Что такое печатные платы и как они влияют на работу компьютера

Что такое печатные платы и как они влияют на работу компьютера

Далеко не каждый пользователь ПК ответит на вопросы о том, какие бывают печатные платы, это что за приспособление, как изготавливается и для чего применяется.

Этим термином называют монтажные площадки для различных радиодеталей – резисторов, диодов, конденсаторов и микросхем.

Встретить их можно внутри любого компьютера, радиоприёмника, мобильного телефона, зарядного устройства или измерительного прибора, ни один из которых не сможет работать без одной или целого набора плат.

Cодержание:

История появления названия

Современный вид и название печатные платы получили около сотни лет назад, благодаря применению специальной полиграфической технологии.

На английском языке их называют printing plate – «отпечатанная пластина». Производство плат, действительно, представляет собой печать рисунка на специальных пластинах – когда-то для этого использовались огромные полиграфические машины, сейчас всё делается с помощью лазерных принтеров.

Рис. 2. Приёмник «Дорожный» с одной из первых бытовых печатных плат.

Читайте также:

Устройство платы

Стандартная печатная плата представляет собой основание из диэлектрика, на котором выполняется электропроводящий рисунок из фольги.

Здесь же располагаются контактные площадки и отверстия, с помощью которых монтируются выводные компоненты.

Есть на платах и переходные отверстия, с помощью которых происходит соединение отдельных участков рисунка, внешние стороны защищаются «паяльной маской», а для удобства использования на поверхность наносится вспомогательная маркировка.

Рис. 3. Гибкие печатные платы.

Основные разновидности

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

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

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

Применяют такие модели в сложных устройствах.

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

Рис. 4. Слои печатной платы.

Проектирование и изготовление

Проект будущей платы некоторое время назад создавался вручную, а готовые варианты рисунков печатались в специализированных журналах – сейчас для этого применяют специальное программное обеспечение.

Проектировать карты можно в таких редакторах как TopoR, Proteus и KiCad.

Процесс проектирования расположения линий рисунка называется «разводкой».

Рис. 5. Проектирование платы с помощью специального ПО.

Промышленное производство плат предполагает использование специального оборудования и специальных методик.

Практически не отличается от кустарного способа создания только вытравливание ненужных участков металлического покрытия – его оставляют только в тех местах, где проходят дорожки.

Результатом этих действий становится плата с контактными площадками и рисунком.

Рис. 6. Фрезерование дорожек печатной платы на станке.

Процесс травления продолжается высверливанием переходных отверстий, в которые будут устанавливаться навесные компоненты – их делают по центру контактных площадок.

Монтаж деталей выполняется с помощью пайки:

  • контакты вводятся в соприкосновение с флюсом и припоем, после чего подвергаются нагреву с помощью специального оборудования;
  • припой становится жидким и смачивает поверхности спаиваемых элементов;
  • после прекращения нагрева материал переходит в твёрдую форму, обеспечивая прочное соединение деталей с платой.

Правила обращения с платами

Фольга приклеивается к основанию достаточно прочно – но со временем выполненные из фольги дорожки могут отслаиваться – особенно, если менять на них отдельные детали.

При обращении с печатными платами следует соблюдать несколько простых правил:

  • на платы не должна попадать жидкость, которая может привести к их выходу из строя;
  • при попадании воды устройство следует отключить от питания (извлечь аккумулятор), извлечь плату, почистить (например, изопропиловым спиртом) и попытаться высушить – после этого деталь может работать без проблем, но иногда для ремонта приходится обращаться в сервис;
  • ремонтом плат следует заниматься только специалистам или людям, имеющим опыт пайки – попытка сэкономить на ремонте может привести к ещё большим повреждениям;
  • если вода попала на плату мобильного телефона (прочность которой обычно заметно ниже, чем у аналогичных деталей другой техники), в сервис стоит обратиться как можно быстрее.

Рис. 7 .платы мобильных телефонов.

Телефонные платы следует особенно тщательно беречь от попадания внутрь жидкости.

Аккуратно следует обращаться и с печатными платами клавиатуры ПК и ноутбуков.

Как правило, именно эти детали чаще всего страдают от пролитой жидкости.

А при соединении плат (которые могут называться ещё картами – например, звуковой или видеокартой) друг с другом обязательно отключать их от сети.

Читайте также:

Выводы

Знакомство с процессом изготовления печатных плат, особенностями их конструкции и обращения вряд ли поможет неопытному пользователю электроники самостоятельно создать их или отремонтировать.

Однако такие знания позволяют понять, что сделать эту деталь можно и своими руками, а для того чтобы продлить эксплуатационный срок, рекомендуется беречь её и от нагрева, и от механического воздействия, и от влаги.

Печатная плата – основа современной электроники

Печатная плата составляет основу любого электронного изделия, входя в состав компьютеров, сотовых телефонов и военной техники. Появившись более 100 лет назад, это маленькое устройство ознаменовало огромный скачок в развитии радиоэлектронной аппаратуры. В России одним из крупнейших производителей современных плат является КРЭТ.

Что же представляет собой печатная плата и зачем она называется «печатной»?

