Дипломная работа: Диплом-Нейросетевая система для управления и диагностики штанговой глубинонасосной установкой

В процессе производства возникает деформация ПП, которая приводит к их изгибу и скручиванию, затрудняющим последующую сборку. Величина деформации определяется механической прочностью фольгированных диэлектриков, характером напряженного состояния после стравливания фольги, правильностью режимов нагрева и охлаждения.

Методы изготовления однослойных печатных плат

Методы получения печатного монтажа представляют собой сочетание определенного способа нанесения изображения печатных проводников с тем или иным способом создания токопроводящего слоя (печатных проводников).

Поэтому название метода получения печатного монтажа часто совпадает с названием способа создания токопроводящего слоя печатных проводников.

К настоящему времени известны около 200 методов получения печатного монтажа. Однако распространение получили лишь те, которые удовлетворяют современным конструкторско-технологическим требованиям и технологически не сложны. К ним относятся следующие методы: химического травления фольгированного диэлектрика, гальванохимический, переноса изображения с запрессовкой в изоляционное основание (метод временного основания), комбинированный.

Сущность химического травления фольгированного диэлектрика заключается в удалении фольги с пробельных мест в результате протекания реакции 2 FeCl3 + Cu 2 FeCl2 + CuCl.

Предварительно методом фотопечати или печатанием через сетчатый трафарет наносятся изображения печатных проводников (печатного монтажа) – кислотоупорный слой, который защищает фольгу в этих местах от действия FeCl3. Его удаляют затем промывками и нейтрализацией. Основные преимущества метода химического травления фольгированного диэлектрика: наивысшая точность и разрешающая способность (соответственно ±0,05 мм и до 10 линий на 1 мм), легкий переход производства с одной схемы на другую, отсутствие необходимости в сложном оборудовании, быстрота налаживания производства. Весьма существенным преимуществом является и то, что этот метод допускает полную автоматизацию, начиная с проектирования и заканчивая заключительными вспомогательными операциями технологического процесса. Метод широко используется в серийном производстве при большой номенклатуре сложных односторонних печатных плат. Недостатки метода: невозможность металлизации отверстий, непроизводительное расходование металла при травлении фольги, возможность воздействия химических реагентов на изоляционное основание платы.

Гальванохимический метод заключается в создании на нефольгированном диэлектрическом основании путем химического осаждения тонкого (1…5 мкм) токопроводящего слоя металла с последующим получением печатных проводников и металлизацией отверстий в результате осаждения металла в соответствии с рисунком печатного монтажа. Рисунок печатного монтажа получают различными фотохимическими способами, например, способом офсетной печати. Гальванохимический метод не требует сложного оборудования, технологически прост, процесс легко механизируется и автоматизируется. Недостатки: невысокие разрешающая способность и точность, неравномерность наращивания слоя металла, подверженность диэлектрического основания платы воздействию химических реагентов
(растворов), большие временные затраты.

Метод переноса изображения печатного монтажа с запрессовкой в изоляционное основание (метод временного основания) заключается в получении печатных проводников на стальной матрице в гальванической ванне с последующим впрессовыванием их в изоляционное основание или в получении печатных проводников (травлением) на временном основании и в переносе затем их на постоянное основание. Данный метод сложен и не допускает изменения рисунка (в случае использования рельефной стальной матрицы), отверстия не металлизируются, процесс длительный, однако полностью исключено воздействие кислот и щелочей на диэлектрическое основание платы, и отпадает необходимость в предварительной активации его поверхности.

Комбинированный метод заключается в получении печатных проводников путем химического травления (т.е. используется фольгированный диэлектрик и избирательно удаляется металлический слой) и металлизация отверстий в основании платы гальванохимичеким методом. В зависимости от метода защиты проводящего рисунка при вытравливании меди этот способ может осуществляться в двух вариантах: негативном, когда защитой от вытравления служат краска и фоторезист, и позитивным, когда

защитным слоем служит металлическое покрытие – металлорезист. Название эти способы получили от фотошаблона, применяемого при создании защитного рельефа: в первом случае при экспонировании рисунка используется негатив печатной схемы, во втором – позитив.

