4	2,8	2,4	2,0	1,8	1,7	2,9	2,5	2,0	1,9	1,7	3,0	2,5	2,1	1,9	1,8
1,5	2,9	2,5	2,1	1,9	1,8	3,0	2,6	2,1	2,0	1,8	3,1	2,6	2,2	2,0	1.9
МПП с металлизированными отверстиями (внутренний слой)															
0,5	1,9	1,5	1,1	0,9	0,8	2,0	1,6	U	0,9	0,8	2,0	1,6	1,2	1.0	0,9
0,6	2,0	1,6	1,2	1,0	0,9	2,1	1,7	1,2	1,0	0,9	2,1	1,7	1,3	1.1	1.0
0,7	2,1	1,7	1,3	1,1	1,0	2,2	1.8	1,3	1,1	1,0	2,2	1,8	1,4	1,2	1,1
0,8	2,2	1,8	1,4	1,2	1,1	2,3	1,9	1,4	1,2	1,1	2,3	1,9	1,5	1,3	1,2
0,9	2,3	1,9	1,5	1,3	1,2	2,4	2,0	1,5	1,3	1.2	2,4	2,0	1,6	1,4	1,3
1,0	2,4	2,0	1,6	1,4	1,2	2,5	2,1	1,6	1,4	1,3	2,5	2,1	1,7	1,5	1,4
1,1	2,6	2,2	1,8	1,6	1,5	2,7	2,3	1,8	1,6	1,5	2,8	2,3	1.9	1,7	1,6
1.2	2,7	2,3	1,9	1,7	1.6	2,8	2,4	1.9	1,7	1,6	2,9	2,4	2,0	1,8	1.7
1.3	2,8	2,4	2,0	1,8	1,7	2,9	2,5	2,0	1.8	1.7	3,0	2,5	2,1	1,9	1.8
1,4	2,9	2,5	2,1	1,9	1,8	3,0	2,6	2,1	1,9	1.8	3,1	2,6	2,2	2,0	1,9
1,5	3,0	2,6	2,2	2,0	1,9	3,1	2,7	2,2	2,0	1,9	3,2	2,7	2,3	2,1	2,0
МПП (внутренний слой) с отверстиями без металлизации															
0,5	1,9	1,6	1,1	0,9	0,8	2,0	1,6	1,1	1,0	0,9	2,1	1,7	1,2	М	0,9
0,6	2,0	1,7	1,2	1,0	0,9	2,1	1,7	1,2	1.1	1,0	2,2	1,8	1,3	1,2	1,0
0,7	2,1	1,8	1,3	1,1	1,0	2,2	1,8	1,3	1,2	1,1	2,3	1,9	1,4	1.3	1,1
0,8	2,2	1,9	1,4	1,2	1.1	2,3	1,9	1,4	1,3	1,2	2,4	2,0	1,5	1,4	1,2
0,9	2,3	2,0	1,5	1,3	1,2	2,4	2,0	1,5	1,4	1,3	2,5	2,1	1,6	1,5	1,3
1,0	2,4	2,1	1,6	1,4	1,3	2,5	2,1	1,6	1,5	1.4	2,6	2,2	1,7	1,6	1,4
1,1	2,6	2,2	1,8	1,6	1,5	2,6	2,3	1,8	1,6	1.5	2,7	2,3	1,9	1,7	1,6
1,2	2,7	2,3	1,9	1,7	1,6	2,7	2,4	1,9	1,8	1.6	2,8	2,4	2,0	1.8	1,7
1,3	2,8	2,4	2,0	1,8	1,7	2,8	2,5	2,0	1,9	1.7	2,9	2,5	2,1	1,9	1,8
116 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
При выполнении учебных расчетов необходимо выбрать по табл. 3.23 наименьший номинальный диаметр КП для узкого места для рассчитанных диаметров монтажных отверстий d.
3.12.6.	Расчет расстояния между элементами проводящего рисунка
Расстояние между соседними элементами проводящего рисунка устанавливают в зависимости от электрических, конструктивных и технологических требований.
Наименьшее номинальное расстояние между элементами проводящего рисунка (между двумя проводниками)'.
S=Smin£>+2WB.0+^-.	(3.16)
Здесь 7} — позиционный допуск расположения печатных проводников, который учитывается только при п > 0; п — количество проводников в узком месте (см. табл. 1.1);	— верхнее предельное отклонение ширины про-
водника (см. табл. 1.1); Sminfl — минимально допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка; для обеспечения заданной электрической прочности изоляции расстояние между двумя соседними проводниками выбирают в зависимости от приложенного напряжения и условий эксплуатации по табл. 1.3 и 1.4.
Наименьшее номинальное расстояние между центрами двух неметаллизи-рованных отверстий диаметром до 1,5 мм без КП:
ЬнЬы =	+ tn + S(n -l) + T„	(3.17)
где Л01 и Z)02 — диаметры зон вокруг отверстий, свободных от печатных проводников.
Диаметр зоны рассчитывают по формуле
Do = d + AJB0 + 2q + 2k + Td.	(3.18)
Здесь q — ширина скола, просветления (ореола) вокруг отверстия (см. табл. 3.18);
к — наименьшее расстояние от ореола до соседнего элемента про- j водящего рисунка (см. разд. 3.11.3);	!
Td — определяют по табл. 3.20.	I'
Наименьшее номинальное расстояние для размещения двух контактных] площадок номинального диаметра в узком месте для ОПП, ДПП, МПП и i ГПК в зависимости от размеров и классов точности ПП выбирают по табл. 3.24.
Расчет элементов проводящего рисунка ПП
117
Таблица 3.24. Наименьшее номинальное расстояние для размещения двух контактных площадок номинального диаметра в узком месте
Диаметр отверстия,	Размер ПП по большей стороне														
	До 180 мм					Свыше 180 мм до 360 мм					Свыше 360 мм				
мм	Класс точности														
ОПП, ДПП, МПП (внутренний слой), ГПК с отверстиями без металлизации															
0,5-0,5	2,55	1,85	1,25	0,95	0,80	2,65	1,95	1,25	1,05	0,90	2,75	2,05	1,35	1,15	0,90'
0,5-0,7	2,65	1,95	1,35	1,05	0,90	2,75	2,05	1,35	1.15	1,00	2,85	2,15	1,45	1,25	1,00
0,5-0,9	2,75	2,05	1,45	1,15	1,00	2,85	2,15	1,45	1,25	1,10	2,95	2,25	1,55	1,35	1,10
0,5... 1,1	2,90	2,20	1,60	1,30	1,15	3,00	2,30	1,60	1,40	1,20	3,10	2,35	1,65	1,45	1,20
0,5... 1,3	3,00	2,30	1,70	1,40	1,25	3,10	2,40	1,70	1,50	1,30	3,20	2,45	1,75	1,55	1,30
0,5... 1,5	3,10	2,40	1,80	1,50	1,35	3,20	2,50	1,80	1,60	1,40	3,30	2,55	1,85	1,65	1,40
0,7-0,9	2,85	2,20	1,55	1,25	1,10	2,95	2,25	1,55	1,35	1,20	3,05	2,35	1,65	1,45	1,20
0,7... 1,5	3,20	2,50	1,90	1,60	1,45	3,30	2,60	1,90	1,70	150	3,40	2,65	1,95	1,75	1,50
0,9-0,9	2,95	2,25	1,65	1,35	1,20	3,05	2,35	1,65	1,45	1,30	3,15	2,45	1,75	1,55	1,30
0,9... 1,5	3,30	2,60	2,00	1,70	1,55	3,40	2,65	2,00	1,80	1,60	3,50	2,75	2,05	1,85	1,60
1,0... 1,0	3,05	1,35	1,75	1,45	1,30	3,15	2,45	1,75	1,55	1,40	3,25	2,55	1,85	1,65	1,40
1,1-1,!	3,25	2,55	1,95	1,65	1,50	3,35	2,65	1,95	1,75	1,50	3,45	2,65	1,95	1,75	1,50
1,1-1,3	3,35	2,65	2,06	1,75	1,60	3,45	2,75	2,06	1,85	1,60	3,55	2,75	2,05	1,85	1,60
1,3-1,3	3,45	2,75	2,15	1,85	1,70	3,55	2,85	2,15	1,85	1,70	3,65	2,85	2,16	1,95	1,70
1,3... 1,5	3,55	2,85	2,25	1,95	1,80	3,65	2,95	2,25	2,05	1,80	3,75	2,95	2,25	2,05	1,80
1,5-1,5	5,65	2,95	2,35	2,05	1,90	3,75	3,05	2,35	2,15	1,90	3,85	3,05	2,35	2,15	1,90
ДПП, МПП (наружный слой), ГПК с металлизированными отверстиями															
0,5-0,5	2,65	1,95	1,25	0,95	0,80	2,75	1,95	1,35	1,05	0,90	2,75	2,05	1,45	1,15	0,90
0,5-0,7	2,75	2,05	1,35	1,05	0,90	2,85	2,05	1,45	1,15	1,00	2,85	2,15	1,55	1,25	1,00
0,5-0,9	2,85	2,15	1,45	1,15	1,00	2,95	2,15	1,55	1,25	1,10	2,95	2,25	1,65	1,35	1,10
0,5-1,!	2,95	2,25	2,55	1,25	1,10	3,05	2,25	1,65	1,35	1,20	3,05	2,35	1,75	1,45	1,20
0,5... 1,3	3,05	2,35	2,65	1,35	1,20	2,15	2,35	1,75	1,45	1,30	3,15	2,45	1,85	1,55	1,30
0,5... 1,5	3,15	2,45	2,75	1,45	1,30	2,25	2,45	1,85	1,55	1,40	3,25	2,55	1,95	1,65	1,40
0,7-0,9	2,95	2,25	1,55	1,25	1,10	3,05	2,25	1,65	1,35	1,20	3,05	2,35	1.75	1,45	1,20
0,7... 1,5	3,25	2,55	1,90	1,60	1,45	3,30	2,60	1,95	1,70	1,50	3,40	2,65	2,05	1,75	1,55
0,9-0,9	3,05	2,35	1,65	1,35	1,20	3,15	2,35	1,75	1,45	1,30	3,15	2,45	1,85	1,55	1,30
0,9... 1,5	3,35	2,75	2,00	1,70	1,55	3,45	2,70	2,05	1,80	1,60	3,50	2,75	2,15	1,85	1,65
1,0... 1,0	3,15	2,45	1,75	1,45	1,30	3,25	2,45	1,85	1,55	1,40	3,25	2,55	1,95	1,65	1,40
1,1-1,!	3,25	3,55	1,95	1,65	1,50	3,35	2,65	1,95	1,75	1,50	3,45	2,65	2,05	1,75	1,60
1,1-1,3	2,35	2,65	2,05	1,75	1,60	3,45	2,75	2,05	1,85	1,60	3,55	2,75	2,15	1,85	1,70
1,3-1,3	2,45	2,75	2,15	1,85	1,70	3,55	2,85	2,15	1,95	1,70	3,65	2,85	2,25	1,95	1,80
1,3... 1,5	2,55	2,85	2,25	1,95	1,80	3,65	2,95	2,25	2,05	1,80	3,75	2,95	2,35	2,05	1,90
1,5... 1,5	3,65	2,95	2,35	2,05	1,90	3,75	3,05	2,35	2,15	1,90	3,85	3,05	2,45	2,15	2,00
118 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
Окончание табл. 3.24
в Диаметр отверстия, мм	Размер ПП по большей стороне														
	До 180 мм					Свыше 180 мм до 360 мм					Свыше 360 мм				
	Класс точности														
МПП (внутренний слой) с металлизированными отверстиями															
0,5-0,5	2,65	1,95	1,35	1,05	0,90	2,75	2,05	1,35	1,05	0,90	2,75	2,05	1,45	1,15	1,00
0,5-0,7	2,75	2,05	1,45	1,15	1,00	2,85	2,15	1,45	1,15	1,00	2,85	2,15	1,55	1,25	1,10
0,5-0,9	2,85	2,15	1,55	1,25	1,10	2,95	2,25	1,55	1,25	1,10	2,95	2,25	1,65	1,35	1,20
0,5... 1,1	3,00	2,30	1,70	1,40	1.25	3,10	2,40	1,70	1,40	1,25	3,15	2,40	1,90	1,50	1,35
0,5... 1,3	3,10	2,40	1,80	1,50	1,35	3,20	2,50	1,80	1,50	1,35	3,25	2,50	2,00	1,60	1,45
0,5... 1,5	3,20	2,50	1,90	1,60	1,45	3,30	2,60	1,90	1,60	1,45	3,35	2,60	2,10	1,70	1,55
0,7-0,9	2,95	2,25	1,65	1,35	1,20	3,05	2,35	1,65	1,35	1,20	3,05	2,35	1,75	1,45	1,30
0,7...1,5	3,30	2,60	2,00	1,70	1.55	3,40	2,70	2,00	1,70	1,55	3,45	2,70	2,10	1,80	1,65
0,9—0,9	3,05	2,35	1,75	1,45	1,30	3,15	2,45	1,75	1,45	1,30	3,15	2,45	1,85	1,55	1,40
0,9... 1,5	3,40	2,70	2,10	1,80	1,65	3,50	2,80	2,10	1,80	1,65	3,55	2,85	2,20	1,90	1,75
1,0... 1,0	3,15	2,45	1,85	1,55	1,40	3,25	2,55	1,85	1,55	1,40	3,25	2,55	1,95	1,65	1,50
1,1-1,1	3,35	2,65	2,05	1,75	1,60	3,45	2,75	2,05	1,75	1,60	3,55	2,75	2,15	1,85	1,70
1,1-1,3	3,45	2,75	2,15	1,85	1,70	3,55	2,85	2,15	1,85	1,70	3,65	2,85	2,25	1,95	1,80
1,3... 1,3	3,55	2,85	2,25	1,95	1,80	3,65	2,95	2,25	1,95	1,80	3,75	2,95	2,35	2,05	1,90
1,3... 1,5	5,65	2,95	2,35	2,05	1,90	3,75	3,05	2,35	2,05	1,90	3,85	3,05	2,45	2,53	2,25
МПП (внутренний слой) с отверстиями без металлизации															
0,5-0,5	2,65	2,05	1,35	1,05	0,90	2,75	2,05	1,35	1,15	1,00	2,85	2,15	1,45	1,25	1,00
0,5-0,7	2,75	2,15	1,45	1.15	1,00	2,85	2,15	1,45	1,25	1,10	2,95	2,25	1,55	1,35	1,10
0,5-0,9	2,85	2,25	1,55	1.25	1,10	2,95	2,25	1,55	1,35	1,20	3,05	2,35	1,65	1,45	1,20
0,5... 1,1	3,00	2,35	1,70	1,40	1,25	3,05	2,40	1,70	1,50	1,30	3,15	2,45	1,80	1,55	1,35
0,5... 1,3	3,10	2,40	1,80	1,50	1,35	3,15	2,50	1,80	1,60	1,40	3,25	2,55	1,90	1,65	1,45
0,5... 1,5	3,20	2,50	1,90	1,60	1,45	3,25	2,60	1,90	1,70	1,50	3,35	2,65	2,00	1,75	1.55
0,7-0,9	2,95	2,35	1,65	1,35	1,20	2,65	2,35	1,65	1,45	1,30	3,15	2,45	1,75	1,55	1,30
0,7... 1,5	3,30	2,45	2,00	1,70	1,55	3,00	2,70	2,00	1,80	1,60	3,45	2,75	2,15	1,85	1,65
0,9-0,9	3,05	2,45	1.75	1,45	1,30	3,15	2,45	1,75	1,55	1,40	3,25	1,55	1,85	1.65	1,40
0,9... 1,5	3,40	2,55	2,10	1,80	1,65	3,10	2,80	2,10	1,90	1,70	3,55	2,85	2,25	1,95	1,75
1,0... 1,0	3,15	2,55	1,85	1,55	1,40	3,25	2,55	1,85	1,65	1,50	3,35	2,65	1,85	1,75	1,50
1,1...1.1	3,35	2,65	2,05	1,75	1,60	3,35	2,75	2,05	1,85	1,60	3,45	2,75	2,15	1,85	1,70
1,1-1,3	3,45	2,75	2,15	1,85	1,70	3,45	2,85	2,15	1,95	1,70	3,55	2,85	2,25	1,95	1,80
Наименьшее номинальное расстояние для размещения печатного проводника номинальной ширины между двумя контактными площадками в узком месте для ОПП, ДПП, МПП и ГПК в зависимости от размеров и классов точности ПП выбирают по табл. 3.25.
Расчет элементов проводящего рисунка ПП
119
Таблица 3.25: Наименьшее номинальное расстояние для размещения печатного проводника номинальной ширины между двумя контактными площадками в узком месте
Диаметр отверстия,	Размер ПП по большей стороне														
	До 180 мм					Свыше 180 мм до 360 мм					Свыше 360 мм				
мм	Класс точности														
ОПП, ДПП, МПП (внутренний слой), ГПК с отверстиями без металлизации															
0,5-0,5	4,25	2,85	1,80	1,28	1,02	4,35	2,95	1,80	1,38	1,12	4,45	3,05	1,90	1,48	1,12
0,5—0,7	4,35	2,95	1,80	1,38	1,12	4,45	3,05	1,90	1,48	1,22	4,55	3,15	2,00	1,58	1,22
0,5-0,9	4,45	3,05	1,90	1,48	1,22	4,55	3,15	2,00	1,58	1,32	4,65	3,25	2,10	1,68	1,32
0,5... 1,1	4,60	4,20	2,15	1,65	1,37	4,70	3,30	2,15	1,73	1,42	4,80	3,35	2,20	1,78	1.42
0,5... 1,3	4,70	4,30	2,25	1,73	1,47	4,80	3,40	2,25	1,83	1,52	4,90	3,45	2,30	1,88	1,52
0,5... 1,5	4,80	4,40	2,35	1,83	1,57	4,90	3,50	2,35	1,93	1,62	5,00	3,55	2,40	1,98	1.62
0,7...0,9	4,55	3,15	2,10	1,58	1,32	4,65	3,25	2,10	1,68	1,42	4,75	3,35	2,20	1,78	1,42
0,7... 1,5	4,90	3,50	2,45	1,93	1,67	5,00	3,60	2,45	2,03	1,72	5,10	3,65	2,50	2,08	1,72
0,9-0,9	4,65	3,25	2,20	1,68	1,42	4,75	3,35	2,20	1,78	1,52	4,85	3,45	2,30	1,88	1,52
0,9... 1,5	5,00	4,60	2,55	2,03	1,77	5,10	3,70	2,55	2,13	1,82	5,20	3,75	2,60	2,18	1,82
1,0... 1,0	4,75	3,35	2,30	1,78	1,52	4,85	3,45	2,30	1,88	1,62	4,95	3,55	2,40	1,98	1,62
1,1...!,1	4,95	3,55	2,50	1,98	1,72	5,05	3,65	2,50	2,08	1,73	5,15	3,65	2,50	2,08	1,72
1,1...1,3	5,05	3,65	2,60	2,08	1,82	5,15	3,75	2,60	2,18	1,82	5,25	3,75	2,60	2,18	1,82
1,3... 1,3	5,15	3,75	2,60	2,18	1,92	5,25	3,85	2,70	2,28	1,92	5,35	3,85	2,70	2,28	1,92
1,3-1,5	5,25	3,85	2,80	2,28	2,02	5,35	3,95	2,80	2,38	2,02	5,45	3,95	2,80	2,38	2,02
1,5... 1,5	5,35	3,95	2,90	2,38	2,12	5,45	4,05	2,90	2,48	2,12	5,55	5,05	2,90	2,48	2,12
ДПП, МПП (наружный слой), ГПК с металлизированными отверстиями															
0.5...0,5	4,35	2,95	1,80	1,28	1,02	4,45	2,95	1,90	1,38	1,12	4,45	3,05	2,00	1,48	1,12
0,5-0,7	4,45	3,05	1,90	1,38	1,12	4,55	3,05	2,00	1,48	1,22	4,55	3,15	2,10	1,58	1,22
0,5-0,9	4,55	3,15	2,00	1,48	1,22	4,65	3,15	2,10	1,58	1,32	4,65	3,25	2,20	1,68	1,32
0,5... 1,1	4,65	3,25	2,15	1,63	1,37	4,75	3,30	2,20	1,73	1,42	4,80	3,35	2,30	1,78	1,47
0,5... 1,3	4,75	3,35	2,25	1,73	1,47	4,85	3,40	2,30	1,83	1,52	4,90	3,45	2,40	1,88	1,57
0,5... 1,5	4,85	3,45	2,35	1,83	1,57	4,95	3,50	2,40	1,93	1,62	5,00	3,55	2,50	1,98	1,67
0,7-0,9	4,65	3,25	2,10	1,58	1,32	4,75	3,25	2,20	1,68	1,42	4,75	3,35	2,30	1,78	1,42
0,7... 1,5	4,95	3,55	2,45	1,93	1,67	5,05	3,60	2,50	2,03	1,72	5,10	3,65	2,60	2,08	1,77
0,9-0,9	4,75	3,35	2,20	1,68	1,42	4,85	3,35	2,30	1,78	1,52	4,85	3,45	2,50	1,88	1,52
0,9... 1,5	5,05	3,65	2,55	2,03	1,77	5,15	3,70	2,60	2,13	1,82	5,20	3,75	2,70	2,18	1,87
1,0... 1,0	4,85	3,45	2,30	1,78	1,52	2,95	3,45	2,40	1,88	1,62	4,95	3,55	2,50	1,98	1,62
1,1-1,1	4,95	3,55	2,50	1,98	1,72	5,05	3,65	2,50	2,08	1,72	5,15	3,65	2,60	2,08	1,82
1,1-1,3	5,05	3,64	2,60	2,08	1,82	5,15	3,75	2,60	2,18	1,82	5.25	3,75	2,70	2,18	1,92
1,3-1,3	5,15	3,75	2.70	2,18	1,92	5,25	3,85	2,70	2,28	1,91	5,35	3,85	2,80	2,28	2,02
1,3-1,5	5,25	3,85	2,80	2,28	2,02	5,35	3,95	2,80	2,38	2,02	5,45	3,95	2,90	2,38	2,12
1,5... 1.5	5,35	3,95	2,90	2,38	2,32	5,45	4,05	2,90	2,48	2,12	5,55	4,05	3,00	2,48	2,22
120 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
Окончание табл; 3.25
Диаметр отверстия, мм	Размер ПП по большей стороне														
	До 180 мм					Свыше 180 мм до 360 мм					Свыше 360 мм				
	Класс точности														
МПП (внутренний слой) с металлизированными отверстиями															
О,5...О,5	4,45	3,00	1,95	1,43	1,15	4,95	3,10	1,95	1,43	1,15	4,55	3,10	2,05	1,53	1,25
0,5...0,7	4,55	3,10	2,05	1,53	1,25	4,65	3,20	2,05	1,53	1,25	4,65	3,20	2,15	1,63	1,35
0.5...0.9	4,65	3,20	2,15	1,63	1,35	4,75	3,30	2,15	1,63	1,35	4,75	3,30	2,25	1,73	1,45
0,5... 1,1	4,80	3,35	2,30	1,78	1,50	4,90	3,45	2,30	1,78	1,50	4,95	3,45	2,40	1,88	1,60
0,5...1,3	4,90	3,45	2,40	1,88	1,60	5,00	3,55	2,40	1,88	1,60	5,05	3,55	2,50	1,98	1,70
0,5... 1,5	5,00	3,55	2,50	1,98	1,70	5,10	3,65	2,50	1,98	1,70	5,15	3,65	2,60	2,08	1,80
0,7...0,9	4,75	3,30	2,25	1,73	1,45	4,85	3,45	2,25	1,73	1,45	4,85	3,45	2,35	1,83	1,55
0,7... 1,5	5,10	3,65	2,60	2,08	1,80	5,20	3,75	2,60	2,08	1,80	5,05	3,75	2,70	2,18	1,90
0,9...0,9	4,85	3,40	2,35	1,83	1,55	4,95	3,50	2,35	1,83	1,55	4,95	3,50	2,45	1,93	1,65
0.9...1.5	5,20	3,70	2,70	2,18	1,90	5,30	3,85	2,70	2,18	1,90	5,35	3,85	2,80	2,28	2,00
1,0... 1,0	4,95	3,50	2,45	1,93	1,64	5,05	3,60	2,45	1,93	1,65	5,05	3,60	2,55	2,03	1,75
1,1...!,1	5,15	3,70	2,64	2,13	1,85	5,25	3,80	2,65	2,13	1,85	5,35	3,80	2,75	2,23	1,95
1,1...1,3	5,25	3,80	2,75	2,23	1,95	5,35	3,90	2,75	2,23	1,95	5,45	3,90	2,85	2,33	2,05
1,3... 1,3	5,35	3,90	2,85	2,33	2,05	5,45	4,00	2,85	2,33	2,05	5,55	4,00	2,95	2,43	2,15
1,3...1,5	5,45	4,00	2,95	2,43	2,15	5,55	4,10	2,95	2,43	2,15	5,65	4,10	3,05	2,53	2,25
1,5... 1,5	5,95	4,10	3,05	2,53	2,25	5,65	4,20	3,05	2,53	2,25	5,75	4,20	3,1	2,63	2,35
МПП (внутренний слой) с отверстиями без металлизации															
0,5...0,5	4,45	3,10	1,95	1,43	1,15	4,55	3,10	1,95	1,53	1,25	4,65	3,20	2,05	1,63	1,25
0,5...0,9	4,65	3,30	2,15	1,63	1,35	4,75	3,30	2,15	1,73	1,45	4,85	3,40	2,25	1,83	1,45
0,5... 1,1	4,80	3,40	2,30	1,78	1,50	4,85	3,45	2,30	1,88	1,55	4,95	3,50	2,40	1,93	1,60
0,5... 1,3	4,90	3,50	2,40	1,88	1,60	4,95	3,55	2,40	1,98	1,65	5,05	3,60	2,50	2,03	1,73
0,5... 1,5	5,00	3,60	2,50	1,98	1,70	5,05	3,65	2,50	2,08	1,75	5,15	3,70	2,60	2,13	1,80
0.7...0.9	4,75	3,40	2,25	1,73	1,45	4,85	3,50	2,25	1,83	1,55	4,95	3,50	2,35	1,93	1,65
0,7... 1,5	5,10	3,70	2,60	2,08	1,80	5,15	3,75	2,60	2,18	1,85	5,25	3,80	3,70	2,23	1,85
0,9...0,9	4,85	3,50	2,35	1,83	1,55	4,95	3,70	2,35	1,93	1,65	5,05	3,60	2,45	2,03	1,65
0,9... 1,5	5,20	3,80	2,70	2,18	1,90	5,25	3,85	2,70	2,28	1,95	5,35	3,90	2,80	2,33	1,95
1,0... 1,0	4,95	3,60	2,45	1,93	1,65	5,05	3,60	2,45	2,03	1,75	5,15	3,70	1,55	2,13	1,73
1,1...1,1	5,15	3,70	2,65	2,13	1,85	5,15	3,80	2,65	2,23	1,85	5,25	2,80	2,65	2,23	1,95
1.1...1.3	5,25	3,80	2,75	2,23	1,95	5,25	3,90	2,75	2,33	1,95	5,35	3,90	2,85	2,33	2,05
Наименьшее номинальное расстояние для прокладки п печатных проводников между двумя отверстиями с контактными площадками диаметров и рассчитывают по следующей формуле:
/ном =Д°'	+ tn + S(n+ \)+7].	(3.19J
Системы автоматизированного проектирования ПП	121
Проведя расчет'элементов проводящего рисунка и разместив их с учетом обеспечения электрических параметров ФУ, окончательно выбирают метод и ТП изготовления ПП.
В Приложении 1 приведена методика выполнения домашнего задания по конструкторско-технологическому проектированию ПП с 50-ю вариантами и примером выполнения одного из них.
3.13. Системы автоматизированного проектирования ПП
Система автоматизированного проектирования ПП представляет собой сложный комплекс программ, применяемый для автоматизации проектирования и подготовки производства ПП, начиная с прорисовки электрической принципиальной схемы, размещения ЭРИ, ПМК и других этапов, трассировки соединений и заканчивая выводом на печать конструкторской и технологической документации на ПП и разработкой управляющих файлов для сверлильно-фрезерных станков, фотоплоттеров, фотокоординатографов. Таким образом, САПР ПП представляют собой сквозные системы проектирования.
На рис. 3.13 и 3.14 представлена классификация алгоритмов размещения ЭРИ и алгоритмических методов трассировки соединений, которые используются в программном обеспечении различных САПР.
Основными требованиями, предъявляемыми к современным САПР ПП являются [28]:
•	полная русификация системы;
•	поддержка системы сквозного проектирования в реальном времени;
•	возможность адаптации к технологии проектирования и производства ПП на конкретном предприятии;
•	наличие отечественных и импортных баз данных ЭРИ и ПМК;
•	наличие интерфейса с технологическим оборудованием;
•	наличие автоматического размещения ЭРИ и ПМК и трассировки ПП;
•	автоматизированный выпуск конструкторской документации в соответствии с ГОСТ 2.123—93;
•	возможность импорта/экспорта с другими САПР через список цепей и перечень элементов;
•	расширение функциональности (проверка электромагнитной, термической совместимости и т. д.);
•	невысокая стоимость и др.
Рынок программного обеспечения для проектирования и подготовки производства ПП в настоящее время многообразен и постоянно расширяется. Эволюция САПР ПП и характеристики некоторых из них приведены з табл. 3.26. Применение той или иной САПР ПП зависит от уровня решаемых задач, применяемого на предприятии технологического оборудова-зжя. от конструкции ПП и пр.
122 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
Рис. 3.13. Классификация алгоритмов размещения ЭРИ на ПП
Рис. 3.14. Классификация алгоритмических методов трассировки соединений
hifauioi ,1,ЛЛ. Эволюция САШ*: от Р-CAD для DOS к ACCEL EDA для ОС Windows
САПР (время разработки)	Класс ЭВМ	Назначение	Функциональные особенности	Примечание
P-CAD 4.5 (конец 1989 г.)	Personal CAD System РС-286 и выше	Проектирование ПП	Русифицирована, создана графическая библиотека, разработаны драйверы для сопряжения с технологическим оборудованием	Первый из вариантов ПО для САПР ПП, ориентированный на PC/AT
P-CAD 5.0 (январь 1992 г.)	IBM PC/AT с процессором не ниже 386, монитор VGA	Проектирование ПП	В автоматический трассировщик печатных проводников включены команды ручного проектирования ПП	Опыт эксплуатации оказался неудачным и распространение версии было прервано
P-CAD 6.0 (июль 1992 г.)	То же	Проектирование ПП, размещение компонентов	На два порядка повышена разрешающая способность графических редакторов и сняты ограничения на размер и сложность ПП. Обеспечена возможность просмотра любого фрагмента платы в процессе автоматической трассировки. Возможно нанесение размеров на чертеж	Основное достоинство версии — повышение качества трассировки ПП в результате исправления ошибок в алгоритме оптимизации P-CAD 4.5. Недостатки: •	увеличенный размер файлов баз данных; •	алгоритм проектирования автоматической трассировки ПП не совершенен
P-CAD 6.2 (октябрь 1992 г.)	РС/АТ-486	Проектирование ПП	Исправлены мелкие ошибки в графических редакторах pccaps.exe и pccards.exe	—
P-CAD 6.07 (конец 1992 г.)	То же	То же	Повышена скорость трассировки ПП. Замены двух или несколько элементов проводника одним. Улучшено качество разводок, планарных компонентов	Внесены изменения в программу автоматической трассировки сложных ПП Auturoutor
P-CAD 7.0 (октябрь 1993 г.)	»	»	Усовершенствована работа графического редактора	—
Системы автоматизированного проектирования ПП
Продолжение табл. 3.26
САПР (время разработки)	Класс ЭВМ	Назначение	Функциональные особенности	Примечание
P-CAD 8.0 (сентябрь 1994 г.)	Pentium 100	»	Предусмотрена возможность инсталляции Р-CAD под управлением Windows (пакет работает под управлением MS-DOS)	Сделано более 70 изменений версии
P-CAD 8.5 (октябрь 1995 г.)	То же	»	Пакет функционирует в среде MS-DOS, поставляется не только на дискетах, но и на CD-ROM	—
P-CAD 8.7 (апрель 1998 г.)		»	Разработана управляющая оболочка для установки системы Р-CAD под управлением Windows. Последняя версия, работающая под управлением MS-DOS	Дальнейшее развитие системы P-CAD получила на базе ОС Windows
ACCEL EDA 12.0 (февраль 1996 г.)	ACCEL Technologies	»	Графический ввод схем. Упаковка схемы на ПП. Ручное размещение компонентов. Ручная интерактивная трассировка проводников. Контроль ошибок в схеме. Выпуск КД	Сконцентрированы лучшие качества пакетов Tando PRO и P-CAD. Система ACCEL EDA учитывает особенности аналоговых и аналого-цифровых устройств
ACCEL EDA 13.0 (октябрь 1997 г.)	Windows 95/NT от 486-33 МГц и выше	»	Полный переход на 32-разрядную технологию (Windows 9х и Windows NT). Применение 32-разрядной арифметики обеспечило дискретность измерения линейных размеров 0,01 мм в метрической системе, угловых размеров 0,Г и возможность изменения системы единиц на любой стадии работы с проектом без потери точности	Поддерживается как дюймовая, так и метрическая система единиц. Возможна доработка печатных плат с учетом особенностей технологии конкретного оборудования. Большая библиотека электрорадиоэлементов ведущих производителей
'24 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
Продолжение табл. 3.26
САПР (время разработки)	Класс ЭВМ	Назначение	Функциональные особенности	Примечание
ACCEL EDA 14.0 (сентябрь 1998 г.)	Windows 95/98/NT	»	Повышение удобства работы пользователя и увеличение производительности	—
ACCEL EDA 15.0 (сентябрь 1999 г.)	ACCEL Technologies Windows 95/98/NT Pentium	»	Повышена разрешающая способность в метрической системе. Увеличен максимальный коэффициент изменения масштаба изображения по команде Zoom. Повышена допустимая сложность корпусов. Улучшен механизм выполнения измерений. Расширены возможности создания и выполнения макрокоманд. Усовершенствован инструмент измерений. Расширена электронная документация о компонентах. В редакторе ACCEL P-CAD РСВ: •	улучшен контроль соединений со слоями металлизации; •	предусмотрен контроль определенных областей платы; •	обеспечена динамическая оптимизация линий электронной связи; •	введена команда высвечивания цепей; •	расширены возможности копирования цепей; •	улучшены алгоритмы автротрассировки	Внесены более 25 дополнений и изменений по сравнению с предыдущей версией: •	сохранение параметров конфигурации в файлах баз данных; •	возможность вызова других программ непосредственно из меню; •	задание пользователем специфических данных; •	предварительный просмотр изображения перед печатью; •	автоматическое архивирование файлов проекта; •	создание библиотечных файлов компонентов; •	применение шрифтов True Туре; •	различие отверстий в слоях металлизации и обычных контактных площадках; •	усиление поддержки глухих переходных отверстий; •	усовершенствование процедуры выбора объектов; •	расширены правила проектирования; •	упрощена процедура редактирования атрибутов; •	обновлена вся документация
Системы автоматизированного проектирования ПП
Продолжение табл. 3.26
САПР (время разработай)	Класс ЭВМ	Назначение	Функциональные особенности	Примечание
SPECCTRA7.1 (конец 1998 г.)	Cadence Windows 95/NT 486	Автотрассировщик	Размещение компонентов и трассировка плат большой сложности. Кроме обычного контроля, выполняется контроль максимальной длины проводников, расположенных на одном или двух смежных слоях	—
DesingLab 8.0 (июль 1997 г.)	MicroSim Windows 95	Система сквозного проектирования цифровых устройств	Интегрированный программный комплекс для сквозного проектирования аналоговых, цифровых, и смешанных аналого-цифровых устройств, синтеза устройств программируемой логики и аналоговых фильтров	Дополнительные возможности: •	отображение непосредственно на схеме результатов расчета режима по постоянному току; •	автоматическое создание графики символов компонентов при создании их математических моделей; •	средства поиска, быстрого просмотра и мастера создания графики символов и корпусов компонентов; •	возможность вывода графиков не только результирующей спектральной плотности шума, но и вклада от каждой компоненты
OrCad 7.11 (начало 1998 г.)	Windows 95/98/NT	То же	Включает: •	схемные редакторы; •	средства прямого доступа через Internet ко всем компонентам базы данных проекта; •	графические редакторы ПП (автотрассировщик проводников, средства авторазмещения компонентов)	
'26 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
Окончание табл. 3.26
САПР (время разработки)	Класс ЭВМ	Назначение	Функциональные особенности	Примечание	1
MACAD	НПО «Автоматика» Windows 95/98/NT	САПР микроэлектронной аппаратуры	Охватывает следующие задачи структурно-логического, схемотехнического, конструкторско-технологического этапов проектирования: • разработка функционально-логической схемы прибора с учетом требований технического задания и параметров элементной базы; •	разработка временных диаграмм основных режимов функционирования; •	компоновка функциональной схемы прибора с учетом использования выбранной элементной базы, унифицированных конструктивов, принятых на предприятии; •	разработка принципиальных электрических схем прибора и его компонентов (блоков, микросборок, матричных БИС); •	разработка тестов, проверяющих прибор и его конструктивно-функциональные узлы; изготовление технической документации на прибор и его компоненты; •	разработка топологии печатной платы, МБС, БИС, формирование программ для автоматического изготовления и контроля аппаратуры	
Системы автоматизированного проектирования ПП
128 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
Среди сквозных САПР наиболее распространенными в СНГ являются следующие [29]:
• Expedition PSB компании Mentor Graphics Corp.1 — наиболее мощное решение в области проектирования ПП, но имеющее высокую стоимость; реализует следующие функции:
1)	предтопологический анализ целостности сигналов,
2)	интерактивная и автоматическая трассировка с учетом требований высокочастотных ПП и специальных технологических ограничений, связанных с использованием BGA,
3)	моделирование с помощью модуля ICX наводки в проводниках во время прокладки трассы или шины и контроль превышения ими заданного уровня.
• PADS PowerPCB компании Mentor Graphics Corp.1 2 — стандартный набор средств проектирования ПП, преимуществом которого является тесная интеграция с системой проектирования Product Designer компании Innoveda. В ее состав входят:
1) автотрассировщик BlaseRouter, поддерживающий все необходимые функции, которые необходимы при трассировке высокочастотных ПП, .
2) модули предтопологического (HyperLinks LineSim) и посттопологического (HyperLinks BoadSim) анализа, взаимодействующие с системой контроля ограничений.
•	CircuitMaket 2000 компании Protel — программа для разработки МПП, содержащих до шести сигнальных слоев и использования в учебном процессе для редактирования и моделирования схем;
•	Protel DXP3 — программа обеспечивает сквозной цикл проектирования аналого-цифровых ПП с использованием программируемой логики фирм XILINX и ALTERA на базе интегрированной среды проектирования Design Explorer, работающей под управлением операционной системы Windows ХР. Добавлены топологический автотрассировщик Situs, реализующий новый подход к автоматической трассировке ПП, и возможность выполнять предтопологический анализ схемы;
•	Protel 99 SE4 — современная программа, в которой применена оригинальная технология хранения проектной информации любой сложности с возможностью одновременного сетевого доступа разных разработчиков к одним и тем же частям проекта, и реализована архитектура клиент—сервер, позволяющая добавлять в систему собственные модули. Новое название компании Protel—Altium;
•	OrCad версии 9.2,9.22,9.23 компании Cadence5 — программа позволяет разрабатывать ПП, содержащие до 30-ти слоев (16 сигнальные);
1 http://www.mentor.com/pcb.
2 www.pads.com.
3 www.protel.com.
4 www.protel.com.
5 www.orcad.com.
Системы автоматизированного проектирования ПП
129
имеет встроенные средства авторазмещения, автотрассировки, интерфейс с программой SPECCTRA, модуль редактора электрических принципиальных схем OrCad Capture CIS (Component Information System), который обеспечивает доступ через Интернет к централизованным базам данных компонентов, расположенным на сайте www.spincircuit.com. Модуль CIS позволяет организовывать корпоративные базы разрешенных к применению компонентов, работать в локальных сетях и использовать автоматизированный нормоконтроль;
•	РСВ Design Studio компании Cadence1 — самый мощный и дорогостоящий пакет, в котором в качестве редактора топологии ПП используется программа Allegro для разработки МПП и ПП с высокой плотностью размещения компонентов и быстродействием. Предназначен для редактирования простых электрических принципиальных схем — OrCad Capture CIS и сложных — Concept HDL; для авторазмещения и автотрассировки используется программа SPECCTRA, для анализа целостности сигналов — SPECCTRAQuest;
•	Visula компании ZUKEN2 — мощный и популярный в мире продукт. Продукты этой компании имеют:
1)	сквозной цикл проектирования,
2)	мощные средства моделирования и синтеза программируемой логики с последующей разработкой ПП,
3)	стандартный набор инструментария,
4)	собственные средства авторазмещения и автотрассировки,
5)	интегрированные средства трехмерного твердотельного моделирования устройств.
• ГРИФ-3 ОАО НПО «Алмаз» — САПР ПП крупного предприятия, методология проектирования которых отличается от индивидуального подхода к их проектированию на небольших предприятиях, так как имеет место разделение труда между схемотехниками и конструкторами, и проекты выполняются в специализированных подразделениях специалистами в своей области [31]. Исходной информацией для сквозного проектирования является файл перечня элементов в формате Tango и таблица связей с именами цепей, файл перечня элементов в специальном текстовом формате PSF и файл технического задания на конструирование ячейки и ПП, являющийся текстовым ASCII файлом. Схемотехник передает также в конструкторский отдел эскиз размещения компонентов на ПП с указанием ширины проводников и их ориентировочной топологии для наиболее ответственных связей и пр. Размещение и трассировка выполняется в программе P-CAD 2000, а авторазмещение и автотрассировка — с использованием программы SPECCTRA, в результате которых создается исходный файл для получения управляющих файлов для изготовления фотошаблонов, сверления отверстий, фрезерования по контуру, контроля и др. Выпускается также комплект конструкторской документации на бумаге: сборочный чертеж, чертеж отверстий,
1	www.pcb.cadence.com.
2	www.zuken.com.
f Проектирование ц технология
Печатных плат
130 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
спецификация на ПП и ячейку и документация на магнитном носителе: файл ПП в РСВ-формате, файл Задания на проектирование в ALT-формате и IPX-формате, файл геометрических характеристик контактных площадок (тип, размер, диаметр отверстий), оформленных в соответствии с ГОСТ 28388—89 «Документы на магнитных носителях данных»;	>
• CADdy — генеральный дистрибьютор CADdy в России компания «ПОИНТ» — система сквозного проектирования ПП, которая имеет целый ряд преимуществ по сравнению с другими САПР:
1)	поддержка проектирования ПП, содержащих интегральные схемы с программируемой логикой (ПЛИС),
2)	обеспечивает выпуск полного комплекта конструкторской документации в соответствии с российскими стандартами,
3)	возможность быстрого внесения изменений на любом этапе проектирования и производства ПП. Например, изменения внесенные в электрическую принципиальную схему автоматически вносятся в конструкцию ПП, фотошаблон и пр.,
4)	интеграция системы с периферийным оборудованием: сверлильно-фрезерными станками, со всеми производимыми в мире моделями фотоплоттеров, режущими плоттерами, сборочными автоматами и др.
• P-CAD 2001 (ACCEL EDA 16)1 — логическое продолжение линии программных продуктов ACCEL EDA, в котором введены следующие функции [30]:
1)	бессеточный автотрассировщик Shape-Bases Router, который потеснил привычную для всех программу SPECCTRA,
2)	упрощены принципы построения библиотеки и поиска компонентов Р-CAD, который производится по схеме «производитель — назначение — тип компонента»,
3)	разработаны 334 библиотеки, содержащие 27 тысяч компонентов, каждый из которых соответствует стандарту ISO 9001,
4)	разработан продукт CAMtastic! 2000 для подготовки проекта ПП к производству,
5)	добавлена новая функция редактирования сегментов проводников, позволяющая добавлять новые изломы к уже существующим линиям,
6)	возвращен модуль Signal Integrity для анализа целостности сигналов и перекрестных искажений в цепях для проверки работоспособности модуля на ПП до шести слоев и 400 компонентов, используя импедансы проводников и макромодели компонентов,
7)	автоматический выбор топологического посадочного места, в зависимости от ориентации компонента на ПП,
8)	добавление контрольных точек не только на ПП, но и к топологическому посадочному месту в редакторе Pattern Editor, информация о которых может передаваться в программу трассировки ПП SPECCTRA и обратно,
1 www.pcad.com.
Системы автоматизированного проектирования ПП
131
9)	удаление и добавление к существующим на ПП новые узлы с помощью команды Add to Net,
10)	дифференцирование электрических цепей по слоям ПП, задавая различную ширину проводников одной цепи, расположенной на разных слоях,
11)	блокировка перемещения и пересечения границ запрещенных областей На ПП проводников, дуг, отдельных контактных площадок и переходных отверстий, контрольных точек, металлизированных полигонов, компонентов,
12)	изменение положения обозначения размера с помощью специального маркера-манипулятора,
13)	к редактору ПП добавлена внешняя DBX утилита AutoRFQ, представляющая собой стандартное приложение Request For Quotation и предназначенная для связи с одним из крупнейших сайтов для заказа электронных компонентов WebQuote1,
14)	добавлен двунаправленный транслятор IDF-формата, который расширил возможности обмена данными с механическими САПР,
15)	во все модули программы добавлена новая функция печати.
•	P-CAD 2002 компании ALTIUM — система проектирования ПП (вышла в декабре 2002 г.) — основные изменения затронули пользовательский интерфейс и обеспечили качественную поддержку выходного формата данных ODB++.
•	Trilogy 5000 и Enterprise 3000 — системы компании VALOR1 2, которые позволяют моделировать процесс производства; выявлять и оптимизировать наиболее критичные этапы производства:
1)	тесно взаимодействовать с САПР ПП,
2)	анализировать качество размещения ЭРИ и ПМК на ПП и трассировку,
3)	получать реалистичный трехмерный вид ПП на базе специальных библиотек компонентов Valor Part Library.
Основным форматом обмена данными между различными частями системы является формат ODB++.
На рис. 3.15 и 3.16 приведены примеры выполнения элементов печатного монтажа с учетом некоторых рекомендаций, связанных с технологическими ограничениями.
Тонкий Контактная
проводник площадка
Широкий проводник
Рис. 3.15. Соединение контактной площадки с широким проводником
1 www.Webquote.com.
2 www.valor.com.
132 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
Рис. 3.16. Пример трассировки проводников между КП ПМК и КП межслойного перехода для установки ПМК; 1 — КП для установки ПМК (размером 0,6 х 2,0 мм2); 2 — КП межслойного перехода (размером 0,8 х 0,8 мм2)
При трассировке ПП необходимо иметь в виду, что широкие проводники подходящие к контактным площадкам наружных слоев ПП могут помешать нормальной пайке ЭРИ, так как теплота будет «уходить» с контактной площадки по широкому проводнику, и в результате пайка получится «холодной». При этом может происходить стягивание припоя с контактных площадок на проводник [33].
Возможны несколько способов решения данной проблемы:
1)	использование узких проводников, соединяющих непосредственно контактную площадку и широкий проводник как показано на рис. 3.16. Длина проводящего узкого проводника не превышает 0,25 мм, а ширина может варьироваться в пределах от 0,25 до 0,125 мм;
2)	печатные проводники между соседними контактными площадками рекомендуется проводить в соответствии с рис. 3.16 (при условии отсутствия жестких требований к длине проводника);
3)	вокруг контактной площадки со всех сторон наносится маска, которая препятствует перемещению расплавленного припоя вдоль проводника.
Основными разработчиками и поставщиками САПР ПП на мировом рынке являются следующие компании:
•	Mentor Graphics Corp. (США), которая поглотила компании Verybest и Innoveda;
•	Cadence Design Systems, в которую входит OrCAD (США);
•	Protel international Ltd (Австралия) — Altium — новое название компании, которая в 2000 г. поглотила Accel Technologies (США);
•	Advanced САМ Technologies (США);
•	ООО «Элма» (Россия, С.-Петербург);
•	ООО «Петрокоммерц» (Россия, С.-Петербург);
•	ООО «Тигрис» (Россия, Н. Новгород);
•	ОАО «Родник Софт» (Россия, Москва);
•	ЗАО «Пойнт» (Россия, Москва) — генеральный дистрибьютор продукции фирмы Ziegler-informatics Gmbh в России;
•	Scan Ltd (Россия, Москва) — официальный дистрибьютор фирмы Texas Instruments и др.
Существует объединение компаний-разработчиков и пользователей в области электронного проектирования — Electronic Design Automation
Поверочные расчеты ПП	133
Consortium (EDAC) и международная группа пользователей Mentor Graphics Users Group. В России в марте 1997 г. был создан Союз развития печатного монтажа, объединяющий ученых, разработчиков ^производителей ПП.
Системы автоматизированного проектирования ПП позволяют оперативно получить всю необходимую конструкторскую документацию (КД) на бумажном и магнитном носителе.
К документам на бумаге относятся:
•	чертеж ПП;
•	сборочный чертеж ячейки (чертеж размещения ЭРИ или ПМК);
•	спецификация на МПП и сборочный чертеж ячейки;
•	чертеж паяльной маски для пайки;
•	чертеж отверстий;
•	схема электрическая принципиальная;
•	перечень элементов;
•	таблица соединений;
•	ведомость покупных изделий;
•	ведомость документов на магнитном носителе и др.
На рис. 3.17 и 3.18 приведены примеры оформления сборочного чертежа ячейки и чертежа ПП в P-CAD.
К документации на магнитном носителе относятся файлы, которые являются исходными для создания управляющих файлов для изготовления фотошаблонов, сверления отверстий, обработки по контуру, контроля, сборочного автомата и других технологических операций, а также файлы задания на проектирование, геометрических характеристик отверстий и контактных площадок и др.
3.14. Поверочные расчеты ПП
После размещения компонентов и выполнения трассировки соединений ПП целесообразно провести поверочные расчеты, учитывающие особенности топологии, чтобы выявить недостатки и внести коррективы до изготовления фотошаблонов и ПП. Поэтому необходимо выполнить:
•	анализ электромагнитной совместимости (в литературе эта проблема называется также проверкой целостности сигналов и перекрестных искажений в высокочастотных схемах);
•	расчет вибропрочности (см. Приложение 5);
•	расчет ударопрочности (см. Приложение 6);
•	тепловой анализ ПП (см. Приложение 7);
•	расчет надежности (см. Приложение 8).
Для анализа электромагнитной совместимости ПП можно использовать систему Omega PLUS компании Quantic EMC Inc (Канада)1, при помощи которой в процессе моделирования электромагнитного излучения можно:
•	провести анализ целостности сигналов;
•	провести анализ перекрестных помех;
•	получить спектры излучения ПП в заданном диапазоне частот;
1 www.quantic.emc.com.
134 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
ЯОООО'ООЮОО'РО-РАИ
а
Рис. 3.17. Пример выполнения сборочного чертежа ячейки (начало)
Поверочные расчеты ПП
135
1.	"Размеры для справок.
2.	Припой П0С61 ГОСТ21931-76.
3.	Установку злементое производить поССТ4Г0.010.030-81.
Элементы лоз. 2,3,7... 9 устанавливать по варианту На.
Элементы поз. 4...6,10,11,22 устанавливать по варианту 116.
Элементы поз. 12... 21 устанавливать по варианту III.
Элементы лоз. 23... 29устанавливать по варианту Villa.
Высота установки 3i1 мм.
4.	Печатные проводники условно не показаны.
5.	Плату после сборки покрыть эмалью ЭЛ-572, белый, ТУ6-1О-1539-76.
Отверстия от покрытия лаком предохранить.
6.	Заводской номер, обозначения элементов маркировать краской ЧМ, черный, БМ, белый, ТУ029-О2-859-78.
Шрифт 25 noH0.010.007.
Места расположения маркировки показаны условно.
136 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
б
Рис. 3.17. Пример выполнения сборочного чертежа ячейки (окончание)
Поверочные расчеты ПП
137
73 29 70 91 85 36 15 67 68 16 39 78
2
S