Немного истории

Считается, что прообраз всех видов печатных плат был создан немецким инженером Альбертом Хансоном. Еще в начале прошлого столетия он предложил формировать рисунок печатной платы на медной фольге вырезанием или штамповкой. Элементы рисунка приклеивались к диэлектрику, которым служила пропарафиненная бумага.

Таким образом, «днем рождения» печатных плат считается 1902 год, когда Хансон подал свою заявку в патентное ведомство.

За более чем столетие конструкции и технологии изготовления печатных плат постоянно совершенствовались. В их эволюции принимало участие большое множество изобретателей, в числе которых и всемирно известный Томас Эдисон. В свое время он предложил формировать токопроводящий рисунок посредством адгезивного материала, содержащего графитовый или бронзовый порошки.

И хотя Эдисон даже не употреблял термина «печатные платы», многие его идеи применяются при их создании и в наши дни.

Первые печатные платы, созданные в 1920-х годах, были сделаны из таких материалов, как бакелит, мазонит, а также слоистого картона и даже тонких деревянных досок. В материале просверливались отверстия, а затем «провода» из плоской латуни привинчивались к плате. Причем иногда для этого использовались даже небольшие гайки и болты. Такие печатные платы были использованы в первых радио и граммофонах.

И почему она «печатная»

В своем современном виде печатная плата появилась благодаря использованию технологий полиграфической промышленности. И своим названием она обязана полиграфии: печатная плата – прямой перевод с английского полиграфического термина printing plate.

Поэтому подлинным «отцом печатных плат» считается австрийский инженер Пауль Эйслер, который первым пришел к выводу, что технологии полиграфии могут быть использованы для серийного производства печатных плат.

Уже во время Второй мировой войны технологии массового производства печатных плат оказались очень востребованными, в первую очередь для радиоаппаратуры военного назначения, авиации. А с середины 1950-х годов печатная плата стала основой всей бытовой электроники.

В СССР одной из первых подобных разработок в 1953 году был радиоприемник «Дорожный», выполненный в виде небольшого чемодана, в котором помещалась одна печатная плата. Конечно, по сравнению с современными, эта печатная плата была весьма примитивной: несколько широких проводников (4-5 мм) с пилообразными кромками, расположенных на обеих сторонах платы, соединялись через металлизированные отверстия. А уже в 1954 году с применением печатных плат началось производство советского телевизора «Старт».

Сегодня печатные платы практически не имеют конкуренции в качестве основы электронной аппаратуры, входя в состав компьютеров, сотовых телефонов и военной техники.

От линии к плоскости

Что же собой представляют печатные платы?

Если коротко, то это конструкция электрических межсоединений на изоляционном основании. Таким образом, ее основные элементы – основание (подложка) и проводники.

Электронные компоненты на печатной плате обычно соединяются при помощи пайки. Эти элементы необходимы и достаточны для того, чтобы печатная плата была печатной платой.

Кстати, самым дальним предшественником печатных плат можно считать обычный провод, чаще всего изолированный. Таким образом, в развитии этого радиоустройства, можно сказать, был осуществлен переход от линии к плоскости.

Односторонняя печатная плата – это пластина, на одной стороне которой размещены проводники, выполненные печатным способом. В двухсторонних печатных платах проводники заняли и изнаночную сторону этой пластины.

Переход от односторонних печатных плат к двухсторонним был первым шагом на пути от плоскости к объему. Окончательный переход к объему произошел с появлением в 1961 году многослойных печатных плат.

К примеру, сегодня предприятия КРЭТ выпускают многослойные печатные платы, содержащие до 25 слоев.

Такие платы позволили в первую очередь миниатюризировать электронику. Этим преимуществом сохранения пространства быстро воспользовались аэрокосмическая техника, авиация, компьютеры, а также ракетные комплексы и оружие.

Переход на микроуровень

Все большая миниатюризация электронных устройств потребовала и перехода печатных плат на микроуровень.

Если на первых печатных платах ширина проводников и зазоры между проводниками измерялись миллиметрами, то развитие электронной техники потребовало создания печатных плат с размерами элементов, измеряемых десятыми долями миллиметра. В современной радиоэлектронной аппаратуре такие печатные платы стали уже обыденностью.

На предприятиях КРЭТ сегодня выпускаются платы с точностью воспроизведения рисунка 2 мкм, а толщина подложки таких плат составляет от 0,25 до 1 мм. При этом надежность внутренних соединений многослойных плат контролируется с помощью рентгеновской установки.

Развитие таких направлений, как нанотехнологии, делает вполне реальными любые самые нереальные прогнозы относительно развития электронной базы. Можно говорить уже не просто о микро-, а даже о наноминиатюризации печатных плат. Уже сегодня отдельные элементы печатных плат находятся на подступах к нанометрам.

«Печатные» инновации

Для большинства людей печатная плата – это просто всего лишь жесткая пластинка. Действительно, жесткие платы – самый массовый продукт, используемый в радиоэлектронике, но сегодня пользуются большой популярностью и гибкие печатные платы.

В России одним из крупнейших производителей таких плат является Государственный Рязанский приборный завод, входящий в КРЭТ.