Недостатком этого метода является двукратное воздействие химических реагентов на изоляционное основание, что приводит к существенному ухудшению его свойств. Во избежание этого металлизация отверстий производится до травления меди (фольги) в пробельных местах.

Метод получения печатного монтажа выбирается чаще всего технологом и является начальным и весьма важным этапом проектирования технологического процесса изготовления печатного монтажа и печатной платы в целом.

Принятый метод обусловливает маршрутную технологию, а, значит, содержание и объем работ, их трудоемкость и технологическую себестоимость, длительность технологического цикла и его подготовки.

Методы изготовления многослойных печатных плат

В многослойных печатных платах увеличивается (по сравнению с однослойными) плотность монтажа при сохранении или уменьшении габаритных размеров платы. МПП – узел, состоящий из чередующихся проводниковых и изоляционных слоев. Проводниковые слои представляют собой обычный печатный монтаж, но с меньшей шириной проводников, меньшими расстояниями между ними и контактными площадками. Совокупность проводниковых слоев соответствует электрической схеме функционального узла.

Печатный монтаж всех слоев получается чаще всего методом химического травления фольгированного диэлектрика, рассмотренного ранее. Новым при производстве МПП является лишь соединение слоев в единый пакет, которое достигается обычно склеивающим прессованием. Наиболее распространен метод попарного прессования.

При изготовлении МПП методом попарного прессования выполняются следующие операции:

- вырубка заготовок из двустороннего фольгированного диэлектрика и очистка поверхности фольги;

- получение рисунка схемы на внутренних слоях химическим методом;

- сверление, химическое и гальваническое меднение отверстий комбинированным методом;

- сборка, заполнение смолой и прессование платы;

- получение негативного изображения нанесением светочувствительного раствора;

- нанесение слоя серебра;

- очистка.

При соединении слоев МПП способом металлизации сквозных отверстий печатный монтаж всех внутренних слоев получают методом химического травления фольгированного диэлектрика. Затем внутренние и наружные слои одновременно склеивают (прессуют) в единый пакет с применением прокладочной стеклоткани.

Проектирование технологических процессов изготовления МПП выполняется в соответствии с имеющимся стандартом на типовые технологические процессы.

Печатный монтаж позволяет автоматизировать изготовление электронных узлов и блоков приборов самого разного функционального назначения.

 Наибольшие возможности для полной автоматизации производства печатых плат обеспечивает гальванический метод и способ металлизации сквозных отверстий (при производстве МПП).

Прочность сцепления металлизированного слоя с изоляционным основанием проверяют методом, который невозможно реализовать как автоматический. Визуальным является входной контроль фольгированного диэлектрика, качества светочувствительного слоя, качества нанесения лака, сверления отверстий и т.д.

Измерения для контроля печатных проводников и др. участков печатного монтажа осуществляется различными методами: с отделением от диэлектрического основания или без него. В первом случае измерения производятся микрометром с ценой деления шкалы 0,002 мм. Толщина металлизированного слоя без отделения его от основания платы контролируется с помощью индикатора часового типа или микроскопа (измеряется возвышение металлизированного слоя под основанием) и косвенными методами (путем измерения омического сопротивления участка печатного проводника и с использованием β- излучения).

Визуальный контроль необходимо заменять автоматизированным, выполняющимся с помощью автоматических устройств по определенной программе с выдачей результатов контроля и корректировкой технологического процесса. Такой контроль называют управляющим.