1.	* Размеры для справок.
2.	Монтаж вести по SCAT.
3.	Установка элементов по ОСП Г0.010.30-81:поз. 10,24-36,39 41-43,93 no 2s; поз. 14-16,19,20, 22,23 47-66 по 2в; поз. 17поЗ;поз. 37поба;поз.91,92,94 по7а; пи. 18,45,70,71, 73-75,77-83,85-89,
4 отв. R3* 98по 6а. --------- 4. Припой П0С61 ГОСТ 21931-76.
5.	Печатные проводники и монтажные отверстия условно не показаны.
6.	Выступание выводов элементов не более 1мм.
7.	Деталь поз. 98 ставить на клей ВК-9ОСТ4 ГО.029.204.
8	Маркировка элементов показана
условно.
9.	Плану после сборки покрыть паком УР-2317У6-10-863-79, боускается ЭЛ-730 ГОСТ20824-75.
10.	Заводской номер маркировать краской ЧМ, черный, 7У029-02-859-76. шрифт 2,5 по Н0.010.007
13& Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
Сторона установки навесных элементов
a
Рис. 3.18. Пример выполнения чертежа ПП (начало)
Поверочные расчеты ПП
139
"vW)
Условное обозначение отверстий	Диаметры отверстий, мм	Наличие металлизации а отверстиях	Диаметры контаюпла площадок, мм	Количество отверстий
	25	без металлизации	-	2
Ф	0,9	металлизированные	1,5	10
-ф-	0,9	металлированные	1,5	164
-ф-	1,1	металлированные	1,6	28
1.	'Размеры для справок.
2.	Плату изготовить комбинированным позитивным методом.
3.	Шаг координатной сетки 1,25 мм.
4.	Конфигурацию проводников выдержать по координатной сетке.
5.	Расстояние между проводниками не менее 0,3 мм.
6.	Проводники условно обозначенные сплошными пиниями выполнить шириной НО, 1мм- толстые, 0,5±0,1 мм -тонкие.
7.	Допускается в узких местах занижение контактных площадок до 15 мм.
8.	Проводники по«фыть сплавом «Розе».
9.	Маркировку выполнить травлением шрифтом 2,5 поН0.010.007в узких местах - шрифтом 2.
10.	Плата должна соответствовать ГОСТ23752-79.
						
						
						
					Блок передачи данных Плата печатная	ЛЯ "'•’'I L'.T”T''л!
			Поди	Дат		II Iй
						
						
						Лист 1 Листов 1
						
iHJtowno.						
IM						
140 Глава J. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
б
Рис. 3.18. Пример выполнения чертежа ПП (окончание)
Поверочные расчеты ПП
141
1. Печатную плату изготовить комбинированным позитивным методом. 2. Печатная плата должна соответствовать ГОСТ 23752-79.
3.	Шаг координатной сетки 1,27 мм.
4.	Конфигурацию проводников выдерживать по координатной сетке.
5.	Проводники, условно обозначенные сплошными толстыми пиниями, выполнять шириной 1,2i0,05 мм.
6.	Проводники, условно обозначенные сплошными тонкими линиями, выполнять шириной 0,310,05 мм.
7.	Расстояние между проводниками не менее 0,3 мм.
8.	Допускается е узких местах занижение контактных площадок до 0,15 мм.
9.	Неуказанные предельные отклонения размеров *0,2 ми.
10.	Проводники покрыть сплавом кРозех ТУб-09-4065-88.
Плата печатная
>wiM Ш-ЯЕ1
ст та ke?i ix-.'ii fiT.
kliWM
Пров. Тюнтр.
Н.контр.
Утв.
Сш/хю&штт 1,5 мм СФ-2-50Г ПОСТ 10316-78
/1м1 ,1.Лит!
142 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
•	измерить уровни токов в проводниках;
•	определить интенсивность электрического и магнитного полей над ПП.
Для этого осуществляется импорт ПП из разных САПР (топология ПП, список цепей и перечень элементов), и при превышении в процессе моделирования допустимых значений указанных параметров, проводят повторное размещение компонентов и трассировку соединений, вводят экраны до изготовления фотошаблонов, что сокращает материальные и трудовые затраты на изготовление ПП [34].
В системе Design Center, начиная с версии 6.1, возможно моделирование электрической принципиальной схемы с учетом паразитных эффектов (программа Polaris корпорация MicroSim): задержками распространения сигналов, паразитными емкостями, индуктивностями, взаимными емкостями и взаимными индуктивностями. Задавая минимальную длину параллельных проводников, начиная с которой они представляются в виде линий передачи, рассчитывают следующие параметры [35]:
•	волновое сопротивление;
•	погонные емкости и индуктивности;
•	паразитные емкости между проводниками и подложкой;
•	омические сопротивления проводников;
•	индуктивности проводников;
•	емкости стеков контактных площадок и переходных отверстий;
•	коэффициенты связи между параллельными проводниками;
•	задержки распространения сигнала.
Расчет линий передачи выполняется приближенно с целым рядом ограничений.
Пакет Speed ХР компании SIGRITY1 использует не упрощенные модели, а численные методы решения электродинамических задач, которые позволяют исследовать распространение помех по внутренним слоям питания.
Вопросами оценки электромагнитной совместимости занимается ЗАО Scan (Россия). Существует также программа анализа целостности сигналов Protel Signal Integrity и пакет программ моделирования ПП с учетом их паразитных эффектов Crosstalk Tool Kit ХТК фирмы Quad Design Technology.
Для моделирования стационарных и нестационарных тепловых процессов на ПП можно использовать программное обеспечение BETAsoft компании Dynamic Soft Analysis2, с помощью которого можно определить [36]:
•	температуры отдельных компонентов (программа BETAsoft-MCM);
•	карты прогрева ПП (программа Board) и определить области ПП с повышенной температурой, на которых в результате коробления может нарушиться целостность проводников и паяных соединений в ячейке;
•	градиент температур (программа BETAsoft Board) для выявления высокого температурного градиента, вызванного различием ТКЛР различных участков ПП, который может привести к тепловому удару и разрушению ПП или ЭРИ.
1 www.sigrity.com.
2 www.betasoft.thermal.com.
Подготовка разработанного проекта ПП к производству
143
Программное обеспечение BETAsoft поддерживает различные вычислительные платформы: Windows (3.1, NT, 95/98), UNIX, DOS и имеет интерфейс связи с системами VeryBest, PADS, ACCEL (P-CAD&Tango), OrCAD, Mentor, Allegro, Cadstar, Protel и др. Выходными данными являются цветовые карты температуры и градиента.
Программа теплового анализа Sauna компании Thermal Solutions* позволяет моделировать поведение ПП в процессе эксплуатации, а также блоков и шкафов. В этой программе имеются:
1)	библиотеки компонентов и материалов,
2)	специальный графический редактор, позволяющий прорисовывать конфигурацию оборудования,
3)	возможность назначать рабочие циклы с учетом включения и выключения внешних источников питания.
Пакет Flotherm английской фирмы FLOMERICS2 имеет интерфейс, построенный на базе современных интернет-технологий на основе браузера, и позволяет:
1) моделировать отвод теплоты от микросхем в корпусах PBGA и TBGA;
2) учитывать технологию Flip-chip-кристаллов.
В программном комплексе Webench компании NATIONAL SEMICONDUCTOR (www.national.com/appinfo/power/webench) предусмотрен специальный модуль Webtherm, позволяющий получать цветную карту градиента температур для ПП, построенной на базе вычислительного ядра Flomerics.
Совместная разработка Красноярского государственного технического университета (КГТУ) и Московского государственного института электроники и математики (МИЭМ) — пакет теплового моделирования ТРИАНА (АКОНИКА-Т), в который входят:
1)	редактор, позволяющий формировать геометрическую модель ПП или гибридной интегральной схемы;
2)	специализированный модуль подготовки тепловых моделей;
3)	интефейс с современными САПР P-CAD 2002, Protel DXP, OrCAD 9.2, Allegro, SPECCTRA;
4)	интефейс co старыми версиями P-CAD 4.5, 8.7;
5)	возможность обмениваться данными с тепловизионным диагностическим комплексом ТЭРМИД РЭС.
3.15. Подготовка разработанного проекта ПП к производству
Подготовка ПП к производству включает создание управляющих файлов для технологического оборудования (фотоплоттеров, плоттеров, сверлильно-фрезерных, фрезерно-гравировальных станков, сборочных автоматов, оборудования для автоматического тестирования ПП и др.) и изготовления фотошаблонов по результатам проектирования в САПР.
1 www.sauna.com.
2 www.flometrics.com.
144 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
Для постпроцессирования результатов проектирования из САПР на применяемое технологическое оборудование принят последовательный переход от анализа исходного формата данных в специально разработанный промежуточный формат, из которого выполняют преобразование в требуемый для конкретного оборудования формат. Таким промежуточным форматом является в ряде случаев Gerber-формат для последующей -перекодировки в другие форматы данных для управления технологическим оборудованием.
Основным форматом для управляющих файлов фотОплоттеров в Р-CAD является формат Gerber, что связано с большим количеством оборудования, которое управляется в этом формате, наличием в Р-CAD специального графического редактора, позволяющего просмотреть и редактировать графический образ фотошаблона, и с тем, что формат Gerber достаточно просто перепрограммировать в любой тип фотоплоттера, плоттера или фотокоординатографа.
Практически все САПР ПП имеют встроенные средства генерации управляющих файлов. Для получения оптимизированных файлов в формате Gerber существуют в настоящее время следующие пакеты:
• Genesis 2000 компании РСВ Frontline1 — один из наиболее мощных CAM-систем. Эта программа:
1)	ориентирована на мощные аппаратные платформы, работающие под управлением операционной системы UNIX;
2)	имеет высокий уровень автоматизации обработки топологий;
3)	имеет специальные средства верификации и корректировки, позволяющие повысить технологичность ПП и учесть специфику конкретного предприятия;
4)	имеет широкий набор интерфейсов импорта/экспорта для обмена данными с большинством САПР ПП.
• CAMtastic компании ALTIUM1 2 — поставляется бесплатно в качестве штатного CAM-средства совместно с пакетами P-CAD 2002 и Protel DXP и как автономный продукт (только версия CAMtastic DXP). Данная программа построена на базе интегрированной среды проектирования Design Explorer, в которой:
1) в дополнение к обработке формата Gerber введена качественная поддержка формата ODB++;
2) имеется макрорекордер, позволяющий автоматизировать большинство процедур с помощью специального языка Client Basic;
. САМ350 8.0 компании DOWNSTREAM TECHNOLOGIES3 - наиболее популярная в России и достаточно мощная программа, вышедшая в марте 2003 г.; в нее входит:
1)	полностью обновленный пользовательский интерфейс,
2)	усовершенствованные средства контроля правил DRC и DFM,
1 www.frontline-pcb.com.
2 www.camtastic.com.
3 www.downstreamtech.com.
Подготовка разработанного проекта ПП к производству	145
3)	улучшенные средства генерации списков соединений с учетом сквозных и глухих переходных отверстий,
4)	в качестве основного стандарта обмена данными формат ODB++, содержащий полную информацию о проекте и поддерживаемый большинством систем управления ресурсами предприятия.
•	CAMmaster компании Lavenir1, ранее известная как Lavenir Technology Inc. (США), выпускающая до 2002 г. высококачественные фотоплоттеры, например, Pulsar 8000, и ПО для собственных фотоплоттеров. Последние версии продуктов компании PENTALOGIX содержат все необходимые средства для подготовки ПП к производству и, в частности, для генерации файлов, используемых при автоматическом тестировании ПП и сверлении отверстий, отличительной особенностью которых является поддержка языка макроскриптов Visual Basic for Application;
•	GerbTool компании WISE1 2 поставляется в составе пакета OrCAD как штатный CAM-модуль и имеет полный набор инструментов для первичной подготовки проектов ПП к производству:
1)	обработка топологий;
2)	генерация файлов сверления и фрезерования;
3)	средства верификации и повышения технологичности.
Формат управляющих файлов сверлильных станков с программным управлением содержит чаще всего два типа команд:
•	команды автоматической смены инструмента;
•	команды сверления, содержащие координаты отверстий для сверления.
Для формирования управляющего файла сверлильного станка с ПУ, например, в P-CAD 4.5 предназначена программа PC-DRILL, исходным файлом для которой является файл РСВ, в котором установлена точка, являющаяся нулем станка. Относительно этой точки формируются координаты для сверления отверстий ПП.
Программа EXELLON читает файл DRL и переводит его в промежуточный формат. Из этого формата осуществляется перекодировка, и создаются управляющие файлы для станков SCHMOLL, MICRONIC и др.
Некоторые из перечисленных и другие программные продукты можно приобрести в магазине электронной торговли3.
Контрольные вопросы
1.	Назовите последовательность конструкторско-технологического проектирования ПП.
2.	Перечислите исходные данные для конструкторско-технологического проектирования ПП.
3.	Перечислите компоновочные структуры ячеек.
4.	Какая элементная база применяется в настоящее время в ЭА?
1 www.pentalogix.com.
2 www.gerbtool.com.
3 www.edaconnect.com.
146 Глава 3. Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат
5.	Как элементная база влияет на выбор конструкции ПП?
6.	Как выбирают или рассчитывают типоразмер ПП?
7.	От чего зависит ширина проводника и расстояние между проводниками?
8.	Как выбирают класс точности ПП?
9.	Какие алгоритмы размещения применяют при разработке программного обеспечения САПР ПП?	’
10.	Какие алгоритмы трассировки соединений применяют при разработке программного обеспечения ПП?
11.	Для каких ПП выполняют расчет перекрестных помех?
12.	Перечислите компании по производству программного обеспечения САПР.
13.	Что такое подготовка проекта ПП к производству?
14.	Назначение формата Gerber.
Глава 4 КОНСТРУКЦИИ И МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
В настоящее время применяют два вида технологии получения элементов проводящего рисунка ПП и слоев ПП:
1) на основе субтрактивных методов с использованием фольгированных диэлектриков (см. рис. В.5);
2) на основе аддитивного метода с использованием нефольгированных диэлектриков (см. рис. В.6).
Показателями уровня разработки ПП являются:
•	ширина проводников;
•	расстояние между проводниками (зазоры);
•	диаметр переходных отверстий (межслойных переходов);
•	количество межслойных переходов на ПП;
•	число проводников между двумя контактными площадками;
•	диаметр контактных площадок;
•	шаг расположения контактных площадок;
•	наличие микроотверстий и пр.
Тенденция развития ПП связана с ростом функциональной сложности ЭРИ и ПМК, увеличением количества выводов, уменьшением шага выводов, что требует повышения трассировочной способности и надежности ПП, и характеризуется:
•	уменьшением ширины проводников до 40...70 мкм;
•	увеличением производства МПП и числа слоев;
•	увеличением производства МПП, уменьшением размеров, числа слоев за счет новых технологий и материалов;
•	увеличением количества межслойных переходов и уменьшением их размеров до 50 мкм и менее;
•	размещением печатных проводников, резисторов, конденсаторов и индуктивностей на внутренних слоях МПП, оставляя наружные слои для контактных площадок для монтажа ЭРИ и ПМК и пр.
В зависимости от области использования ПП, уровня разработки, надежности выполнения функций и степени сложности контроля различают ПП общего применения и прецизионные ПП.
Печатные платы общего применения используют:
•	в бытовой электронике (телевизоры, игрушки, развлекательная электроника и др.), главным требованием которой является функциональность общей схемы, а незначительные дефекты, влияющие на внешний вид ПП, не имеют значения. Для этих ПП характерны минимальные затраты и ограниченная трудоемкость по контролю;
148 Глава 4.Конструкции и методы изготовления печатных плат
•	в промышленной электронике общего назначения длительного срока службы (компьютеры, устройства связи и передачи данных, измерительные приборы, электрические счетные машинки и др.), для которых не характерна непрерывная работа. Для этих ПП допускаются незначительные дефекты внешнего вида. Выборочный контроль и испытания этих ПП проводят в соответствии с областью их применения.	।
В настоящее время производители ПП общего применения изготавливают ПП с шириной проводников и зазоров 150...200 мк!м и более и работают в направлении уменьшения их себестоимости. В общем объеме производства ПП общего применения составляют порядка 80 %.
Прецизионные ПП используют в областях, в которых требуется высокий уровень надежности при непрерывном режиме работы (изделия, для которых важна длительная безотказная эксплуатация, обеспечение жизнедеятельности человека, изделия военного назначения и др.). Для этих ПП требуется высокий уровень контроля, испытаний и высокие критерии приемки.
В настоящее время прецизионные ПП можно разделить на высокоплотные ПП (high density printed circuit или high density interconections — HDI) без микропереходов и высокоплотные ПП ,с микропереходами.
Прецизионные ПП изготавливают с шириной проводников и зазоров 125 мкм и ниже до 40...50 мкм.
Рост объемов производства МПП и сокращение ОПП и ДПП, наблюдаемое с начала 90-х годов XX века в мире, не сведет их на нет, так как ОПП и ДПП всегда будут востребованы в разных областях народного хозяйства.
4.1.	Односторонние ПП
Преимуществами ОПП являются простота и низкая стоимость изготовления, а недостатками — низкая трассировочная способность вследствие низкой разрешающей способности рисунка схемы, одностороннего расположения широких проводников и большого расстояния между ними. Поэтому установка ЭРИ высокой функциональной сложности на ОПП крайне ограничена.
Конструкция ОПП представлена на рис. 4.1.
Рис. 4.1. Односторонняя ПП: 1 — диэлектрическое основание; 2 — контактная площадка; 3 — печатный проводник; 4 — отверстие; 5 — ЭРИ
Односторонние ПП
149
Односторонние ПП изготавливают на фольгированном и нефольгиро-ванном жестком и гибком диэлектрике (рис. 4.2).
Рис. 4.2. Классификация ОПП
В соответствии с этой классификацией ниже приведены методы изготовления ОПП.
4.1.1.	ОПП на жестком фольгированном основании
Основные характеристики ОПП на жестком фольгированном основании и методов их изготовления приведены в табл. 4.1.
Таблица 4.1. Основные характеристики ОПП на жестком фольгированном основании
Показатель	Характеристика
Элементная база	Традиционная
Область применения	Бытовая техника, средства связи
Класс точности	1; 2
Группа жесткости	I
Рекомендуемые максимальные размеры, мм	500 х 500
Материал основания	Гетинакс фольгированный ГФ-1 Стеклотекстолит фольгированный СФ-1
Минимальный диаметр отверстия, мм	0,8
Минимальная ширина проводника, мм	0,45
Тип производства	Мелкосерийное, серийное, крупносерийное
Основными методами изготовления ОПП на жестком фольгированном основании являются:
•	химический негативный;
•	химический позитивный.
Последовательность основных этапов ТП изготовления ОПП данными методами приведена в табл. 4.2 и 4.3.
150
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Таблица 4.2. Основные этапы химического негативного метода
№ п/п	Основной этап ТП	Возможный способ получения	Эскиз этапа								
1	Входной контроль и термостабилизация диэлектрика										
2	Раскрой материала		□		О		□				
			□ □		□ □		а о		1 |		
			Групповая заготовка					Е зап	хинична зтовка Г		я 1П
3	Получение заготовок |И фиксирующих (базовых) отверстий	Штамповка	к				^пп ^Технологическое пале — Базовые отверстия				
4	Подготовка поверхности заготовки	Механический способ									
5	Получение защитного рельефа	1. Сеткография (СГ). 2. Офсетная печать Подготовительные этапы: изготовление трафаретов для СГ; изготовление офсетной формы	Заш			итный релье					
									W///A		
			1								
6	Сушка	1. Ультрафиолетовая сушка (УФ). 2. Термическая сушка									
7	Травление меди с пробельных мест										
											
8	Удаление защитного рельефа										
9	Получение монтажных отверстий	1. Штамповка. 2. Сверление									
10	Наиесеиие паяльной маски	Сеткография Подготовительные этапы: изготовление трафаретов для нанесения паяльной маски	Пая			льная мс		ска			
								QQQQQQS			
											
											
11	Сушка	1. УФ сушка. 2. Термическая сушка									
Односторонние ПП
151
Окончание табл. 4.2
№ п/п	Основной этап ТП	Возможный способ получения	Эскиз этапа	
12	Лужение	Сплав Розе, ПОС-61		~^__^Розе
13	Отмывка от флюса			
14	Маркировка	1. Сеткография. 2. Каплеструйный метод Подготовительные этапы: изготовление трафарета		
15	Контроль электрических параметров			
16	Вырубка по контуру и получение крепежных отверстий	Штамповка	ф ф ф ф'~пп	
Таблица 4.3. Основные этапы химического позитивного метода изготовления ОПП
№ п/п	Основной этап ТП	Эскиз этапа	
1	Входной контроль диэлектрика		
2	Раскрой материала		
3	Получение заготовок и фиксирующих отверстий	См. табл. 4.2, п. 3	
4	Подготовка поверхности	Механический способ	
5	Получение защитного рельефа на пробельных участках	рельеф	
6	Нанесение металлорезиста на проводники		Металлорезист
7	Удаление защитного рельефа		
8	Травление меди с пробельных мест		
9	Сверление или пробивка отверстий		
10	Вырубка по контуру и получение крепежных отверстий	См. табл. 4.2, п. 16 	 1	
152 Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Химический негативный и позитивный методы применяют также при изготовлении слоев МПП.
4.1.2.	ОПП на жестком нефольгированном основании
Одним из простых й дешевых методов изготовления ОПП на жестком нефольгированном диэлектрике является метод с применением активирующих паст, которые .изготавливают на основе неблагородных металлов; наносят на диэлектрик 'селективно сеткографическим способом в соответствии с рисунком схемы. Затем выполняют металлизацию рисунка, в результате которой происходит замещение активирующей пасты на медь, после чего — толстослойное химическое меднение. Односторонние ПП получают по 1- и 2-му классу точности. Их применяют в бытовой технике. Основные характеристики ОПП на жестком нефольгированном основании приведены в табл. 4.4, а основные этапы ТП — в табл. 4.5.
Таблица 4.4. Основные характеристики ОПП на жестком нефольгированном основании
Показатель	Характеристика
Элементная база	Традиционная
Область применения	Бытовая техника
Класс точности	1; 2
Группа жесткости	I
Рекомендуемые максимальные размеры, мм	500 х 500
Материал основания	Гетинакс нефольгированный
Минимальный диаметр отверстия, мм	0,8
Минимальная ширина проводника, мм	0,5
Тип производства	Серийное
Таблица 4.5. Основные этапы ТП изготовления ОПП с активирующими пастами на жестком нефольгированном основании
№ п/п	Основной этап ТП	Возможный способ получения	Эскиз этапа изготовления ПП				
1	Входной контроль диэлектрика (гетинакса)						
2	Раскрой материала						
				□	□	□	
				□	□	□	□
				□	□	□	
				Групповая Заготовка ПП заготовка			
Двусторонние ПП
153
Окончание табл. 4.5
№ п/п	Основной этап ТП	Возможный способ получения	Эскиз этапа изготовления ПП			
3	Получение заготовок и фиксирующих (базовых) отверстий	Штамповка	ф, ф		^пп ^Технологическое поле " Базовые отверстия	
4	Подготовка поверхности заготовки	Химический способ				
5	Получение рисунка схемы активирующими пастами	Сеткография (СГ) активирующими пастами Подготовительные этапы: изготовление трафаретов для СГ	Активирующая паста			
6	Металлизация рисунка схемы	Метод замещения активирующих паст медью		вн wJwwZ			- Медь
7	Толстослойное химическое меднение			88 тгггггг rXw’Xv gggj				Медь
8	Далее табл. 4.2, п. 9—16					
Достоинствами данного метода изготовления ОПП являются:
•	отсутствие операции травления меди с пробельных мест;	,
•	применение материалов основания (гетинаксов), стойких к растворам толстослойного химического меднения;
•	простота и дешевизна изготовления.
Односторонние ПП на гибком диэлектрике рассмотрены в § 4.4.
4.2.	Двусторонние ПП
Конструкция ДПП на диэлектрическом основании представлена на рис. 4.3.
Различают ДПП общего применения и прецизионные, которые отличаются сложностью конструкции, разрешающей способностью и точностью элементов печатного рисунка, материалами, областью применения, стоимостью и другими характеристиками, причем те и другие изготавливают на фольгированном и нефольгированном жестком и гибком основании (рис. 4.4). Двусторонние ПП на гибком диэлектрике рассмотрены в § 4.4.
Ниже будут рассмотрены ДПП в соответствии с этой классификацией.
154
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Металлизированное Контактная
Рис. 4.3. Двусторонняя ПП
Рис. 4.4. Классификация ДПП, в зависимости от материала основания
4.2.1.	ДПП на жестком фольгированном основании
На рис. 4.5 представлены методы изготовления ДПП общего применения и прецизионных ДПП на жестком фольгированном основании, основные этапы изготовления которых будут рассмотрены в дальнейшем.
Основные характеристики прецизионных ДПП и общего применения на жестком фольгированном основании приведены в табл. 4.6.
Таблица 4.6. Основные характеристики прецизионных ДПП и общего применения на жестком фольгированном основании
Показатель	Характеристика	
	ДПП общего применения	Прецизионные ДПП
Область применения	Промышленная электроника, вычислительная техника, спен-техника, средства связи, бытовая техника	Вычислительная техника, спец-техника, промышленная электроника
Класс точности	1; 2; 3	4, 5 и выше
Группа жесткости	I-IV	i-iv	Ч
Рекомендуемые максимальные габариты, мм	500x600	500 х 600	v
Материал основания 		СФ, СФ-2Н, СТФТ, СТФ, FR-4 и др. (фольга 35; 50 мкм)	Стеклотекстолит фольгирован- * ный (фольга 5; 9; 18 мкм, например, СТПА-5, FR-4)
Двусторонние ПП
155
Окончание табл. 4.6
Показатель	Характеристика	
	ДПП общего применения	Прецизионные ДПП
Диаметр отверстия, мм	0,4... 1,5	0,4..Л,5
Минимальная ширина проводника, мм	0,25	L 0,1 И менее
Тип производства	Мелкосерийное, серийное, крупносерийное	Мелкосерийное, серийное
Методы изготовления	Комбинированный позитивный (SMOTL- и SMOBS-процессы) табл. 4.7 (фольга 35; 50 мкм), комбинированный негативный	Электрохимический (фольга 5; 9 мкм) (табл. 4.10). Тентинг-метод (фольга не более 18 мкм) (табл. 4.8). Метод фрезерования с. 162. Комбинированный позитивный (фольга 18, 12, 9, 5 мкм)
Рис. 4.5. Классификация методов изготовления ДПП на жестком фольгированном основании
Рассмотрим методы изготовления ДПП на жестком фольгированном основании подробнее.
4.2.1.1.	Комбинированный позитивный метод
(SMOTL- и SMOBS-процессы)
Основные этапы изготовления ДПП комбинированным позитивным методом приведены в табл. 4.7.
156
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Таблица 4.7. Основные этапы ТП изготовления ДПП комбинированным позитивным методом (SMOTL- н SMOBS-процессы)
№ п/п	Основной этап ТП	Возможный способ получения	Эскиз этапа изготовления ДПП				
1	Входной контроль и термостабилизация • ‘ диэлектрика						
2	Получение заготовок	1.	Резка. 2.	Штамповка. 3.	Лучом лазера (для прецизионных ПП)					
3	Получение фиксирующих отверстий	Сверление	См. табл. 4.2, п. 3				
4	Получение монтажных и переходных отверстий	Сверление					
							