Так, одним из преимуществ гибких печатных плат называют возможность придания им различных форм объектов, в которые их можно поместить. Гибкие платы делают из полиимидных материалов, таким образом, их «подложка» находится в высокоэластическом состоянии. В результате существенно экономится внутренний объем изделий.

Последние инновации в области производства печатных плат коснулись и материалов.

Как известно, в качестве основы печатной платы наиболее часто используются такие материалы, как стеклотекстолит, гетинакс, керамика. Также основой печатных плат может служить металлическое основание, покрытое диэлектриком (например, анодированный алюминий), поверх диэлектрика наносится медная фольга дорожек.

Отдельную группу материалов составляют алюминиевые металлические печатные платы. И здесь особое значение имеют алюмооксидные платы. Эта технология основана на инновационной концепции создания нанопористого материала для построения многоуровневых слоев коммутации, которые комбинируют алюминий и оксид алюминия в своей структуре.

Выполненные по алюмооксидной технологии печатные платы и модули обеспечивают более быстрый теплоотвод в сравнении с аналогичными изделиями, выполненными на основе «классической» технологии, что увеличивает надежность работы и срок службы.

Самым главным достоинством этой технологии является возможность переплавки отслуживших свой срок печатных плат. Получаемый в результате этого алюминий может быть использован многократно.

Недавно КРЭТ приступил к испытаниям сборочных узлов и модулей, построенных на основе инновационных алюмооксидных плат.

Концерн оценит целесообразность их использования при производстве перспективных систем радиолокации гражданского и военного назначения, а также средств радиоэлектронной борьбы.

События, связанные с этим

«Союз» с комплектующими Ростеха доставил космонавтов на МКС

КРЭТ создаст энергетический комплекс инновационного самолета

Печатная плата – основа современной электроники

КРЭТ приступил к формированию портфеля своих активов

Печатные платы

Никогда не думал, что могут понадобиться печатные платы, но однажды пришлось с этим столкнуться на объекте в Санкт-Петербурге. К сожалению, проект изобиловал нестандартными электронными панелями на терминалах. Благо, обеспечение легло не наши плечи, но кое-что усвоил. Даже немного удивило, что где-то требуется индивидуальный заказ на проработку электроники, а не покупка готового оборудования, но ладно.

Что такое печатные платы ?

На объекте оказалась индивидуально проработанная система защиты. Простите, не могу сказать где, и сбросить фотографии, но часто требования бывают такими. То бишь, чтобы не было распространенных методов обхода защиты. Намек дам, этим славятся банки.

В первую очередь выполняется проектировка печатных плат, создается разводка, потом оформляется заказ на выпуск. Так как требования к качеству пластин из диэлектрика оказались довольно высокими, заказали здесь: https://a-contract.ru

Сначала небольшой экскурс. Печатные платы изготавливаются из диэлектрических материалов, например, текстолита. Их вы можете увидеть в материнской плате, на задней стороне процессора, на видеокартах. Практически в любом устройстве, будь то телевизор, мышка, клавиатура, наушники или смартфон, есть плата.

Соответственно, чем выше требования к оборудованию, тем серьезнее требования к производству плат. Потому, есть классы точности:

Класс точности с соответствующими параметрами

Ширина печатного проводника t ( мм)

Расстояние между краями составляющих проводящего рисунка (мм)

Минимальный диаметр отверстия для текстолита с толщиной 1,5 мм. (мм)

Итак, чем выше требования к печатной плате, темы выше будет класс. Ведь с увеличением функционала должно увеличиваться количество проводящих элементов на оной, значит, придется уменьшать зазоры, увеличивать плотность размещения, что сделать довольно тяжело. Соответственно, приходится серьезно подходить к техпроцессу производства.

Как видите, понять, что такое печатные платы довольно легко. Мы сталкиваемся с ними постоянно. Видим, держим в руках, но редко задумываемся о том, насколько сложно их делать.

Сферы применения

Я удивлялся, почему бы не купить готовое оборудование. Но приходится смириться. В банках требования к безопасности на порядок выше. Введенный с панели пароль должен сразу же фиксироваться на сервер безопасности банка. Любое действие либо его отсутствие должны быть зафиксированы. Потому, весь техпроцесс проектируется с нуля самим банком. Впрочем, ничего удивительного.

Под терминалы, настенные кодовые панели и прочие элементы разрабатывается индивидуальный проект, заказываются электронные элементы. После их проработки следует обращение к разработчикам печатных плат, которые прорабатывают проект и размещают все элементы на проработанном диэлектрике.

Готово. Выглядит просто, на самом деле проработка подобного проекта и полная его реализация может занять много времени. Впрочем, изготовление печатных плат при налаженном техпроцессе происходит быстро. Большая часть времени — создание проекта, спецификаций и модификации на основе результатов работы опытного образца.

Точнее сказать довольно трудно. В данной сфере специалистом не являюсь. Но тема довольно интересная и стоило бы посвятить ей чуть больше внимания. Спасибо, надеюсь, вам было интересно ознакомиться. На сайте выше вы сможете найти гораздо больше информации по данному вопросу.

Что такое печатные платы и как они влияют на работу компьютера

Далеко не каждый пользователь ПК ответит на вопросы о том, какие бывают печатные платы, это что за приспособление, как изготавливается и для чего применяется.