Механическая обработка печатных плат

Механическая обработка включает раскрой листового материала на полосы, получение из них заготовок, выполнение фиксирующих, технологических, переходных и монтажных отверстий получение чистового контура ПП. Размеры заготовок определяются требованиями чертежа и наличием по всему периметру технологического поля, на котором выполняются фиксирующие отверстия для базирования деталей в процессе изготовления и тестовые элементы. При прессовании ДПП на технологическом поле образуется зона некачественной пропрессовки пакета, которая удаляется при обработке контура. Ширина технологического поля не превышает 10 мм. Малогабаритные платы размером до 100 мм размещают на групповой заготовке площадью не менее 0,05 м2 с расстоянием 5 ... 10 мм между ними. Размеры заготовок вспомогательных материалов (кабельная бумага, триацетатная пленка), используе­мых при изготовлении ДПП, должны превышать на 55 ... 60 мм размеры заготовок из основного материала.

Выбор метода получения заготовок определяется типом производства. В крупносерийном и массовом производстве раскрой листового материала осуществляют штамповкой на кривошипных или эксцентриковых прессах с одновременной пробивкой фиксирующих отверстий на технологическом поле. В качестве инструмента применяют вырубные штампы, рабочие элементы которых изготовлены из инструментальных легированных сталей марок Х12М и Х12Ф1 (ГОСТ 5950—73) или металлокерамического твердого сплава марок ВК15 и ВК20 (ГОСТ 3882—74). Стойкость штампов из инструментальной стали при вырубке заготовок из гетинакса толщиной 1,5 мм составляет 8 ... 10 тыс. ударов, при вырубке заготовок из стеклотекстолита—1,5—2 тыс. ударов.

Заготовки ПП в единичном и мелкосерийном производстве получают разрезкой на одно- и многоножевых роликовых или гильотинных ножницах. Применяемые ножи должны быть установлены параллельно друг другу с минимальным зазором 0,01 ... ... 0,03 мм по всей длине реза.

Фиксирующие отверстия диаметром 4 ... 6 мм выполняют штамповкой или сверлением с высокой точностью (0,01 ... 0,05 мм). Для сверления используют универсальные станки, в которых точность достигается применением кондукторов, или специальное полуавтоматическое оборудование, которое в одном цикле с обработкой пакета заготовок предусматривает пневматическую установку штифтов, фиксирующих пакет. Резание ведут спиральными сверлами из быстрорежущей стали (ГОСТ 4010—77) или твердых сплавов (ГОСТ 22736—77, 17274—71) при скорости 30 ... 50 м/мин и подаче 0,03 ... 0,07 мм/об. Биение сверла при обработке не должно превышать 0,03 мм. Повышение точности сверления фиксирующих отверстий достигается их развертывани­ем при скорости 10. ..30 м/мин и ручной подаче инструмента.

Монтажные и переходные отверстия получают также штамповкой и сверлением. Пробивку отверстий на универсальных или специальных штампах применяют в тех случаях, когда отверстие в дальнейшем не подвергнется металлизации и его диаметр не менее 1 мм. Правильный выбор зазоров между рабочими частями штампа, их размеров и геометрии, а также усилий при штамповке позволяет свести к минимуму образование трещин на материале и расслоений.

Металлизированные монтажные и переходные отверстия обрабатывают с высокой точностью на специализированных одно- н многошпиндельных сверлильных станках с ЧПУ.

Чистовой контур ПП получают штамповкой, отрезкой на гильотинных ножницах или на специальных станках с прецизионными алмазными пилами, фрезерованием.

Технология металлизации печатных плат

Формирование токопроводящих элементов ПП осуществляется двумя основными методами: химическим и электрохимическим. Химическая металлизация используется в качестве основного слоя при изготовлении плат аддитивным методом или как подслой перед гальваническим осаждением в комбинированных методах.

Процесс химической металлизации основан на окислительно-восстановительной реакции ионов металла из его комплексной соли и определенной среде, при которой необходимые для восстановления катионов металла электроны получают в результате окисления специальных веществ, называемых восстановителями. На диэлектрике реакция восстановления протекает при наличии па его поверхности каталитически активного слоя. Для придания диэлектрику способности к металлизации производят операции сенсибилизации и активирования.