							
5	Металлизация предварительная	1.	Магнетронное напыление. 2.	Термолиз меди. 3.	Химическое меднение 3...5 мкм. 4, Химико-гальваническое меднение					Металл
							
							
6	Подготовка поверхности	1. Суспензия пемзового абразива. 2. Подтравливание					
7	Получение защитного рельефа	1.	Сеткография. 2.	Фотохимический с органопроявляемым СПФ. 3.	Фотохимический с ще-лочепроявляемым СПФ. 4.	С сухим пленочным фоторезистом лазерного экспонирования (для прецизионных ПП)					Защитный gw рельеф
							
							
8	Электрохимическая металлизация	1. Гальваническое меднение и нанесение металло-резиста (олово—свинец или олово). 2. Гальваническое меднение и нанесение полимерного травильного резиста					Гальваническая г* медь гг 4ЫЙ сзист
							
			Мета или травр			ллорезис юлимер! льный р	
9	Удаление защитного рельефа	—					
10	Травление меди с пробельных мест с удалением травильного резиста	1. Травление с удалением металл орезиста. 2. Травление с удалением полимерного резиста					
Двусторонние ПП
157
Окончание табл. 4.7
№ п/п	Основной этап ТП	Возможный способ получения	Эскиз этапа изготовления ДПП				
П	Нанесение паяльной маски	1. Фотохимический (СПФ-защита). 2. Сеткография	. > 1				
				11	Паяльная маска		
							
12	Нанесение покрытия на участки проводящего рисунка, свободные от маски	1.	Горячее лужение (сплав Розе). 2.	Химический никель— иммерсионное золото. 3.	Органическое защитное покрытие		Сплав Розе 	12s				
							
							
13	Отмывка флюса						
14	Получение крепежных отверстий и обработка по контуру	1. Лазерная обработка. 2. Сверление отверстий и фрезерование по контуру	См. табл. 4.2, п. 16				
15	Промывка	Ультразвуковая					
16	Контроль электрических параметров						
Подготовка поверхностей заготовок (см. табл. 4.7, п. 6) перед нанесением СПФ является ответственной операцией, которую проводят чтобы:
•	удалить заусенцы после сверления отверстий и наростов гальванической меди;
•	обеспечить необходимую адгезию СПФ к медной поверхности подложки;
•	обеспечить химическую стойкость защитного рельефа на операциях проявления и травления;
•	получить матовую поверхность с низкой отражающей способностью, которая обеспечивает более однородное экспонирование фоторезиста.
Применяют два способа подготовки поверхности:
1) механическая Зачистка абразивными кругами с последующей химической обработкой в растворе персульфата аммония;
2) механическая зачистка водной суспензией пемзового абразива.
Затем проводят операции сенсибилизации и активирования поверхности диэлектрика (см. разд. 5.5.1).
Для получения защитного рельефа используется сухой пленочный резист (СПФ) толщиной 15...50 мкм.
Начиная с п. 10 табл. 4.7, возможны две последовательности выполнения этапов ТП:
•	без удаления металлорезиста (олово—свинца) после операции травления с последующим его инфракрасным или жидкостным оплавлением; этот процесс называется «маска поверх оплавленного припоя», или SMOTL-процесс (solder mask over tin-lead), так как паяльная маска наносится поверх оплавленного сплава олово—свинец;
•	с удалением металлорезиста (олово—свинца, олова или никеля) или полимерного травильного резиста после операции травления с последующим нанесением паяльной маски на медный проводник; этот
158 Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
процесс называется «маска поверх открытой меди», или SMOBS-npo-цесс (solder mask over bare copper), или защитная маска по меди.
На рис. 4.6 представлены SMOTL- и SMOBS-процессы, начиная с операции гальванического осаждения сплава олово—свинец или олова (см. табл. 4.7, п. 8).
Рис. 4.6. SMOTL- и SMOBS-процессы изготовления ПП
В SMOTL-процессе при пайке ЭРИ «волной припоя» происходит расплавление припоя, находящегося под маской, а также вспучивание и разрушение самой паяльной маски. Кроме того, существует вероятность образования перемычек припоя между соседними проводниками при высокой плотности монтажа. В SMOBS-процессе таких проблем не существует, так как под защитной маской нет припоя. Преимуществом SMOTL-npouecca является надежная защита проводников оплавленным припоем, которая необходима для ПП, работающих в условиях повышенной влажности.
Печатные платы для поверхностного монтажа обычно изготавливают по SMOBS-процессу. Это связано с высокой плотностью монтажа, необходимостью предотвращения растекания маски и ее смещения на контактные площадки. Применение SMOBS-процесса связано также с жесткими экологическими ограничениями по свинцу, необходимостью очистки отработанной воды при применении свинца и затратами на приобретение соответствующего оборудования.
Для изготовления ДПП и МПП с защитной паяльной маской (SMOBS-процесс) в том числе прецизионных, где требуется получение проводников и зазоров 0,2 мм и менее, широко используется процесс с использованием временного удаляемого металлорезиста (олова или олово—свинца), т. е. в качестве удаляемого металлорезиста может использоваться олово, или традиционный сплав олово—свинец. Каждый из вариантов имеет свои достоинства и недостатки.
Двусторонние ПП
159
При использовании олова:
•	исключается применение высокотоксичного электролита, содержащего борфториды и свинец, необходимого для осаждения сплава олово—свинец;
•	для осаждения олова используются простые малотоксичные сернокислые электролиты;
•	раствор для стравливания олова по мере накопления в нем продуктов травления регенерируют, и раствор работает без полной замены в течение от полугода до одного года.
Недостатком процесса с использованием удаляемого олова является расплывание олова на медные участки, подлежащие стравливанию при снятии СПФ в щелочи, что затрудняет процесс травления.
При использовании сплава олово—свинец:
•	для осаждения применяется токсичный электролит, что является недостатком процесса;
•	раствор для стравливания сплава олово—свинец в процессе эксплуатации не корректируется, а полностью заменяется после накопления в нем стравливаемых металлов до концентрации 120... 150 г/л.
Большим достоинством процесса с использованием сплава олово—свинец является его универсальность: с использованием одной линии металлизации можно изготавливать как традиционные платы без паяльной маски с покрытием олово—свинец всего проводящего рисунка (SMOTL-npo-цесс), так и платы с маской по меди (SMOBS-процесс) и нанесением на открытые контактные площадки различных финишных покрытий.
При нанесении покрытия на участки проводящего рисунка, свободные от маски (см. табл. 4.7, п. 8), применяют:
•	горячее лужение ПОС-61 или сплавом Розе (олово—свинец—висмут) с выравниванием горячим воздухом;
•	покрытие химический никель—иммерсионное золото [8];
•	покрытие химический никель—химический палладий;
•	иммерсионное олово;
•	иммерсионное серебро;
•	иммерсионный палладий;
•	органическое защитное покрытие.
Достоинствами двухслойного покрытия химический никель—иммерсионное золото являются:
•	надежная защита печатных элементов платы от коррозионных воздействий;
•	обеспечение сварки ультразвуковым, термокомпрессионным и смешанным методами;
•	обеспечение традиционной пайки без использования активных флюсов;
•	сохранение свойств покрытия в течение длительного хранения;
•	плоскостность контактных площадок необходимая для установки ПМК;
•	хорошая смачиваемость припоем и др.
160
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Для плат поверхностного монтажа основным покрытием является двухслойное покрытие химический никель—иммерсионное золото.
Органическое защитное покрытие так же как покрытие химический никель—иммерсионное золото и обеспечивает: плоскостность контактных площадок, необходимую для поверхностного монтажа; паяемость ПП в соответствии с требованиями ГОСТ 23752—79 «Платы печатные. ОТУ» в течение 1 г.; возможность двукратной пайки при смешанном монтаже.
Переходные отверстия с органическим защитным покрытием не требуют дополнительной защиты во время эксплуатации.
4.2.1.2.	Тентинг-мегод или метод образования завесой
над отверстиями ПП
Тентинг-метод применяют при изготовлении ДПП, двусторонних слоев с металлизированными переходами и МПП.
Особенности тентинг-метода [8, 2]:
•	металлизируется вся поверхность и отверстия заготовки ПП;
•	не используются экологически агрессивные процессы осаждения ме-таллорезиста, и нанесение паяльной маски производится на медную поверхность;
•	защита рисунка схемы при травлении меди с пробельных мест обеспечивается пленочным фоторезистом, который закрывает и проводники, и отверстия, создавая над ними зонтик; для получения защитного рельефа (изображения) рисунка схемы используют пластичные сухие пленочные фоторезисты толщиной 40...50 мкм. Образованные фоторезистом завески защищают металлизированные отверстия от воздействующего под давлением (1,62...2,02)  105 Па и более травящего раствора в процессе струйного травления ПП. Поэтому для сохранения целостности завесок и исключения их попадания в отверстия применяют фоторезисты толщиной не менее 40...50 мкм;
•	травление рисунка производят в кислых растворах хлорида меди, что облегчает их регенерацию и утилизацию;
•	для изготовления ДПП и слоев МПП используют двусторонние фольгированные диэлектрики с толщиной медной фольги не более 18 мкм;
•	для обеспечения надежной защиты отверстий диаметр контактной площадки выполняют в 1,4 раза больше диаметра отверстия, а минимальный поясок контактной площадки b (ширина между краем контактной площадки и отверстием) — не менее 0,1 мм;
•	для гальванического меднения используют электролиты с добавками, например, БСД, обладающие высокой рассеивающей способностью и позволяющие получать пластичные осадки гальванической меди;
•	хорошее сочетание с процессом прямой металлизации см. п. 5.5.2.1, после которой осуществляется полная металлизация поверхности, и отверстий и др.
Основные этапы изготовления представлены в табл. 4.8.
Двусторонние ПП
161
Таблица 4.8. Основные этапы тентинг-метода или метода образования завесой над отверстиями ПП
№ п/п	' Основной этап	Эскиз этапа			
1	Входной контроль и термостабилизация диэлектрика				
2	Получение заготовок		___________ Фольга (Лф= 18 мкм) Диэлектрик		
3	Получение фиксирующих отверстий				
4	Получение монтажных и переходных отверстий				
				j	
					
5	Химическая (3,4) мкм и гальваническая (35...40) мкм металлизация поверхности ДПП и стенок отверстий			Металл (35...40 мкм)	
6	Нанесение сухого пленочного фоторезиста (СПФ) толщиной 40...50 мкм				
					^СПФ
7	Получение защитного рельефа фотохимическим способом			ВВфФФФЗ ) Завеска	
8	Травление меди с пробельных мест			BSSSSSq / За веска	
9	Удаление защитного рельефа				
Далее см. табл. 4.7, п.п. 11—16
Основные достоинства и преимущества тентинг-метода:
•	наименьшая продолжительность технологического цикла;
•	не используют щелочные медно-хлоридные травильные растворы, содержащие аммонийные соединения, затрудняющие обработку сточных вод;
•	улучшенные экологические показатели производства;
•	экономичность ТП.
Субтрактивные методы, рассмотренные выше (рисунок печатных плат получается травлением меди с пробельных мест), применяемые в настоящее время, имеют ограничения по разрешающей способности рисунка схемы, т. е. по минимально воспроизводимой ширине проводников и расстояний между ними, размеры которых связаны с толщиной проводников (37]:
•	при толщине проводников 5...9 мкм можно получить ширину проводников и зазоров порядка 50 мкм;
•	при толщине проводников 20...35 мкм — 100... 125 мкм;
•	при толщине проводников 50 мкм — 150...200 мкм.
fe Проектирование ц технология
печатных плат
162
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Для получения логических слоев и ДПП с металлизированными переходами с более плотным печатным рисунком, с шириной проводников 125 мкм и менее, например, 100 мкм, при толщине 50 мкм, применяют SMOBS-процесс с использованием диэлектрика с тонкомерной фольгой, толщиной 5...9 мкм. В этом случае ТП имеет ряд особенностей:
•	предварительная металлизация стенок отверстий и поверхности фольги заготовок диэлектрика выполняется на минимально возможную толщину 8... 10 мкм.
•	для получения изображений используют тонкие СПФ с более высокой разрешающей способностью и гальваностойкостью;
•	подготовка поверхности подложки перед нанесением СПФ из-за небольшой толщины фольги и металлизированного слоя и во избежание их повреждения, проводится химическим способом;
•	СПФ наносят при низкой скорости 0,5 м/мин валковым методом, при температуре нагрева валков (115±5) °C, на подогретые до температуры 60...80 °C заготовки;
•	при экспонировании используют установки с точечным источником света, обеспечивающие высококоллимированный интенсивный световой поток на рабочую поверхность копировальной рамы с автоматическим дозированием и контролем световой энергии;
•	фотошаблоны — позитивы должны иметь резкость края изображения 3...4 мкм;
•	проявление изображений проводят в установках проявления — процессорах в стабилизированном трихлорэтане;
•	травление меди с пробельных мест схемы суммарной толщиной 10... 15 мкм осуществляют в травильной установке с медноаммиач-ным травильным раствором;
•	в качестве металлорезиста применяют сплав олово—свинец (ПОС-61) толщиной 9... 12 мкм с последующим его удалением или никель толщиной 3...5 мкм.
4.2.1.3.	Метод фрезерования (метод оконтуривания)
Этот механический метод применяют при единичном изготовлении ДПП полностью на одном универсальном станке фирм, например, LPFK, Bungard, VHF, Mitronic. Он включает следующие этапы:
•	подготовка управляющего файла для станка;
•	сверление монтажных и переходных отверстий по программе;
•	фрезерование (высвобождение) мест от фольги твердосплавными коническими фрезами с углом при вершине 60 или 30 град. Файл оконтуривания генерируется в одной из программ CAD-CAM (InstantCAM, CircuitCAM, САМ 350);
•	металлизация монтажных и переходных отверстий.
Применяя фрезу с рабочим диаметром 100 мкм, изготавливают ДПП по 4-му классу точности, т. е. между выводами ЭРИ со стандартным шагом 2,54 мм можно провести пять проводников. При этом основным требованием, предъявляемым к материалу ДПП, является плоскостность.
Двусторонние ПП
163
Для исключения разброса ширины реза при фрезеровании применяют специальные прижимные головки. При этом контролируют глубину врезания фрезы в заготовку и равномерность прижима заготовки к рабочему столу.
Металлизацию переходных отверстий осуществляют пустотелыми заклепками (фирма Bungard); облуженными пустотелыми заклепками, содержащими припой с флюсом, которые вставляют в отверстие, и с помощью паяльника расплавляют припой (LPFK); специальными пастами, которые разогревают в печах при температуре (160±10) °C.
Основными преимуществами механического способа являются высокая оперативность и простота реализации, а недостатками — низкая производительность и высокая стоимость оборудования.
4.2.2. ДПП на жестком нефольгированном основании
На рис. 4.7 приведены методы изготовления прецизионных ДПП и общего применения на жестком нефольгированном основании. Основные операции ТП их изготовления приведены ниже.
Основные характеристики ДПП на жестком нефольгированном основании представлены в табл. 4.9.
Рис. 4.7. Классификация методов изготовления ДПП на жестком нефольгированном основании
164 Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Таблица 4.9. Основные характеристики ДПП на жестком нефольгированном основании
Показатель	Характеристика			
	Прецизионные ДПП		ДПП общего применения	
	на нефольгированном диэлектрике	на металлическом основании	на нефольгированном диэлектрике	на термопластах
Область применения	Промышленная электроника, вычислительная техника	Промышленная электроника, вычислительная техника, средства связи	Промышленная электроника, средства связи, бытовая техника	Промышленная электроника, средства связи, бытовая техника
Класс точности	4, 5 и выше	4, 5	3	3
Группа жесткости	I—III	1—111	I—III	I—III
Рекомендуемые максимальные габариты, мм	500 х 600	500 x 600	500 х 600	500 х 600
Материал основания	СТЭК	Сталь, титан, алюминиевые сплавы	Стеклотекстолит нефольгирован-ный (СТЭК)	Термопласт
Минимальный диаметр отверстия, мм	0,4... 1,5	0,4... 1,5	0,4... 1,5	0,4... 1,5
Минимальная ширина проводника, мм	0,1...0,040	0,1	0,25	0,25
Тип производства	Мелкосерийное, серийное	Серийное	Мелкосерийное, серийное, крупносерийное	Серийное
Метод изготовления	Электрохимический (табл. 4.10), аддитивный, фотоформирование (табл. 4.12)	Электрохимический (табл. 4.10), аддитивный	Электрохимический (табл. 4.10), с активирующими пастами (табл. 4.13)	Электрохимический (табл. 4.10), фотоформирование (табл. 4.12), с активирующими пастами (табл. 4.13)
Рассмотрим методы изготовления ДПП на нефольгированном диэлектрике подробнее.
4.2.2.1.	Электрохимический (полуаддитивный) метод
В настоящее время широко применяется электрохимический метод изготовления прецизионных ДПП и ДПП общего применения на нефольгированном жестком, гибком основании, а также слоев МПП. Данный метод имеет несколько вариантов исполнения, в зависимости от которого ПП
Двусторонние ПП
165
могут быть изготовлены по 3-, 4- или 5-му и выше классам точности. В табл. 4.10 приведена последовательность основных этапов различных вариантов изготовления ПП.
Таблица 4.10. Основные этапы ТП изготовления ДПП на жестком нефольгированном основании электрохимическим (полуаддитивиым) методом (прецизионных ДПП и общего применения)
№ п/п	Основной этап	Возможный способ получения	Эскиз этапа изготовления ДПП			
1	Входной контроль диэлектрика					
2	Получение заготовок	1.	Резка. 2.	Штамповка. 3.	Резка лучом лазера (для прецизионных ПП)				
3	Получение фиксирующих отверстий	Сверление	См. табл. 4.2, п. 3			
4	Получение монтажных и переходных отверстий	Сверление		ш | m		
5	Подготовка поверхности	1. Физические методы. 2. Химические методы				
6	Металлизация заготовок	ДПП общего применения 1.	Магнетронное напыление. 2.	Термолиз меди и предварительное электролитическое меднение. 3.	Прямая металлизация Прецизионные ДПП 1.	Химическое меднение 3...5 мкм. 2.	Химико-гальваническое меднение 5... 10 мкм. 3.	Прямая металлизация	Медь Диэлектрик			
7	Подготовка поверхности	1. Суспензия пемзового абразива. 2. Подтравливание				
8	Нанесение защитного рельефа	ДПП общего применения 1. Сеткографический способ. 2. Фотохимический способ Прецизионные ДПП 1. ФХ и ФХ с ФР лазерного экспонирования		За	Of ЩИТНЫЙ >сльеф	
Далее	— по табл. 4.7, начиная с п. 8.					
Существуют несколько вариантов изготовления ДПП электрохимическим методом.
1-й вариант. На нефольгированное основание, покрытое адгезионным слоем со сквозными монтажными и переходными отверстиями наносят проводящий слой, который получен методом химического осаждения меди (подслой меди толщиной 3...5 мкм). Далее процесс изготовления см. по табл. 4.10. В качестве металлорезиста применяют сплав олово—свинец или
166
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
полимерный травильный резист. Получают прецизионные ДПП 5-го класса точности. Недостатками данного варианта являются [38]: потребность в сложных и дорогостоящих химикатах для операции химического осаждения меди на диэлектрик; растворы химического меднения трудно поддаются утилизации и экологически опасны; травлению подвергается медь, растворы которой также экологически опасны, а средства регенерации травильных растворов сложны, дороги и энергоемки; соли олова и свинца относятся к экологически опасным.
2-й вариант. На нефольгированное основание, покрытое адгезионным слоем со сквозными монтажными и переходными отверстиями наносят проводящий слой, сформированный методом химико-гальванического осаждения меди (подслой меди толщиной 5... 10 мкм). Далее процесс изготовления см. по табл. 4.10. Получают прецизионные ДПП 5-го класса точности. Недостатки: большие затраты материальных средств как на реализацию самих процессов, так и на обеспечение их экологической безопасности.
3-й вариант. На поверхность нефольгированного диэлектрика наносят адгезионный слой и напыляют вакуумно-дуговым методом медь, на которой в дальнейшем формируют проводящий рисунок схемы в соответствии с ТП, приведенным в табл. 4.10. Получают ДПП 3-го класса точности. Недостаток — ограничение по конструктивно-технологическим характеристикам печатных плат (отношение толщины платы к диаметру отверстия не более трех). Достоинством этого варианта является снижение экологической опасности.
4-й вариант. На нефольгированное основание, покрытое адгезионным слоем со сквозными монтажными и переходными отверстиями наносят проводящий слой, сформированный методом термолиза меди (обработка ПП в аммиачной соли гипофосфита меди; толщина подслоя меди — 0,3 мкм) с последующим предварительным электролитическим меднением (подслой меди толщиной 5...7 мкм). Далее процесс изготовления см. по табл. 4.10.
5-й вариант. Токопроводящий подслой из алюминия формируют на поверхности заготовки из нефольгированного диэлектрика, например, стеклотекстолита эпоксидно-фенольного марки СТЭФ и на стенках сквозных монтажных и переходных отверстий термолизом хлораланового раствора А1НИС13_„, где п - 1, 2, при температуре 80... 100 °C (из раствора хло-ралана А1Н„С13_„, полученного синтезом из литийалюминийгидрида и хлорида алюминия в этиловом эфире).
Толщина осаждаемого подслоя алюминия регулируется временем проведения термолиза и составляет 5... 10 мкм. В результате высокой химической активности алюминия (особенно в тонких слоях) на нем образуется защитная оксидная пленка толщиной 0,1...0,2 мкм. Эта пленка формируется путем пассивации алюминиевого покрытия ПП в смеси «сухого» диэтилового эфира и этилового спирта. Тонкая пленка оксида алюминия обеспечивает высокую адгезию нанесенного слоя меди на алюминий и является промежуточным диэлектрическим слоем, препятствующим контактной
Двусторонние ПП
167
коррозии. Последовательность основных операций ТП по 5-му варианту электрохимического метода приведена в табл. 4.11.
Таблица 4.11. Разновидность электрохимического (полуадцитивного) процесса
(5-й вариант изготовления ДПП)
№ п/п	Операция	Эскиз операции			
1	Получение заготовок из нефольгированного диэлектрика марки СТЭК-1,5 (ТУ16-503.201—80)				
2	Сверление в заготовках монтажных и переходных отверстий	Отверстие шЦ.			л
3	Нанесение подслоя алюминия методом термолиза			Злой алюмг ИЦ.	1НИЯ
4	Получение рисунка ПП фотохимическим способом (формирование защитного рельефа)			Злой фотор t+g''"' МГ	езиста
5	Электрохимическое меднение	эле		Слой ктрохимиче	ской меди
6	Удаление защитного рельефа				
7	Травление подслоя алюминия				
8	Нанесение паяльной маски				J ; 1|
9	Горячее лужение контактных площадок			1	Iff	| rm- Сплав
					
					 .11	
10	Маркировка ПП				
II	Механическая обработка контура ПП				
168 Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Медь, покрывающая проводники, контактные площадки и стенки отверстий, выполняет функцию резиста на операции травления, на которой происходит стравливание тонкого слоя алюминия на участках, не защищенных медью, т. е. травление алюминия с пробельных мест осуществляют, используя медь рисунка схемы в качестве травильного металлорезиста. Под слоем меди остается подслой алюминия и никеля. Продукты травления алюминия менее токсичны, легко химически перерабатываются в коагулянты для очистки промышленных стоков, для получения красок и т. д.
Медные проводники покрывают паяльной маской, оставляя открытыми только контактные площадки с отверстиями; паяльная маска не вздувается при пайке. Этот вариант обеспечивает возможность изготовления печатных плат 4- и 5-го классов точности. Размер ПП при этом ограничен размерами реактора для алюминирования.
Достоинства 5-го варианта метода:
•	высокое качество ДПП при сохранении конструктивно-технологических характеристик;
•	снижение загрязнения окружающей среды в связи с травлением алюминия только с пробельных мест, а не меди;
•	исключение использования в качестве травильного металлорезиста сплава олово—свинец;
•	экономия около 0,2 кг меди на каждом 1 м2 изготавливаемой ДПП, так как в отличие от обычных ПП стравливается не медь, а алюминий и притом не со всей поверхности, а только с пробельных мест (около 0,03 кг с 1 м2);
•	снижение стоимости ущерба окружающей среде, поскольку исключается операция химического меднения, для которой требуются дефицитные, дорогостоящие и трудноутилизируемые химикаты.
Для усиления коррозионной стойкости платы (как вариант) на слой алюминия на проводники, контактные площадки и стенки отверстий дополнительно осаждают слой никеля толщиной 3...5 мкм. Этот слой является промежуточным между слоем алюминия и осажденным позже слоем меди; никель снижает контактную разность потенциалов между алюминием и медью и уменьшает контактную коррозию этих металлов.
Широкое применение в настоящее время полуаддитивной технологии на наружных слоях МПП вызвано необходимостью получения тонких проводников (шириной 0,08...0,04 мм и менее) для установки BGA-компонен-тов с малым шагом расположения выводов (0,5...0,25 мм) и большим числом выводов (1000 и более).
Преимущества электрохимического метода:
•	возможность осаждения в отверстия или на поверхность слоя меди любой толщины, что позволяет получить сверхточные структуры проводников с незначительным коэффициентом подтравливания;
•	достаточно высокая адгезионная прочность при высоких температурах;
•	возможность изготовления многоуровневых схем и ПП для установки ПМК.	' 1
Двусторонние ПП
169
4.2.2.2.	Аддитивный метод
Аддитивным методом изготавливают прецизионные ДПП на нефольгированном основании по 5-му классу точности. В отличие от субтрактивных методов в аддитивном методе применяют нефольгированный диэлектрик, на который селективно осаждают медь. Толщина химически осажденной на диэлектрик меди составляет порядка 25...35 мкм, удельное электрическое сопротивление — 2,8 • 10’8 Ом • м (выше чем у гальванической — 1,72  10*8 Ом • м), относительное удлинение — 4...6 %, прочность сцепления с диэлектриком — не менее 0,4 Н/3 мм [39].
При аддитивном методе в качестве материала основания ДПП применяют нефольгированный стеклотекстолит:
•	с клеевыми пленками (адгезионными) на поверхности типа СТЭФ;
•	с введенным в объем диэлектрика катализатором, который способствует осаждению меди на диэлектрик — типа СТАМ;
•	с эмалью.
Технологический процесс изготовления зависит от применяемого материала.
Основные этапы аддитивного метода изготовления на материале СТАМ приведены на рис. В.6.
Преимущества аддитивного метода:
•	высокий класс точности — 5-й;
•	равномерность меди на поверхности и в отверстиях при отношении толщины ДПП к диаметру отверстия 10:1;
•	короткий технологический цикл;
•	сокращение количества оборудования по сравнению с субтрактивными методами;
•	снижение расхода меди, так как ее осаждают селективно в соответствии с рисунком ДПП;
•	возможность использования для химического меднения солей меди из травильных отходов.
К недостаткам аддитивного метода относятся:
•	высокое удельное электрическое сопротивление химической меди;
•	наличие адгезионного слоя на поверхности, подверженного старению;
•	тенденция химической меди к растрескиванию под воздействием сильных термических ударов и др.
4.2.2.3.	Метод фотоформирования
Метод фотоформирования является одним из вариантов аддитивного метода [39]. Он применяется для изготовления ДПП и слоев МПП на нефольгированном основании 5-го класса точности. В качестве материала основания используют слоистые диэлектрики, керамику, металл с покрытием из смолы.
Для получения рисунка методом фотоселективной активации применяют фотоактиваторы (фотопромоторы) — светочувствительные растворы со
170
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
лей меди или серебра на основе органических кислот (винной, глутаминовой и др.). Фотоактиваторы наносят на подложку, затем проводят экспонирование; под действием УФ-излучения ионы меди восстанавливаются, формируя отчетливое изображение рисунка схемы. Проявление рисунка осуществляют в ванне химического меднения, в которой в результате автокаталитического процесса происходит восстановление меди. Основные этапы метода фотоформирования приведены в табл. 4.12.
Таблица 4.12. Основные этапы метода фотоформнрования
№ п/п	Основной этап метода	Возможный способ получения	Эскиз этапа	
1	Входной контроль и термостабилизация диэлектрика			
2	Получение заготовок из нефольгированного диэлектрика, например, СТЭФ-1-2ЛК с клеевыми пленками на поверхности	1.	Резка. 2.	Штамповка. 3.	Лучом лазера (для прецизионных ПП)	^^Ждиэлеюрик	
3	Получение фиксирующих отверстий	Сверление	См. табл. 4.2	
4	Получение монтажных и переходных отверстий	Сверление		
5	Подготовка поверхности	1. Физические методы. 2. Химические методы		
6	Нанесение фотоактиватора			
7	Получение рисунка схемы	Метод фотоселективной активации		
8	Удаление фотоактиватора			
9	Толстослойное химическое меднение			
10	Контроль топологии			
Далее — по табл. 4.2, с п. 11.				
Одним из вариантов метода фотоформирования является вычерчивание световым лучом рисунка схемы по нанесенному на нефольгированный диэлектрик фотоактиватору, после чего на восстановленный металл осаждают медь химическим способом. Далее ТП осуществляют в соответствии с табл. 4.2.
Методом фотоформирования можно получить ДПП или слои МПП по 5-му классу точности и выше.
Двусторонние ПП
171
4.2.2.4.	Двусторонние ПП общего применения на нефольгированном основании с применением активирующих паст
ДПП на нефольгированном диэлектрике, изготовленные с применением автивирующих паст, обладают теми же характеристиками, что и аналогичные ОПП (см. § 4.1.2, табл. 4.4). Основные этапы ТП изготовления этих ДПП приведены в табл. 4.13.
Таблица 4.13. Основные этапы ТП изготовления ДПП на нефольгированном основании с использованием активирующих паст
№ п/п	Основной этап ТП	Возможный способ получения	Эскиз этапа изготовления ДПП
1	Входной контроль диэлектрика		
2	Получение заготовок	1. Штамповка. 2. Резка	
3	Получение фиксирующих (базовых) и монтажных отверстий	Сверление	
4	Удаление защитной пленки		
5	Подготовка поверхности	1. Физические методы. 2. Химические методы	
6	Получение рисунка схемы активирующими пастами	Сеткография активирующими пастами	См. табл. 4.5, п. 5
7	Металлизация рисунка	Метод замещения активирующих паст медью	См. табл. 4.5, п. 6
8	Толстослойное химическое меднение		См. табл. 4.5, п. 7
9	Контроль топологии		
Далее — по табл. 4.7, пп. 11—16.
Недостатком ДПП является низкий класс точности: 1- или 2-й, достоинством — простота ДПП и дешевизна изготовления.
4.2.3.	ДПП на металлическом основании
При изготовлении теплонагруженных ДПП для отвода теплоты в качестве основания применяют металлические листы из алюминия, меди, стали или титана толщиной 0,1...3,0 мм, покрытые изоляционным слоем. При этом наиболее ответственным моментом является процесс нанесения изоляционного слоя с требуемыми параметрами изоляции. Чаще всего применяют эпоксидное покрытие толщиной 40...150 мкм, которое наносят в виде нескольких слоев эпоксидной пасты или порошка с оплавлением каждого слоя при температуре (180 ± 5) °C.
172 Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Основными этапами изготовления ДПП на металлическом основании являются (табл. 4.14):
•	сверление отверстий;
•	нанесение изоляционного слоя;
•	получение токопроводящего рисунка ДПП аддитивным или электрохимическим методами.
Таблица 4.14. Основные этапы ТП изготовления ДПП на металлическом основании
№ п/п	Основной этап ТП	Возможный способ получения	Эскиз этапа изготовления ДПП		
1	Входной контроль металла				
2	Получение заготовки	Резка	ШШ..— !		
3	Рихтовка				
4	Получение фиксирующих отверстий	Сверление			
5	Получение монтажных отверстий	Сверление			
6	Нанесение изоляционного покрытия с заполнением отверстий	1. Электростатический метод нанесения эпоксидной КОМПОЗИЦИИ. 2. Нанесение лака методом электрофореза			
					