Этим термином называют монтажные площадки для различных радиодеталей – резисторов, диодов, конденсаторов и микросхем.

Встретить их можно внутри любого компьютера, радиоприёмника, мобильного телефона, зарядного устройства или измерительного прибора, ни один из которых не сможет работать без одной или целого набора плат.

История появления названия

Современный вид и название печатные платы получили около сотни лет назад, благодаря применению специальной полиграфической технологии.

На английском языке их называют printing plate – «отпечатанная пластина». Производство плат, действительно, представляет собой печать рисунка на специальных пластинах – когда-то для этого использовались огромные полиграфические машины, сейчас всё делается с помощью лазерных принтеров.

Сначала платы применялись только в военной промышленности, но в середине прошлого века их начинают использовать и для создания бытовой электроники. Одним из первых приборов, созданных с использованием этих деталей, стал приемник «Дорожный», который представлял собой небольшой чемодан с печатной платой внутри.

Рис. 2. Приёмник «Дорожный» с одной из первых бытовых печатных плат.

Устройство платы

Стандартная печатная плата представляет собой основание из диэлектрика, на котором выполняется электропроводящий рисунок из фольги.

Здесь же располагаются контактные площадки и отверстия, с помощью которых монтируются выводные компоненты.

Есть на платах и переходные отверстия, с помощью которых происходит соединение отдельных участков рисунка, внешние стороны защищаются «паяльной маской», а для удобства использования на поверхность наносится вспомогательная маркировка.

Рис. 3. Гибкие печатные платы.

Основные разновидности

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

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

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

Применяют такие модели в сложных устройствах.

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

Рис. 4. Слои печатной платы.

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

Проектирование и изготовление

Проект будущей платы некоторое время назад создавался вручную, а готовые варианты рисунков печатались в специализированных журналах – сейчас для этого применяют специальное программное обеспечение.

Проектировать карты можно в таких редакторах как TopoR, Proteus и KiCad.

Процесс проектирования расположения линий рисунка называется «разводкой».

Рис. 5. Проектирование платы с помощью специального ПО.

Промышленное производство плат предполагает использование специального оборудования и специальных методик.

Практически не отличается от кустарного способа создания только вытравливание ненужных участков металлического покрытия – его оставляют только в тех местах, где проходят дорожки.

Результатом этих действий становится плата с контактными площадками и рисунком.

Рис. 6. Фрезерование дорожек печатной платы на станке.

Процесс травления продолжается высверливанием переходных отверстий, в которые будут устанавливаться навесные компоненты – их делают по центру контактных площадок.

Монтаж деталей выполняется с помощью пайки:

  • контакты вводятся в соприкосновение с флюсом и припоем, после чего подвергаются нагреву с помощью специального оборудования;
  • припой становится жидким и смачивает поверхности спаиваемых элементов;
  • после прекращения нагрева материал переходит в твёрдую форму, обеспечивая прочное соединение деталей с платой.

Следует знать: Пайка выполняется на станках или, если плата создаётся в домашних условиях, паяльником. Перед началом процесса детали следует разместить выводами в сквозные отверстия.

Правила обращения с платами

Фольга приклеивается к основанию достаточно прочно – но со временем выполненные из фольги дорожки могут отслаиваться – особенно, если менять на них отдельные детали.

При обращении с печатными платами следует соблюдать несколько простых правил:

  • на платы не должна попадать жидкость, которая может привести к их выходу из строя;
  • при попадании воды устройство следует отключить от питания (извлечь аккумулятор), извлечь плату, почистить (например, изопропиловым спиртом) и попытаться высушить – после этого деталь может работать без проблем, но иногда для ремонта приходится обращаться в сервис;
  • ремонтом плат следует заниматься только специалистам или людям, имеющим опыт пайки – попытка сэкономить на ремонте может привести к ещё большим повреждениям;
  • если вода попала на плату мобильного телефона (прочность которой обычно заметно ниже, чем у аналогичных деталей другой техники), в сервис стоит обратиться как можно быстрее.

Рис. 7 .платы мобильных телефонов.

Телефонные платы следует особенно тщательно беречь от попадания внутрь жидкости.

Аккуратно следует обращаться и с печатными платами клавиатуры ПК и ноутбуков.

Как правило, именно эти детали чаще всего страдают от пролитой жидкости.

А при соединении плат (которые могут называться ещё картами – например, звуковой или видеокартой) друг с другом обязательно отключать их от сети.

Выводы

Знакомство с процессом изготовления печатных плат, особенностями их конструкции и обращения вряд ли поможет неопытному пользователю электроники самостоятельно создать их или отремонтировать.

Однако такие знания позволяют понять, что сделать эту деталь можно и своими руками, а для того чтобы продлить эксплуатационный срок, рекомендуется беречь её и от нагрева, и от механического воздействия, и от влаги.

Изготовление печатных плат с помощью компьютера

Подробный рассказ о популярной «лазерно-утюжной» технологии изготовления печатных плат, её особенностях и нюансах.