Сенсибилизация это процесс создания па поверхности диэлектрика пленки ионов двухвалентного олова, которые впоследствии обеспечат восстановление ионов активатора металлизации. Платы обрабатывают в растворе двуххлорисгого олова и соляной кислоты (5пС12—5 ... 10 г/л, НС1 — 20 ... 40 г/л, остальное — дистиллированная вода) в течение 5 ... 7 мин и промывают в холодной воде. При этом происходит гидролиз хлористого олова по реакции

SnС12+Н2O®Sn (ОН) С1+НС1

Sn(OH)Cl+H2O®Sn(OH)2+HCl (7.1)

Активирование заключается в том, что yа поверхности, сенсибилизированной двухвалентным оловом, происходит реакция восстановления ионов каталитического металла. Обработку проводят в растворах благородных металлов, преимущественно палладия (РdС12 — 0,5 ... 4 г/л, НС1 10 ... 20 мл/л, остальное - дистиллированная вода) в течение 5 ... 7 мин. На плате происходят следующие реакции:

на диэлектрике

Sn2++Pd2+ ®Pd+Sn4+ (7.2)

на поверхности фольги

Cu+Pd2+ ®Pd+Cu2+ (7.3)

Контактное выделение палладия на меди приводит к образованию барьерного слоя из рыхлой и непрочной пленки гидридов палладия, которая снижает адгезионные свойства химически осажденной меди и увеличивает переходное сопротивление. Для улучшения качества металлизации используют совмещенный раствор, в котором контактное выделение палладия существенно уменьшается. Совмещенный раствор имеет следующий состав (г/л): РdC12 — 0,8... 1, SnС12*2Н20 - 40... 70, КС1— 140…150, НС1— 150 ... 200.

После активирования и промывки платы поступают на химическое меднение.

Как видно, основными проблемами химической металлизации являются низкая производительность, сложность процесса, использование дорогостоящих материалов. Для устранения указанных недостатков разрабатываются методы беспалладиевой металлизации, например термохимический. В результате термического разложения комплексной соли гипофосфита меди на поверхности ПП и в монтажных отверстиях образуется электропроводящее покрытие, которое служит основой для электрохимического наращивания металла.

Гальваническая металлизация при производстве ПП применяется для усиления слоя химической меди, нанесения металлического резиста, например олово — свинец толщиной 8 ... 20 мкм <; целью предохранения проводящего рисунка при травлении плат, защиты его от коррозии и обеспечения хорошей паяемости; создания на части проводящего рисунка (например, на концевых печатных контактах) специальных покрытий (палладий, золото, родий и т. п.) толщиной 2.. .5 мкм. Заготовки плат, закрепленные на специальных подвесках-токоподводах, помещают в гальваническую ванну с электролитом между анодами, выполненными из металла покрытия. Режим электрохимической металлизации выбирают таким образом, чтобы при высокой производительности были обеспечены равномерность толщины покрытия и его адгезия.

Адгезия гальванического покрытия зависит от качества подготовки поверхности под металлизацию, длительности перерыва между подготовкой поверхности и нанесением покрытия, от соблюдения режимов процесса.

Для меднения ПП применяют различные электролиты. Отраслевые стандарты рекомендуют для предварительной металлизации борфтористоводородный электролит следующего состава (г/л): Сu(ВF4) -230:..250, НВF4 - 5... 15, Н3ВО3-15 ... 40. Процесс ведут при температуре 20±5°С, плотности тока 3 ...4 А/дм2, скорости осаждения 25 ... 30 мкм/ч.

Повышение объемов производства и требований к качеству ПП, усложнение аппаратуры и ее микроминиатюризация требуют развития перспективных методов электрохимической металлизации и производительного технологического оборудования.

Формирование рисунка печатных плат

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11