					
7	Повторная обработка монтажных отверстий	Сверление и шлифование			
8	Подготовка поверхности	1. Физические методы. 2. Химические методы			
9	Предварительная металлизация заготовок	1. Химическое меднение 3...5 мкм. 2. Химико-гальваническое меднение 5... 10 мкм	in		
10	Подготовка поверхности	1. Суспензия пемзового абразива. 2. Подтравливание покрытия			
Далее — по. табл. 4.7, п. 7.					
Применение теплопроводных ПП на металлическом основании в связи с постоянным ростом функциональной сложности и тепловыделения ЭРИ и ПМК становится наиболее актуальным.
4.2.4.	ДПП общего применения на термопластичном основании
ДПП на термопластичном основании можно изготовить: • электрохимическим методом (см. табл. 4.10);
•	методом фотоформирования (см. табл. 4.12);
•	с применением активирующих паст (см. табл. 4.13).
Двусторонние ПП
173
Основные этапы изготовления ДПП на термопластичном основании методом фотоформирования приведены в табл. 4.15.
Таблица 4.15. Основные этапы изготовления ДПП на термопластичном основании методом фотоформирования
№	Основные этапы
1	Отливка заготовки из термопластичного материала (литье под давлением)
2	Нанесение адгезионного слоя и фотоактиватора на заготовку
3	Получение рисунка схемы методом фотоселектианой активации: а) УФ-экспонирование; б) проявление рисунка
4	Толстослойное химическое меднение
5	Нанесение паяльной маски
6	Лужение
7	Отмывка флюса
8	Маркировка
9	Контроль электрических параметров
Технология изготовления ДПП на термопластичном основании в настоящее время требует доработки.
4.2.5.	Рельефные платы
Авторами конструкции и технологии изготовления рельефных плат (РП) в нашей стране являются А. В. Богданов и Ю. А. Богданов. Рельефные платы получили свое название благодаря рельефной форме проводников, которые расположены в изоляционном основании платы и в Сечении имеют форму трапеции (рис. 4.8). Эта конструкция проводника за счет высокой прочности сцепления меди с основанием в значительной степени повышает стойкость к перепайкам (до 50 перепаек), хотя в 2—3 раза меньше по ширине по сравнению с обычным печатным проводником при одном и том же сечении по меди.
Металлизированные монтажные отверстия РП имеют форму сдвоенной воронки без цилиндрической части, что позволяет отказаться от контактных площадок (рис. 4.9). Такая форма отверстий обеспечивает прочное сцепление слоя металлизации с диэлектриком, повышает надежность РП при эксплуатации.
Основание Проводник
платы
Рис. 4.8. Форма проводника РП
I
Рис. 4.9. Форма отверстий в РП
174
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Все виды рис. 4.10.
элементов проводящего рисунка РП
представлены на
Рис. 4.10. Рельефная плата в разрезе: 1 — проводник; 2 — переходное отверстие; 3 — монтажное отверстие; 4 — глухое отверстие; 5 — ламель; В\ и й2 — ширина проводника и ламели на поверхности РП; </pi и rfp2 — ширина проводника и ламели в глубине РП; //—толщина заготовки РП; h\ и й2 — глубина проводника и ламели; D\, fy, D3 — диаметр переходного, сквозного монтажного и глухого отверстий на поверхности; D01, D02, £>03 — дивметр переходного, сквозного монтажного и глухого отверстий в глубине РП соответственно; а — угол конуса
Отсутствие контактных площадок, малая ширина проводников, расположение переходных металлизированных отверстий, диаметр которых не превышает ширины проводника в шаге трассировки, позволяют изготавливать РП повышенной плотности монтажа, эквивалентные 6— 10-слой-йым МПП в зависимости от шага трассировки, и располагать 4—5 проводников между отверстиями диаметром 0,8 мм и межцентровым расстоянием 2,5 мм [40].
Ортогональное расположение проводников (в продольном направлении на одной стороне и в перпендикулярном на другой) позволяет размещать переходные отверстия в любой точке пересечения трасс с шагом 0,3 мм, что укорачивает электрические связи, снижает уровень помех, паразитные связи и т. п. Роль экранов в РП выполняют шины земли и питания, которые чередуются с проводниками логических связей. Проектирование РП осуществляется с помощью систем автоматизированного проектирования на базе пакетов прикладных программ типа ПРАМ 5/3, PCAD 4.5—8.5, СПРИНТ, DisignLab, RELEF и др.
Преимущества РП:
•	сверхвысокая плотность монтажа ЭРИ на ПП, габариты и функциональные возможности которой эквивалентны МПП при уплотненной компоновке;
•	высокий класс точности (4 или 5);
•	возможность применения как традиционной элементной базы, так и ПМК;
•	низкая трудоемкость проектирования РП за счет применения простого алгоритма трассировки;
•	высокая эксплуатационная надежность РП;
•	возможность замены фольгированных стекловолокнистых диэлектриков лучшими по качеству полимерными нефольгированными материалами, имеющими более низкую стоимость;
Двусторонние ПП
175
•	отсутствие экологически вредных фотохимических процессов нанесения защитного рельефа, процессов изготовления оригиналов, фотошаблонов и соответствующего оборудования;
•	возможность наиболее полной механизации и автоматизации ТП изготовления и контроля РП;
•	общее число операций ТП изготовления РП примерно в 10 раз меньше, чем при изготовлении МПП;
•	электрическое сопротивление проводника по постоянному току в 1,5 раза меньше, чем у МПП;
•	высокая устойчивость к изгибам (возможен прогиб РП до 40...50 % относительно длины).
4.2.5.1.	Конструирование рельефных плат
Конструирование РП выполняется в той же последовательности, что и конструирование ОПП, ДПП, МПП и ГПП (см. выше).
1.	Выбор типа конструкции ПП (РП).
2.	Выбор класса точности (4, 5 — для РП).
3.	Выбор материала основания (СТАМ для РП ТУ16-503.240—83, СТЭФ).
4.	Выбор габаритных размеров РП. При этом возможны следующие варианты:
а)	при использовании базовых несущих конструкций (БНК) 1-го уровня (ячейки и РП) предпочтительными являются размеры 170 х 200; 170 х 150; 170 х ПО; 170x75;
б)	при разработке оригинальной конструкции модуля 1-го уровня необходимо, чтобы установочные и присоединительные размеры позволяли устанавливать ячейку в БНК более высоких конструктивных уровней;
в)	при разработке ячейки и РП оригинальной конструкции.
Во втором и третьем варианте рассчитывают площадь РП с учетом установочных площадей ЭРИ, ПМК, шага и варианта их установки. Коэффициент заполнения РП и прочие размеры сторон РП подбирают по ГОСТ 10317-79.
Максимальную толщину РП выбирают в зависимости от выбранного шага трассировки, который равен минимальному расстоянию между центрами переходных металлизированных отверстий.
5.	Установка соединителей. Электрические соединители устанавливают вдоль большей стороны РП или вдоль той стороны, перпендикулярно которой проходит большинство трасс проводников.
6.	Выбор варианта установки, формовки ЭРИ по ОСТ40Ю.030—81 и ПМК по РД107.460000.019—90, а также номенклатуры применяемых монтажных отверстий (рис. 4.11—4.17).
Для установки ЭРИ с планарными выводами на РП изменяют типовую формовку выводов. Поскольку ЭРИ имеют большую установочную площадь, то их устанавливают в сквозные и глухие отверстия (как показано на рис. 4.12, 4.13, 4.14 и 4.17), что сокращает установочную площадь на 20...25 %.
176
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Рис. 4.11. Установка и пайка ЭРИ с плоскими планарными выводами и ПМК в металлизированную ламель
Рис. 4.12. Установка у пайка ЭРИ с плоскими планарными выводами, формованные для установки в сквозное круглое монтажное отверстие
Рис. 4.13. Установка и пайка ЭРИ с плоскими планарными выводами, формованными для установки в глухое круглое монтажное отверстие и пайки встык
Рис. 4.15. Установка и пайка ЭРИ с плоскими планарными выводами в глухое О-образное монтажное отверстие
Рис. 4.14. Установка и пайка ЭРИ с плоскими планарными выводами, формованными для установки в сквозное О-образное монтажное отверстие РП
Рис. 4.16. Установка и пайка ЭРИ с плоскими штыревыми выводами в сквозное круглое монтажное отверстие
Рис. 4.17. Установка и пайка ЭРИ с круглыми штыревыми выводами в сквозное круглое монтажное отверстие
Наибольшую плотность монтажа обеспечивают варианты установки ЭРИ в глухие отверстия.
7.	Размещение и трассировка ЭРИ (ПМК). При этом основными требованиями являются: обеспечение минимальной длины связи, минимального количества переходов с одной стороны на другую, исключения паразитных связей между проводниками и пр. Для выполнения этих требований наиболее целесообразно однотипные ЭРИ и ПМК располагать рядами, а монтажные отверстия разнотипных ЭРИ, ПМК и ламели — в одну линию.
За начало отсчета при конструировании принимают левый нижний угол РП. Трассировка рисунка схемы может проводиться с шагом 0,3; 0,4; 0,5; 0,625 мм. Пример варианта трассировки представлен на-рис. 4.18 и 4.19. Малый шаг трассировки в сочетании с переходными отверстиями в шаге трассировки позволяют получать высокие трассировочные возможности РП.
8.	Выбор шага координатной сетки. Особенностью РП является возможность использования постоянных и переменных шагов трассировки,
Двусторонние ПП
177
2,5
ч
2
Рис. 4.18. Примеруграссировки РП: 1 — проводник шириной 0,25 мм; 2 — переходные отверстия D\ = 0,25 мм;лминимальный шаг трассировки — 0,5 мм; сквозные монтажные отверстия в шаге 2,5 мм — d= 1,2 мм; элементная база — микроскемы в корпусе DIP
Рис. 4.19. I — переходные отверстия; 2 — проводник шириной 0,2 мм; 3 — глухие отверстия; минимальный шаг трассировки — 0,4 мм; глухие монтажные отверстия в шаге 1,25 мм — d = 0,8 мм; элементная база — микросхемы с планарными выводами, сформированными перпендикулярно плоскости основания;-----проводники первого слоя; - ---проводники
второго слоя
что повышает трассировочные возможности за счет симметричного прохождения трасс через большинство монтажных точек. Выбор шага выполняют в соответствии с шагом ЭРИ (ПМК), устанавливаемых на РП. Например, при использовании ЭРИ с шагом выводов 1,25 используют переменные шаги трассировки 5= 0,4 + 0,4 + 0,45 = 1,25 мм; при шаге выводов ЭРИ равном 1,0 мм — 5= 0,33 + 0,33 + 0,34 = 1,0 мм и т. д.; шаг трассировки зависит также от толщины заготовки (табл. 4.16).
178
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Таблица 4.16. Основные параметры проводников РП
Параметр проводника РП
Шаг трассировки S, мм	Ширина Bi, мм	Глубина Л|, мм	Угол конуса а, град	Толщина заготовки Н, мм
0,3	0,15	0,1	32	0,5...0,8
0,4	0,2	0,12	32	0,8... 1,0
0,5	0,25	0,15	32	1,0... 1,2
C/2S	0,3	0,15	40	1,2... 1,5
9.	Расчет элементов проводящего рисунка РП:
а)	расстояние между элементами проводящего рисунка и краем РП должно быть не менее 0,3 мм;
б)	расстояние от края паза, выреза, неметаллизированного отверстия до элементов проводящего рисунка должно быть не менее 0,3 мм;
в)	расстояние между элементами проводящего рисунка — не менее 0,2 мм;
г)	расчет ширины печатных проводников. Выполняется в соответствии с допустимой токовой нагрузкой по ГОСТ 23751—86 (см. разд. 3.12.4);
д)	расчет наименьшего номинального расстояния между двумя проводниками. Выполняется с учетом значений рабочих напряжений по ГОСТ 23751—86 (см. разд. 3.12.6).
10.	Расчет параметров рельефного рисунка при фрезеровании и сверлении отверстий РП.
Ширину проводников Вх и ламелей В2 рассчитывают следующим образом (см. рис. 4.10):
В = dp + 2tg^A,	(4.1)
где cfp — наименьшее номинальное значение ширины проводника, рассчитанное с учетом рабочих напряжений и токов;
h — глубина проводника (см. табл. 4.16) или ламели (табл. 4.20).
Диаметры переходных, монтажных и глухих отверстий определяют по формуле
P = P0+2tg^tf.	(4.2)
Здесь Н — толщина заготовки РП (см. табл. 4.16) или глубина сверления глухих отверстий (табл. 4.19);
D0(D0l, D02, D03) — диаметр переходного, сквозного монтажного и глухого отверстий в глубине РП (см. табл. 4.17, 4.18, 4.19 или формулу (4.3)).
Основные параметры проводников, переходных монтажных, глухих отверстий и ламелей представлены в табл. 4.16—4.20.
Двусторонние ПП
179
Таблица 4.17. Основные параметры переходных отверстий
Шаг трас-	Толщина	Диаметр переходного	Диаметр переходного	Угол конуса пе-
сировки	заготовки	отверстия на поверхно-	отверстия в глубине	реходного отвер-
РП S, мм	РП Н, мм	сти заготовки Dit мм	РП Ди, мм	стия а, град
0,3	0.5...0.8	0,16	0,11	6
0,4	0,8	0,22	0,13	12
	1,0	0,22	0,16	6
	0,8	0,25	0,16	12
0,5	1,0	0,25	0,13	12
	1,2	0,3	0,18	12
	1,5	0,3	0,15	12
	0,8	0,3	0,2	12
0,625	1,0 1,2	0,3 0,3	0,19 0,18	12 12
	1,5	0,35	0,13	12
Таблица 4.18. Основные параметры монтажных отверстий РП для г„ = 0,025 мм н t3 = 0,1 мм
Диаметр монтажного отверстия в глубине РП Дог, мм	Диаметр монтажного отверстия на поверхности заготовки £>2, мм				Угол конуса монтажного отверстия а, град
	Толщина заготовки Н, мм				
	0,7	1,0	1,2	1,5	
0,5	0,65	0,71	0,75	0,82	
0,6	0,75	0,81	0,85	0,92	
0,7	0,85	0,91	0,95	1,02	
0,8	0,95	1,01	1,05	1,12	
0,9	1,05	1,11	1,15	1,22	
1,0	1,15	1,21	1,25	1,32	24
1,1	1,25	1,31	1,35	1,42	
1,2	1,35	1,41	1.45	1,52	
1,3	1,45	1,51	1,55	1,62	
1,4	1,55	1,61	1,65	1,72	
1,5	1,65	1,71	1,75	1,82	
Таблица 4.19. Основные параметры глухих отверстий
Шаг трассировки РП S, мм	Диаметр глухого отверстия на поверхности Оу, мм	Диаметр основания глухого отверстия в глубине РП Доз, мм	Угол конуса глухого отверстия а, град	Глубина сверления глухого отверстия й, мм I
0,3	0,65	0,48	24	0,4	।
0,4	0,8	0,65		
0,5	0,65 0,8	0,5 0,65		
0,625	0,8	0,63		
180
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Таблица 4.20. Основные параметры ламелей
Шаг трассировки РП 5, мм	Ширина ламели на поверхности В2, мм	Глубина фрезерования ламели h2, мм	Угол конуса ламели а, град
0,3	0,65	0,2	24
0,4	0,8		
0,6	0,65		
0,625	0,8		
Допускается уменьшение ширины проводящего рисунка по сравнению с шириной рельефного рисунка, при этом минимально допустимая ширина проводящего рисунка должна быть не менее 0,15 мм для проводников шириной 0,25 мм и 0,65 мм для проводников шириной 0,8 мм.
Уменьшение размеров остальных элементов проводящего рисунка не должно превышать 0,15 мм.
Диаметр монтажных и глухих отверстий Do в глубине РП, в которые устанавливают ЭРИ, рассчитывают по формуле:
A = dK +2(/м +О,	(4.3)
где dK — диаметр описанной окружности вывода ЭРИ;
tM — толщина металлизации;
t3 — минимальный зазор между выводами ЭРИ и металлизированным монтажным или глухим отверстием.
Значения D02 приведены в табл. 4.18 для tM = 0,025 мм и = 0,1 мм.
Пример 4.1. Рассчитать параметры рельефного рисунка, полученного фрезерованием и сверлением заготовки РП: ширину Bi и глубину h\ проводника, выбрать минимальный шаг трассировки S, толщину заготовки Н, параметры переходных отверстий, форму монтажных (сквозных или глухих) отверстий; рассчитать диаметр монтажных отверстий DOi и диаметр на поверхности заготовки D\ для установки ИМС в корпусе 201.14-8 (DIP) при ширине проводника в глубине РП dp = 0,15 мм (рис. 4.20).
Решение. Рассчитаем ширину проводника Вх на поверхности РП по формуле (4.1)
Д = dp + 2tg | Л,
при dp = 0,15 мм — ширина проводника в глубине РП; Л, = 0,12 мм — глубина проводника; а = 32° — угол конуса проводника (см. табл. 4.16):
Bt = 0,15 + 2tg 16° • 0,12 = 0,15 + 2 • 0,28 • 0,12 = 0,21 мм.
По табл. 4.16 выбираем основные параметры проводника для ширины проводника Bt = 0,2 мм — минимальный шаг трассировки 5 = 0,4; толщину заготовки Н= 0,8 мм.
По табл. 4.17 выбираем основные параметры переходных отверстий для шага трассировки 5= 0,4, толщины заготовки Н= 0,8 мм. Диаметр переход-
Двусторонние ПП
181
Рис. 4.20. Вариант установки, установочные размеры и габариты ИМС в корпусе 201.14-8
кого отверстия на поверхности заготовки Л, = 0,22 мм; диаметр переходного отверстия в глубине РП Dm = 0,13 мм; угол конуса переходного отверстия а = 12°.
Для выбора основных параметров сквозных монтажных отверстий по табл. 4.18 необходимо определить диаметр монтажного отверстия на поверхности заготовки D2 по формуле (4.2)
D2 = D02 +2tgyA,
где диаметр монтажного отверстия в глубине заготовки Л02 рассчитывают по формуле (4.3):
< + 2(/м + /3).
Поскольку микросхемы в корпусах 201.14-8 имеют плоские выводы размером 0,5 х 0,3 мм, диаметр описанной окружности вывода равен dK = 0,58 мм, /м = 0,025 мм, t3 = 0,1 мм, то
D02 = 0,58 + 2 • (0,025 + 0,1) = 0,58 + 2 • 0,125 = 0,58 + 0,25 = 0,83, мм.
Диаметр монтажного отверстия на поверхности заготовки при угле конуса а = 24° (см. табл. 4.18) равен
D2 = 0,83 + 2tg 12° • 0,8 = 0,83 + 2 • 0,21 • 0,8 = 1,16 мм.
182 Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Установка и пайка микросхемы в корпусе 201.14-8 с плоскими штыревыми выводами в сквозное круглое монтажное отверстие производится в соответствии с рис. 4.16.
4.2.5.2.	Технология изготовления рельефных плат
Существуют следующие методы получения рельефного рисунка схемы (канавок, отверстий и ламелей):
•	фрезерование на станках с ПУ граверными резцами;
•	прессование диэлектрика на специальных рельефных пресс-формах с последующим досверливанием отверстий на координатно-сверлильных станках;
•	литье под давлением эпоксидной пластмассы, при этом получаются канавки под проводники и сквозные отверстия платы.
Токопроводящие участки РП можно изготавливать субтрактивным, по-лудддитивным и аддитивным методами.
Субтрактивный метод состоит из следующих этапов.
1.	Получение заготовки из материала СТЭФ.
2.	Получение фиксирующих (базовых) отверстий.
3.	Получение канавок, монтажных и переходных отверстий.
4.	Мативирование (зачистка) поверхности заготовок.
5.	Химическое меднение заготовок (толщина 3...7 мкм).
6.	Гальваническое меднение заготовок (толщина меди 25...40 мкм).
7.	Нанесение защитного резиста (жидкой спиртоканифольной смеси) на всю поверхность металлизированной заготовки.
8.	Зернение (удаление защитного резиста с пробельных мест).
9.	Травление меди с пробельных мест.
10.	Лужение.
11.	Контроль.
Мативирование поверхности гидроабразивной обработкой необходимо для очистки поверхности и отверстий от стружки после фрезерования и сверления, для создания шероховатости пробельных мест, для очистки от Загрязнений и обеспечения равномерности покрытия химической медью.
В результате нанесения защитного резиста и испарения спирта из спиртоканифольной смеси при повышенной температуре вся поверхность заготовки покрывается равномерной канифольной пленкой.
Операцию зернения проводят в вибробункере, в котором керамические шарики оббивают канифольную пленку с пробельных мест.
При лужении в расплавленном припое канифольная пленка выступает в роли флюса и способствует осаждению припоя на проводящий рисунок РП.
Полуаддитивный метод состоит из следующих операций.
1.	Получение заготовки из материала СТЭФ.
2.	Получение фиксирующих (базовых) отверстий.
3.	Получение канавок, монтажных и переходных, отверстий.
4.	Мативирование поверхности заготовки.
5.	Химическое меднение (3...7 мкм).
6.	Маскирование пробельных мест.
Двусторонние ПП
183
7.	Гальваническое меднение в канавки и отверстия (25...40 мкм).
8.	Гальваническое нанесение металлорезиста.
9.	Удаление маски с пробельных мест.
10.	Травление меди с пробельных мест.
11.	Лужение.
12.	Контроль.
Маскирование пробельных мест — накатка специальными валками защитной краски на пробельные места заготовки. Остальные операции аналогичны подобным операциям субтрактивного метода.
Аддитивный метод состоит из следующих операций:
1.	Получение заготовки из материала СТАМ с введенным в объем катализатором, активизирующим осаждение химической меди, на поверхностях которого припрессована пассивная пленка.
2.	Получение фиксирующих (базовых) отверстий.
3.	Травление адгезионного слоя в серно-хромовой смеси.
4.	Получение канавок, монтажных и переходных отверстий.
5.	Химическое меднение вскрытых участков заготовки.
6.	Гальваническое меднение канавок, монтажных и переходных отверстий.
7.	Лужение или гальваническое осаждение припоя.
8.	Контроль.
При химическом меднении интенсивное осаждение меди происходит только на вскрытых участках заготовки.
4.2.6.	РИТМ-платы
РИТМ-платы — многоуровневые печатные платы (МУПП) на жестком диэлектрическом или металлическом основании, изготовленные по технологии РИТМ-процесса (разделительно-избирательное травление металлов) [41]. Конструкция этих плат представляет собой основание, на поверхности которого с одной или с двух сторон размещен объемный двухуровневый проводящий рисунок, сформированный на металлической подложке. Многоуровневые ПП бывают следующих типов: односторонние — ОМУПП (рис. 4.21) — с проводящим рисунком, расположенным с одной стороны; двусторонние — ДМУПП (рис. 4.22) — с проводящим рйсунком, расположенным с двух сторон без соединения Металлизированными отверстиями проводящих слоев и ДМУПП с соединением проводящих слоев (рис. 4.23), расположенных на противоположных сторонах основания.
В многоуровневых ПП используют металлическую подложку, в которой формируют два уровня трассировки проводников за счет избирательного вытравливания металла, оставляя его только в тех местах, где должно быть электрическое контактирование между двумя уровнями проводников в соответствии с электрической принципиальной схемой. Уровни разводки проводящего рисунка объединены между собой металлическими столбиками, которые заменяют металлизированные отверстия в ДПП и могут быть использованы в качестве контактных площадок для монтажа ПМК. Таким образом, вместо сверления и металлизации сквозных отверстий на единст-
184
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Рис. 4.21. Односторонняя многоуровневая ПП: 1 — проводящий рисунок верхнего уровня; 2 — проводящий рисунок нижнего уровня; 3 — склеивающая прокладка; 4 — основание ОМУПП; 5 — опора проводящего рисунка верхнего уровня (может выполнять функции элек- трического соединения верхнего и нижнего уровней проводящего рисунка)
Рис. 4.22. Двусторонняя многоуровневая ПП без соединения металлизированными отверстиями
Рис. 4.23. Двусторонняя многоуровневая ПП с соединением проводящих слоев металлизированными отверстиями
венной операции разделительно-избирательного травления металлов получают одновременно несколько тысяч межуровневых переходов и выводов. Кроме того, в РИТМ-плате есть монтажные отверстия, которые не требуют сквозной металлизации, так как выполнены в металлическом основании.' Их можно использовать для монтажа ЭРИ, например, в DIP-корпусах.
РИТМ-платы применяются в качестве коммутационных плат в модулях, 1-го уровня (ячейках) и микросборках (МСБ). ОМУПП эквивалентны;
Двусторонние ПП
185
4—6-слойной МПП благодаря повышенной плотности межсоединений (высокой разрешающей способности), можно использовать для установки ПМК. Стоимость РИТМ-платы в 3—5 раз дешеале МПП. РИТМ-платы могут заменить гибриднопленочные пассивные структуры в БИС, СБИС и МСБ. Благодаря им улучшаются массогабаритные характеристики ЭА, сокращается разрыв между достигнутым уровнем интеграции элементной базы в настоящее время и технологическими возможностями межэлементной коммутации.
РИТМ-плату можно использовать для дальнейшего сближения методов изготовления функциональных узлов на ПП и гибридно-пленочных микросборок, а также создания единой технологии сборки МЭА на одном виде коммутационной платы, что позволит экономить материальные и трудовые ресурсы.
Габариты РИТМ-платы с металлическим основанием не имеют физических ограничений, так как металлическое основание не подвержено усадке, влагопоглощению и термостатированию, приводящим к деформации ПП из гигроскопичных фольгированных диэлектриков и потере точности взаимного расположения элементов печатного монтажа на больших площадях. Ограничением на размеры РИТМ-плат являются возможности оборудования для фотолитографических, электрохимических процессов и сложность изготовления рабочих фотошаблонов.
4.2.6.1.	Конструирование МУПП
Конструирование и расчет МУПП выполняют в той же последовательности, что и для ОПП, ДПП, МПП и ГПП (см. гл. 3, в соответствии с [13]):
•	изучение ТЗ на изделие (ФУ, электронный модуль), в состав которого входит разрабатываемая МУПП;
•	определение и анализ условий эксплуатации и группы жесткости работы ЭА;
•	выбор типа конструкции;
•	выбор материала основания;
•	выбор материала проводящего рисунка;
•	выбор конструктивного покрытия;
•	размещение ЭРИ, ПМК;
•	выбор размеров, форм и расположения элементов проводящего рисунка и трассировка проводников;	,
•	выбор способа маркировки;
•	разработка конструкторской документации.
В зависимости от условий эксплуатации по ГОСТ 23752—79 определяют группу жесткости, в соответствии с которой предъявляют требования к конструкции МУПП, материалу ее основания, к защите от внешних воздействий (механических, климатических и др.) и все это указывают в технических требованиях чертежа МУПП.
При выборе типа конструкции (МУПП, ОМУПП, ДМУПП) необходимо оценить их трассировочную способность, технико-экономические показатели и пр.
186
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Материалом основания ПП может быть металл или диэлектрик, который выбирают с учетом физико-механических, электрических параметров, экономических требований, условий эксплуатации, обеспечения тепловых режимов ЭРИ и обеспечения сопряжения ТКЛР ЭРИ, ПМК и основания МУПП при пайке и эксплуатации. Основание ПП может быть выполнено практически из любых материалов и иметь встроенный теплоотвод.
Для двусторонних многоуровневых ПП с металлизированными отверстиями необходим диэлектрический материал, например СТЭК, толщиной 1,0...1,5 мм, так как при использовании металла в качестве основания его необходимо изолировать от слоя металлизации в отверстиях. Для металлических оснований МУПП применяют алюминий марок А5, АД1, толщиной 0,8...1,5 мм, сплавы 36Н, 29НК толщиной 0,15...1,5 мм. Толщину основания МУПП выбирают в зависимости от механических и климатических воздействий для обеспечения целостности конструкции, теплоотвода, сопряжения ТКЛР ПМК и основания.
Выбор материала проводящего рисунка МУПП зависит от электрических параметров схемы, от механических и климатических воздействий в процессе эксплуатации. В качестве проводникового материала, который называется носителем, наиболее часто используют листовую низкоуглеродистую сталь СМК-15, медь и ее сплавы, например, латунь Л-69 толщиной 150...200 мм, причем на стали токопроводящий рисунок формируют гальванической медью, а на латунном или медном листе — никелем, которые имеют разное удельное сопротивление. Далее в качестве материала проводника будем рассматривать никель.
Склеивающиеся прокладки из листов прокладочной стеклоткани толщиной 0,02...0,03 мм должны иметь суммарную толщину не менее двух толщин подтравливания проводника и защитного покрытия.
Для защиты от коррозии, повышения электропроводности, снижения переходного сопротивления, обеспечения паяемости в качестве конструктивного покрытия применяются золото (толщиной 0,5... 1,5 мкм), палладий (1...5 мкм) и их сплавы, никель (толщиной 3...6 мкм) (для защиты от коррозии и повышения износоустойчивости).
Для формирования проводящего рисунка используется никель толщиной 20...50 мкм на подложке из меди или ее сплавов или медь толщиной 25...30 мкм с барьерным подслоем никеля на подложке из тонколистовой малоуглеродистой стали.
Для защиты от климатических воздействий в качестве изоляционного покрытия применяют лак УР-231 или краски УФ-отверждения.
Размер МУПП выбирают в зависимости от применяемой элементной базы, шага расположения ЭРИ, ПМК, числа устанавливаемых ЭРИ и числа задействованных выводов ЭРИ, типа корпуса и установочной площади ЭРИ, а также с учетом технических характеристик применяемого оборудования (например, автоматов для установки ЭРИ, размеров стола, ванн и др.). Необходимо также учитывать способ закрепления МУПП в модулях более высокого конструктивного уровня и установочные размеры. Предельные отклонения на размеры не должны превышать 12 квалитета. В основном применяют МУПП прямоугольной формы.
Двусторонние ПП
187
Геометрические размеры ПП определяются по методикам, приведенным в разд. 3.9.1 и 3.9.2.
Толщину МУПП выбирают в зависимости от толщины материала основания Яосн; проводникового материала (носителя) Нн, склеивающих прокладок Япр, покрытия Н„, а также механических воздействий при эксплуатации.
Толщину МУПП, Н, мм, рассчитывают по следующей формуле:
Н = Ямн + £ЯН + (0,9 * 1,2)£Япр + Я„,	(4.4)
при этом предельное отклонение толщины МУПП не должно превышать ±0,2 мм.
Пример 4.2. Рассчитать толщину ОМУПП на алюминиевом основании с проводниковым материалом (носителем) из латуни со слоем никеля при толщине основания =1,0 мм; толщине слоя латуни Ялат = 0,2 мм; толщине слоя никеля Ям, = 0,020 мм; толщине склеивающих прокладок Япр = 0,02 мм; толщине покрытия Яп= 1,5 мкм (Au); ширине проводника t= 0,1 мм.
Решение. Толщину ОМУПП определяют по формуле (4.4).
Толщина носителя
Ян = Ялат +	= 0,2 + 0,020 = 0,22 мм.
Суммарная толщина прокладок должна быть не менее двух величин подтравливания носителя Д/)тр, т. е.
2ХР > 2ДР,р,	(4.5)
дДгр = 0,245 мм — определяют по табл. 4.21 для ширины проводника t= 0,1 мм и толщины носителя Ян = 0,22 мм.
Таблица 4.21. Величина подтравливания жесткой опоры
Ширина проводника, мкм	Величина подтравливания жесткой опоры &DTp, мкм					
	Толшина материала носителя, мкм					
	50	80	100	150	220	250
50	70	100	120	170	220	270
80	85	115	135	185	235	285
100	95	125	145	195	245	295
120	105	135	155	205	255	300
150	—	150	170	220	270	320
180	—	—	185	235	285	335
200	—	—	 —	245	295	345
188
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Суммарная толщина прокладок
£Япр > 2-0,245 = 0,49 мм. <
Принимаем ^ГЯпр = 0>5 мм.
Толщина ОМУПП
Н= 1,0 + 0,22 + 1,0  0,5 + 0,0015 = 1,72 мм.
Размеры, форма и расположение элементов проводящего рисунка. Отверстия и элементы проводящего рисунка необходимо располагать относительно базы координат (левый нижний угол МУПП) и лйний координатной сетки.
Размеры монтажных и переходных отверстий. Отношение диаметра монтажного или переходного отверстия к толщине МУПП должно быть не менее 1 : 3.
Номинальный диаметр монтажного металлизированного отверстия d устанавливают из следующего соотношения (см. (3.8)):
d~\^d^o\>d3+r,
где dHO — нижнее предельное отклонение диаметра отверстия (см. табл. 3.17);
d, — максимальное значение диаметра вывода устанавливаемого ЭРИ (для прямоугольного вывода за диаметр принимается диагональ его сечения);
г — разность между диаметром отверстия и диаметром вывода ЭРИ (выбирают в пределах 0,1...0,4 мм — при ручной установке ЭРИ и в пределах 0,4...0,5 мм — при автоматической установке ЭРИ).
Номинальный диаметр переходного отверстия устанавливает конструктор.
Размеры и расположение печатных проводников. Ширина печатного проводника t зависит от электрических (допустимая токовая нагрузка, погонная емкость, сопротивление проводников и пр.), конструктивных и технологических требований.
Наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника /, мм, рассчитывают по формуле (3.11):
= ^min д I A^h.o I-
Здесь /min д — минимально допустимая ширина проводника, рассчитываемая в зависимости от допустимой токовой нагрузки в соответствии с формулами (3.12)—(3.14); Д/Но — нижнее предельное отклонение ширины проводника (см. табл. 1.1).
Ширина печатного проводника на нижнем уровне должна быть не менее 0,075 мм, на верхнем уровне — не менее 0,1 мм. Максимальная ширина проводника верхнего уровня (кроссовера) не должна превышать 0,2 мм, ширина нижнего уровня не ограничена. Проводники верхнего и нижнего уровней выполняются во взаимно перпендикулярных направлениях.
Используются две конфигурации кроссовера: гантелеобразная и сетчатая. Для РЙТМ-плат с наибольшей плотностью разводки предпочтительной является первая конфигурация, позволяющая значительно уплотнить
Двусторонние ПП
189
топологию путем расположения переходов соседних кроссоверов в шахматном порядке.
Если на верхнем уровне необходимо расположить проводник шириной более 0,2 мм, то его наносят в виде сетки (рис. 4.24).
Максимальную длину проводника (сетки) на нижнем уровне не ограничивают. На верхнем уровне максимальная длина проводника между двумя опорами не должна превышать 15 мм, а для проводника в виде сетки — 30 мм.
а	б	в
Рис. 4.24. Сетчатая конфигурация кроссовера: минимальная ширина окна сетки /ос = 0,250 мм
Выбор и расчет контактных площадок. Форма и размеры контактных площадок под ЭРИ с аксиальными и планарными выводами рассчитываются по формуле (3.15), причем для контактной площадки с формой отличной от круглой, минимальный диаметр определяется диаметром вписанной окружности с центром в узле координатной сетки. Форма и размеры контактных площадок под установку ПМК рассчитываются в соответствии с РД 50-708 (разд. 4) [13].
Контактные площадки жесткой опоры проводников верхнего уровня обычно выполняются круглой, квадратной или близкой к ним формы.
Диаметр контактной площадки жесткой опоры D рассчитывают по формуле
jD = jDh +AjDtp,	(4.6)
где DH — номинальный диаметр контактной площадки;
ЛЛтр — величина подтравливания жесткой опоры, которая зависит от толщины проводникового материала, ширины проводника и значения которой приведены в табл. 4.21.
Расстояние между элементами проводящего рисунка. Расстояние между соседними элементами проводящего рисунка устанавливают в соответствии с электрическими (электрическая прочность изоляции, погонная емкость, паразитные связи и пр.), конструктивными и технологическими требованиями.
Наименьшее номинальное расстояние между соседними элементами проводящего рисунка 5 определяют по формуле (3.16):
= ^пйд + ДЛ).о + 'у •
Здесь Те — позиционный допуск расположения элемента проводящего рисунка относительно соседнего (см. табл. 1.1);
Д4О — верхнее предельное отклонение размеров элементов проводящего рисунка (см. табл. 1.1);
190
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
5minjI — минимальное допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка, которое выбирают исходя из обеспечения электрической прочности изоляции; для двух соседних проводников расстояние выбирают по табл. 1.4 и 1.5. Причем при низких напряжениях в электрических цепях минимально допустимое расстояние для нижнего уровня должно быть не менее 0,1 мм, а для верхнего — 0,15 мм.
Электрические характеристики МУПП. Электрическое сопротивление печатных проводников. Электрическое сопротивление проводников R, Ом, определяют по формуле
n к I
R = ^~-	(4.7)
it
Здесь р — удельное электрическое сопротивление; h — толщина печатного проводника; к — количество участков проводника на его расчетной длине, имеющих различную ширину; L-, — длина /-го участка проводника шириной — ширина печатного проводника на /-м участке.
Если у печатного проводника покрытие составляет более 12 мкм, то сопротивление его определяют как сумму сопротивлений отдельных слоев, в соответствии с табл. 4.22.
Таблица 4.22. Удельное электрическое сопротивление
Металл	Удельное электрическое сопротивление Ом • м х 10"8
Медная фольга	1,72
Гальваническая медь	1,90
Химическая медь	2,80
Олово	11,3
Алюминий	2,9
Золото	2,22
Палладий	10,3
Сталь	15,0
Никель	7,80
Серебро	1,59
Нагрузочная способность по току. Нагрузочную способность по току для МУПП, критичных к рассеивающей мощности их поверхности, устанавливают в соответствии с основным материалом проводника проводящего ри
Двусторонние ПП
191
сунка и допустимого превышения температуры проводника относительно температуры окружающей среды.
Значение допустимой токовой нагрузки для различных материалов со-
ставляет: медная фольга, А/м2 .......................(100...250) • 106
гальваническая медь, А/м2 .............(60...100)	• 106
стальная фольга, А/м2 .................(25...40) • 106
алюминевая фольга, А/м2 ...............(70...	150) • 106
Величину допустимой токовой нагрузки необходимо уменьшить на 15 % для проводников, расположенных на расстоянии равном или меньшем их ширины.
Электрическая прочность изоляции. Значения допустимого рабочего напряжения между элементами проводящего рисунка, расположенными в одном слое (уровне) или в соседних слоях (уровнях), выбирают так же, как и для ОПП, ДПП, МПП, ГПП и ГЖП в соответствии ГОСТ 23751—86 из табл. 1.4 и 1.5.
4.2.6.2.	Основные этапы ТП нзготовлення РИТМ-плат
По РИТМ-процессу на базе хорошо отработанной технологии ДПП, исключив наиболее трудоемкие операции сверления и металлизации сквозных монтажных и переходных отверстий, применение дорогостоящего технологического оборудования, изготавливают РИТМ-платы с шириной проводников 50 мкм и расстоянием между ними порядка 75 мкм с высокой степенью автоматизации операций изготовления плат и сборки ФУ. Наличие сквозных отверстий приводит к значительным (до 20 %) потерям по использованию площади ПП.
Главная особенность РИТМ-процесса состоит в использовании металлической подложки вместо диэлектрика при проведении операций получения защитного рельефа и электрохимического осаждения проводникового материала. Процесс изготовления РИТМ-плат на медной подложке состоит из следующих основных этапов (рис. 4.25).
1.	Получение металлической подложки из меди или ее сплавов толщиной, равной ширине проводников второго уровня разводки (рис. 4.25, а).
2.	Получение рисунка уровней разводки проводников на противоположных сторонах подложки (создание защитного рельефа, соответствующего негативному рисунку проводников) (рис. 4.25, б):
•	двустороннее нанесение фоторезиста;
•	экспонирование;
•	проявление.
3.	Электрохимическое осаждение никеля толщиной 15 мкм из сульфаминового электролита (селективное осаждение проводников через окна в фоторезисте). Осажденный металл проводников (никель) является метал-лорезистом на операции селективного травления металла подложки на этапе 7 (рис. 4.25, в).
4.	Удаление фоторезиста между проводниками (рис. 4.25, г).
192
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Рис. 4.25. Основные этапы процесса изготовления РИТМ-плат на медной подложке: а — получение металлической подложки; б — получение рисунка уровней разводки проводников на противоположных сторонах подложки (/ — фоторезист); в — электрохимическое осаждение никеля (1 — никель); г — удаление фоторезиста между проводниками (1 — проводник второго уровня; 2 — проводник первого уровня); д — затравливание металлической подложки (1 — проводник второго уровня; 2 — боковое подтравливание подложки; 3 — проводник первого уровня разводки); е — наклеивание подложки на основание из стеклотекстолита ( / — проводник второго уровня разводки; 2 — проводник первого уровня разводки; 3 — подложка; 4 — стеклоткань полимеризованная; 5 — несущее основание); ж — разделительно-избирательное травление (/ — проводник второго уровня; 2 — столбик металла для' коммутации двух уровней; 3 — проводник первого уровня)
5.	Затравливание металлической подложки для увеличения рельефности проводников над подложкой. После удаления фоторезиста и подтрав-ливания подложки проводники рельефно выступают над поверхностью в результате бокового подтравливания подложки (рис. 4.25, д').
6.	Наклеивание (напрессовывание) подложки на несущее основание из стеклотекстолита СТЭК толщиной 1,0...1,5 мм (или алюминия марок А5; АД1 толщиной 0,8...1,5 мм и др.) при помощи склеивающих прокладок из стеклоткани толщиной 0,02...0,03 мм, пропитанных эпоксидным компаундом в состоянии частичной полимеризации (рис. 4.25, е). Эта операция необходима для формирования диэлектрического слоя со стороны первого уровня разводки и электрической схемы соединения. Применение в качестве основания термопластичных материалов, например, фторопласта и др. позволяет исключить использование склеивающих прокладок.
7.	Разделительно-избирательное травление, основанное на эффекте бокового подтравливания металлической подложки на всю толщину для образования промежутков между пересекающимися проводниками разных уровней разводки (рис. 4.25, ж), удаляется металл со всей подложки, за исключением мест перехода с одного уровня разводки на другой, где он остается в виде столбиков, поддерживающих второй уровень проводников, которые выполняют роль металлизированных отверстий в обычной ПП. Для удаления металла используют селективный травитель — на основе хромового ангидрида и серной кислоты.
8.	Осаждение электрохимического припойного покрытия.
9.	Заливка твердым или эластичным компаундом, включая воздушные! промежутки для повышения вибро- и удароустойчивости.
Унифицированным топологическим элементом второго уровня является кроссовер (линейный или сетчатый проводник), который отделяется за
Двусторонние ПП
193
зором от проходящих под ним проводников нижнего уровня разводки. Кроссовер опирается- на связывающие его с нижним уровнем переходы в виде столбиков металла подложки, полученные после избирательного травления (рис. 4.26).
ь
Рис. 4.26. Фрагмент РИТМ-платы (вид сверху): / — кроссовер; а — линейный размер контактной площадки; b — ширина проводников верхнего и нижнего уровней; с — линейный размер переходного столбика
Максимальная величина пролета линейного кроссовера от опоры до опоры не должна превышать 10 мм; минимальный размер перехода или столбикового вывода составляет 0,4 х 0,4 мм2.
Контактные площадки первого уровня разводки можно использовать для микросварки гибких проволочных выводов бескорпусной элементной базы. Контактные площадки второго уровня разводки, имеющие под собой жесткие опоры в виде столбиков металла, используют для установки на пастообразный припой и групповой пайки ПМК.
Достоинства РИТМ-плат:
•	совместимость с ПМК, бескорпусной и традиционной элементной базой, ориентированной на автоматизированную сборку;
•	не требуют применения дефицитных материалов;
•	высокие коммутационные возможности на единицу площади;
•	низкая стоимость по сравнению с МПП;
•	возможность использования типового ТП изготовления ДПП и соответствующего оборудования;
•	отсутствие операций сверления и металлизации сквозных отверстий;
•	улучшенные надежностные, массогабаритные, электрические параметры;
•	согласованность с элементной базой по ТКЛР;
•	высокое сопротивление изоляции между соседними и пересекающимися проводниками по сравнению с обычными ПП;
•	возможность выполнения ряда операций по принципу рулонной технологии;
•	универсальность технологии, которая позволяет перевести на единую конструктивно-технологическую базу коммутационные платы и микросборки и др.
’ Проектирование и технология
печатных плат
194
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
4.3. Многослойные ПП
Многослойная ПП состоит из нескольких сигнальных слоев, разделенных изоляционными прокладками и, при необходимости, экранирующими слоями.
Многослойная ПП — коммутационный узел, состоящий из чередующихся проводниковых и изоляционных слоев, в котором проводниковые слои соединены между собой при помощи металлизированных отверстий в соответствии с электрической принципиальной схемой. Изоляционные слои пропитаны полимерной смолой в недополимеризованном состоянии (в стадии В), полимеризация которой и склеивание слоев происходит при воздействии определенной температуры на операции прессования.
Рис. 4.27. Структура МПП: 1 — сигнальный слой с печатными проводниками; 2 — изоляционный слой; 3 — переходное металлизированное отверстие (межслойный переход); 4 — рисунок наружных слоев; 5 — контактная площадка внутреннего слоя; 6 — контактная площадка наружного слоя; 7 — сквозное металлизированное отверстие; 8 — рисунок внутреннего слоя
Структура МПП представлена на рис. 4.27.
Многослойные ПП характеризуются высокой трассировочной способностью. Их применяют:
•	для размещения ЭРИ с высокой функциональной сложностью: микросборок, БИС, СБИС и пр.;
•	в ЭА с минимальными габаритами и массой;
•	в ЭА, в которой должна быть обеспечена электрическая стабильность по всему тракту прохождения сигнала;
•	в ЭА, в которой требуется экранирование значительного количества электрических цепей и пр.
Экранные слои в МПП могут выполнять различные функции, поэтому их можно использовать в качестве:
•	слоев «земли»;
•	слоев «земли» и «питания»;
•	слоя для электромагнитной защиты электрических цепей;
•	слоев в полосковых ПП, в которых строгое чередование логических и экранных слоев и точное соблюдение размеров проводников и рас
Многослойные ПП
195
стояний между слоями обеспечивают заданное волновое сопротивление линии связи; эти платы применяются в ЭА с высоким быстродействием.
Экранные слои могут быть сплошными или сетчатыми с освобождениями для специальных контактных площадок с тепловым барьером, исключающим нежелательный отвод теплоты от металлизированного отверстия в МПП во времд пайки ЭРИ. Они представляют собой обычные контактные площадки, от которых отходит несколько узких проводников, подключенных к широкому проводнику или экрану (рис. 4.28).
Рис. 4.28. Примеры выполнения контактных площадок в экранном слое
Преимущества МПП:
•	высокая плотность монтажа, что уменьшает габариты и массу аппаратуры, требует уменьшения ширины проводников, расстояний между ними, размеров контактных площадок, увеличивает число слоев и внутренних межслойных переходов, уменьшает длину электрических связей и в результате повышает быстродействие ЭА;
•	устойчивость к внешним воздействиям;
•	стабильность электрических сигналов, в частности, за счет сокращения количества контактов разъемов и др.
•	наличие экранирующих слоев между любыми внутренними слоями или на наружных слоях, которые позволяют экранировать схему от внешних и внутренних воздействий, которые также можно использовать в качестве эффективных теплоотводов и создания специальных структур.
Недостатки МПП:
•	высокая стоимость;
•	значительная трудоемкость изготовления и проектирования МПП;
•	более высокий по сравнению с ДПП процент брака;
•	возможность нарушения электрических связей в местах контакта торцев контактных площадок внутренних слоев и столбика меди в отверстиях в процессе эксплуатации;
•	высокие требования к точности изготовления элементов печатного рисунка;
•	значительная разница ТКЛР меди, диэлектрика и смолы и пр.
196
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Основными задачами при разработке МПП для коммутации наносе-кундных логических элементов является создание:
1) печатных межсоединений с контролируемым импедансом (волновым сопротивлением), обладающих свойством однородных длинных линий, которые должны уменьшить отражения, искажающие передаваемые сигналы;
2) печатных межсоединений с контролируемыми перекрестными наводками между соседними сигнальными проводниками, зависящие от расстояния между ними в одном или соседних слоях, длины параллельно идущих печатных проводников, свойств диэлектрика и пр.
Эти задачи могут быть решены путем применения в качестве печатных межсоединений микрополосковых или полосковых линий, образующих сигнальные цепи с постоянным характеристическим (волновым) сопротивлением и контролируемыми перекрестными наводками.
Для получения в МПП линий с заданным волновым сопротивлением конструкция МПП должна быть такой, чтобы между слоями с сигнальными проводниками располагались экранные слои земли или питания в виде сплошных слоев металла или сетки проводников.
Под полосковой линией понимают печатный проводник, размещенный параллельно двум земляным слоям (рис. 4.29, а), а под микрополоско-вой — печатный проводник, имеющий земляной слой только с одной стороны (рис. 4.29, б).
к	ф*ф*ф*ф*ф***4*ф*ф*ф*ф**% I
1£*К***********М***Х^^^^^^В&>ЗД г’**•*♦• f/////
а	б
Рис. 4.29. Поперечное сечение печатных проводников в МПП: а — полосковая линия; б — микрополосковая линия
Конструкцию МПП выбирают в зависимости:
•	от плотности сигнальных проводников;
•	от допуска на волновое сопротивление;
•	от перекрестных помех и пр.
Волновое сопротивление линий зависит:
•	от ширины проводника;
•	от расстояния сигнальных проводников до ближайших экранных слоев земли или питания;
•	от диэлектрической проницаемости материала диэлектрика и окружающей среды;
•	от толщины диэлектрика, которая подбирается числом склеивающих прокладок с учетом также требований к электрической прочности и межслоевой емкости;
•	от взаимного расположения проводников и пр.
Разброс волнового сопротивления определяется:
•	разбросом геометрических размеров проводника;
•	разбросом толщины диэлектрика;
Многослойные ПП
197
•	смещением проводников в различных слоях относительно друг друга, вызванным:
1)	изменением геометрических размеров проводников после стравливания меди с пробельных мест при получении рисунка проводников;
2)	погрешностями совмещения слоев при прессовании слоев в монолит;
3)	погрешностями фотошаблона при его изготовлении, эксплуатации (возможно изменение линейных размеров фотошаблона под действием окружающей среды), совмещении фотошаблонов слоев МПП.
Многослойные ПП, как и ДПП, делят на платы общего применения и прецизионные, изготавливаемые на фольгированном и нефольгированном диэлектрике.
4.3.1.	МПП общего применения на фольгированном диэлектрике
Методы изготовления МПП общего применения на фольгированном диэлектрике представлены на рис. 4.30.
МПП общего применения 3 класс точности
Фольгированный диэлектрик с фольгой 18 мкм
Методы изготовления МПП
ММСО
Методы изготовления внутренних слоев
Комбинированный позитивный
(SMOBS-процесс)
Тентинг-метод
Методы изготовления наружных слоев
Комбинированный позитивный
(SMOBS-процесс)
Химический негативный для слоев без отверстий
Тентинг-метод 3, 4 класс точности
Открытых контактных площадок
С выступающими выводами
Попарное прессование
Послойное наращивание
Рис. 4.30. Методы изготовления МПП общего применения на фольгированном диэлектрике
Основные характеристики МПП общего применения на фольгированном диэлектрике приведены в табл. 4.23.
198
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Таблица 4.23. Основные характеристики МПП общего применения на фольгированном диэлектрике
Показатель	Характеристика
Область применения	Спецтехника Вычислительная техника Средства связи
Класс точности	1; 2; 3
Группа жесткости	I—IV
| Рекомендуемые максимальные 1 размеры, мм	360 X 420 у = 0,33
Материал основания	Стеклотекстолит фольгированный, например, СТФ-1, СТФ-2, стеклоткань — СТП-1
Минимальный диаметр отверстия, мм	Переходное — 0,4 Сквозное — 0,6
Минимальная ширина проводника, мм	0,25
Тип производства	Мелкосерийное, серийное, крупносерийное
4.3.1.1. Метод металлизации сквозных отверстий
Метод металлизации сквозных отверстий (МСО) применяется для изготовления жестких, гибких и гибко-жестких МПП.
Технологический процесс изготовления МПП методом МСО включает:
•	изготовление отдельных односторонних или двусторонних слоев с рисунком и металлизированными отверстиями (или без отверстий);
•	сборку и прессование пакета, состоящего из отдельных слоев, склеивающих прокладок между ними, экранов (при необходимости);
•	сверление сквозных отверстий в спрессованном пакете;
•	получение рисунка наружных слоев и металлизацию сквозных отверстий.
Электрическая связь между слоями осуществляется при помощи переходных отверстий между внутренними слоями и сквозных отверстий между наружными слоями, металлизированные стенки которых соединены с элементами печатного рисунка внутренних слоев (см. рис. 4.27).
Метод МСО является базовым ТП изготовления МПП, этапы выполнения которого приведены в табл. 4.24 (в пп. с 1-го по 12-й — последовательность изготовления слоев МПП).
Многослойные ПП
199
Таблица 4.24. Основные (на эскизах слои изготов.		этапы ТП изготовления МПП методом МСО лены тентинг-методом)			Эскиз этапа -отовления МПП							
№ п/п	Основной этап	Возможный способ получения	ИЗ!									
	Изготовление слоев (пункты с 1 по 12)	1.	Комбинированный позитивный метод (двусторонние слои с переходными отверстиями, см. табл. 4.7). 2.	Химический негативный метод — для слоев без отверстий (см. табл. 4.2). 3.	Тентинг-метод										
1	Входной контроль и термостабилизация диэлектрика											
2	Получение заготовок слоев	1. Штамповка. 2. Резка	См. табл. 4.1, п. 2									
3	Получение базовых и технологических отверстий	1. Штамповка. 2. Сверление										
4	Получение переходных отверстий	1. Лазерное сверление. 2. Сверление					—1—1					
							—1—					
							—4—1			222S		
5	Предварительная металлизация	1.	Магнетронное напыление. 2.	Химическое меднение 3...5 мкм. 3.	Прямая металлизация									Медь	
												