Печатные платы в радиотехнике применяются очень давно. В условиях производства существует различное оборудование, позволяющее выпускать платы в массовом масштабе. Подобные платы раньше выпускались методами офсетной печати, почему и получили название «печатных».

В домашних условиях или в заводских электролабораториях, занимающихся ремонтом электрооборудования подобные платы приходилось рисовать вручную различными лаками. Инструменты для рисования применялись самые разнообразные, от просто остро заточенной спички до иголок от шприца и стеклянных рейсфедеров.

Производительность подобного труда была низкая, да и качество оставляло желать лучшего. Если же требовалось изготовить несколько одинаковых плат, то уже вторая рисовалась без особого вдохновения, а следующие за ней, оптимизма не прибавляли.

Сейчас компьютерные технологии проникли во все сферы человеческой деятельности, в том числе и в радиолюбительство. Печатные платы рисовать вручную теперь уже не приходится, разве что очень простые, которые можно даже вырезать ножом. Но обо всем по порядку.

Прежде всего, печатную плату необходимо спроектировать согласно принципиальной электрической схеме. Подобная работа выполняется на компьютере при помощи специальных программ. Наиболее просты и доступны программы Sprint-Layout. Они бесплатны, и их можно скачать в Интернете. Их интерфейс интуитивно понятен и пользование программой затруднений не вызывает.

В версиях программ, начиная с третьей, возможна вставка рисунка и просто его обведение линиями печатных дорожек. Эта функция позволяет изготавливать платы, опубликованные на страницах журналов. Картинка из журнала, если ее просто распечатать, требуемого качества, как правило, не дает.

После того, как печатная плата спроектирована и проверена, ее следует перенести на заготовку будущей печатной платы. И именно на этом этапе следует проявить внимательность и аккуратность.

Прежде всего, следует рассказать, как печатать и на чем. Это два основных вопроса, от которых зависит конечный результат.

Рисунок платы печатается на лазерном принтере при отключении всех экономных режимов, что позволяет нанести на бумагу максимально толстый слой тонера. Это способствует улучшению переноса тонера на заготовку печатной платы. Сейчас подобная технология называется «лазерно-утюжной».

Общий смысл ее достаточно прост: рисунок помещается на заготовку (фольгированный стеклотекстолит), конечно рисунком к фольге, после чего проглаживается обычным утюгом. Тонер, расплавляясь, переносится на фольгу, оставляя на ней рисунок платы. После этого бумага размачивается в воде, а плата травится как обычно в растворе хлорного железа.

Теперь о тонкостях и деталях всего процесса.

Прежде всего на чем печатать? Когда эта технология была известна только по слухам, считалось, что печатать рисунок надо на бумаге самого низкого качества. Такая бумага, тонкая и бурая, предназначалась для пишущих машинок. Отмочить эту бумагу было просто невозможно, поэтому предлагалось сначала растворять ее, кажется, соляной кислотой. Бумага растворялась плохо, а вместе с ней и часть рисунка.

Тогда большинство исследователей, видимо, печатали подобные картинки на государственных принтерах, поэтому были предложения делать распечатки даже на бытовой алюминиевой фольге, каких-то пленках и еще не помню на чем.

На самом деле все оказалось значительно проще: лучше всего подходит мелованная бумага из глянцевых журналов. При этом рисунки и фотографии на страницах на качество не влияют. Единственное, что следует опытным путем подобрать журнал, дающий лучшее качество. Некоторые журналы намелованы до такой степени, что приглаживаются к фольге даже без тонера.

Границы платы на распечатке лучше указать при помощи «крестов», (такая опция присутствует в программе), нежели в рамке. Рамка может потянуть за собой бумагу в процессе приглаживания и исказить рисунок.

Бывает, рисунок приглаживается хорошо не с первого раза, поэтому на одном листе бумаги надо отпечатать несколько его экземпляров. Количество рисунков на листе устанавливается в программе.

Заготовку для платы следует вырезать не ровно в размер, а так, чтобы по краям оставался запас 6…10 мм. Он срезается уже после того, как плата будет готова. Это необходимо для того, чтобы крайние дорожки рисунка получились хорошо. Не понятно почему, именно эти дорожки приглаживаются плохо. Поэтому острые кромки фольги следует притупить сняв небольшие фаски.

Перед тем, как приглаживать рисунок утюгом, заготовку следует зачистить наждачной бумагой, так, чтобы поверхность фольги приобрела матовый оттенок. После этого поверхность обезжирить ацетоном или бензином.

Затем положить бумагу рисунком вверх на ровную поверхность, и уже на нее фольгой вниз, ориентируя по крестам, заготовку платы. Для фиксации заготовки края бумаги подогнуть вовнутрь получившегося пакета. При приглаживании пакет положить, естественно, бумагой вверх.

Обычный утюг для глажения белья следует разогреть до 200 градусов. Температуру можно проконтролировать с помощью термопары авометра, либо подбирать опытным путем.

Приглаживание производить сначала всей плоскостью утюга для разогрева платы, а ближе к концу процесса приглаживать бумагу ребром утюга. Чтобы мелованная бумага не прилипала к утюгу в начале приглаживания можно под утюг положить обычную чистую бумагу. Под приглаживаемую заготовку лучше подложить картонную папку для бумаг или журнал. Это позволит плате несколько прогибаться, что исключит влияние неровностей, как самой платы, так и рабочего стола.

