2 (Разработка биотехнической системы для пневмотаховолюметрических исследований)

2.1 Общие технические требования, предъявляемые к печатным платам

К печатным платам предъявляются следующие требования: поверхность печатных плат не должна иметь пузырей, вздутий, посторонних включений, сколов, выбоин, трещин и расслоений материала основания, снижающих электрическое сопротивление и прочность изоляции [20].

Конструирование печатных плат должно обеспечивать рациональное размещение навесных элементов с учетом наиболее коротких электрических связей с минимальным переходом печатных проводников со слоя на слой и размещением, исключающим паразитные связи [23].

Ширина печатных проводников и расстояние между ними устанавливаются требованиями чертежа [22].

Одиночные вкрапления металла и следы его удаления на свободных от проводников участках, поверхностные сколы и просветления диэлектрика, ореолы, возникающие в результате механической обработки, допускаются, если расстояние от проводника до указанного дефекта составляет не менее 0,3 мм. Допускаются также отдельные дефекты диэлектрика, обнаруженные после травления и предусмотренные техническими условиями на фольгированные материалы [23].

Материал основания печатных плат должен быть таким, чтобы при механической обработке (сверление, штамповка, распиловка), не образовывались трещины, расщепления, отслоения и другие неблагоприятные явления, влияющие на эксплуатационные свойства, а также на электрические параметры плат.

Печатные проводники должны быть с ровными краями. Цвет медного проводника может быть от светло-розового до темно-розового. В отдельных случаях допускаются неровности по краям проводников, не уменьшающие минимальной ширины проводников и расстояния между ними, предусмотренные чертежом. Отклонение размеров контактной площадки от чертежа по ширине или длине возможно, но при этом расстояние до ближайших проводников или контактных площадок в любом месте должно быть не менее минимальных величин, оговоренных в чертеже.

Конструктивно-технологические характеристики печатных плат [22]:

• Геометрическая форма – прямоугольная, другая форма – при необходимости, в технически обоснованных случаях.

• Размеры каждой стороны печатной платы при длине до 100мм должны быть кратны 2.5мм, при длине до 350мм -5мм, при длине более 350мм - 10мм. Максимальный размер любой из сторон должен быть не более 470мм.

• Шаг координатной сетки – 2,5 мм – 1,25мм - 0,625мм соответственно для 1, 2, 3 класса плотности печатного монтажа (ГОСТ 23751-86).

• Минимальная ширина проводников – 0,75мм – 0,45мм-0,25мм-0,15мм-0,1мм соответственно для 1, 2, 3, 4, 5 класса точности печатного монтажа (ГОСТ 23751-86).

• Монтажные отверстия должны иметь контактные площадки.

• Минимальные расстояния между печатными проводниками, контактными площадками, проводниками и контактными площадками, проводниками и монтажными отверстиями – 0,5мм - 0,25 мм - 0,15мм соответственно для 1, 2,3 класса плотности монтажа (ГОСТ 23751-86).

• Минимальное расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки – 0,05мм – 0,035мм - 0,025мм соответственно для 1, 2, 3 класса плотности монтажа (ГОСТ 23751-86).

• Центры монтажных отверстий должны располагаться в узлах координатной сетки.

• Диаметры монтажных и переходных отверстий выбираются в зависимости от диаметра вывода навесного элемента из ряда: 0,4мм-0,6мм-0,8мм-1,0мм-1,3мм-1,5мм-1,8мм-2,0мм, причем на плате не должно быть более 3-х металлизированных монтажных и переходных отверстий.

• Разность диаметров монтажных отверстий и диаметров выводов элементов должна быть: 0,4 мм (для выводов диаметром 0,4мм, 0,6мм, 0,8 мм); 0,6 мм (для выводов диаметром 1,0мм, 1,2 мм, 1,5 мм, 1,7 мм); не более 0,2 мм ( для автоматической сборки).

• Толщина печатной платы выбирается в зависимости от механических требований и метода изготовления из ряда: 0,8мм - 1,0мм - 1,5мм - 2,0мм -2,5мм - 3,0мм

Для повышения качества и надежности печатных проводников часто применяются гальванические покрытия, которые обеспечивают защиту проводников от коррозии, увеличивают сопротивление механическому износу, позволяют повысить предельно допустимые токи в схеме и улучшают смачиваемость припоем проводников в процессе пайки. На печатных проводниках недопустимы «подгары», механические повреждения поверхности проводников, контактных площадок и металлизации в отверстиях. Как исключения допускаются отдельные точечные протравки, ряски, царапины, вмятины, оговоренные техническими условиями на фольгированные материалы, а также аналогичные дефекты, не уменьшающие минимально допустимой ширины проводника и не нарушающие целостности гальванического покрытия.