6	Электрохимическая металлизация	Гальваническое меднение										ая
												
				Гал				ьваническ медь				
7	Подготовка поверхности слоев	1. Химический способ. 2. Суспензия пемзового абразива										
8	Получение защитного рельефа	1.	Сеткографический способ. 2.	Офсетная печать. 3.	Фотохимический способ: а) органопроявляемый СПФ; б) щелочепроявляемый СПФ										
										\спф		
												
							wye					
9	Травление меди с пробельных мест											
												
						[]888&Я )3авеска						
												
												
10	Удаление защитного рельефа											
11	Подготовка поверхности слоев	1.	Подтравливание. 2.	Оксидирование. 3.	Суспензия пемзового абразива										
12	Сушка	1. Термическая. 2. В инертной среде										
200
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Окончание табл. 4.24
№ п/п	Основной этап	Возможный способ получения	Эскиз этапа изготовления МПП		
13	Прессование слоев	1.	Гидравлическое. 2.	Гидравлическое с вакуумированием. 3.	Вакуумное автоклавное		Слой МПП /	
14	Сверление и подготовка сквозных отверстий	1. Гидроабразивная обработка и под-травливание диэлектрика в отверстиях. 2. Промывка водной струей высокого давления и плазменная очистка отверстий		1. -| Ui -!	
					