После приглаживания весь пакет следует остудить, прикладывая другой утюг, только холодный, чтобы рисунок лучше зафиксировался на плате.

После этих процедур приглаженную бумагу следует отмочить в теплой 50…60 градусов воде. Когда бумага достаточно размокнет ее следует осторожно снять. Остатки бумаги, прилипшие к плате, удалить, протирая пальцем, как переводные картинки.

После того, как будет получен оттиск хорошего качества, заготовку следует как обычно протравить в растворе хлорного железа. После травления рисунок удаляется ацетоном или бензином.

Программа Sprint-Layout позволяет нарисовать в контактных площадках отверстия для деталей. Эти отверстия следует делать диаметром не менее 0,7…0,8 мм. Тогда фольга в них протравится до текстолита и не потребуется кернить отверстия: сверло будет центроваться в этих протравленных отверстиях. Точность сверления такова, что даже микросхемы в 40 выводных корпусах «садятся» на свои места безо всякого подгибания ножек.

Печатная плата – основа современной электроники

Печатная плата составляет основу любого электронного изделия, входя в состав компьютеров, сотовых телефонов и военной техники. Появившись более 100 лет назад, это маленькое устройство ознаменовало огромный скачок в развитии радиоэлектронной аппаратуры. В России одним из крупнейших производителей современных плат является КРЭТ.

Что же представляет собой печатная плата и зачем она называется «печатной»?

Немного истории

Считается, что прообраз всех видов печатных плат был создан немецким инженером Альбертом Хансоном. Еще в начале прошлого столетия он предложил формировать рисунок печатной платы на медной фольге вырезанием или штамповкой. Элементы рисунка приклеивались к диэлектрику, которым служила пропарафиненная бумага.

Таким образом, «днем рождения» печатных плат считается 1902 год, когда Хансон подал свою заявку в патентное ведомство.

За более чем столетие конструкции и технологии изготовления печатных плат постоянно совершенствовались. В их эволюции принимало участие большое множество изобретателей, в числе которых и всемирно известный Томас Эдисон. В свое время он предложил формировать токопроводящий рисунок посредством адгезивного материала, содержащего графитовый или бронзовый порошки.

И хотя Эдисон даже не употреблял термина «печатные платы», многие его идеи применяются при их создании и в наши дни.

Первые печатные платы, созданные в 1920-х годах, были сделаны из таких материалов, как бакелит, мазонит, а также слоистого картона и даже тонких деревянных досок. В материале просверливались отверстия, а затем «провода» из плоской латуни привинчивались к плате. Причем иногда для этого использовались даже небольшие гайки и болты. Такие печатные платы были использованы в первых радио и граммофонах.

И почему она «печатная»

В своем современном виде печатная плата появилась благодаря использованию технологий полиграфической промышленности. И своим названием она обязана полиграфии: печатная плата – прямой перевод с английского полиграфического термина printing plate.

Поэтому подлинным «отцом печатных плат» считается австрийский инженер Пауль Эйслер, который первым пришел к выводу, что технологии полиграфии могут быть использованы для серийного производства печатных плат.

Уже во время Второй мировой войны технологии массового производства печатных плат оказались очень востребованными, в первую очередь для радиоаппаратуры военного назначения, авиации. А с середины 1950-х годов печатная плата стала основой всей бытовой электроники.

В СССР одной из первых подобных разработок в 1953 году был радиоприемник «Дорожный», выполненный в виде небольшого чемодана, в котором помещалась одна печатная плата. Конечно, по сравнению с современными, эта печатная плата была весьма примитивной: несколько широких проводников (4-5 мм) с пилообразными кромками, расположенных на обеих сторонах платы, соединялись через металлизированные отверстия. А уже в 1954 году с применением печатных плат началось производство советского телевизора «Старт».

Сегодня печатные платы практически не имеют конкуренции в качестве основы электронной аппаратуры, входя в состав компьютеров, сотовых телефонов и военной техники.

От линии к плоскости

Что же собой представляют печатные платы?

Если коротко, то это конструкция электрических межсоединений на изоляционном основании. Таким образом, ее основные элементы – основание (подложка) и проводники.

Электронные компоненты на печатной плате обычно соединяются при помощи пайки. Эти элементы необходимы и достаточны для того, чтобы печатная плата была печатной платой.

Кстати, самым дальним предшественником печатных плат можно считать обычный провод, чаще всего изолированный. Таким образом, в развитии этого радиоустройства, можно сказать, был осуществлен переход от линии к плоскости.

Односторонняя печатная плата – это пластина, на одной стороне которой размещены проводники, выполненные печатным способом. В двухсторонних печатных платах проводники заняли и изнаночную сторону этой пластины.

Переход от односторонних печатных плат к двухсторонним был первым шагом на пути от плоскости к объему. Окончательный переход к объему произошел с появлением в 1961 году многослойных печатных плат.

К примеру, сегодня предприятия КРЭТ выпускают многослойные печатные платы, содержащие до 25 слоев.