Толщина слоя меди, осажденной на всех металлизируемых участках печатной платы, должна быть в пределах 40— 100 мкм, а на линиях земли, экранах и проводниках, лежащих по краям платы, она допускается до 150 мкм.

Требования к толщине слоя осажденного металла определяются спецификой технологического процесса. Следует также помнить, что гальванический слой металла рыхлый и обладает меньшей электропроводностью, чем медная фольга.

Увеличение толщины слоя (толщина фольги 35 или 50 мкм) обеспечивает токовую нагрузку в гальванически осажденных проводниках платы. Однако следует помнить, что с увеличением толщины гальванически нанесенного проводника прочность сцепления его с основанием платы снижается [22].

Для предохранения печатных проводников от воздействия внешней среды при длительном хранении перед сборкой на печатные платы наносят технологическое защитное покрытие, которое удаляется после сборки и пайки перед покрытием электроизоляционным лаком уже собранной платы. Для этих целей используют лаки, обладающие флюсующим свойством (чаще всего на основе канифоли). Покрытие должно быть равномерным и целостным.

Толщина печатной платы также ограничена. В соответствии с международными требованиями номинальными толщинами печатных плат являются следующие: 0,2; 0,5; 0,8; (1,0); (1,2); 1,6; (2,0); 2,4; 3,2; 6,4 мм. Величины, указанные в скобках, допускаются, но не рекомендуются [20].

Величина допуска на толщину платы определяется чертежом. Номинальные диаметры неметаллизированных отверстий и допуски на них приведены в таблице 2.1.:

Таблица 2.1 Номинальные диаметры неметаллизированных отверстий и допуски на них

Прочность сцепления печатных проводников с основанием печатной платы определяет качество и надежность печатной схемы.

Недостаточная прочность сцепления часто приводит к отслаиванию печатных проводников от основания платы еще в процессе производства аппаратуры. Наиболее часто этот дефект проявляется при операции групповой пайки в результате нагрева материала основания.

Для печатных плат установлены следующие нормы прочности сцепления печатных проводников с основанием платы:

• при отслаивании — не менее 0,8 н/мм²;

• при отрыве—не менее 1,5 н/мм².

Печатный монтаж дает возможность механизировать ряд трудоемких операций изготовления аппаратуры, одной из которых является пайка навесных элементов. Как правило, в производстве используются методы групповой пайки. Плата подвергается термоудару по всей поверхности. В связи с этим к печатным платам предъявляются специальные требования.

Печатные платы, предназначенные для установки радиоэлементов с гибкими выводами (резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы) должны выдерживать не менее пяти одиночных перепаек, а печатные платы, предназначенные для установки многовыводных радиоэлементов (модули, микромодули, микросхемы, импульсные трансформаторы, реле), — не менее трех групповых перепаек.

Электрические параметры печатных плат регламентируются как в условиях эксплуатации, так и после транспортировки и хранения в определенных условиях. Электрическая изоляция между токоведущими элементами печатной платы, не имеющими электрической связи, должна выдерживать в течение 1 мин без пробоя испытательные напряжения постоянного или переменного (амплитудное значение) тока, указанные в таблице 2.2.

Таблица 2.2 Испытательные напряжения постоянного или переменного (амплитудное значение) тока [20]

Сопротивление изоляции между токоведущими элементами печатных плат, не имеющими электрической связи, определяется нормами, указанными в таблице 2.3.

Таблица 2.3 Сопротивление изоляции между токоведущими элементами печатных плат [22]

Омическое сопротивление проводников на печатных платах, изготовленных различными методами, должно соответствовать данным, приведенным в таблице 2.4.

Таблица 2.4. Омическое сопротивление проводников на печатных платах [22]

Сопротивление единичного междуслойного перехода не должно превышать 0,001 0м.

Надежность печатных схем влияет на надежность радиоэлектронной аппаратуры в целом. Она проверяется в составе РЭА и определяется минимальным значением вероятности безотказной работы P₂> 0,95 на время т=5000 ч при риске заказчика β<0,1.