15	Предварительная металлизация	1.	Магнетронное напыление. 2.	Химическое меднение 3..5 мкм. 3.	Химико-гальваническое меднение (3, 4 мкм + 5...7 мкм). 4.	Прямая металлизация	См. табл. 4.7, п. 5		
16	Подготовка поверхности	1. Суспензия пемзового абразива. 2. Подтравливание			
17	Получение защитного рельефа	Фотохимический метод: а)	органопроявляемый СПФ; б)	щелочепроявляемый СПФ	См. табл. 4.7, п. 7		
18	Электрохимическая металлизация	1. Гальваническое меднение и нанесение металлорезиста (олово—свинец или олово). 2. Гальваническое меднение и нанесение полимерного травильного резиста	См. табл. 4.7, п. 8		
19	Удаление защитного рельефа		См. табл. 4.7, п. 9		
20	Травление меди с пробельных мест с удалением травильного резиста	1. Травление с удалением металлорезиста. 2. Травление с удалением полимерного резиста	См. табл. 4.7, п. 10		
21	Нанесение паяльной маски	1. Фотохимический способ (СПФ-защита). 2. Сеткография	См. табл. 4.7, п. 11		
22	Нанесение покрытия на участки проводящего рисунка, свободные от маски	1.	Горячее лужение (сплав Розе). 2.	Химический никель — иммерсионное золото. 3.	Органическое защитное покрытие	См. табл. 4.7, п. 12		
23	Отмывка флюса				
24	Получение крепежных отверстий и обработка по контуру	1. Лазерная обработка. 2. Сверление отверстий и фрезерование по контуру	С		
25	Промывка	Ультразвуковая			
26	Контроль электрических параметров				
Многослойные ПП
201
Одним из узких мест МПП, изготовленных ММСО, является плохой контакт торцев контактных площадок внутренних слоев с металлизированным отверстием, что объясняется малой площадью контакта и наличием пленки эпоксидной смолы, наволакиваемой на стенки отверстий при сверлении. Для увеличения площади контакта и очистки отверстий перед металлизацией проводят операцию подтравливания диэлектрика в отверстиях (см. табл. 4.24, п. 14). Наиболее часто применяют последовательную обработку в серной и плавиковой кислотах или в их смеси. В результате этой обработки контактные площадки внутренних слоев частично обнажаются и выступают в отверстиях (рис. 4.31, о). После выполнения операций химического, гальванического меднения и нанесения металлорезиста значительно увеличивается площадь контакта контактных площадок внутренних слоев с металлизированным отверстием (рис. 4.31, б).
Рис. 4.31. Сечение отверстия МПП: а — с подтравленным диэлектриком до металлизации (7 — подтравленные препреги; 2 — подтравленный диэлектрик внутренних слоев МПП; 3 — выступающие контактные площадки внутренних слоев); б — с подтравленным диэлектриком после металлизации (7 — слой МПП; 2 — проводник внутреннего слоя; 3 — контактные площадки внутренних слоев МПП; 4 — слой химико-гальванической меди; 5 — слой металлорезиста; 6— проводник внешнего слоя; 7— препрег)
При изготовлении внутренних слоев МПП методом МСО применяют:
•	комбинированный позитивный метод — для двусторонних слоев с переходными отверстиями (см. табл. 4.7);
•	химический негативный метод — для слоев без отверстий (см. табл. 4.2);
•	тентинг-метод — для двусторонних слоев с переходными отверстиями.
Метод МСО разработан много лет назад и находится в постоянном развитии. С учетом последних разработок к особенностям приведенной технологической схемы метода МСО относятся:
•	применение лазера при получении переходных, крепежных отверстий и обработке по контуру (см. табл. 4.24, п. 24) для повышения точности и качества обработки;
202
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
•	подготовка поверхности слоев и пакетов водной суспензией пемзового абразива перед нанесением фоторезиста, а также перед прессованием, что исключает применение агрессивных сред, используемых при химической подготовке поверхности;
•	применение магнетронного напыления на стадии предварительной металлизации переходных и сквозных отверстий, которое заменяет использование токсичных растворов химической меди на сухой безотходный процесс;
•	применение прямой металлизации отверстий, исключающей процесс нанесения подслоя химической меди (см. разд. 5.5.2.1);
•	оксидирование и сушка в инертной среде для удаления влаги при подготовке слоев перед прессованием для повышения прочности и качества сцепления слоев;
•	применение плазменной очистки сквозных отверстий вместо подтравливания диэлектрика в смеси концентрированных серной и плавиковых кислот;
•	применение тентинг-процесса при изготовлении двусторонних слоев;
•	применение SMOTL или SMOBC-процессов при получении рисунка наружных слоев и сквозных металлизированных отверстий и др.
Достоинства ММСО:
•	возможность передачи наносекундных сигналов без искажения за счет наличия экранирующих слоев и изоляционных прокладок между сигнальными слоями;
•	короткие электрические связи;
•	возможность увеличения числа слоев без значительного возрастания продолжительности технологического цикла и стоимости;
•	возможность электрического экранирования;
•	устойчивость к внешним воздействиям и др.
Недостатки ММСО:
•	малая площадь контакта сквозного металлизированного отверстия с торцами контактных площадок внутренних слоев, что может привести к разрыву электрических цепей при пайке ЭРИ или в процессе эксплуатации при механических и термических воздействиях;
•	низкое качество химической меди, которую применяют в качестве подслоя перед гальваническим меднением элементов печатного рисунка;
•	значительная разница ТКЛР меди, диэлектрика и смолы и пр.
4.3.1.2.	Метод открытых контактных площадок
Особенностью конструкции МПП с открытыми контактными площадками является отсутствие электрической связи между слоями и ее появление только после установки и пайки выводов ЭРИ к контактным площадкам любого из слоев (рис. 4.32).
Каждый слой (их может быть более 20-ти) изготавливают на односто- . роннем фольгированном диэлектрике химическим негативным методом. Отверстия в слоях получают штамповкой. После сборки, совмещения и склеивания слоев клеем БФ-4 на специальном приспособлении обеспечивается доступ к контактным площадкам внутренних слоев. Для увеличения л
Многослойные ПП
203
Рис. 4.32. Конструкция МПП с открытыми контактными площадками:
/ — открытые контактные площадки; 2 — печатный проводник; 3 — слой диэлектрика
площади контакта диаметр контактной площадки должен быть больше диаметра отверстия.
К достоинствам МПП с открытыми контактными площадками следует отнести большое число слоев, ремонтопригодность, а к недостаткам — невысокий класс точности (3-й).
4.3.1.3.	МПП с выступающими выводами
В многослойных ПП с выступающими выводами электрическая связь между слоями выполняется с помощью печатных проводников внутренних слоев, отогнутых на наружный слой МПП и закрепленных изоляционными накладками (рис. 4.33).
Рис. 4.33. Конструкция МПП с выступающими выводами:
1 — накладка; 2 — контактная площадка; 3 — выступающий вывод; 4 — печатный проводник
К преимуществам данного метода данной конструкции относятся:
•	большое число слоев (до 15-ти);
•	высокая механическая прочность;
•	возможность параллельного выполнения операций.
4.3.1.4.	Метод попарного прессования
При изготовлении МПП методом попарного прессования (рис. 4.34) сначала получают две ДПП с металлизированными отверстиями комбинированным негативным методом, затем их прессуют вместе с размещенной между ними изоляционной склеивающей прокладкой. После сверления в полученном полупакете сквозных отверстий получают рисунок наружных слоев и сквозные металлизированные отверстия. Затем эти полупакеты прессуют, сверлят сквозные отверстия и получают рисунок наружных слоев и металлизированные отверстия комбинированным позитивным методом. Таким образом осуществляют электрические соединения между наружными и внутренними слоями МПП.
204
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Рис. 4.34. МПП, изготовленная методом попарного прессования
К недостаткам метода попарного прессования можно отнести:
•	длительный технологический цикл последовательного выполнения операций;
•	большое количество химико-гальванических операций и др.
4.3.1.5.	Метод послойного наращивания
При изготовлении МПП методом послойного наращивания (рис. 4.35) сначала на первый слой перфорированного диэлектрика напрессовывается медная фольга с одной стороны, затем проводится операция химико-гальванического меднения. При этом медь полностью заполняет отверстия в диэлектрике и осаждается на поверхности диэлектрика, свободной от медной фольги. На этом сформированном проводящем слое выполняется рисунок схемы химическим негативным методом. Затем напрессовывается второй слой перфорированного диэлектрика, проводится химико-гальваническое меднение отверстий и поверхности диэлектрика второго слоя, выполняется рисунок второго слоя и т. д. Связь между слоями осуществляется при помощи столбиков меди в отверстиях.
Рис. 4.35. МПП, изготовленная методом послойного наращивания
К преимуществам метода послойного наращивания относятся:
•	надежность межслойных соединений;
•	большое число слоев (до 10).
Недостатки метода послойного наращивания:
•	длительный технологический цикл;
•	невозможность использования ЭРИ со штыревыми выводами, так как в конструкции МПП отсутствуют отверстия;
•	высокая стоимость изготовления.
4.3.2. МПП прецизионные на фольгированном основании
Для изготовления прецизионных МПП на фольгированном основании применяют фольгированные диэлектрики с улучшенными техническими и эксплутационными характеристиками (толщина фольги которых составля-
Многослойные ПП
205
ет 5, 9, 12, 18 мкм). Использование тех же методов изготовления слоев, что и для МПП общего применения на фольгированном диэлектрике (SMOBS-процесс, тентинг-метод, химический негативный), но с применением тонкомерной фольги позволяет изготавливать МПП 5-го класса точности и выше (рис. 4.36).
Комбинированный позитивный (SMOBS-процесс)
Электрохимический (SMOBS-процесс)
Тентинг-метод
Комбинированный позитивный (SMOBS-процесс)
Электрохимический (SMOBS-процесс)
Тентинг-метод
Химический негативный для слоев без отверстий
Рис. 4.36. Методы изготовления прецизионных МПП на фольгированном диэлектрике
В табл. 4.25 приведены основные характеристики прецизионных МПП на фольгированном диэлектрике.
Таблица 4.25. Основные характеристики прецизионных МПП на фольгированном диэлектрике
Показатель	Характеристика
Область применения	Спецтехника, вычислительная техника, средства связи
Класс точности	5 и выше (3 проводника в шаге 2,5 мм)
Группа жесткости	IV
Рекомендуемые максимальные размеры, мм	360 X 280 у = 0,2
Материал основания	Стеклотекстолит фольгированный (йф = 5, 9; 12; 18 мкм)
Минимальный диаметр отверстия, мм	Переходное — 0,2; сквозное — 0,4
Минимальная ширина проводника, мм	0, 050...0.070
Тип производства	Мелкосерийное
Основные этапы изготовления прецизионных МПП на фольгированном диэлектрике приведены в табл. 4.26.
206
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Таблица 4.26. Основные этапы ТП изготовления прецизионных МПП на фольгированном диэлектрике
№ п/п	Основной этап ТП	Возможный способ получения	' - Эскиз этапа изготовления МПП
	Изготовление слоев	1.	Комбинированный позитивный метод — для двусторонних слоев с переходными отверстиями — SMOBS-процесс (см. табл. 4.7). 2.	Химический негативный метод — для слоев без отверстий (см. табл. 4.2). 3.	Тентинг-метод. 4.	Электрохимический метод (см. табл. 4.10)	
1	Входной контроль и термостабилизация диэлектрика		
2	Получение заготовок слоев	1.	Штамповка — С, КС. 2.	Резка - МС, С, КС- 3.	Лазерная резка	
3	Получение базовых и технологических отверстий	1. Штамповка — КС. 2. Сверление — МС, С, КС	
4	Получение переходных отверстий	1. Лазер. 2. Сверление	См. табл. 4.7, п. 4
5	Предварительная металлизация	1.	Магнетронное напыление. 2.	Химическое меднение 3...5 мкм. 3.	Химико-гальваническое меднение 8... 10 мкм. 4.	Прямая металлизация	См. табл. 4.7, п. 5
6	Подготовка поверхности	Суспензия пемзового абразива	
7	Получение защитного рельефа	Фотохимический способ: а)	СПФ лазерного экспонирования; б)	СПФ органопроявляемый; в)	СПФ щелочепроявляемый	См. табл. 4.7, п. 7
8	Электрохимическая металлизация	1. Гальваническое меднение и нанесение металлорезиста. 2. Гальваническое меднение и нанесение полимерного травильного резиста	См. табл. 4.7, п. 8
9	Удаление защитного рельефа		См. табл. 4.7, п. 9
10	Травление меди с пробельных мест	1. Травление и удаление металлорезиста. 2. Травление и удаление полимерного травильного резиста	См. табл. 4.7, п. 10
11	Подготовка поверхности слоев	1.	Оксидирование. 2.	Суспензия пемзового абразива. 3.	Электрохимическая обработка экранных слоев	
12	Сушка	1. Термическая. 2. В инертной среде	
13	Прессование слоев	1. Гидравлическое. 2. Гидравлическое с вакуумированием	См. табл. 4.24, п. 13
14	Сверление и подготовка сквозных отверстий	Очистка под высоким давлением и плазменная очистка	См. табл. 4.24, п. 14
Многослойные ПП
207
Окончание табл. 4.26
№ п/п	Основной этап ТП	Возможный способ получения	Эскиз этапа изготовления МПП
15	Предварительная металлизация	1.	Магнетронное напыление. 2.	Химическое меднение 3...5 мкм. 3.	Химико-гальваническое меднение 5...10 мкм. 4.	Прямая металлизация	См. табл. 4.7, п. 5
16	Подготовка поверхности	1. Суспензия пемзового абразива. 2. Подтравливание	
17	Получение защитного рельефа	Фотохимический способ: а) органопроявляемый СПФ; б) шелочепроявляемый СПФ	См. табл. 4.7, п. 7
18	Электрохимическая металлизация	1. Гальваническое меднение и нанесение металлорезиста (олово—свинец, олово, никель). 2. Гальваническое меднение и нанесение полимерного травильного резиста	См. табл. 4.7, п. 8
19	Удаление защитного рельефа		См. табл. 4.7, п .9
20	Травление меди с пробельных мест с удалением травильного резиста	1. Травление с удалением металлорезиста. 2. Травление с удалением полимерного резиста	См. табл. 4.7, п. 10
21	Нанесение защитной паяльной маски	1. Фотохимический способ (СПФ-защита). 2. Сеткография	См. табл. 4.7, п. 11
22	Нанесение покрытия на участки проводящего рисунка, свободные от маски	1.	Горячее лужение (сплав Розе, ПОС-61). 2.	Химический никель—иммерсионное золото. 3.	Органическое защитное покрытие	См. табл. 4.7, п. 12
23	Отмывка флюса		
24	Получение крепежных отверстий и обработка по контуру	1. Лазерная обработка. 2. Сверление отверстий и фрезерование по контуру	
25	Промывка	Ультразвуковая	
26	Контроль электрических параметров		
Примечание. С — серийное производство; КС — крупносерийное производство; МС — мелкосерийное производство.
Приведенная последовательность ТП изготовления прецизионных МПП во многом совпадает с ТП изготовления МПП общего применения на фольгированном диэлектрике, но отличается:
•	толщиной фольги применяемых фольгированных диэлектриков 5, 9, 12, 18 мкм;
•	применением SMOBS-процесса для изготовления слоев;
•	применением лазера при раскрое заготовок для повышения точности и производительности процесса изготовления;
208
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
•	применением тонких СПФ с высоким разрешением и гальваностойкостью;
•	применением фотошаблонов (ФШ) с резкостью края изображения 3...4 мкм;
•	применением (как вариант) СПФ лазерного экспонирования для получения защитного рельефа, что исключает использование ФШ;
•	проведением предварительной металлизации поверхности фольгированной заготовки и отверстий на минимальную толщину 8... 10 мкм;
•	увеличением числа контрольных операций;
•	применением метода прямой металлизации без химического меднения отверстий.
Применение диэлектриков с тонкомерной фольгой (5, 9 мкм) при изготовлении слоев МПП по SMOBS-процессу с использованием в качестве металлорезиста сплава олово—свинец с последующим его удалением и нанесением паяльной маски по «голой» меди обеспечивает получение проводящего рисунка с минимальной шириной проводников и расстояний между ними порядка 50 мкм при толщине проводников 5...9 мкм и 100... 125 мкм при толщине проводников 40...50 мкм [37].
4.3.3.	МПП общего применения на нефольгированном основании
В качестве материала основания МПП применяют тонкий нефольгированный диэлектрик, с протектором. Методы изготовления МПП общего применения на нефольгированном диэлектрике представлены на рис. 4.37.
Основные характеристики МПП общего применения на нефольгированном диэлектрике представлены в табл. 4.27.
Таблица 4.27. Основные характеристики МПП общего применения на нефольгированном диэлектрике
Показатель	Характеристика
Область применения	Вычислительная техника, средства связи, спецтех-ника
Класс точности	4 (2 проводника в шаге 2,5 мм)
Группа жесткости	IV
Рекомендуемые максимальные размеры, мм	300 x 400 7 = 0,25
Материал основания	Нефольгированный стеклотекстолит с протектором
Минимальный диаметр отверстия, мм	Переходное — 0,4, сквозное — 0,6
Минимальная ширина проводника, мм	0,15
Тип производства	Мелкосерийное, серийное, крупносерийное
В табл. 4.28 приведена последовательность ТП изготовления МПП общего применения на нефольгированном диэлектрике, в котором слои получают электрохимическим (полуаддитивным) методом.
Многослойные ПП
209
Электрохимический (SMOBS-процесс)
Фотоформирование односторонних и двусторонних слоев с (без) переходными отверстиями
Электрохимический (SMOBS- или SMOTL-процессы)
Фотоформирование
Рис. 4.37. Методы изготовления МПП общего применения на нефольгированном диэлектрике
Таблица 4.28. Основные этапы ТП изготовления МПП общего применения на нефольгированном диэлектрике
№ п/п	Основной этап ТП	Возможный способ получения	Эскиз этапа ТП изготовления
	Изготовление слоев	1. Электрохимический (SMOBS-процесс). 2. Фотоформирование односторонних и двусторонних слоев с (без) переходными отверстиями	
1	Входной контроль и термостабилизация диэлектрика		
2	Получение заготовок слоев	1. Штамповка. 2. Резка	
3	Получение базовых и технологических отверстий	1. Штамповка. 2. Сверление	
4	Получение переходных отверстий	Лазер. Сверление	См. табл. 4.7, п. 4
5	Подготовка поверхности слоев	Физические методы. Химические методы	
6	Предварител ьная металлизация	Магнетронное напыление. Химическое меднение 3...5 мкм. Химико-гальваническое меднение 5... 10 мкм. Прямая металлизация	См. табл. 4.7, п. 5
8	Подготовка поверхности	Суспензия пемзового абразива	
9	Получение защитного рельефа	Фотохимический способ: а) СПФ органопроявляемый; б) СПФ щелочепроявляемый	См. табл. 4.7, п. 7
Далее — см. табл. 4.26, начиная с п. 8.			
210
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Другим вариантом изготовления внутренних слоев является метод фотоформирования (разновидность аддитивного метода), в котором отсутствует операция травления меди с пробельных мест, а элементы печатного рисунка селективно наносят на нефольгированный диэлектрик. При этом фоточувствительный слой (фотоактйватор, он же — фотопромотор) наносят вместо фоторезиста на подготовленную поверхность; рисунок схемы получают путем химического толстослойного наращивания меди по проявленному изображению схемы.
4.3.4.	МПП прецизионные на нефольгированном основании
Внутренние слои прецизионных МПП на нефольгированном диэлектрике изготавливают электрохимическим (полуаддитивным) методом или методом ПАФОС (полностью аддитивное формирование отдельных слоев). Для изготовления слоев электрохимическим методом применяют тонкий нефольгированный стеклотекстолит с протектором и нефольгированный полиимид. На рис. 4.38 представлены методы изготовления прецизионных МПП на нефольгированном диэлектрике.
В табл. 4.29 приведены основные характеристики прецизионных МПП на нефольгированном диэлектрике, изготовленных электрохимическим методом (SMOBS-процесс).
Таблица 4.29. Основные характеристики прецизионных МПП на нефольгированном диэлектрике изготовленных электрохимическим методом (SMOBS-процесс)
Показатель	Характеристика
Область применения	Вычислительная техника, спецтехника
Класс точности	5 (3 проводника в шаге 2,5 мм)
Группа жесткости	IV
Рекомендуемые максимальные размеры, мм	540 х 460
Материал основания	Нефольгированный стеклотекстолит с протектором; полиимцд нефольгированный с адгезионным слоем и протектором
Минимальный диаметр отверстия, мм	Переходное — 0,2; сквозное — 0,4; у = 0,1
Минимальная ширина проводника, мм	0,050
Тип производства	Мелкосерийное
На рис. 4.39 представлена структурная схема ТП изготовления прецизионных МПП на нефольгированном основании.
Основные этапы изготовления внутренних слоев электрохимическим методом представлены в табл. 4.28, различные варианты исполнения которого были приведены в табл. 4.10, 4.11 и 4.22, поэтому более подробно рассмотрим метод ПАФОС.
Многослойные ПП
211
Рис. 4.38. Методы изготовления прецизионных МПП на нефольгированном диэлектрике
Рис. 4.39. Структурная схема ТП изготовления прецизионных МПП на нефольгированном основании
4.3.5.	МПП изготовленные методом ПАФОС
Метод ПАФОС применяют для получения МПП с проводниками и расстояниями между ними порядка 50... 100 мкм при толщине 30...50 мкм. Основные характеристики МПП, изготовленные методом ПАФОС приведены в табл. 4.30.
При изготовлении МПП методом ПАФОС печатный рисунок слоя полностью формируют аддитивным методом селективно по рисунку на заготовке из нержавеющей стали толщиной 0,5...0,8 мм. Затем проводящий рисунок впрессовывают в изоляционный слой на всю толщину проводника, после чего спрессованный слой механическим способом отделяют от временного носителя. Геометрия проводников определяется только рисун
212
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
ком в пленочном фоторезисте (СПФ); изоляцию селективно формируют между проводниками в слое и между проводниками слоев (табл. 4.31).
Таблица 4.30. Основные характеристики МПП, изготовленные методом ПАФОС
Показатель	Характеристика
Элементная база	Микросборки
Область применения	Спецтехника
Класс точности	5 и выше
Группа жесткости	I—IV
Рекомендуемые максимальные размеры, мм	600 X 600
Материал временного носителя	Нержавеющая сталь (Л = 0,5, 0,8 мм)
Минимальная ширина проводника, мм	0,050
Тип производства	Единичное
Для формирования проводников на временном носителе применяют один из следующих способов:
•	электрохимическое осаждение меди и никеля по рисунку в СПФ (см. табл. 4.31);
•	химическое осаждение металлов;
•	магнетронное напыление;
•	ионно-плазменное осаждение.
Для формирования изоляции можно применить:
•	прессование (см. табл. 4.31);
•	полив (см. 2-й вариант метода ПАФОС);
•	электронно-лучевой способ полимеризации (см. 2-й вариант метода ПАФОС).
В качестве изоляционного материала можно использовать:
•	стеклоткань, пропитанную полимером (препрег), например, стеклоткань СТП-4-0,025 (см. табл. 4.31);
•	жидкий полимер и др.
Форма, размеры и точность получения проводящего рисунка зависят от точности получения защитного рельефа, для получения которого применяют следующие способы:
•	фотохимический способ с СПФ органопроявляемого или водощелочного проявления (см. табл. 4.31);
•	экспонирование или лазерное гравирование СПФ (см. 2-й вариант метода ПАФОС);
•	механическое гравирование диэлектрика.
В табл. 4.31 приведены основные этапы одного из вариантов изготовления внутренних слоев и МПП методом ПАФОС.
На этапе 6 табл. 4.31 завершается процесс формирования проводников, ширина и форма боковых стенок которых полностью повторяют рисунок в виде освобождений в СПФ.
Многослойные ПП
213
1
Таблица 4.31.Основные этапы ТП изготовления МПП методом ПАФОС (1-й вариант)
№ п/п	Основной этап ТП	Возможный способ получения	Эскиз этапа ТП изготовления МПП		
1	Получение заготовки из нержавеющей стали (временного носителя)	Штамповка			
2	Получение базовых (фиксирующих) отверстий	Сверление			
3	Предварительная металлизация (осаждение шины)	Гальваническое меднение (15 мкм)		Гальваническая медь	
4	Получение защитного рельефа	Фотохимический способ с СПФ органопроявляемым или водощелочного проявления		СПФ	
5	Металлизация электрохимическая	Электрохимическое осаждение никеля или золота (2 мкм) и электрохимическое меднение (25 мкм и более на толщину СПФ)		Медь Никель	
6	Удаление защитного рельефа				
7	Прессование		!	|	V/ V<XXV<X>XXXV<V<XXVe<X шш. 4XV<XXXV<V<AWV<XXV<V <W<XXXVCW4XXVW<V ШШШк VW<W<VCCWWW<	►
8	Отделение слоя от временного носителя	Механический способ			
9	Травление медной шины с заготовки внутреннегр слоя МПП (если слой без отверстий)		Слой МПП		
10	Прессование слоев			 1 1	
11	Получение сквозных отверстий			1 II ' "1	
Далее — см. табл. 4.7, начиная с п. 5; электрохимический SMOBS-процесс или тентинг-метод.
214
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
На этапе 7 между заготовками слоев прокладывают препрег (стеклоткань пропитанная полимером), нагревают и проводят двухступенчатое прессование, в результате которого получают селективно формируемую изоляцию между проводниками в слое.
На этапе 8 осуществляют механическое отделение слоя от временного носителя с незначительным усилием, так как сила сцепления сплошного тонкого слоя меди (шины) с поверхностью носителя достаточно мала. В отделенных слоях находятся утопленные в изоляции проводники, контактные площадки для внутренних межслойных и сквозных переходов.
Травление медной шины (этап 9) выполняют в том случае, если логические слои изготавливают без переходных отверстий (межслойных переходов), а также для экранных слоев, т. е. после травления шины получают готовые слои. В случае изготовления двусторонних логических слоев с переходными отверстиями перед травлением медной шины получают металлизированные отверстия с контактными площадками комбинированным позитивным методом (см. табл. 4.7), причем, если в качестве металлорезиста используют сплав олово—свинец, то его удаляют с проводящего рисунка, если применяют золото или никель — их оставляют на слоях из-за хорошей адгезии со смолой при прессовании слоев. Толщина меди в отверстии составляет 35...40 мкм. После прессования слоев рисунок наружных слоев и металлизацию сквозных отверстий получают электрохимическим (SMOBS-процесс) или тентинг-методом.
Преимущества аддитивного метода ПАФОС:
•	для изготовления слоев не используют фольгированный диэлектрик, а только медные аноды, стеклоткань и другие материалы, что обеспечивает высокую размерную стабильность слоев (более чем в 3 раза выше, чем у фольгированного диэлектрика);
•	высокая разрешающая способность;
•	высокая точность получения проводящего рисунка с незначительным разбросом размеров;
•	возможность формирования проводников и изоляции требуемой толщины;
•	высокое объемное удельное и поверхностное сопротивление изоляции;
Вторым вариантом изготовления МПП методом ПАФОС является метод с использованием лазерной технологии и радиационного отверждения (электронно-лучевого) изоляции, который состоит из следующих основных этапов (рис. 4.40).
1.	Получение временного носителя из нержавеющей стали и нанесение гальванической меди (рис. 4.40, а).
2.	Формирование изоляции слоя электронно-лучевым способом осуществляют следующим образом:
•	наносят тонкий слой полимера валковым способом или поливом;
•	защищают полимер лавсановой пленкой для предотвращения соприкосновения полимера с воздухом;
•	облучают пучком быстрых электронов; в результате облучения полимер мгновенно полимеризуется;
•	отслаивают лавсановую пленку.
Многослойные ПП
215
обе	г
Рис. 4.40. Основные этапы изготовления МПП методом ПАФОС с использованием лазерной технологии: а — получение временного носителя (1 — медь; 2 — носитель); б — формирование изоляции слоя электронно-лучевым способом (1 — пучок быстрых электронов; 2 — лавсановая пленка; 3 — жидкий полимер; 4 — медь; 5 — носитель); в — формирование рисунка проводников (7 — металлорезист; 2 — медь; 3 — полимер; 4 — медь; 5 — носитель); г — получение слоя МПП (7 — пучок быстрых электронов; 2 — лавсановая пленка; 3 — полимер; 4 — полимер, полученный на втором этапе; 5 — медь; 6 — носитель)
3.	Формирование рисунка проводников в полимере выполняют в нижеприведенной последовательности:
•	гравируют рисунок проводников в полимере пучком лазера по программе на лазерной установке;
•	осуществляют электрохимическое осаждение металлорезиста по рисунку (освобождение в диэлектрике);
•	проводят электрохимическое осаждение меди на всю толщину диэлектрика.
4.	Получение слоя МПП:
•	наносят жидкий слой полимера на заготовку слоя со стороны проводников;
•	защищают полимер лавсановой пленкой;
•	полимеризуют полимер;
•	снимают лавсановую пленку;
•	отслаивают временный носитель;
•	стравливают медные шины.
Преимущества метода ПАФОСА с использованием лазерной технологии:
•	возможность формирования прецизионного проводящего рисунка схем с проводниками шириной 50 мкм;
•	отсутствуют процессы изготовления фотошаблона;
•	отсутствуют фотолитографические процессы;
•	возможна автоматизация процесса;
•	высокая производительность процесса.
Для достижения высокой плотности рисунка слоев независимо от метода изготовления необходимо следующее прецизионное оборудование: фотоплоттеры; установки экспонирования; установки проявления СПФ; химико-гальванические линии; прессы; сверлильные станки; установки электрического и визуального контроля.
4.3.6.	Гибкий ТП изготовления крупноформатных прецизионных МПП
Гибкость ТП заключается в изготовлении МПП методом МСО, используя в различных сочетаниях со слоями, изготовленными из фольгированного диэлектрика с фольгой различной толщины (в зависимости от конструктивных особенностей плат), отдельные слои, полученные методом полностью аддитивного формирования (ПАФОС).
216 Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Методом ПАФОС изготавливают логические слои без межслойных переходов и с переходами с шириной проводников менее 0,15 мм с заданным допустимым разбросом по ширине.
Электрохимическим методом из фольгированного диэлектрика с толщиной фольги 5...9 мкм изготавливают логические слои без переходов и с переходами с шириной проводников 0,15...0,2 мм.
Комбинированным позитивным методом из фольгированного диэлектрика с толщиной фольги 20 или 35 мкм изготавливают общие (экранные) слои и логические слои с шириной проводников более 0,2 мм и с разбросом более ±0,05 мм.
Преимущества гибкого ТП:
•	высокая точность получения рисунка печатных элементов по 5-му классу точности;
•	обеспечение заданного допуска на волновое сопротивление линий связи сигнальных слоев для МПП;
•	изготовление МПП с отношением толщины к диаметру металлизированного отверстия 5:1.
4.3.7.	Многослойные керамические платы
Многослойные керамические платы (МКП) характеризуются высокой теплопроводностью (в 21 раз превышающем теплопроводность стеклотекстолита), а также низкими диэлектрическими потерями, поэтому их можно использовать для передачи высокочастотных сигналов.
Многослойные керамические платы состоят из чередования проводниковых и изоляционных слоев. В зависимости от конструкции и технологии изготовления различают несколько исполнений МКП: платы с раздельным спеканием печатных слоев, с одновременным спеканием керамических слоев, с одновременным спеканием печатных слоев.
Схема ТП изготовления МКП с одновременным спеканием печатных слоев
1.	Изготовление шликера на основе керамического материала ВК94-1, порошок которого смешивают с порошком стекла, органическим связующим веществом и растворителем.
2.	Литье пленки толщиной 0,2 мм.
3.	Сушка.
4.	Изготовление заготовок слоев.
5.	Пробивка базовых отверстий в заготовках слоев;
6.	Получение отверстий в слоях для межслойных переходов 0,4 мм (штамповка).
7.	Метшишзаи ия слоев через трафарет и заполнение отверстий пастой на основе вольфрама или молибдена.
8.	Сушка.
9.	Сборка, прессование слоев в монолит при температуре 75 °C и отжиг при температуре 1500 °C, поэтому проводники делают из паст, содержащих тугоплавкие материалы, хотя они имеют удельное объемное сопротивление почти в три раза больше, чем у меди.
Многослойные ПП
217
10.	Обрезка монолита в атмосфере водорода. :
11.	Химическое или электрохимическое никелирование контактных площадок.
12.	Контроль электрических параметров.
13.	Лужение контактных площадок.
Преимуществами данной конструкции МКП и технологии изготовления являются:
•	высокая адгезия контактных площадок;
•	малая паразитная емкость между проводниками (0,85...1,1 пФ/см);
•	возможность двустороннего монтажа ЭРИ и ПМК;
•	короткий цикл изготовления;
•	низкая трудоемкость;
•	параллельно-последовательное выполнение операций ТП.
Недостатками являются:
•	разброс величины усадки материала от партии к партии;
•	сложность оборудования, свойственная керамическому производству.
4.3.8.	МПП для поверхностного монтажа
Для поверхностно-монтируемых компонентов (ПМК) необходимо создание прецизионных МПП с ТКЛР, соизмеримым с ТКЛР ЭРИ в микрокорпусах — ПМК [42, 43]. Такие платы должны обеспечивать: компенсацию механических деформаций в паяных соединениях, вызванную различием ТКЛР ПП и микрокорпусов ПМК; теплоотвод при повышенной рассеиваемой мощности; механическую жесткость основания для исключения деформаций в процессе сборки, транспортирования, высокую плоскостность и т. д., а также высокую плотность межсоединений.
Высокая плотность межсоединений достигается либо уменьшением ширины проводников и расстояний между ними, либо путем создания многослойных конструкций ПП с числом слоев до 20-ти и более.
Проблема теплоотвода от микрокорпусов ПМК решается либо путем использования радиаторов и принудительного охлаждения, либо применением общего металлического основания.
Совместимость ПП с микрокорпусами по ТКЛР, который равен (5...7)  Ю^’С-1, обеспечивается путем создания специальных конструкций МПП, таких как:
•	платы с металлической основой, имеющие низкий ТКЛР;
•	эпоксидные и полиимидные многослойные подложки, армированные кварцевым, графитовым или фирменным волокном Kevlar;
•	гибкие эластомерные покрытия (тефлон, силиконовые и полиуретановые смолы) наносимые на поверхность обычных многослойных материалов, которые воспринимают деформацию сдвига;
•	нанесение бугорков припоя на контакты керамических микрокорпусов для увеличения высоты слоя припоя, что необходимо для уменьшения напряжения в паяных соединениях.
Наиболее широко применяются МПП из слоистых диэлектриков с металлическими сердечниками.
218
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Для изготовления МПП из стеклоэпоксидных и стеклополиимидных диэлектриков применяются конструкции, в которых диэлектрические слои чередуются со слоями из композиционных металлических материалов (металлических сердечников). Чаще всего применяют молибден и инвар (никель 36 и железо 64 %), плакированные медью; инвар, покрытый фарфоровой эмалью, сплав Allow 42 (никель 42 и железо 52 %).
4.3.8.1.	МПП с инваровыми слоями
Первоочередное развитие получила технология изготовления МПП с инваровыми слоями. Достоинством материала медь—инвар—медь, имеющего ТКЛР равный (2...3) • 10"* °C*1, является возможность регулировать величину ТКЛР, изменяя соотношение значения толщины медного покрытия и толщины самого инварового сердечника. Чем больше толщина инвара, тем меньше ТКЛР. Инваровый слой обеспечивает механическую жесткость конструкции в 8—20 раз выше, чем у конструкции без металлических слоев, что очень важно при 3—8-кратном увеличении плотности размещения микросхем, которое на МПП без металлических сердечников вызывает деформацию МПП в процессе сборки; повышает устойчивость к термоциклам в 1000 раз при изменении температуры от -55 до +125 °C.
В конструкции МПП слои инвара выполняют функции шин «земля-питание», теплоотвода и экранирования логических цепей. Основные характеристики МПП с инваровыми слоями приведены в табл. 4.32.
Диэлектрические слои изготавливают из фольгированного стеклотекстолита с толщиной фольги 35 мкм химическим негативным методом, металлические слои — из стальной ленты марки 36Н. Для склеивания слоев применяют прокладочную стеклоткань.
Таблица 4.32. Основные характеристики МПП с инваровыми слоями
Показатель	Характеристика
Элементная база	ПМК
Область применения	Спецтехника, вычислительная техника
Класс точности	3; 4
Группа жесткости	IV
Рекомендуемые максимальные размеры, мм	550 х 450
Материал основания	1.	Фольгированный стеклотекстолит (Аф = 35 мкм). 2.	Полиимид фольгированный (Аф = 35 мкм). 3.	Металлический слой: а) сталь 36Н; б) сталь 36Н, плакированная медью. 4.	Стеклоткань прокладочная
Толщина металлического слоя, мм	0,1...0,15
Минимальный диаметр отверстия, мм	0,4 (металлизированное)
Минимальная ширина проводника, мм	0,2
Количество металлических слоев	Не более 2
Тип производства		Мелкосерийное, серийное	|
Многослойные ПП
219
Слои из инвара могут быть изготовлены следующими способами:
1-й способ. На стальную ленту наносят защитный рельеф, проводят операцию травления окон в кислых травильных растворах, затем выполняют электрохимическое меднение на толщину 25...35 мкм.
2-й способ. Перфорированные слои из плакированного медью инвара получают путем лазерного фрезерования окон. Особое внимание уделяют подготовке слоев из инвара перед прессованием для получения хорошей адгезии с диэлектриком.
На рис. 4.41 представлена структурная схема изготовления МПП с ин-варовыми слоями.
Рис. 4.41. Структурная схема изготовления МПП с инваровыми слоями
220
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Недостатком МПП с инваровыми слоями является увеличение массы в два раза по сравнению с МПП без металлических слоев.
4.3.8.2.	МПП на полиимидно-эпокси-кевларовом основании
Многослойные ПП на полиимидно-эпокси-кевларовом основании имеют низкий ТКЛР порядка (6...8) • Ю € °C'1. Наружные слои для таких МПП изготавливают из фольгированного полиимида с толщиной фольги йф = 35 мкм, внутренние слои — фольгированный диэлектрик на основе эпоксидной смолы и армирующего волокна Kevlar йф = 35 мкм. Склеивающая прокладка представляет собой стеклоткань, пропитанную полиимид-ной смолой.
Основные характеристики МПП на полиимидно-эпокси-кевларовом основании приведены в табл. 4.33.
Таблица 4.33. Основные характеристики МПП на полиимидно-эпокси-кевларовом основании
Показатель	Характеристика	I
Элементная база	ПМК
Область применения	Спецтехника, средства связи, вычислительная техника
Класс точности	3; 4
Группа жесткости	
Рекомендуемые максимальные размеры, мм	550 х 450
Материал основания	Наружные слои — полиимид фольгированный (йф = 35 мкм). Внутренние слои — фольгированный диэлектрик на основе эпоксидной смолы и армирующего волокна Kevlar (йф = 35 мкм). Стеклоткань, пропитанная полиимидной смолой
Минимальный диаметр отверстия, мм	0,4 (металлизированное)
Минимальная ширина проводника, мм	0,2
Тип производства	Мелкосерийное
Внутренние слои из фольгированного диэлектрика на основе эпоксидной смолы и армирующего волокна Kevlar и наружные — из фольгированного полиимида изготавливают химическим негативным методом.
Структурная схема ТП изготовления МПП на кевларовом основании приведена на рис. 4.42.
По сравнению с МПП с инваровыми слоями МПП с кевларовыми слоями имеют меньшую массу, но повышенную деформацию, низкий теплоотвод и пониженную устойчивость к термоциклам.
Многослойные ПП
221
Рис. 4.42. Структурная схема ТП изготовления МПП на кевларовом основании
4.3.8.3.	Метод наращивания перераспределительных слоев
В последнее время в мире возросли технические требования к качеству ПП и экологической безопасности их производства, что связано с применением ПМК и технологии поверхностного монтажа. Конструкция и технология изготовления ПП практически полностью определяется элементной базой и способами ее монтажа. В технологии сборки электронных модулей на ПП в настоящее время применяют следующую элементную базу [44]:
• традиционные выводные компоненты или компоненты «в отверстия»
(IMC или ТНТ), включающие:
1)	пассивные компоненты с осевыми (аксиальными) выводами;
2)	пассивные и активные компоненты с радиальными выводами;
3)	ИМС в корпусах 1-, 2- (DIP-корпусах), 3- и 4-го типа;
222
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
• ПМК (SMC или SMD), к которым относятся:
1)	пассивные чип-компоненты в корпусах, различающихся по размеру, например, 0805, 0605, MELF;
2)	ИМС в базовых технологических корпусах SO, PLCC, OFP, BGA и т. д.;
•	бескорпусные ИМС, для монтажа которых применяют специализированные технологии, которые еще не являются стандартом (tape automated bonding — TAB, flip chip-FC, COB, DCA и др.).
•	нестандартные компоненты (odd form components — OFC), такие как соединители, разъемы, трансформаторы, колодки, держатели, экраны и пр.
Рост функциональности на единицу площади требует от конструкторов-технологов ЭА увеличения количества соединений на единицу площади ПП. Для реализации высокого уровня плотности соединений разработано много новых упаковочных технологий (корпусов) ЭРИ и ПМК в микрокорпусах с большим числом выводов (1000 и более) и малым шагом расположения выводов 0,25...0,5 мм [45]. К таким упаковочным технологиям относятся следующие технологии:
•	СОВ (chip on board) — чип на плате или технология «открытой матрицы»;
•	FP (flip chip) — перевернутый кристалл;
•	CSP (chip scale packaging или chip size packages) — кристалло-соразмерный корпус или микрокорпус в размер кристалла;
•	BGA (ball grid arrays) — матрица шариковых выводов;
•	МСМ (multichip modults) — многочиповый модуль;
•	DCA (direct chip attach) — прямое присоединение чипа;
•	СОС (chip on chip) — чип на чипе и др.
Основной тенденцией производства ЭА является переход от технологии сквозных отверстий (through — hole technology — ТНТ) к технологии поверхностного монтажа (surface mounted technology — SMT) и внутри нее — к fine pitch technology (FPT), BGA, CSP, МСМ и др. Использование технологии поверхностного монтажа (SMT-технологии) существенно увеличивает плотность монтажа, что наглядно демонстрирует приведенное в табл. 4.34 сравнение некоторых конструктивных параметров ПП и ЭРИ для технологии монтажа в отверстия, поверхностного монтажа и FPT-технологии.
Сравнительная характеристика некоторых корпусов представлена в табл. 4.35 [46].
Поскольку конструкция корпуса ЭРИ и ПМК непосредственно влияет на конструкцию и технологию изготовления ПП, рассмотрим особенности наиболее широко применяемых в настоящее время в ЭА корпусов микросхем подробнее.
В настоящее время широко используются микросхемы в пластиковых корпусах QFP с малым и сверхмалым шагом выводов от 0,4 до 0,25 мм (мелкошаговые); общемировое их потребление постоянно растет. Число дефектов корпусов QFP с шагом 0,5 мм составляет порядка 150—200 дефектов на 1 млн (Defect per Million — DPM) или 0,005 % брака. Однако установочная площадь корпуса QFP в несколько раз больше, чем у корпуса FC (см. табл. 4.35).
Многослойные ПП
223
Таблица 4.34. Конструкторские параметры ПП, изготовленных по традиционной ТНТ-, SMT- и FPT-технологии
Конструкторские параметры ПП	Технология		
	ТНТ	SMT	FPT
Шаг, мм	2,54	1,25	0,63
Число выводов ЭРИ	8-64	8-124	84-244
Допустимый допуск, мм	0,25	0,125	0,05
Проводники/зазор, мм	0,3	0,15	0,125
Контактные площадки, мм	1,5	0,75	0,63
Отверстия, мм	1,0	0,4	0,4
Ширина пояска КП, мм	0,25	0,2	0,125
Таблица 4.35. Сравнение установочных площадей корпусов ПМК с корпусом QFP
Конструкция корпуса ПМК	Тип корпуса ПМК	Установочная площадь ПМК, мм2	Площадь, занимаемая корпусом ПМК относительно QFP, %
30 мм	QFP	900	100
	BGA	530	59
15 мм _	CSP	225	25
13 мм 	-Г	СОВ	169	19
11 мм	Flip-Chip	121	13
Сегодня основной технологией производства корпусов за рубежом является технология BGA, что связано с большим количеством каналов вво-да/вывода микросхемы. Различают четыре основных типа корпусов BGA: пластиковые, керамические ленточные и металлические. В них устранены недостатки корпусов QFP (уменьшены размеры, увеличено число контактов и производительность блока). Отмечается значительное увеличение плотности ПП (примерно на 59 %) по сравнению с QFP. Кроме того, эти корпуса более прочные, проще в изготовлении, чем мелкошаговые QFP. Однако использование корпуса BGA оправдано, если количество каналов ввода/вывода микросхемы превышает 256. Для таких компаний, как Intel, LSI Logic, Texas instruments и VLSI Technology, производящих изделия с мини- или микро-BGA, с шагом 0,75 мм, происходит сближение понятий между BGA, мини-BGA и микро-BGA. Поэтому важно отметить, что возможности ТП изготовления и аппаратной части для BGA позволяют уменьшить шаг до 0,5 мм и менее. Число дефектов корпусов BGA составляет около 3—10 DPM (на 1 млн). Для монтажа корпусов BGA плотность межслойных переходов должна быть не менее 310 переходов/см2.
224
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Корпуса CSP, известные так же как микро-BGA или мини-BGA, представляют собой промежуточную ступень между BGA и перевернутым кристаллом (флип-чип). Сборка CSP представляет собой установку бескор-пусного кристалла обратной стороной непосредственно на ПП, используя адгезив на основе эпоксидной смолы. После сборки выполняется присоединение золотой (термозвук), либо алюминиевой (ультразвук) проволокой контактной площадки каждого вывода к ПП. Затем проводится контроль, после которого компоненты и проводящие соединения полностью заливаются эпоксидной смолой.
К техническим проблемам установки бескорпусного компоновочного узла кристалла на ПП относится большое различие в ТКЛР (coefficient of thermal expansion — CTE) кристалла и ПП. ТКЛР кремниевого кристалла составляет (2,5...3) • КГ6‘С-1, а стандартной ПП — (16...20) • КГ6’С"1. Следовательно, место сопряжения чипа и ПП является потенциальным источником отказов, которое подвергается относительно высоким температурам не только при креплении кристалла, но и при включении и выключении устройства, при которых он также может подвергаться множественным температурным циклам. В результате чего в месте сопряжения могут создаваться остаточные напряжения.
Основные компании по сборке полупроводников, включая Amkor/ Anam, STATS, ASE, Intel, LSI logic, Texas Instruments и Matsushita, в настоящее время осуществляют массовый выпуск CSP и в некоторых случаях цены на эти корпуса соизмеримы с ценами на PBGA.
Размер корпуса CSP обычно превышает размер самого кристалла не более чем на 20 %. Наибольшее применение корпуса CSP нашли в микросхемах памяти (особенно флэш), управления (аналого-цифровые преобразователи, микроконтроллеры, логические схемы с малым количеством каналов ввода/вывода), цифровой обработки, а также в микросхемах специального назначения (ASIC) и микропроцессорах. Однако широкое применение CSP ожидается через несколько лет, вследствие недостаточной их надежности и конкурентоспособной цены в настоящее время.
Перед креплением кристалла в корпус СОВ моделируют остаточные напряжения, которые могут возникнуть в месте сопряжения кристалла с ПП, для определения адгезива с соответствующими свойствами и толщины, необходимой для поглощения напряжений. Причинами снижения надежности СОВ являются проволочное соединение кристалла с ПП, термообработка и охлаждение герметика, в результате которых могут возникнуть температурные напряжения между герметиком и кристаллом и герметиком и ПП.
В перевернутом кристалле (флип-чип — flip chip — FC) достигнута наивысшая плотность монтажа корпуса. Кристалл крепится лицевой стороной вниз, используя капли припоя или проводящих полимеров, непосредственно на ПП. Эта технология является наиболее компактной из всех новых технологий (корпус занимает всего 13 % площади эквивалентного корпуса QFP).
Преимущества флип-чипа:
•	экономия места на ПП (малая установочная площадь);
•	незначительная высота и масса;
Многослойные ПП
225
•	сокращение длины соединений, что улучшает электрические параметры;
•	уменьшение числа соединений, что сокращает количество мест потенциальных отказов.
Недостатки флип-Ципа:
•	необходимость высокой плотности рисунка схемы ПП под посадочное место для флип-чипа, что повышает стоимость ПП;
•	большие затраты на технологию прикрепления полусферических выводов к кристаллу;
•	сложность подбора флюса и адгезивов в зависимости от вида флип-чипа и подложки;
•	сложность ремонта ПП с их применением;
•	низкий уровень выхода годных флип-чипов;
•	сложность распределения тепловой энергии для обеспечения надежности ФУ.
Флип-чипы применяют в устройствах:
•	с низким числом каналов ввода/вывода — электронные часы и автомобильная электроника (до 60 %);
•	со средним числом каналов ввода/вывода — драйверы дисплеев, модули формата PCMCIA и в компьютерной технике большого формата;
•	с числом каналов ввода/вывода от 2000 и выше применяют значительно реже, так как в них используют кристаллы только высокой степени надежности, монтируемые, как правило, на керамические подложки.
Кроме того, возможно применение корпусированных флип-чипов, монтируемых на ПП (FCOB). Компания Flextronics запатентовала многокристальный блок, в котором до четырех чипов памяти, расположенных друг на друге, можно размещать на многокристальном модуле.
В технологии TAB кремниевые кристаллы крепятся к полимерному ленточному носителю, на котором сформированы внутренние соединения выводов чипа. Присоединение выводов чипа к ПП осуществляется при помощи внешних выводов пайкой горячим газом или лазерной микросваркой. Для монтажа кристаллов на ленточном носителе (TAB) плотность межслойных переходов ПП должна составлять порядка 110 переходов/см2.
Чаще всего из рассмотренных корпусов используются BGA и CSP, коммутация вводов/выводов которых является трудной задачей. Если необходимая плотность связей для корпусированных микросхем в 1-, 2-, 3- и 4-м типах корпусов должна быть порядка 60... 100 см/см2, то для микросхем в микрокорпусах она составляет 300...500 см/см2 [2].
Тенденции развития корпусов ЭРИ: большое число выводов (более 1000) и малый шаг их расположения (0,3, 0,4, 0,5 и болёе) мм, которые приводят к увеличению числа межсоединений в ЭА, новые способы упаковки кристаллов и новые способы формирования контактных соединений корпуса ЭРИ с ПП — все это требует соответствующих технических характеристик ПП, как средства коммутации, постоянного увеличения плотности печатного монтажа, разработки новых конструкций ПП, ТП их изготовления, базовых и расходных Материалов.
226
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Переход от технологии сквозных отверстий на ПП к поверхностном} монтажу не случаен, он связан с тем что переходные металлизированные отверстия в том числе и сквозные могут занимать до 20...30 % площади ПП и препятствовать увеличению числа проводников в слое. Если же идти по пути уменьшения диаметра отверстий и отказаться от контактных площадок, что связано с большими техническими и экономическими трудностями, то минимальное значение диаметра отверстия, полученного механическим сверлением составит порядка 0,15 мм. Поэтому разработаны конструкции и технологии изготовления ПП с глухими межслойными переходами, в которых формирование микросоединений производят лазерным сверлением, фотолитографией или плазменным «сухим» травлением.
Для монтажа ПМК, крепление и самоцентрирование которых осуществляется за счет расплавления припойной пасты на контактных площадках определенной формы и размеров, необходимо изготовить ПП не хуже 4-го класса с паяльной маской и повышенными требованиями к неровности поверхности, а для монтажа ПМК в микрокорпусах с малым шагом выводов необходимы высокоплотные (high density printed circuit) МПП с проводниками менее 50 мкм, шириной контактных площадок менее 100 мкм и микропереходами диаметром 0Д...0,2 мм. В конструкциях МПП для высокоинтегрированной элементной базы глухие микропереходы (микроотверстия) выполняют между наружным и ближайшими внутренними слоями (в перераспределительных слоях), а сквозные скрытые межслойные отверстия размещают между внутренними слоями МПП (рис. 4.43). В перераспределительных слоях расположены проводники, которые соединяют выводы микросхем, припаянные к контактным площадкам наружного слоя, с проводниками внутренних слоев.
Рис. 4.43. Поперечный разрез ПП с микроотверстиями, изготовленной по технологии наращивания перераспределительных слоев (Build-up-Technology): а — четырехслойная структура ПП; б — шестислойная структура ПП; А — металлизированное сквозное отверстие; В — глухой микропереход (bliend microvia); С, D — скрытые микропереходы (buried microvia); Е — межслойный переход; I — наращиваемые слои; 2 — микроотверстия; 3 — двусторонний стержневой слой; 4 — сигнальный проводник; 5 — контактная площадка; 6 — скрытые резисторы
Эти технологии называются технологиями наращивания (Built-up technology). Пример структуры 8-слойной МПП Со сквозными и глухими отверстиями приведен на рис. 1.5.
Многослойные ПП, изготовленные по технологии наращивания имеют:
•	глухие (слепые) микропереходы;	1
•	скрытые (внутренние) микропереходы;
Многослойные ПП
227
•	скрытые сквозные металлизированные межслойные отверстия;
•	сквозные металлизированные отверстия.
В зависимости от применяемой технологии наращивания в центре МПП в качестве стержневого слоя используются или тонкие фольгированные материалы, или диэлектрические слои. Такие МПП имеют ряд преимуществ:
•	высокая плотность печатных проводников и межслойных переходов, что позволяет уменьшить площадь монтажа и длину электрических соединений, задержку сигналов, увеличить помехоустойчивость;
•	уменьшенные размеры, массу и количество слоев МПП;
•	высокая надежность глухих межслойных переходов;
•	улучшенные электромагнитные характеристики;
•	низкая стоимость и пр.
Малые размеры контактных площадок глухих (слепых) и скрытых (внутренних) межслойных переходов увеличивают область (площадь) прокладки проводников. Технология наращивания обеспечивает большую экономию площади для трассировки, чему способствует малая ширина проводников внутренних слоев 0,08...0,05 мм, малые диаметры микроотверстий, зигзагообразное, веерообразное или в шахматном порядке расположение глухих (слепых) и скрытых отверстий, размещение глухих (слепых) отверстий в контактных площадках, на которые монтируются ПМК (рис. 4.44) (BGA, CSP и СОВ). В этом случае коммутация ПМК осуществляется на лежащих ниже сигнальных слоях (рис. 4.45).
б
Рис. 4.44. Пример выполнения рисунка наружного слоя МПП, изготовленной методом наращивания: а — размещение глухих микроотаерстий в контактных площадках для монтажа ПМК (/ — глухое микроотверстие; 2 — контактная площадка для монтажа ПМК); б — использование наружного слоя для установки ПМК и в качестве экрана ( / — экран; 2 — диэлектрик; 3 — контактная площадка для установки ПМК; 4 — глухие микроотверстия для электрической саязи со 2-м или 3-м слоем МПП)
Рис. 4.45. Топология связей для монтажа BGA-компонентов (/ — шариковый вывод BGA-компонента; 2 — глухой микропереход; 3 — контактная площадка наружного слоя; 4 — проводник второго слоя)
228
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
К достоинствам можно также отнести возможность использования .сэкономленной площади на слоях для размещения внутренних резисторов, конденсаторов и индуктивностей с целью уменьшения их числа и плОща-ди, занимаемой ими на наружных слоях (см. рис. 4.43, а).
Размещение отверстий в контактных площадках и под корпусом ПМК позволяет создавать наружные слои практически без трассировки, а также использовать их как экраны для улучшения электромагнитных и электрических характеристик ПП (см. рис. 4.44, б).
Существует большое количество способов изготовления МПП с высокой плотностью монтажа с микропереходами. Основными этапами одного из способов технологии наращивания являются [47]:
•	изготовление двусторонней заготовки стержневого слоя с сигнальными проводниками и межслойными отверстиями;
•	заделка — заполнение внутренних межслойных (скрытых) сквозных металлизированных отверстий смолой для получения плоского, без раковин заполнения, без образования впадин над отверстиями;
•	нанесение диэлектрика в виде жидкого эпоксидного покрытия, покрытой фольгой, арамида, полиимидного пленочного ламината или фольгированного медью материала. При нанесении жидкого диэлектрика для получения требуемой толщины необходимо произвести покрытие несколько раз, так как, во-первых, он наносится поочередно на каждую сторону стержневого слоя; во-вторых, толщина каждого слоя составляет 20...30 мкм. Пленочный диэлектрик достаточной толщины (25...65 мкм) и равномерности наносят одновременно на обе стороны стержневого слоя за один раз;
•	лазерное сверление микроотверстий с коническим профилем боковой стенки для равномерного распределения меди при металлизации микроотверстий (в международной практике считается основной технологией создания микроотверстий при существующих также фотолитографии и плазменном сухом травлении). При лазерном сверлении применяется большое разнообразие диэлектриков; отверстия получают с самым высоким отношением толщины слоя диэлектрика к диаметру микроотверстия, высокую точность совмещения сквозных микроотверстий. О материалах для лазерной технологии см. гл. 2;
•	металлизация;
•	получение рисунка наружных слоев с применением фоторезиста с высокой разрешающей способностью;
•	электрические испытания с использованием контактирующих устройств с высокой плотностью контрольных точек.
Технологию послойного наращивания перераспределительных слоев с глухими межслойными микропереходами применяют при изготовлении высокоплотных 4-, 6- и 8-слойных МПП. При этом в качестве основного структурного элемента используют двусторонние заготовки с сигнальными проводниками и межслойными микропереходами, но даже применяя заготовки с одним слоем микроотверстий, получают экономию от 10 до 20 % по сравнению с обычными МПП с механическим сверлением отверстий.
Гибкие ПП, гибкие печатные кабели, гибко-жесткие платы	229
4.4.	Гибкие ПП, гибкие печатные кабели, гибко-жесткие платы
Применяемые в настоящее время системы соединений в модулях 2-, 3- и 4-го уровней разукрупнения в виде объемного монтажа, в частности, жгутового, не могут обеспечить требования, налагаемые микроминиатюризацией при постоянном повышении функциональной сложности ЭРИ и ПМК, плотности монтажа, увеличении быстродействия, удельной мощности и надежности ЭА. Поэтому наиболее перспективными являются так называемые гибкие соединения на основе ГПП, ГПК и ГЖП.
Виды гибких печатных соединений, применяемые в ЭА, приведены на рис. 4.46.
Рис. 4.46. Виды гибких печатных соединений в производстве ЭА
Гибкие ПП и ГПК применяются в военной и космической технике, в компьютерах, контрольно-измерительной и медицинской аппаратуре, аппаратуре связи, в калькуляторах, фотоаппаратах, кинокамерах, автомобилях, бытовой технике и Пр.
В функциональном отношении ГПП и ГПК используют в качестве:
•	внешних и внутренних межсоединений, например, в блоках книжной конструкции для соединения ячеек между собой;
•	специальных кабелей для регулировки сопротивлений;
•	деталей подвижной разводки (например, выдвигающиеся блоки и пр.);
•	основания ячеек и микросборок;
•	специальных ГПП и пр.
Достоинствами ГПП и ГПК являются:
•	выигрыш в массе ЭА по сравнению с объемным монтажом до 70 %;
•	упрощение компоновки и уменьшение объема ЭА на 40...50 %;
•	высокая надежность, обеспечиваемая хорошими электроизоляционными характеристиками диэлектрических оснований ГПП и ГПК;
•	улучшенные электрические характеристики;
230
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
•	улучшенное рассеивание теплоты;
•	совместимость с поверхностным монтажом;
•	большая полоса пропускания высокочастотных сигналов;
•	однородные передаточные характеристики;
•	возможность получения заданного волнового сопротивления путем выбора соответствующей геометрии проводников;
•	высокая механическая прочность;
•	динамическая гибкость;
•	устойчивость к вибрациям, ударам и линейным ускорениям;
•	стабильная помехоустойчивость ЭА;
•	возможность экранирования ГПК и введения в их конструкцию резистивных компонентов;
•	возможность придания ГПП и ГПК формы корпуса сложной конфигурации;
•	технологичность конструкции и экономичность ТП изготовления ГПП и ГПК вследствие их изготовления путем перематывания гибкой ленты из рулона в рулон; сокращения числа операций таких, как измерение длины, отрезка, снятие изоляции, прозвонка и др.;
•	возможность автоматизации монтажа в ЭА за счет применения метода группового контактирования;
•	исключение ошибок монтажа и как следствие — сокращение времени на контрольные операции;
•	устранение операции настройки ЭА за счет точного определения электрических параметров на стадии конструирования ГПК;
•	возможность скатывать ГПК в рулон и складывать гармошкой, что повышает ремонтопригодность ЭА за счет использования книжных конструкций и выдвижных блоков.
4.4.1.	Гибкие ПП
Гибкие ПП могут быть реализованы в виде гибких ОПП, ДПП и МПП. Различают:
•	статические гибкие ПП, гибкость которых используется только при сборке (при установке в ограниченный объем);
•	динамические гибкие ПП, выдерживающие при эксплуатации тысячи циклов перегибов.
Наиболее широко применяемыми материалами для изготовления ГПП являются лавсан и полиимид с доминированием полиимидного пленочного материала, требования, характеристики и методы контроля которых приведены в гл. 2.
4.4.1.1. Гибкие ОПП на фольгированном основании
Односторонние ГПП имеют один проводящий слой в виде элементов печатного монтажа.
Основные характеристики гибких ОПП на фольгированном основании приведены в табл. 4.34.	(
Гибкие ПП, гибкие печатные кабели, гибко-жесткие платы
231
Таблица 4.34. Основные характеристики гибких ОПП на фольгированном основании
Показатель	Характеристика
Область применения	Промышленная электроника, вычислительная техника, спецтехника
Класс точности	1; 2; 3
Группа жесткости	II
Материал основания	Фольгированный лавсан (ПЭТФ, ЛФР), фольгированный полиимид ПФ-1 (йф = 35 мкм), Элифом-ПФ-1
Минимальный диаметр отаерстия, мм	0,6
Минимальная ширина проводника, мм	0,25
Производство	Мелкосерийное
Пленочные фольгированные материалы ЛФР и Элифом-ПФ изготавливают на основе полиэтилентерефталатной и полиимидной пленок, соответственно. Элифом-ПФ обладает высокой тепло- и радиационной стойкостью; может поставляться в комплекте с покрывной и склеивающей (для МПП) пленками марок Элифом-ППП и Элифом-ППС. Основные параметры этих пленочных фольгированных материалов приведены в табл. 4.35 [5].
Таблица 4.35. Основные параметры пленочных фольгированных материалов
Параметр	Материал основания		
	ЛФР	Элифом-ПФ	Элифом-ППП, ППС
Стойкость к многократным перегибам, число циклов	500	600	600
Прочность на отслаивание фольги, Н/3 мм	2,1	2,4	2,1
Электрическая прочность перпендикулярно поверхности, кВ/см	25	25	25
Диэлектрическая проницаемость на частоте 1 МГц	3,5	4,0	4,0
Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 1 МГц	0,030	0,030	0,035
Стабильность линейных размеров после травления, %	0,50	0,25	—
Основные этапы изготовления гибких ОПП на фольгированном осно-
вании приведены в табл. 4.36.
232
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Таблица 4.36. Основные этапы ТП изготовления гибких ОПП на фольгированном основании
№ п/п	Основной этап ТП	Возможный способ получения	Эскиз этапа изго-товленияОПП
1	Входной контроль и термостабилизация диэлектрика марки ПТЭФ		
2	Раскрой материала		
3	Получение заготовок	Резка	
4	Получение фиксирующих (базовых) отверстий	Штамповка	
5	Подготовка поверхности заготовок	1. Суспензия пемзового абразива. 2. Химический способ (подтравливание)	
6	Получение защитного рельефа	1. Офсетная печать. 2. Фотохимический способ с СПФ. Подготовительные этапы: 1. Изготовление офсетной формы. 2. Изготовление ФШ	См. табл. 4.2, ц. 5
7	Травление меди с пробельных мест		См. табл. 4.2, п. 7
8	Удаление защитного рельефа		См. табл. 4.2, п. 8
9	Получение монтажных отверстий	Штамповка	См. табл. 4.2, п. 9
10	Создание защитной паяльной маски	Нанесение маски СПФ — защита на ПЭТФ. Подготовительные этапы: Изготовление ФШ. Нанесение перфорированной полиимидной покрывной пленки (ППП). Подготовительные этапы: Получение заготовок ППП с фиксирующими и монтажными отверстиями	См. табл. 4.2, п. 10
11	Лужение		
12	Отмывка от флюса		
13	Маркировка		
14	Контроль электрических параметров		
15	Обработка по контуру и получение крепежных отверстий		1
Особенностью данного процесса изготовления является применение в качестве защитной паяльной маски перфорированной полиимидной покрывной пленки (ППП) с фиксирующими и монтажными отверстиями.
Гибкие ПП, гибкие печатные кабели, гибко-жесткие платы
233
Отверстия в односторонних гибких ПП на фольгированном основании могут быть получены также следующими способами:
•	фотохимическим способом (химическое вытравливание отверстий в полиимиде);
•	лазерным;
•	плазмохимическим.
4.4.1.2.	ДПП на гибком фольгированном основании
Двусторонние ГПП имеют два проводящих слоя в виде элементов печатного монтажа, причем конструкция этих плат может быть выполнена как с межслойными металлизированными переходами, так и без межслойных переходов. На рис. 4.47 приведены методы изготовления ДПП на гибком фольгированном диэлектрике, в табл. 4.37 — основные характеристики гибких ДПП, а в табл. 4.38 — основные этапы изготовления.
Рис. 4.47. Методы изготовления ДПП на гибком фольгированном диэлектрике
Таблица 4.37. Основные характеристики гибких ДПП на фольгированном основании
Показатель	Характеристика
Область применения	Промышленная электроника, вычислительная техника, спецтехника, средства связи
Класс точности	2, 3 при толщине медной фольги 35 мкм; 4, 5 — при 18 мкм
Группа жесткости	I—IV
Рекомендуемые максимальные размеры, мм	500 х 600 (толщина 0,1...0,5)
Материал основания	Например, ПФ-2 (Лф = 35 мкм)
Минимальный диаметр отверстия, мм	0,2... Г,0
Минимальная ширина проводника, мм	0,2...0,35 (Лф = 35 мкм); 0,1...0,2 (Лф= 18 мкм)
Тип производства	Мелкосерийное
Метод изготовления	1.	Комбинированный позитивный (с металлизированными отверстиями). 2.	Химический негативный (без отверстий). 3.	Тентинг-метод
234
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Таблица 4.38. Основные этапы ТП изготовления гибких ДПП иа фольгированном основании
№ п/п	Основной этап ТП	Возможный способ получения	Эскиз этапа изготовления
1	Входной контроль и термостабилизация диэлектрика ПФ-2		
2	Получение заготовок ПП	Резка	
3	Получение фиксирующих отверстий	1.	Сверление. 2.	Лазерное сверление. 3.	Травление	
4	Получение монтажных и переходных отверстий	1.	Сверление. 2.	Лазерное сверление 0 0,2...0,5. 3.	Травление 0 0,2...0,5 мм	См. табл. 4.7, п. 4
5	Предварительная металлизация	1.	Химико-гальваническое меднение. 2.	Магнетронное напыление. 3.	Прямая металлизация	См. табл. 4.7, п. 5
6	Подготовка поверхности	1. Суспензия пемзового абразива. 2. Подтравливание	
7	Получение защитного рельефа	Фотохимический способ: а) органопроявляемый СПФ; б) щелочепроявляемый СПФ	См. табл. 4.7, п. 7
Далее — см. табл. 4.7, начиная с п. 8.			
Примечание. В качестве паяльной маски в данном ТП применяется СПФ-зашита.
К особенностям изготовления гибких ДПП на фольгированном диэлектрике можно отнести:
•	применение двухстороннего фольгированного полиимида, например, ПФ-2;
•	получение монтажных и переходных отверстий диаметром 0,2...0,5 мм лазерным сверлением или травлением;
•	осуществление предварительной металлизации либо химико-гальваническим методом, либо магнетронным напылением, либо прямой металлизацией;
‘ • получение защитного рельефа фотохимическим способом;
•	применение в качестве защитного травильного резиста либо металлорезиста, либо полимерного травильного резиста.
4.4.1.3.	ДПП на гибком нефольгированном основании
В качестве материала основания применяют нефольгированный диэлектрик с адгезионным слоем на полиимидной основе или нефольгированный диэлектрик на полиимидной основе без адгезива. Недостатком первого материала является старение адгезионного слоя, второго — плохая адгезия металлов. Основные характеристики гибких ДПП на нефольгированном основании приведены в табл. 4.39.
Основные этапы изготовления гибких ДПП на нефольгированном основании приведены в табл. 4.40.	i
Гибкие ПП, гибкие печатные кабели, гибко-жесткие платы
235
Таблица 4.39. Основные характеристики гибких ДПП на нефольгированном основании
Показатель	Характеристика
Область применения	Промышленная электроника, вычислительная техника, средства связи
Класс точности	1; 2; 3; 4; 5
Группа жесткости	1-111
Рекомендуемые максимальные размеры, мм	500 х 600 (толщиной 0,1...0,5 мм)
Материал основания	1. Нефольгированный диэлектрик на поли-имидной основе с адгезионным слоем. 2. Нефольгированный диэлектрик на поли-имидной основе без адгезива
Минимальный диаметр отверстия, мм	0,2... 1,0
Метод изготовления	Электрохимический (полуаддитивный)
Тип производства	Мелкосерийное
Таблица 4.40. Основные этапы ТП изготовления гибких ДПП на нефольгированном основании
№ п/п	Основной этап ТП	Возможный способ получения	Эскиз этапа изготовления дпп
1	Входной контроль и термостабилизация нефольгированного диэлектрика на полиимидной основе с адгезионным слоем		
2	Получение заготовок ПП	Резка	
3	Получение фиксирующих отверстий	1.	Сверление. 2.	Лазерное сверление. 3.	Травление	
4	Получение монтажных и переходных отверстий	1.	Сверление. 2.	Лазерное сверление 0 0,2...0,5 мм. 3.	Травление 0 0,2...0,5 мм	См. табл. 4.7, п. 4
5	Удаление органической защитной пленки		
6	Подготовка поверхности заготовки	Химический способ	
7	Предварительная металлизация	1.	Химико-гальваническое меднение. 2.	Магнетронное напыление. 3.	Прямая металлизация	См. табл. 4.7, п. 5
8	Подготовка поверхности	1. Суспензия пемзового абразива. 2. Подтравливание	
9	Получение защитного рельефа	Фотохимический способ: а) органопроявляемый СПФ; б) щелочепроявляемый СПФ	См. табл. 4.7, п. 7
Далее — см. табл. 4.7, начиная с п. 8.
236
Глава 4. Конструкции и.методы изготовления печатных плат
4.4.1.4.	Гибкие ДПП на нефольгированном полиимиде, изготовленные по тонкопленочной технологии
Одним из направлений повышения плотности монтажа ЭРИ на гибких ПП является использование тонкопленочной технологии для создания печатных элементов с применением фотолитографии, и вакуумного осаждения ^металлов, которые предъявляют ряд специфических требований к выбору материала гибких оснований и операциям ТП изготовления.
Наиболее широко в настоящее время для этих целей применяют нефольгированный полиимид, который имеет много достоинств, но и . недостатки (см. гл. 2), основными из которых являются:
•	адгезионная инертность;
•	нестабильность линейных размеров гибких плат;
•	повышенное влагопоглощение.
Как показали исследования [12] наиболее прочная металлизация полиимида осуществляется методами вакуумного осаждения металлических пленок Сг—Си—Сг с предварительной активацией поверхности полиимида, которая устраняет его адгезионную инертность в результате частичной деструкции или модификации наружных слоев, вследствие воздействия специальных химических (сильных щелочей, включая КОН и NaOH) и физических обработок.
Нестабильность линейных размеров гибких плат на полиимиде связана с тем, что полиимид изменяет свои размеры при повышенных температурах в результате усадки, что влияет на точность совмещения рисунка переходных отверстий и проводников на гибкой плате и, следовательно, на допуск на минимальные размеры печатных элементов.
Предварительная термообработка полиимида позволяет снизить усадку до 10 раз. Влагопоглощение, влияющее на линейные размеры ПП является обратимым процессом, так как после удаления влаги происходит восстановление первоначальных размеров.
Наиболее существенны изменения линейных размеров, возникающие при вакуумном осаждении металлических пленок, связаны с внутренними механическими напряжениями, компенсация которых достигается за счет того, что травление отверстий проводят на гибкой подложке в «растянутом» состоянии, когда на полиимидной подложке нанесены слои Сг—Си—Сг и вторую вакуумную металлизацию слоев Сг—Си—Сг для получения рисунка схемы проводят с точным воспроизведением температурного цикла и параметров процесса первичной (предварительной) металлизации.
Одной из ответственных операций является получение отверстий диаметром 50...70 мкм методом химического травления полиимидной пленки в количестве нескольких тысяч на одной подложке. Для этого должна быть решена задача обеспечения равномерной скорости травления на всей поверхности подложки.
Особенностью фотохимических процессов формирования рисунка коммутационных элементов и травления полиимидной пленки является применение в качестве масок при травлении пленок Сг—Си—Сг щелочестойких негативных фоторезистов (например, ФН-11), которые имеют значительно меньшую разрешающую способность, нежели позитивные фоторезистьи
Гибкие ШТ, гибкие печатные кабели, гибко-жесткие платы
237
Для устранения этого явления применяется кратковременная плазмохимическая обработка пленки фоторезиста в кислородной плазме. Такой прием позволяет увеличить разрешающую способность фоторезиста ФН-11 с 40...50 до 150...200 линий/мм.
Процессы гальванического наращивания на слоях Сг—Си—Сг меди определяют надежность металлизации в переходных отверстиях и надежность присоединения выводов навесных элементов к контактным площадкам; Слой металлизации суммарно должен составлять 20...25 мкм и иметь минимальные значения внутренних механических напряжений. Этим и объясняется необходимость гальванического наращивания, которое по сравнению с вакуумной металлизацией дает существенно менее напряженные металлические пленки. Учитывая кислотостойкость полиимида, применяют, например; сернокислый электролит меднения, содержащий сернокислую медь и серную кислоту.
При гальваническом осаждении сплава свинец—олово контролируют качество покрытия под микроскопом: покрытие должно быть светло-серого цвета, мелкодисперсным, сплошным и равномерным по всей поверхности, без шелушений, вздутий, отслаиваний и темных пятен.
Силу тока, мА, необходимую для нанесения покрытия на одну подложку рассчитывают по формуле:
I = DKS,
где S — площадь покрытия, см2;
DK — катодная плотность тока, мА/см2.
Время осаждения сплава заданной толщины Т, ч, определяют по следующей формуле:
Т = h/v.
Здесь h — толщина сплава, мкм; v = 10 — приблизительная скорость осаждения сплава, мкм/ч.
В табл. 4.41 приведена последовательность основных этапов изготовления гибких ДПП на нефольгированном полиимиде по тонкопленочной технологии.
После резки и активации поверхности полиимида на установке химической активации и очистки подложек осуществляют напыление методом ионно-плазменного распыления с магнетронным источником или методом термического испарения защитных слоев Сг—Си—Сг толщиной 0,8—0,4—0,6 мкм на установке для двусторонней металлизации в вакууме полиимидной пленки.
Первый этап необходим для защиты полиимидной пленки во время травления переходных отверстий; двустороннее напыление — для исключения закручивания и коробления пленки.
Двустороннее нанесение фоторезиста (тип ФН-11) производят на установке двустороннего нанесения и сушки фоторезиста (п. 3). Затем получают рисунок переходных отверстий (п. 4): выполняют двустороннее экспонирование на установке совмещения и экспонирования и проявление рисунка на установке проявления негативного фоторезиста.
238
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Таблица 4.41. Последовательность основных этапов ТП изготовления двусторонней ГПП на полиимиде
№ п/п	1 Этап	_, .... 	 п Эскиз этапа изготовления ГПП					
1	Вырубка и очистка заготовки из нефольги-рованного полиимида, например, ПИ-40 А						
2	Нанесение слоев Ст—Си—Ст	—————————Слои хрома Слои меди ч- ВтЯийшйа— Полиимид					
3	Двустороннее нанесение фоторезиста ФН-11						
						|^ФН-П (СПФ)	
							