Такие платы позволили в первую очередь миниатюризировать электронику. Этим преимуществом сохранения пространства быстро воспользовались аэрокосмическая техника, авиация, компьютеры, а также ракетные комплексы и оружие.

Переход на микроуровень

Все большая миниатюризация электронных устройств потребовала и перехода печатных плат на микроуровень.

Если на первых печатных платах ширина проводников и зазоры между проводниками измерялись миллиметрами, то развитие электронной техники потребовало создания печатных плат с размерами элементов, измеряемых десятыми долями миллиметра. В современной радиоэлектронной аппаратуре такие печатные платы стали уже обыденностью.

На предприятиях КРЭТ сегодня выпускаются платы с точностью воспроизведения рисунка 2 мкм, а толщина подложки таких плат составляет от 0,25 до 1 мм. При этом надежность внутренних соединений многослойных плат контролируется с помощью рентгеновской установки.

Развитие таких направлений, как нанотехнологии, делает вполне реальными любые самые нереальные прогнозы относительно развития электронной базы. Можно говорить уже не просто о микро-, а даже о наноминиатюризации печатных плат. Уже сегодня отдельные элементы печатных плат находятся на подступах к нанометрам.

«Печатные» инновации

Для большинства людей печатная плата – это просто всего лишь жесткая пластинка. Действительно, жесткие платы – самый массовый продукт, используемый в радиоэлектронике, но сегодня пользуются большой популярностью и гибкие печатные платы.

В России одним из крупнейших производителей таких плат является Государственный Рязанский приборный завод, входящий в КРЭТ.

Так, одним из преимуществ гибких печатных плат называют возможность придания им различных форм объектов, в которые их можно поместить. Гибкие платы делают из полиимидных материалов, таким образом, их «подложка» находится в высокоэластическом состоянии. В результате существенно экономится внутренний объем изделий.

Последние инновации в области производства печатных плат коснулись и материалов.

Как известно, в качестве основы печатной платы наиболее часто используются такие материалы, как стеклотекстолит, гетинакс, керамика. Также основой печатных плат может служить металлическое основание, покрытое диэлектриком (например, анодированный алюминий), поверх диэлектрика наносится медная фольга дорожек.

Отдельную группу материалов составляют алюминиевые металлические печатные платы. И здесь особое значение имеют алюмооксидные платы. Эта технология основана на инновационной концепции создания нанопористого материала для построения многоуровневых слоев коммутации, которые комбинируют алюминий и оксид алюминия в своей структуре.

Выполненные по алюмооксидной технологии печатные платы и модули обеспечивают более быстрый теплоотвод в сравнении с аналогичными изделиями, выполненными на основе «классической» технологии, что увеличивает надежность работы и срок службы.

Самым главным достоинством этой технологии является возможность переплавки отслуживших свой срок печатных плат. Получаемый в результате этого алюминий может быть использован многократно.

Недавно КРЭТ приступил к испытаниям сборочных узлов и модулей, построенных на основе инновационных алюмооксидных плат.

Концерн оценит целесообразность их использования при производстве перспективных систем радиолокации гражданского и военного назначения, а также средств радиоэлектронной борьбы.

События, связанные с этим

«Союз» с комплектующими Ростеха доставил космонавтов на МКС

КРЭТ создаст энергетический комплекс инновационного самолета

Печатная плата – основа современной электроники

КРЭТ приступил к формированию портфеля своих активов

Разработчикам печатных плат

13.08.2017 Печатные платы. Основные понятия и терминология печатных плат.

Что представляет из себя печатная плата?

Печатная плата или плата, представляет собой пластину или панель состоящее из одного или двух проводящих рисунков, расположенных на поверхности диэлектрического основания, или из системы проводящих рисунков, расположенных в объеме и на поверхности диэлектрического основания, соединенных между собой в соответствии с принципиальной электрической схемой, предназначенное для электрического соединения и механического крепления устанавливаемых на нем изделий электронной техники, квантовой электроники и электротехнических изделий — пассивных и активных электронных компонентов.

Самый простой печатной платой является плата, которая содержит медные проводники на одной из сторон печатной платы и связывает элементы проводящего рисунка только на одной из ее поверхностей. Такие платы известны как однослойные печатной платы или односторонние печатные платы (сокращенно — ОПП).

На сегодняшний день, самые популярные в производстве и наиболее распространенные печатные платы, которые содержат два слоя, то есть, содержащие проводящий рисунок с обеих сторон платы – двухсторонни (двухслойные) печатные платы (сокращённо ДПП). Для соединения проводников между слоями используются сквозные монтажные и переходные металлизированные отверстия. Тем не менее, в зависимости от физической сложности конструкции печатной платы, когда разводка проводников на двусторонней плате становится слишком сложной, на производстве заказывается многослойные печатные платы (сокращённо МПП), где проводящий рисунок формируется не только на двух внешних сторонах платы, но и во внутренних слоях диэлектрика. В зависимости от сложности, многослойные печатные платы могут быть изготовлены из 4,6, ….24 или более слоев.


Рис 1. Пример двухслойной печатной платы с защитной паяльной маской и маркировкой.