							
4	Получение рисунка переходных отверстий: а) двустороннее экспонирование; б) проявление рисунка переходных отверстий						
5	Травление слоев Ст—Си—Ст и полиимид-ной пленки (КОН + моноэтаноламин)						
6	Травление и очистка полиимидной пленки						
7	Напыление токопроводящих слоев Ст—Си—Сг						
8	Нанесение фоторезиста						
9	Экспонирование и проявление рисунка печатного монтажа	Вуаль					
10	Снятие вуали и гальваническое меднение (предварительно сняв слой Сг)	Гальваническая медь					
11	Нанесение сплава олово—висмут						
12	Снятие негативного фоторезиста						
13	Травление слоев Ст—Си—Ст						
14	Нанесение фоторезиста (защитный слой)						
Гибкие ПП, гибкие печатные кабели, гибко-жесткие платы
239
На этапе 5 производят последовательное травление металлических слоев Сг—Си—Сг в отверстиях, затем — полиимидной подложки; травление каждого слоя осуществляют в собственном растворе.
На 6 этапе производят термообработку для выпаривания воды из фоторезиста, с целью уменьшения усадки полиимидной пленки, очистку полиимидной подложки и снятие металлических защитных слоев Сг—Си—Сг.
На этапах 7, 8, 9 получают рисунок проводников и контактных площадок; проводят аналогичные операции напыления, нанесения фоторезиста, экспонирования, проявления рисунка. Особенность этапа заключена в том, что негативный фоторезист в данном случае защищает места, которые затем будут травиться.
На этапе 10 снимается вуаль фоторезиста в установке плазмохимического травления фоторезиста кислородной плазмой и на поверхностях, находящихся под снятой вуалью производят гальваническое меднение на линии гальванического наращивания металлических слоев для создания основного токоведущего слоя и нанесение сплава олово—висмут (п. 11) для защиты меди от окисления, для упрочнения поверхностного слоя и обеспечения паяемости плат.
На 12 этапе снимают негативный фоторезист и осуществляют травление участков (Сг—Си—Сг), находящихся под ним (п. 13).
На последнем 14 этапе формируется рисунок защитного покрытия на основе негативного фоторезиста ФН-11.
Приведенные выше этапы изготовления требуют высокой чистоты помещения, стабильных температур, высококачественных исходных материалов, в противном случае имеет место низкий процент выхода годных плат.
Установка ГПП на жесткое основание осуществляется путем приклеивания.
4.4.1.5.	Многослойные ГПП
Многослойные ГПП имеют три и более проводящих слоев с элементами печатного монтажа, соединенных металлизированными отверстиями (межслойными переходами) для обеспечения электрической связи между слоями.
При конструировании многослойных ГПП используются:
•	односторонние и двусторонние слои с элементами печатного монтажа, выполненные на гибком фольгированном или нефольгированном материале;
•	соединительные пленки с адгезивом (препрег), защищенные удаляемой пленкой, для склеивания слоев в многослойную структуру;
•	покрывная полиимидная пленка с адгезивом для защиты поверхности МПП.
Основные характеристики МПП на полиимиде приведены в табл. 4.42.
Многослойные ГПП на полиимиде получают из ДПП и ОПП на полиимиде, которые устанавливают на жесткое основание с контактными площадками [12]. При этом каждую ДПП изолируют друг от друга перфорированными прокладками из полиимида, и весь пакет из собранных ДПП припаивают к контактным площадкам основания через сквозные переход-
240
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Таблица 4.42. Основные характеристики МПП на полиимиде
Параметр	Характеристика
Область применения	Спецтехника
Минимальная ширина проводников и расстояний между ними, мкм	40...70 f
Минимальный диаметр переходных отверстий, мкм	50...60
Рекомендуемые максимальные размеры МПП, мм	150x250
Максимальное число слоев	12...20
Удельная паразитная емкость, пФ/см	0,3
ные металлизированные отверстия ДПП для получения электрической связи между слоями и основанием (рис. 4.48).
Рис. 4.48. Структура МПП на полиимиде в разрезе: 1 — полиимидные прокладки; 2 — спай: 3 — ДПП на полиимиде; 4 — контактные площадки; 5 — основание
Для обеспечения хорошего теплоотвода в качестве жесткого основания применяют металлические пластины с изоляционным слоем:
•	анодированный алюминий или сплавы алюминия с магнием;
•	алюминий с эпоксидной смолой;
•	сталь с эпоксидной смолой, эмалью или легкоплавким стеклом;
•	ковар с диэлектрическим покрытием и др.
При выборе жесткого основания основными требованиями является: согласование металла и диэлектрика по ТКЛР; хорошая адгезия диэлектрика к металлу; высокое качество диэлектрического покрытия на металле.
Наиболее широкое применение получили основания из алюминия.
4.4.2.	Гибко-жесткие платы
Конструкция ГЖП (см. гл. 1) состоит из жестких и гибких участков единой ПП, и может быть основана на жестких ДПП или МПП. Гибкие части могут содержать несколько односторонних или двусторонних ГПП. В отличие от обычных ПП проводники на гибких участках должны быть покрыты материалом, допускающим изгиб и деформацию. Наиболее часто гибкий участок ГЖП защищают ламинированием полиимидной пленки, которая обеспечивает защиту от внешних механических и климатических
Гибкие ПП, гибкие печатные кабели, гибко-жесткие платы
241
воздействий, электрическую изоляцию и герметизацию проводников. Для защиты гибких участков применяют также гибкие жидкие маски, которые наносят способом трафаретной печати или поливом. Соединение гибких и жестких слоев производят, используя склеивающие прокладки (препрег), прессованием. Межслойные соединения осуществляют при помощи глухих, скрытых или сквозных металлизированных отверстий. Для монтажа ЭРИ и ПМК используют жесткие части ГЖП.
В качестве основания может применяться дорогостоящая полиимидная пленка; стеклоэпоксид толщиной менее 100 мкм, обладающий меньшей гибкостью, но и меньшей стоимостью по сравнению с полиимидом; препрег на основе модифицированного эпоксида. Некоторые рекомендации по выбору материалов ГЖП приведены в гл. 2.
Гибко-жесткие платы можно применять при реализации уникальных и сложных, требующих повышенной надежности технических решений (безотказно работать в жестких условиях окружающей среды), размещаться в плотный трехмерный корпус, например, фотоаппарата. Недостатком ГЖП является их высокая себестоимость, сложность производства из-за использования разнородных материалов с разными ТКЛР, размерной стабильностью и пр.
В табл. 4.43 приведены основные характеристики ГЖП.
Таблица 4.43. Основные характеристики ГЖП на фольгированном основании
Показатели	Характеристика
Элементная база	Традиционная и ПМК
Область применения	Спецтехника, вычислительная техника, средства связи, промышленная электроника
Класс точности	5
Группа жесткости	IV
Рекомендуемые максимальные размеры жесткого участка, мм	550 х 450 (число слоев 10—12)
Материал основания	Жесткие слои — стеклотекстолит фольгированный, (Лф = 5...35 мкм). Гибкие слои — полиимид фольгированный, (Лф = 35 мкм). Покрывная пленка — полиимидная с адгезионным слоем. Стеклоткань с полиимидным связующим для склеивания гибкой и жесткой частей. Стеклоткань прокладочная для жесткой части
Минимальный диаметр отверстия, мм	0,3 (металлизированное)
Минимальная ширина проводника, мм	0,1
Тип производства	Мелкосерийное
На рис. 4.49 приведена структурная схема ТП изготовления ГЖП.
242
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Рис. 4.49. Структурная схема ТП изготовления ГЖП
Жесткие слои изготавливают комбинированным позитивным или химическим негативным методами, гибкие слои — химическим негативным с напрессовыванием на поверхность защитной покрывной полиимидной пленки с адгезионным слоем. После прессования гибких и жестких слое; изготовление рисунка наружных слоев и металлизированных отверстий нг жестких участках ГЖП производят комбинированным позитивным или электрохимическим методом (SMOBS-процесс).
Достоинства ГЖП:
•	высокая надежность вследствие защиты проводников гибкого участка покрывной пленкой;
•	отсутствие соединителей, объемных проводников и как следствие — снижение массы, электрических помех, отсутствие переходного сопротивления, так как жесткие участки МПП и гибкие (ГПК) находятся в одном монолите;
•	возможность использования гибкого участка в качестве ГПК, продлив его в любую сторону.
4.4.3.	Гибкие печатные кабели
4.4.3.1.	Конструктивные особенности ГПК
Конструктивно ГПК представляют собой многослойную структуру, состоящую:
•	из лент с токоведущими жилами (печатными проводниками), расположенными параллельно на диэлектрическом основании с одной или двух сторон. Конструкция окончания лент может быть выполнена в
Гибкие ПП, гибкие печатные кабели, гибко-жесткие платы
243
виде планарных выводов или контактных площадок с металлизированными отверстиями (см. рис. 3.11), к контактным площадкам в виде планарных выводов подпаивают выводы-гребенки;
•	покрывной защитной пленки;
•	изоляционных слоев.
Конструкции лент ГПК. Лента ГПК может быть выполнена с однорядным, двухрядным и трехрядным расположением печатных проводников в поперечном сечении.
Однорядная конструкция ленты ГПК может состоять, например, из полиимида фольгированного одностороннего ПФ-1 и пленки полиимидной покрывной ППП-0,070 (рис. 4.50).
Двухрядная конструкция ленты ГПК может быть выполнена с различными толщинами изоляционных слоев между проводниками (рис. 4.51 и 4.52).
Рис. 4.50. Поперечное сечение однорядной конструкции ленты ГПК: W — ширина жилы; 5 — расстояние между жилами; 1 — пленка полиимидная покрывная ППП — 0,070, h\ = 0,070 мм; 2 — полиимид фольгированный односторонний ПФ-1, 6 = 0,035 мм — толщина медной фольги, Й2 = 0,065 мм — толщина полиимида без медной фольги
Рис. 4.51. Поперечное сечение двухрядной конструкции ГПК: а — с использованием одностороннего фольгированного полиимида; б — с использованием двустороннего фольгированного полиимида; W — ширина жилы; 5 — расстояние между жилами; / — пленка полиимидная покрывная ППП-0,070; (й|=0,07 мм); 2 — полиимид фольгированный односторонний ПФ-1, 5 = 0,035 мм — толщина медной фольги, hi = 0,065 мм — толщина полиимида; 3 — пленка ПКС-171, йз = 0,08 мм — толщина адгезионной (клеевой) пленки; 4 — полиимид фольгированный двусторонний ПФ-2, 6 = 0,035 мм — толщина медной фольги, Й4 = 0,09 мм — толщина полиимида
244 Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Рис. 4.52. Поперечное сечение двухрядной конструкции ленты ГПК: W— ширина жилы; 5 — расстояние между жилами; 1 — пленка полиимидная покрывная ППП-0,070 (й1 = 0,07 мм); 2 — полиимид фольгированный односторонний ПФ-1, 8 = 0,035 мм — толщина медной фольги, йз = 0,065 мм — толщина полиимида; 3 — пленка полиимидная клеевая ПКС-171 (йз = 0,08 мм)
Конструкция ГПК, представленная на рис. 4.51, а, выполнена из двух слоев одностороннего фольгированного полиимида ПФ-1 и одного слоя изоляционной клеевой пленки ПКС-171.
Конструкция ГПК, приведенная на рис. 4.51, б, выполнена из двустороннего фольгированного полиимида ПФ-2 и двух слоев (верхний и нижний) покрывной полиимидной пленки ППП-0,070.
Конструкция ГПК, изображенная на рис. 4.52,. выполнена из двух слоев ПФ-1, двух слоев покрывной полиимидной пленки ППП-0,070 (верхний, нижний) и одного слоя изоляционной клеевой пленки ПКС-171 (средний).
Пример выполнения конструкции ГПК с трехрядным расположением проводников представлен на рис. 4.53.
Рис. 4.53. Поперечное сечение трехрядной конструкции ленты ГПК: W — ширина жилы; 5 — расстояние между Жилами; 1 — пленка полиимидная покрывная ППП-0,070 (й] = 0,07 мм): 2 — полиимид фольгированный односторонний ПФ-1, 8 = 0,035 мм — толщина медной фольги, й2 = 0,065 мм — толщина полиимида; 3 — пленка полиимидная клеевая ПКС-171 (йз = 0,08 мм); 4 — полиимид фольгированный двусторонний ПФ-2, 8 = 0,035 мм — толщина медной фольги, Й4 = 0,09 мм — толщина полиимида
В двухрядной и трехрядной конструкции ленту ГПК один или два слоя проводников могут быть выполнены в виде экрана. Экранирование жил ГПК выполняется за счет двустороннего и одностороннего фольгированного полиимида с рисунком экрана, который исключает образование вихревых токов. Пример выполнения рисунка экрана, представлен на рис. 4.54 (размеры даны в мм).	,
Гибкие ПП, гибкие печатные кабели, гибко-жесткие платы
245
Рис. 4.54. Пример выполнения экрана: 1 — контур ГПК (медная фольга); 2 — сетка экрана (медная фольга); 3 — изоляционное основание (полиимид)
Конструкции окончания ГПК. Для обеспечения соединения ГПК с ЭРИ необходимо обеспечить соответствующую конструкцию окончания ГПК, которую выбирают в зависимости от типа контактного вывода ЭРИ. Если ГПК соединяют со штыревыми выводами ЭРИ, то на конце ГПК должны быть металлизированные отверстия, которые надевают на штыревые выводы ЭРИ в соответствии с маркировкой на ГПК и ЭРИ.
При соединении ГПК с планарными выводами ЭРИ на конце ГПК должны быть контактные площадки, на которые внахлест устанавливают и припаивают планарные выводы.
При соединении ГПК с элементами и блоками ЭА используют стандартные миниатюрные соединители, причем число параллельных проводников ГПК, их ширина и межцентровые расстояния должны быть согласованы со стандартными соединителями. Гибкий печатный кабель при этом является законченным элементом конструкции устройства.
При соединении ГПК с монтажными проводами, провод также паяют внахлест к контактным площадкам на конце ГПК.
Если ГПК соединяют с электрическими соединителями и ГПК заканчивается плоскими контактами-гребенками, контакты каждого ответвления ГПК предназначены для одного ряда электрического соединителя; их устанавливают одновременно в отверстия целого ряда соединителя в соответствии с электромонтажным чертежом и распаивают.
Если ГПК соединяют с электрическими соединителями и ленты ГПК заканчиваются планарными выводами, то после лужения соединителя и планарных выводов, ответвление ГПК заводится между двумя рядами соединителя так, чтобы выводы ГПК совпадали с выводами электрического соединителя в соответствии с электромонтажным чертежом, затем устанавливают пружину между двумя рядами соединителя и распаивают.
В качестве основного припоя для выполнения электромонтажа ГПК применяют припой ПОС-61 ГОСТ 21931—76.
246
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
При пайке ГПК к гермовыводам используют ступенчатую пайку, т. е для второй пайки применяют припой менее тугоплавкий, чем первый.
Подпайку жил ГПК с окончанием в виде планарных выводов югребенкам выполняют припоем. ПОС-61. Последующую пайку ГПК к разъемам. ПП и другим элементам производят припоем ПОСК50-18 (двухступенчатая пайка).
В качестве технологической защиты жил ГПК от повреждений, рекомендуется ГПК оформлять внешним контуром, ширина которого порядка 0,3 мм. Размер между краем токоведущей части жилы ГПК и контуром должен быть не менее 0,3 мм. Жилы ГПК не должны иметь переходов б виде узлов, переходы должны быть плавными. Минимальный размер скруглений не должен превышать 2,5 мм. Переходы контактных площадок в жилы должны быть плавными с радиусом скругления не менее 1 мм. При оформлении контактных площадок для их механического закрепления необходимо предусматривать ответвления.
В конструкции ГПК должны быть предусмотрены места для механического крепления к конструкциям прибора и к монтажным элементам ЭА.
Окончания лент ГПК усиливаются прокладками из полиимида типа ППП-0,70, либо из стеклотекстолита.
Планарные выводы ГПК вскрываются методами плазменного или химического травления.
Способы крепления ГПК в ЭА. Крепление ГПК в ЭА выбирают таким образом, чтобы закрепленные ГПК не задевали за подвижные части и чтобы не было перемещения, провисания и натяжения ГПК.
После подпайки к электрическим соединителям ГПК необходимо механически закрепить. Крепление может осуществляться: скобами-планками; нитками; заливкой компаундом; винтами с шайбами.
Опасными для ГПК местами являются винты крепления элементов, острые выступы корпуса и пр. Крепление ГПК производят скобами-планками, с помощью отверстий со скругленными кромками, выполненных непосредственно в кабеле и нитками.
При подпайке жил ГПК с окончаниями в виде планарных выводов или контактных площадок с отверстиями, крепление лент ГПК осуществляют с помощью гаек и винтов с шайбами в предусмотренных в кабелях местах с отверстиями.
После подпайки жил ГПК с окончаниями в виде планарных выводов к разъемам места пайки заливают компаундом. Высота заливки должна быть на 2...3 мм выше длины хвостовика или края ленты ГПК.
Перед раскладкой ГПК в ЭА выполняют формовку (гибку) по конфигурации устройства в местах, обозначенных на самом ГПК знаками «» и «О». Знак «О» обозначает изгиб кабеля внутрь изолирующим слоем, а знак «» — наружу изолирующим слоем. Минимальный радиус изгибов при формовке должен быть 1 мм.	(
После формовки ГПК, идущие по одной трассе, собирают и скрепляют;?. Перепайку соединительных элементов к контактным площадкам можно выполнить не более 3 раз.
Гибкие ПП, гибкие печатные кабели, гибко-жесткие платы
247
Маркировка. Маркировку на ГПК выполняют в-строгом соответствии с маркировкой, нанесенной на ЭРИ, к которому подпаивают данный ГПК.
Контроль ГПК. В процессе изготовления ГПК проводят 100%-ный контроль качества лужения контактных площадок и качества пайки при 2—4-кратном увеличении, а также проверку маркировки ГПК и мест их присоединения, отсутствия царапин, сколов, трещин, резких изгибов и надломов, формы изгибов и качества лужения, соответствия длины кабелей, провисания или натяга.
4.4.3.2.	Основные электрические, конструкторские и эксплуатационные параметры ГПК
Конструкция и материал ГПК зависит от электрических и конструкторских параметров, условий и режимов эксплуатации, условий производства.
Основными электрическими параметрами являются:
•	волновое сопротивление цепей ГПК;
•	емкость между цепями;
•	индуктивность;
•	быстродействие и пр.
Конструкторскими параметрами являются:
•	ширина проводника;
•	длина ГПК;
•	расстояние между проводниками;
•	массогабаритные характеристики;
•	число слоев;
•	толщина изоляционных слоев и пр.
Кусловиям эксплуатации относятся:
•	климатические воздействия;
•	механические воздействия;
•	прочие воздействия.
Режимы эксплуатации:
•	стационарный (перегибы ГПК только в процессе сборки);
•	динамический (многочисленные постоянные или периодические воздействия напряжения изгиба в результате качающего, сочленяющего или скручивающего усилия);
Под условиями производства имеют в виду воздействие агрессивных сред, воздействие высоких температур и пр.
4.4.3.3.	Проектирование ГПК
При проектировании ГПК необходимо провести анализ электрической принципиальной схемы, которая должна быть дополнена следующей информацией:
•	назначение цепей, обозначение приемников и источников сигналов;
•	уровни и диапазоны рабочих напряжений, токов и частот сигналов;
248
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
•	значение допустимых уровней помех по напряжению, переходных сопротивлений вособо ответственных цепях.
Входные и выходные адреса цепей блоков и элементов схем прибора должны обеспечивать прямые связи соединения электрических цепей, группируя связи с учетом выполнения соединений'лентами ГПК.
При проектировании электромонтажной схемы к ней предъявляется ряд требований:
•	электрические цепи должны быть расположены без перекрещивания в плоскости одного кабеля, соединяющего блоки или ФУ, т. е. в электромонтажной схеме необходимо обеспечить прямые связи;
•	слаботочные и сильноточные цепи должны находиться в разных ГПК; в случае если они находятся в одном ГПК, их необходимо конструктивно разнести;
•	токоведущие жилы ГПК необходимо располагать таким образом, чтобы при наложении двух ГПК сигнальные жилы одного ГПК располагались напротив жил нулевого потенциала другого ГПК. Это относится к ГПК без экранов или с экранами с одной стороны;
•	в слаботочных цепях сигнальные жилы должны чередоваться с жилами нулевого потенциала (общий провод, экран, корпус).
Методика проектирования ГПК. Рассмотрим ГПК, представляющий собой многослойную конструкцию (см. рис. 4.53), которая состоит из фольгированного диэлектрика (ПФ-1, ПФ-2); пленки полиимидной покрывной (ППП); пленки полиимидной клеевой (ПКС-171).
Проектирование ГПК включает проведение расчетов электрических, конструктивных и тепловых параметров.
Расчетными величинами параметров при проектировании ГПК являются:
•	активное сопротивление жилы R, Ом;
•	волновое (характеристическое) сопротивление Z, Ом;
•	ширина жилы W, мм;
•	расстояние между жилами S, мм;
•	ширина ленты ГПК Ь, мм;
•	длина ленты ГПК /, мм;
•	емкость единицы длины жилы относительно цепи нулевого потенциала С, пФ/см;
•	емкость единицы длины между двумя сигнальными жилами одного ГПК или разных ГПК С|2, пФ/см;
•	индуктивность единицы длины жилы L, мкГн/см;
•	индуктивность между двумя жилами £|2, мкГн/см;
•	временная задержка прохождения сигнала по жилам То, нс/м. Исходные параметры для расчетов ГПК:
•	условия эксплуатации;
•	назначение цепей;
•	уровни и диапазоны изменения напряжений, токов и частот сигналов, передающихся по цепи ЭА;
•	значения допустимых уровней помех по напряжению;
Гибкие ПП, гибкие печатные кабели, гибко-жесткие платы
249
ч электрические, механические и теплотехнические параметры фольгированных диэлектриков и изоляционных слоев, из которых состо-
•	ит конструкция ГПК.
•	температура окружающей среды и способы отдачи теплоты, которую ГПК выделяет в окружающую среду.
В приведенной ниже методике расчета ГПК предполагается, что:
•	минимально допустимая ширина жил W составляет . не менее (0,3±0,05) мм;
•	минимально допустимое расстояние между жилами 5 составляет не менее (Q,3±0,05) мм;
•	допустимая плотность тока в жилах ГПК в зависимости от их ширины определяют по табл. 4.44.
Таблица 4.44. Электрические характеристики ГПК
Ширина жилы W, мм	Допустимая плотность тока Д, А/мм2	Максимально допустимый рабочий ток /тах, А
0.3...0.5	61	1
1,0	45	,1,5
2,0...3,0	37	2,5...3,5
Расчет электрических параметров. Расчет электрических параметров включает определение:
•	электрического сопротивления жилы;
•	волнового сопротивления;
•	емкостей;
•	индуктивностей;
•	падения напряжения на цепях ЭА, выполняемых ГПК.
Электрическое сопротивление жилы ГПК определяют из условия минимального падения напряжения по цепям электромонтажа:
Ягпк£0,1Яист «ли Ягпк < 0,01 Я,,,	(4.8)
где Ягпк — сопротивление жилы ГПК, Ом;
Яист — выходное сопротивление источника сигнала, Ом;
RH — входное сопротивление приемника сигнала (нагрузки), Ом;
В зависимости от падения напряжения сопротивление жилы ГПК определяют по формуле:
(4.9)
Здесь At/ — падение напряжения в жилах ГПК, В; I— ток в жилах ГПК, А.
ГПК является элементом с распределенной емкостью.
250
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Значение емкости жил ГПК определяют по следующим формулам:
•	для синусоидальных сигналов
Сгпк^ 0,1-1—,	(4.Ю)
где Сгпк — емкость жилы ГПК, Ф;
f — частота синусоидального сигнала, Гц;
•	для импульсных сигналов
Сгпк<0,1^=-,	(4.11)
где тимп — длительность импульса, с.
Волновое сопротивление ГПК выбирают из условия согласования источника и приемника сигналов и определяют по формулам:
^ГПК = ^ист> ^ГПК = Д,.	(4.12)
Здесь ZrnK — волновое сопротивление цепей ГПК, Ом; ZHCT — выходное сопротивление (генератора) источника сигнала, Ом; ZH — входное сопротивление нагрузки (приемника) сигнала, Ом.
Индуктивность жилы ГПК определяют по следующим формулам:
•	для синусоидальных сигналов
•	для импульсных сигналов
^тпк - 0,017?цТимп-	(4.14)
Коэффициент уровня помехи Ку п цепи электромонтажа, выполненного ГПК, рассчитывают по формулам:
*у.п<^ (при/= const),	(4.15)
где (/пас — напряжение, наведенное в жилах (пассивных) ГПК на частоте f В: t/min — минимальное значение напряжения сигнала, передаваемого по
жилам ГПК, В;
t/aKT — напряжение на получающей (активной) жиле ГПК на частоте/, В
Коэффициент уровня помехи Ку п по сигнальным цепям электромонтажа задает разработчик ЭА и в зависимости от его значения определяют необходимость экранирования цепей электромонтажа.
Расчет конструктивных параметров. К конструктивным параметрам ГПК относятся:
•	ширина жил;
•	расстояние между жилами;
•	длина и ширина ГПК;
•	размеры и форма контактных площадок.
Гибкие ПП, гибкие печатные кабели, гибко-жесткие платы
251
Ширину жил ГПК определяют в зависимости от тока, протекающего в жилах и допустимого падения напряжения на. активном сопротивлении жил:
W> —,	(4.16)
А • 8
где 8 — толщина фольги, м; А — допустимая плотность тока.
Ширину жилы в зависимости от допустимого падения напряжения рассчитывают:
(4.17)
8 Д1/
Здесь AU — допустимое падение напряжения в цепях электромонтажа, В; р — удельное электрическое сопротивление медной фольги, Ом • м.
Ширину жилы W выбирают наибольшей в зависимости от условий, заданных разработчиком ЭА.
Волновое сопротивление цепей ГПК, значение емкости между цепями ГПК обеспечивается расчетом расстояний между жилами в плоскости одного кабеля и толщиной изоляционного слоя между жилами ГПК и экранами. Ширина контактной площадки под планарные выводы должна быть на 0,2 мм больше ширины лепестков гребенки.
Расстояние между жилами ГПК определяют в зависимости от требуемой емкости между жилами, максимально допустимого и рабочего напряжения между жилами, тепловой энергии, рассеиваемой жилами.
Расстояние между жилами 5, мм, в зависимости от максимально возможного рабочего напряжения определяют по следующей формуле:
S > ^Ра6тах-,	(4.18)
доп
где 6/раб — максимально допустимое рабочее напряжение между жилами в ЭА, В;
£доп — допустимую электрическую прочность изоляции между жилами в любом направлении, кВ/мм, рассчитывают по формуле:
^=1/3£г	(4-19)
Здесь £пр — напряжение пробоя, В.
Ширину лент ГПК определяют по формуле:
b =	+^5 + 2,	(4.20)
। ।
где п — число жил в ленте.
Длина жил и лент ГПК /, мм, зависит от конструктивного расположения элементов конструкции ЭА.
252
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Активное сопротивление жилы ГПК R, Ом, определяют в зависимости от ее ширины и.длины:.:
Л=р—.
81/
(4.21)
Емкость между жилами в лентах ГПК зависит от ширины жилы, расстояния между жилами и расстояния лент ГПК до конструктивных элементов ЭА, в которой расположен ГПК. Без учета внешних факторов емкость между жилами ГПК С„ пФ/см, лежащими в одной плоскости, рассчитывают по следующим формулам:
Ct = С{ + С(";
Г'-	6 •
С| — ЕОЕИЗ ,
In 2{1 + S/(2-j8/nVF)3/2} ’
(4.22)
(4-23)
(4.24)
Здесь С, — емкость между жилами, лежащими в одной плоскости (см. рис. 4.50); С,' и С" — емкость единицы длины первой и второй жилы; Eq = = 0,08854 пФ/см = 8,854 • 10~12 Ф/м — электрическая постоянная; еиз = 3,5 — диэлектрическая проницаемость полиимидной пленки.
Емкость между жилами ГПК С2, пФ/см, лежащими в соседних плоскостях, рассчитывают по формулам:
v*2 — *-z2 ' v2 ’
С2 — ЕОЕИЗ h ,
—1 1ПГ2- -11
2 п 1-5/ I б )
(4.25)
(4-26)
(4.27)
где С2 и С2"— емкость жил, лежащих в соседних плоскостях одна под другой; h — толщина слоя изоляции между жилами, м (см. рис. 4.51, h = 0,065 мм — толщина полиимида в материале ПФ-1);
б = 0,035 мм — толщина медной фольги.
Емкость между жилами ГПК С3, пФ/см (см. рис. 4.53):
С3 = 2С2.
(4.28)
Индуктивность жилы ГПК L{, мГ/см, определяют по формуле
(4.29)
Гибкие ПП, гибкие печатные кабели, гибко-жесткие платы
253
Взаимную индуктивность двух проводников Z,2, мГ/см, лежащих в одной плоскости (4.30а) и в соседних слоях (один слой под другим) (4.306) определяют по следующим формулам соответственно:
S
Z|2 - 2
In
(4,30а)
L„ = 21nf2— +
I W )
(4.306)
Волновое сопротивление цепи 2^, Ом, состоящей из двух проводников, лежащих в разных слоях или проводника с экраном равна „	60 .
Z2 =-j^ln2 — _/£	I h
V°H3	4
(4.31)
Волновое сопротивление цепи Z„ Ом, состоящей из двух проводников, расположенных в одной плоскости, определяется по формуле