Для монтажа электронных компонентов на печатные платы, необходима технологическая операция — пайка, применяемая для получения неразъёмного соединения деталей из различных металлов путём введения между контактами деталей расплавленного металла — припоя, имеющего более низкую температуру плавления, чем материалы соединяемых деталей. Спаиваемые контакты деталей, а также припой и флюс вводятся в соприкосновение и подвергаются нагреву с температурой выше температуры плавления припоя, но ниже температуры плавления спаиваемых деталей. В результате, припой переходит в жидкое состояние и смачивает поверхности деталей. После этого нагрев прекращается, и припой переходит в твёрдую фазу, образуя соединение. Этот процесс можно сделать вручную или с помощью специализированной техники.

Перед пайкой, компоненты размещаются на печатной плате выводами компонентов в сквозные отверстия платы и припаиваются к контактным площадкам и/или металлизированной внутренней поверхности отверстия – т.н. технология монтажа в отверстия (THT Through Hole Technology — технология монтажа в отверстия или др. словами — штыревой монтаж или DIP-монтаж). Так же, все большее распространение, в особенности, в массовом и крупносерийном производстве, получила более прогрессивная технология поверхностного монтажа — также называемая ТМП (технология монтажа на поверхность) или SMT (surface mount technology) или SMD-технология (от surface mount device – прибор, монтируемый на поверхность). Основным ее отличием от «традиционной» технологии монтажа в отверстия является то, что компоненты монтируются и паяются на контактные площадки (англ. land), являющиеся частью проводящего рисунка на поверхности печатной платы. В технологии поверхностного монтажа, как правило, применяются два метода пайки: пайка оплавлением припойной пасты и пайка волной. Основное преимущество метода пайки волной – возможность одновременной пайки компонентов, монтируемых как на поверхность платы, так и в отверстия. При этом пайка волной является самым производительным методом пайки при монтаже в отверстия. Пайка оплавлением основана на применении специального технологического материала – паяльной пасты. Она содержит три основных составляющих: припой, флюс (активаторы) и органические наполнители. Паяльная паста наносится на контактные площадки либо с помощью дозатора, либо через трафарет, затем устанавливаются электронные компоненты выводами на паяльную пасту и далее, процесс оплавления припоя, содержащегося в паяльной пасте, выполняется в специальных печах путем нагрева печатной платы с компонентами.

Для избежания и/или предотвращения случайного короткого замыкания проводников из разных цепей в процессе пайки, производители печатных плат применяют защитную паяльную маску (англ. solder mask; она же «зеленка») – слой прочного полимерного материала, предназначенного для защиты проводников от попадания припоя и флюса при пайке, а также от перегрева. Паяльная маска закрывает проводники и оставляет открытыми контактные площадки и ножевые разъемы. Наиболее распространенные цвета паяльной маски, используемые в печатных платах — зеленый, затем красный и синий. Следует иметь в виду, что паяльная маска не защищает плату от влаги в процессе эксплуатации платы и для влагозащиты используются специальные органические покрытия.

В наиболее популярных программах систем автоматизированного проектирования печатных плат и электронных приборов (сокращённо САПР — CAM350, P-CAD, Protel DXP, SPECCTRA, OrCAD, Allegro , Expedition PCB, Genesis), как правило, существуют правила, связанные с паяльной маской. Эти правила определяют расстояние/отступ, которое необходимо соблюсти, между краем паяемой площадки и границей паяльной маски. Эта концепция иллюстрируется на рисунке 2 (а).

Шелкография или маркировка.

Маркировка (англ. Silkscreen, legend) является процессом, в котором производитель наносит информацию о электронных компонентах и которая способствует облегчить процесс сборки, проверки и ремонта. Как правило, маркировка наносится для обозначения контрольных точек, а также положения, ориентации и номинала электронных компонентов. Также она может быть использована для любых целей конструктора печатных плат, например, указать название компании, инструкцию по настройке (это широко используется в старых материнских платах персональных компьютеров) и др. Маркировку можно наносить на обе стороны платы и ее, как правило, наносят методом сеткографии(шелкография) специальной краской (с термическим или УФ отверждением) белого, желтого или черного цвета. На рисунке 2 (b) показаны обозначение и область расположения компонентов, выполненные маркировкой белого цвета.


Рис 2. Расстояние от площадки до маски (а) и маркировка (b)

Структура слоев в САПР

Как уже отмечалось в начале этой статьи, печатные платы могут быть сделаны из нескольких слоев. Когда печатная плата разработана с помощью САПР, часто можно увидеть в структуре печатной платы несколько слоев, которые не соответствуют необходимым слоям с разводкой из проводящего материала (меди). Например, слои с маркировкой и паяльной маской являются непроводящими слоями. Наличие проводящих и непроводящих слоев может привести к путанице, так как производители используют термин слой, когда они имеют в виду только токопроводящие слои. С этого момента, мы будем использовать термин «слои» без «САПР», только когда речь идет о проводящих слоях. Если мы используем термин «слои САПР» мы имеем в виду все виды слоев, то есть проводящие и непроводящие слои.

Структура слоев в САПР:

слои САПР (проводящие и непроводящие)

Top silkscreen — верхний слой маркировки (непроводящий)

Ссылка на основную публикацию