„	60 । „
Z, - -_____In 2
у^ИЗ
S
(4.32)
W
Волновое сопротивление цепи Z3, Ом, состоящей из одной жилы и двух экранов определяется по формуле
Z3 = 0,54.	(4.33)
Тепловой расчет ГПК. Этот расчет сводится к проверке выбранных геометрических размеров лент ГПК в установившемся тепловом режиме.
Зависимость геометрических размеров от выбранного материала ГПК, перепада температур и окружающей среды определяется по формуле
и+1
103Д2р6
Kt(T-Tt)+K2(T-T2)
(4.34)
где А — допустимая плотность тока в жилах;
р — удельное электрическое сопротивление медной фольги, Ом • м;
6 — толщина медной фольги, 6 = 0,035 мм;
п — количество жил в ленте ГПК;
Kt и К2 — коэффициенты кондукгивной теплоотдачи между верхней и нижней плоскостями ГПК;
< < Т — температура поверхностей ГПК, °C;
Tt и Т2 — температура поверхностей конструкции ЭА, наиболее близко расположенных к плоскостям лент ГПК, °C.
254
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Коэффициенты кондуктивной теплоотдачи рассчитывают по формуле
К=^-,	(4.35)
Лп
где Хср — коэффициент теплопроводности газовоздушных прослоек среды При средних температурах:
7ср1= 0,5(7 + 7,),	(4.36)
= 0,5(7 + 72).
Здесь Л„ — расстояние от поверхности ГПК до поверхностей конструкции ЭА, мм.
Из справочных данных имеем:
для 7ср| = 55 °C \р = 2,87 • 10’2 Вт/м °C;
для 7ср2 = 65 °C \р = 2,94 • 102 Вт/м °C.
Значения волнового сопротивления цепей ГПК и емкости между цепями ГПК зависят от конструкции ГПК и расстояний между жилами в плоскости одного кабеля, а также и от толщины изоляционного слоя между жилами ГПК и экранами.
Пример 4.3. Расчет ГПК (см. рис. 4.50). Рассмотрим ГПК, представляющий собой многослойную конструкцию, приведенную на рис. 4.50, которая состоит:
•	из полиимида фольгированного одностороннего ПФ-1 — 8 = = 0,035 мм — толщина медной фольги, h2 = 0,065 мм — толщина полиимида без медной фольги;
•	пленки полиимидной покрывной ППП-0,070, Л( = 0,070 мм.
Проектирование ГПК включает проведение расчетов электрических, конструктивных, теплотехнических параметров.
Расчетными величинами параметров при проектировании ГПК являются:
•	активное сопротивление жилы R, Ом;
•	волновое (характеристическое) сопротивление Z, Ом;
•	ширина жилы W, мм;
•	расстояние между жилами 5, мм;
•	ширина ленты ГПК Ь, мм;
•	длина ленты ГПК /, мм;
•	емкость единицы длины жилы относительно цепи нулевого потенциала С, пФ/см;
•	емкость единицы длины между двумя сигнальными жилами одного ГПК или разных ГПК С|2, пФ/см;
•	индуктивность единицы длины жилы L, нГ/см;	1
•	индуктивность между двумя жилами £|2, нГ/см.
Исходные данные:
1)	уровни и диапазоны изменения напряжений, токов и частот сигналов, передающихся по цепи ЭА:
допустимое падение напряжения на ГПК 0,4 В,
Гибкие ПП, гибкие печатные кабели, гибко-жесткие платы
255
максимальный ток 0,5 А,
частота передаваемого сигнала 100 кГц, сопротивление нагрузки 1000 Ом.
2)	длина ГПК — 0,60 м;
3)	число жил — 20;
4)	электрические, механические и теплотехнические параметры слоер, из которых состоит конструкция ГПК: фольгированного диэлектрика ПФ-1, покрывной полиимидной пленки ППП.
По техническим условиям (ТУ) на ПФ-1 и ПФ-2:
•	толщина пленки ПФ-1 h = 0,065 мм;
•	толщина пленки ПФ-2 hx = 0,09 мм;
•	толщина медной фольги 8 = 0,035 мм;
•	толщина ПФ-1: h + 8 = (0,1 ± 0,015) мм;
•	ПФ-2: Л,+ 28 = (0,18 ±0,015) мм;
•	тангенс угла диэлектрических потерь tg а = 0,03—0,05;
•	температура при определении на отслоение после пребывания в припое Ттсл = 280 °C;
•	нагревостойкость ГДО|1 = 220 °C;
•	теплопроводность изоляционного слоя А. = 0,82 Вт/м • °C;
•	удельное сопротивление медной фольги р = 1,8 • 10’8 Ом • м;
•	теплопроводность меди Ам = 375...380 Вт/м • °C;
•	электрическая постоянная е0 = 0,08854 пФ/см; или е0 = 8,854 • 10~12 Ф/м;
•	напряжение пробоя в любом направлении Е||р = 75 кВ/мм;
•	материал изоляционного слоя ПМ-А;
•	диэлектрическая проницаемость полиимидной пленки еиз = 3,5;
•	стойкость к многократным перегибам для ПФ-1 — не менее 500 циклов (диаметр петли 9,6 мм, длина петли 25 мм); для ПФ-2 — не менее 100 циклов.
По техническим условиям на покрывную полиимидную пленку ППП:
•	номинальная толщина ППП h = (0,070 ± 0,013) мм;
•	номинальная толщина ППС h = (0,1 ± 0,01.5) мм;
•	удельное объемное электрическое сопротивление не менее 10'1 Ом • м;
•	диэлектрическая проницаемость еиз = 3,5;
•	тангенс угла диэлектрических потерь tg а = 0,03;
•	стойкость к многократным перегибам: не менее 500 циклов (диаметр петли 9,6 мм, длина петли 25 мм).
При изготовлении ППП, так же как для ПФ-1, ПФ-2, применяется пленка полиимидная для фольгированных диэлектриков (ПМ-А).
Проведем расчеты электрических и конструктивных параметров ГПК (см. рис. 4.48).
Расчетными величинами электрических параметров являются:
•	активное электрическое сопротивление жилы R, Ом;
•	погонное электрическое сопротивление жилы R', Ом/см;
256
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
•	емкость единицы длины жилы относительно цепи нулевого потенциала С, пФ/см;
•	волновое (характеристическое) сопротивление Z, Ом;
•	емкость единицы длины между двумя сигнальными жилами ГПК. лежащими в одном слое С12, пФ/см;
•	индуктивность единицы длины жилы L, нГ/см;
•	индуктивность между двумя жилами Z12, нГ/см лежащими в одном слое.
Решение. Определим электрическое сопротивление жилы ГПК по формуле (4.9)
D ' &U 0,4В п с „ Ягпк ------	— = 0,8 Ом,
гпк I 0,5А
где ДЕ/ — падение напряжения в жилах ГПК, В;
I — ток в жилах ГПК, А.
Длину жил и лент ГПК /, мм, определяют конструктивным расположением элементов конструкции ЭА. Из условия примера I = 0,6 м.
Погонное электрическое сопротивление жилы R', Ом/см
R' = Д/1 = 0,8/60 = 0,013 Ом/см.
Определим конструктивные параметры ГПК: ширину жилы W, мм; расстояние между жилами 5, мм; ширину ленты ГПК Ь, мм.
Ширину жилы в зависимости от тока рассчитаем по формуле (4.16):
0,5
W > — >-----------2 = 0,234 мм,
Дб 0,035-61
где 5 = 0,035 мм — толщина фольги;
д = 61 А/мм2 — допустимая плотность тока при W= 0,3...0,5 мм (см. табл. 4.43).
Ширину жилы в зависимости от допустимого падения напряжения определим по формуле (4.17):
/ I O.OIS-IO^Om-м-0,6м-0,5А
" ~ Р--77 “ -----------5----------
5ДЕ/ 0,035 • 10 "3 м-0,4В
= 0,385 мм.
Здесь ДЕ/ — допустимое падение напряжения в цепях электромонтажа, В.
Принимаем 1К=0,4мм.
Расстояние между жилами 5", мм, в зависимости от максимально возможного рабочего напряжения рассчитаем по формуле (4.18):
—l°°.g _=84-10-} мм, ^доп 25  103 —
мм
где Е/^ „ах = 100 В — максимально допустимое рабочее напряжение между жилами;
Гибкие ПП, гибкие печатные кабели, гибко-жесткие платы
257
где
где
£Доп — допустимая электрическая прочность изоляции между жилами в любом направлении, кВ/мм, которую рассчитывают по формуле (4.19):
Дюп - 1/ЗД,р,
Епр = 75 кВ/мм — напряжение пробоя для ПФ-1.
Принимаем 5= 0,4 мм.
Ширину лент ГПК определим по формуле (4.20):
b =	+ £5 + 2 = 0,4 • 20 + 0,4 • 19 + 2 = 17,6 мм,
। ।
л = 20 — число жил в ленте.
Определим емкость между жилами лежащими в одной плоскости в лен-ГПК С„ пФ/см (см. рис. 4.48) по формулам (4.22), емкость первой
тах
жилы C[ no формуле (4.23), второй жилы С2"по формуле (4.24):
С. = с; + С."= 0,027 + 0,11 = 0,14 —; см
С! = £0£из 4 = 0,08854 • 3,5 •	= 0,027 — ;
1	0 из5	0,4 см
С| — £()6ИЗ		— у2
\n2{\+S/(2fifaJW) }
1_____________________
[0,035 • 10~3м -0,4 • IQ-3 м
= 0,08854 • IO'10 • 3,5-------------
In 2 1 + 0,4-10":
-0,1155, СМ
3,14
где С{ и С”— емкость первой и второй жилы;
Во = 0,08854 пФ/см = 8,854 • 10'12 Ф/м — электрическая постоянная; виз - 3,5 — диэлектрическая проницаемость полиимидной пленки.
Индуктивность жилы ГПК £„ мГ/см, определим по формуле (4.29):
£, =2 In—
-0,75
= 2 In—=2^=-0,75 _ 10,035 0,4 10^
< V 3,14
= 1,6 —. см
Взаимную индуктивность двух проводников £12, нГ/см, находящихся в одной плоскости, рассчитаем по формуле (4.30а):
, О 1 1 S
Ln-2 In 1 + /sir
I V n
= 2 In 1 +	0,4	.
0,035-0,4
I V 3,14
1лГ
= 3,88 —. см
258 Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Волновое сопротивление цепи Z„ Ом, из двух проводников, лежащих в одной плоскости определяется по формуле (4.32): /
1Л
Zt =-^L In 2
У^нз
0,4
9 0,035 0,4
V 3,14
= 88,6 Ом.
® Ш2
Пример 4.4. Расчет ГПК (см. рис. 4.51, б). Исходные данные см. пример 4.3, KU=0,6 В.
Рассчитать W, S, b, С2, Lt, Ll2, Z^.
Решение. Рассмотрим ГПК, представляющий собой многослойную конструкцию (см. рис. 4.49, б), которая состоит:
•	из полиимвда фольгированного двустороннего ПФ-2 — 6 = 0,035 мм — толщина медной фольги, А2 = 0,09 мм — толщина полиимида без медной фольги;
•	пленки полиимидной покрывной ППП-0,070, А, = 0,070 мм.
Расчет электрического R, погонного сопротивления R' жилы, а также расстояния между жилами 5 — см. предыдущий пример 4.3.
Ширину жилы, в зависимости от допустимого падения напряжения, рассчитаем по формуле (4.17):
и/-. I г .0,018 IO"*-0,6 0,5 А
W > р----— > —----------~-----— = 0,253 мм,
5Д6/	035-Ю-3-0,6
где Д{/= 0,6 В — допустимое падение напряжения в цепях электромонтажа, В. Принимаем 1F=O,3 мм; 5=0,3 мм.
Ширину лент ГПК определим по формуле (4.20):
b = £И< +	+ 2 = °3 • 20 + 03 • 19 + 2 = 13,7 мм,
। ।
где л = 20 — число жил в ленте.
Длину жил и лент ГПК /, мм, определяют конструктивным расположением элементов конструкции ЭА. Из условия примера 1=0,6 м.
Емкость между жилами ГПК С2, пФ/см, лежащими в соседних плоскостях одна под другой, рассчитаем по формулам (4.25), (4.26), (4.27):
С2 = Q + СГ = 1,03 + 0,45 = 1,48 —; см
W	03	пФ
G = ЕоЕИз — = 0,08854 -3,5 •	= 1,03 —;
2	0 А	0,09	см
С2" = 2£о-Ёиз -1-. In л । А
2 0,08854 -3,5	1	,	0,09 .)
-----------------------In 2—-------1
3,14	. 0,035 I 0,035 )
пФ = 0,45 —, см
0,09
Гибкие ПП, гибкие печатные кабели, гибко-жесткие платы	259
где С2 и С2"— емкость жил, лежащих в соседних плоскостях одна под другой;
А — толщина слоя изоляции между жилами, мм, (см. рис. 4.51, б; А = 0,09 мм — толщина полиимида в материале ПФ-2, 6 = 0,035 мм — толщина медной фольги).
Индуктивность жилы ГПК Ц, мГ/см, определим по формуле (4.29):
0,6
2 /0,035 -03 Ю-6 V 3,14
= 2,08 —. см
Взаимную индуктивность двух проводников L[2, нГ/см, находящихся в соседних плоскостях один под другим, рассчитаем по формуле (4.306):
Ll2 = 21nf 2—+ 1^1 = 21nf 2^?-+ 1^1 = 0,82 — .
12	\ W ) V 03	) см
Волновое сопротивление цепи 2^, Ом, состоящей из двух проводников, лежащих в соседних слоях один под другим или проводника с экраном определим по формуле (4.31):
Z2 = In 2(РИ/А)ц	In 1 -2^-1 = 793 Ом.
Д5 \0,09j
4.4.3.4. Технологические процессы изготовления ГПК на фольгированном основании
Ниже приведены основные этапы изготовления ГПК на фольгированном основании, конструкции лент которых (однорядовые, двухрядовые, трехрядовые) приведены на рис. 4.50, 4.51 и 4.52.
Основные характеристики ГПК на фольгированном основании приведены в табл. 4.45.
Таблица 4.45. Основные характеристики ГПК на фольгированном основании
Показатель	Характеристика
Область применения	Промышленная электроника, вычислительная техника, спецтехника
Класс точности	1; 2; 3
Группа жесткости	II
Материал основания	1. Фольгированный лавсан (ПЭТФ). 2. Фольгированный полиимид йф = 35 мкм
Минимальный диаметр отверстия, мм	0,6
Минимальная ширина проводника, мм	0,25
Производство	Мелкосерийное
260
Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
Конструкция ГПК, представленная на рис. 4.48, выполнена из одностороннего фольгированного полиимида ПФ-1 и одного слоя покрывной полиимидной пленки ППП-0,070 со стороны медной фольги.
Конструкция ГПК, изображенная на рис. 4.49, б, выполнена из двустороннего фольгированного полиимида ПФ-2 и двух слоев (верхний и нижний) покрывной полиимидной пленки ППП-0,070.
В табл. 4.46 приведены основные этапы ТП изготовления ГПК, конструкция лент которых представлена на рис. 4.48 и 4.49, б.
Таблица 4.46. Основные этапы ТП изготовления ГПК нв фольгированном основании
№ п/п	Основной этап ТП	Возможный способ получения
1	Входной контроль и термостабилизация диэлектрика	
2	Получение заготовок	Резка
3	Получение фиксирующих (базовых) отверстий	Штамповка
4	Подготовка поверхности заготовок	1. Суспензия пемзового абразива. 2. Химический способ (подтравливание)
5	Получение защитного рельефа	1. Офсетная печать. 2. Фотохимический способ с СПФ Подготовительные этапы: Изготовление офсетной формы. Изготовление ФШ
6	Травление меди с пробельных мест	
7	Удаление защитного рельефа	
8	Подготовка поверхности заготовки ГПК	Суспензия пемзового абразива
9	Нанесение полиимидной покрывной пленки с фиксирующими отверстиями	
10	Маркировка ГПК	
11	Обработка по контуру	
Конструкция ГПК, представленная на рис. 4.49, а, с двухрядным расположением проводников выполнена из двух слоев одностороннего фольгированного полиимида ПФ-1 и одного слоя изоляционной клеевой пленки ПКС-171 между ними.
Конструкция ГПК, приведенная на рис. 4.50, выполнена из двух слоев ПФ-1, двух слоев покрывной полиимидной пленки ППП-0,070 (верхний, нижний) и одного слоя изоляционной клеевой пленки ПКС-171 (средний).
Конструкция ГПК с трехрядным расположением проводников, изображенная на рис. 4.51, выполнена из одного слоя одностороннего фольгированного полиимида ПФ-1, одного слоя двустороннего фольгированного полиимида ПФ-2, одного слоя изоляционной клеевой пленки ПКС-171 между ними и одного слоя покрывной полиимидной пленки ППП-0,070.
Гибкие ПП, гибкие печатные кабели, гибко-жесткие платы 261
Последовательность основных операций ТП изготовления ГПК с двухрядовой и трехрядовой конструкцией лент в соответствии с рис. 4.51, а, 4.52 и 4.53 следующая.
1.	Входной контроль фольгированного диэлектрика.
2.	Получение заготовок:
2.1.	Нарезка заготовок.
2.2.	Термостабилизация диэлектрика.
2.3.	Пробивка фиксирующих и технологических отверстий.
2.4.	Контроль.
3.	Подготовка поверхности заготовок фольгированного диэлектрика.
4.	Получение рисунка схемы на заготовках ГПК:
4.1.	Нанесение фоторезиста.
4.2.	Экспонирование.
4.3.	Проявление рисунка схемы.
5.	Травление меди с пробельных мест.
6.	Удаление сухого пленочного фоторезиста.
7.	Изготовление защитных прокладок из клеевой пленки ПКС-171.
8.	Прессование ГПК:
8.1.	Комплектование ГПК из заготовок слоев и прокладок из клеевой пленки.
8.2.	Обезжиривание заготовок слоев и клеевых пленок.
8.3.	Сушка.
8.4.	Сборка пакета из заготовок слоев и клеевых пленок в соответствии с чертежом.
8.5.	Прессование ГПК.
9.	Обработка по контуру ГПК:
9.1.	Вырубка отверстий.
9.2.	Вырубка ГПК по контуру.
10.	Лужение ГПК:
10.1.	Флюсование.
10.2.	Лужение контактных площадок.
10.3.	Удаление остатков флюса.
10.4.	Сушка ГПК.
10.5.	Контроль качества лужения.
11.	Маркировка ГПК.
12.	Контроль ГПК.
Контрольные вопросы
1.	Назовите два вида технологии получения элементов проводящего рисунка ПП и слоев.
2.	Перечислите показатели уровня ПП.
3.	Перечислите основные тенденции развития ПП; с чем они связаны?
4.	Каковы преимущества ОПП, область их применения, методы изготовления?
5.	Перечислите методы изготовления ДПП общего применения.
6.	Назовите материалы и методы изготовления прецизионных ДПП.
7.	Назовите достоинства тентинг-метода.
8.	Какую толщину должен иметь СПФ, применяемый в тентинг-методе и почему?
262 Глава 4. Конструкции и методы изготовления печатных плат
9.	Какими достоинствами обладает двухслойное покрытие химический никель—иммерсионное золото?
10.	Перечислите варианты изготовления ДПП и слоев электрохимическим методом.
11.	Назовите преимущества электрохимического метода.
12.	Какие достоинства и недостатки имеет аддитивный метод?
13.	Назовите основные этапы изготовления ДПП на металлическом основании.
14.	Перечислите преимущества РП.
15.	Какие методы получения канавок, отверстий и ламелей РП вы знаете?
16.	Что такое РИТМ-плата?
17.	Перечислите преимущества МПП.
18.	Какие методы применяют для изготовления слоев МПП?
19.	Назовите основные характеристики МПП, изготовленные методом ПАФОС.
20.	Какие дополнительные требования предъявляют к МПП для поверхностного монтажа?
21.	Назовите особенности конструкции и технологии МПП для вьюокоинтегрироваиной элементной базы.
22.	Перечислите преимущества и область применения ГПП, ГЖП и ГПК.
23.	Назовите электрические и конструкторские параметры ГПК.
Глава 5 ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
На рис. 5.1 представлена схема производственных связей между участками цеха ПП, а на рис. 5.2 — основные этапы изготовления ПП, которые будут рассмотрены в этой главе.
Виды брака ПП, получаемого на разных операциях ТП, приведены в Приложении П.9.
Рис. 5.1. Схема производственных связей между участками цеха ПП
264
Глава 5. Основные этапы изготовления печатных плат
Получение заготовок, базовых и технологических отверстий
Получение монтажных и переходных отверстий
Получение защитного рельефа
Химическое 1 меднение

Гальваническая металлизация
Маркировка
Оплавление сплава Sn-Pb
Контроль электрических параметров
Обработка по контуру
Испытания
Прессование
Рис. 5.2. Основные этапы изготовления ПП
5.1. Изготовление оригиналов и фотошаблонов ПП
Оригиналы и фотошаблоны (ФШ) необходимы для создания рисунка ПП (проводников, контактных площадок и пр.) в соответствии с электрической принципиальной схемой. Изготовление ПП начинается с изготовления комплекта ФШ (или шаблонов), поэтому их качеству и точности придается очень большое значение, так как от этого зависит результат всего производственного цикла, на каждом этапе которого происходит потеря точности исходного рисунка.
Оригинал рисунка ПП — изображение рисунка ПП, выполненное с необходимой точностью в увеличенном заданном масштабе (2 : 1; 4 : 1 и др.) на картоне (ранее), стекле или синтетической пленке [48].
Изготовление оригиналов и фотошаблонов ПП	265
Оригинал рисунка ПП содержит все проводники и контактные площадки, выполненные в заданном масштабе с соблюдением размеров, расстояний между ними и координат расположения их на ПП, а также контур готовой ПП, тестовые отверстия, маркировочные знаки и другие элементы, т. е. все элементы печатного монтажа, которые должны быть воспроизведены в виде рисунка из меди или алюминия при изготовлении ПП. После изготовления оригинала рисунка ПП его уменьшают до истинных размеров путем фотографирования, за счет чего снижается погрешность оригинала, и эти уменьшенные копии используются в качестве ФШ.
Основание оригинала — прозрачный малоусадочный материал, размер которого определяется размером ПП и масштабом увеличения оригинала.
Фотошаблон рисунка ПП — фотографическое воспроизведение оригинала в масштабе 1 : 1 на высокостабильной основе (пленке или стекле) или инструмент, используемый для копирования имеющегося на нем изображения с помощью света (рис. 5.3).
Фотошаблон устанавливают на поверхность ПП, на которую предварительно нанесена фоточувствительная пленка. Изображение с ФШ на ПП переносится способом контактной печати экспонированием УФ-излучением. На ФШ имеются рабочая зона, технологическое поле и контрольные знаки.
Рабочая зона ФШ — часть ФШ, на которой расположены элементы топологии фотошаблона.
Технологическое поле ФШ — часть ФШ, расположенная по контуру рабочей зоны ФШ с контрольными и технологическими знаками, необходимыми для изготовления ФШ и ПП (как правило, ширина обычно не превышает 30 мм).
Контрольный знак — специальный топологический элемент в виде штриха, щели, креста и т. д., который необходим для контроля точности изготовления оригиналов и ФШ; применяется при установке ФШ в процессе мультипликации (рис. 5.4).
Топология ФШ — рисунок (чертеж), определяющий форму элементов ФШ, их взаимное расположение, геометрические размеры и предельные отклонения размеров.
Элемент топологии ФШ — проводник, контактная площадка, концевой контакт, экран и другие элементы в топологии ФШ.
3
Рис. 5.3. Фотошаблон: 1 рабочая зона; 2 — технологическое поле; 3 — контрольный знак
Рис. 5.4. Виды контрольных знаков на ФШ
266
Глава 5. Основные этапы изготовления печатных плат
По назначению ФШ делятся на эталонные (хранятся в архиве в горизонтальном положении) и рабочие (являются копиями эталонных, их заменяют новыми копиями эталонных при выходе рабочих ФШ из строя).
Эталонный ФШ — ФШ, предназначенный для последующего изготовления рабочих ФШ.
Рабочий ФШ — ФШ, используемый в производстве для копирования имеющейся на нем топологии при помощи света на заготовку ПП.
Для получения рабочего ФШ собирают пакет, состоящий из эталонного ФШ и неэкспонированной пластины, на которую методом экспонирования переносят изображение с эталонного ФШ (рис. 5.5).
Рис. 5.5. Пакет фотошаблонов:
1 — неэкспонированная пластинка; 2 — эталонный ФШ; 3 — штифты
Если в производстве ПП используются не индивидуальные заготовки, а групповые с несколькими ПП на одном основании, то для получения рисунка применяются групповые ФШ.
Групповой ФШ — ФШ рисунка ПП, из которого выполнено не менее двух рисунков ПП в масштабе 1:1.
На каждую ПП изготавливают комплект оригиналов и комплект ФШ. Комплект оригиналов содержит следующие отдельные оригиналы:
•	рисунка со стороны пайки;
•	рисунка стороны монтажа;
•	паяльной маски;
•	оригинал с обозначениями устанавливаемых ЭРИ на стороне монтажа.
На разработанный комплект оригиналов изготавливается комплект ФШ также на каждую ПП.
Комплект фотошаблонов — количество ФШ, совмещающихся между собой, необходимое и достаточное для изготовления ПП определенного типа и наименования. Для совмещения элементов топологии (рисунков) всех ФШ комплекта для получения рисунка ПП совмещают контрольные знаки, расположенные на технологическом поле каждого ФШ.
Совмещаемость комплекта ФШ — соответствие взаимного расположения элементов топологии (рисунков) двух или нескольких ФШ комплекта, которое обеспечивается при помощи контрольных знаков. Схема расположения контрольных знаков на оригиналах и ФШ ПП приведена на рис. 5.6. Контрольные знаки в виде креста 7, 3, 5 предназначены для контроля точности изготовления оригинала и ФШ и для совмещения ФШ ПП; кресты 2, 4, 6 •— для установки эталонного ФШ в процессе изготовле-
Изготовление оригиналов и фотошаблонов ПП
267
А+20 (для ФШ)
М(А+20) (для оригинала)
А/2+10 (для ФШ)
М(А/2+10) (для оригинала)
Рис. 5.6. Схема расположения контрольных знаков:
А, В — размеры сторон ПП; М — масштаб оригинала ПП; 1—6 — контрольные знаки;
7,8— контрольные знаки в виде линии шириной 0,2 мм
ния группового ФШ ПП на фотографической пластине с фиксирующими отверстиями.
Качество совмещения комплекта ФШ определяется значением несовме-щения центров контактных площадок 5 по следующей формуле (рис. 5.7):
8 =
1 I2 мх -1(д + А)
My-±(JDi+D2)
(5.1)
где Р, и D2 — диаметры контактных площадок; Мх и Му — сдвиг контактных площадок по оси Ххх Y.
Основной проблемой при производстве ФШ на пленках (эталонных и рабочих) являются обеспечение точности и геометрической стабильности основных размеров рисунка при изменении относительной влажности и температуры окружающей среды, воздействующих на пленку, а также старение пленки в результате длительного хранения и несоблюдения режимов ее обработки, так как все неточности ФШ будут воспроизводиться на изготавливаемых ПП.
Рис. 5.7. Несовмещение центров контактных площадок 8: 1, 2 — КП различных слоев ФШ; 3,4— контрольные знаки
268
Глава 5. Основные этапы изготовления печатных плат
Качество рабочего ФШ зависит:
•	от качества эталонного ФШ: точности геометрических размеров, расположения и резкости края элементов топологии;
•	оптической плотности темных и светлых участков;
•	от плоскостности и оптических свойств подложки фотоматериала, на который производится печать: коэффициентов отражения, поглощения, преломления;
•	от свойств применяемых фотоматериалов: от светочувствительности, коэффициента контрастности, разрешающей способности.
Качество ФШ характеризуется следующими основными параметрами: оптической плотностью, контрастностью и резкостью изображения.
Оптическая плотность (степень почернения) фотошаблона D определяется на денситометрах в единицах оптической плотности (белах) по формуле
D = lgL0/L,	(5.2)
где Lo и L — интенсивности световых потоков, соответственно, падающего на темные или светлые участки фотошаблона и прошедшего через них.
Для получения рисунка (защитного рельефа) высокого качества необходимо, чтобы светлые и темные участки ФШ не выходили за пределы рабочего диапазона оптической плотности почернения.
Контрастность — разность в почернении наиболее темного и светлого участка ФШ, выраженная в единицах оптической плотности.
Резкость изображения определяется шириной переходной зоны (Н) от оптической плотности почернения Д к D2 в миллиметрах (рис. 5.8).
Рис. 5.8. Ширина переходной зоны от оптической плотности ФШ D\ к Di, определяющая резкость изображения
Например, для получения изображений в пленочном фоторезисте с разрешением 50... 100 мкм ФШ должны иметь оптическую плотность непрозрачных полей более 3,5 ед. оптической плотности, прозрачных полей — менее 0,1 ед. оптической плотности, резкость края изображения не хуже 2...3 мкм.
В качестве фотоматериалов основания ФШ применяют:
•	фотографические пластинки с эмульсионным слоем. Их недостатками является низкая адгезия эмульсионного слоя, наличие вуали, влияющей на геометрические размеры элементов топологии и пр.; достоинствами — незначительная толщина эмульсионного слоя за счет чего повышается разрешающая способность;
Изготовление оригиналов и фотошаблонов ПП
269
р фототехнические пленки с эмульсионным слоем. Они удобны в работе, но подвержены линейным деформациям вследствие усадочных явлений, вызванных химико-фотографической обработкой, изменением температуры и относительной влажности; однако эти погрешности являются систематическими и могут быть учтены при изготовлении и съемке оригиналов и ФШ;
•	диазоматериалы (диазопластинки и диазопленки) — это пластинка или полиэфирная (полиэтилентерефталатная или лавсановая) пленка с диазослоем, чувствительным к сине-фиолетовым (ультрафиолетовым) частям спектра. Диазопленка обладает высокой стабильностью геометрических размеров при изменении относительной влажности и температуры, а светочувствительный диазослой обеспечивает высокую контрастность изображения с высокой разрешающей способностью. Кроме того, диазопленка нечувствительна к дневному свету, поэтому для работы с ней не требуется темная комната. Экспонирование производится на установках с источниками излучения с длиной волны 350...450 нм, в качестве которых применяются ртутно-кварцевые, ксеноновые и другие лампы. Проявление проводится в парах аммиака без применения воды, вследствие чего не происходит линейных деформаций, и �