Печатная схема - монтажный узел электронной аппаратуры, при котором соединительные проводники схемы наносятся на изолирующее основание (пластину) полиграфическим методом. К концам проводников печатной схемы подпаивают выводы или перемычки из монтажных проводов, соединяющих печатные проводники с навесными элементами схемы.
Применение печатных схем во много раз уменьшает габариты аппаратуры и коренным образом изменяет технологию ее производства (отпадает трудоемкий ручной монтаж, уменьшается число паяных соединений), дает возможность автоматизировать производство, повышает однородность продукции и ее надежность.
Материал пластины должен хорошо сцепляться с металлом, обладать высокой механической прочностью, малым коэффициентом усадки и сохранять свои свойства при воздействии климатических факторов. К материалам, частично удовлетворяющим перечисленным требованиям, относятся: высокочастотные органические материалы, гетинакс, материалы на основе фенолоформальдегидных смол, керамика и стекло.
Наиболее часто применяются следующие способы нанесения изображения:
-
типографский,
-
фотохимический с применением различных светочувствительных эмульсий,
-
нанесение восковых смесей и лаковых пленок через металлический трафарет,
-
офсетная печать.
Наиболее производительны фотохимический способ и офсетная печать, для которых существует хорошо разработанная технология изготовления печатных схем.
В зависимости от материала пластины печатных схем изготовляются следующими методами:
-
травлением фольгированного диэлектрика;
-
штамповкой фольги, с вырубкой рисунка схемы и одновременным приклеиванием его к пластине;
-
нанесением через трафарет серебряного рисунка на пластину из керамики, слюды, стекла с последующим вжиганием серебра;
-
нанесением схемы на пластину электрохимическим осаждением меди, запрессовкой проводников, переносом гальванически осажденной печатной схемы с матрицы на основание.
Применяются следующие способы пайки выводов радиодеталей или проводов монтажа с токоведущими проводниками печатной схемы: обычная с помощью электропаяльника, механизированная с предварительным ручным закреплением выводов деталей в отверстиях печатной пластины и последующим паянием точек соединений погружением в расплавленный припой (эти способы ввиду низкой производительности применяются в основном в мелкосерийном и опытном производствах).
В массовом и крупносерийном производствах детали устанавливают на пластину на автоматической линии с последующей пайкой точек контактных соединений погружением в расплавленный припой.
Для защиты пластин печатного монтажа от воздействия механических и климатических факторов на них пульверизационным способом с последующей сушкой на воздухе или в термостате наносят слой электроизоляционного лака.
Печатные проводники схемы располагаются на одной или на двух сторонах пластины. При одностороннем расположении схемы значительно усложняется задача конструирования, но обеспечиваются технологические и экономические преимущества (например, возможность пайки погружением).
Одностороннее расположение широко применяется для сравнительно простых печатных схемах. Двухстороннее расположение проводников целесообразно применять для сложных схем, требующих при одностороннем расположении проводников большого количества перемычек, и в случае двухпластинной или многопластинной конструкции узла, когда необходимо соединять проводники пластин и выводы деталей, расположенных на разных пластинах, между собой, а также при проектировании сверхминиатюрной компактной аппаратуры.
При размещении деталей на пластине стремятся обеспечить минимальную длину проводников и минимум их пересечений. При двухстороннем размещении пересекающиеся проводники располагают на разных сторонах изолирующей пластины.
С одной стороны пластины на другие печатные проводники переводят с помощью металлического слоя, который отлагается на стенках отверстий одновременно с нанесением проводников.
Толщина и ширина печатного проводника выбираются в зависимости от его материала, плотности тока, передаваемой мощности, допустимого падения напряжения, требуемой механической прочности соединения с изолирующей пластиной и технологии нанесения проводников. Практически ширина печатного проводника от 1 до 4 мм.
Повышенный нагрев печатного проводника может быть причиной отслаивания его от пластины и последующего разрыва. Для предотвращения вспучивания и отслаивания (например, при применении гетинакса) в некоторых частях схемы делаются щелевидные разрывы или окна в виде вытравленных участков.
Расстояния между печатными проводниками устанавливают в зависимости от допустимых напряжений. Минимально допустимое расстояние между краями проводников составляет 1,0 - 1,5 мм.
Печатные проводники соединяются с выводами навесных электронных элементов (сопротивлений, конденсаторов и др.) и монтажными перемычками пайкой припоем ПОС-60. В местах пайки печатный проводник несколько расширяется и охватывает отверстие, внутренняя поверхность которого также металлизирована и составляет единое целое с проводником.
Для наиболее полного заполнения отверстий припоем их диаметр должен быть больше диаметра соединит, проводника или вывода радиодетали на 0,5 мм. Увеличение расширенной части печатного проводника приводит к увеличению прочности его соединения с пластиной. Часто для упрочнения соединения проводников с пластиной на концах соединит, проводников схемы развальцовывают пустотелые металлические пистоны.
Механизированная и автоматизированная сборка и монтаж печатных пластин возможны только при одностороннем расположении деталей, когда на одной стороне пластины расположены все навесные элементы (в том числе различные перемычки и узлы), а на другой - все печатные проводники и соединения их пайкой с навесными элементами.
Автоматизация сборки аппаратуры при использовании печатных схем во многом зависит от конструкции выводов деталей. Из соображений технологичности лучшей конструкцией вывода считается круглый проволочный вывод, легко выполняемый и сгибаемый в кольцеобразную или иную форму.
Техника печатного монтажа требует применения унифицированных стандартных конструкций и габаритов электронных деталей и элементов схемы. Наиболее часто печатные схемы применяются при изготовлении приборов и узлов сравнительно сложной конструкции.
Широкое внедрение печатных схем коренным образом изменяет технологический процесс изготовления электронной аппаратуры в сторону частичной и полной его автоматизации.
Катушки индуктивности наносят на поверхность изоляционного основания в виде спирали, исходящей от центра. Качество их (добротность) определяется в основном толщиной слоя токопроводящего рисунка и материалом пластины. Печатные сопротивления постоянной величины получают нанесением на изолирующее основание прямоугольного рисунка из графитной суспензии с сажей.
Конденсаторы постоянной емкости сравнительно небольшой величины получают нанесением на двух взаимнопротивоположных сторонах изолирующего основания металлизированного слоя, выполняющего функцию обкладок. Проводятся также работы по освоению и внедрению печатных многовитковых катушек, печатных трансформаторов и других сложных элементов схемы.
Печатные схемы широко применяются в аппаратуре промышленной электроники, в различных усилительных схемах, радиоаппаратуре, в элементах вычислительных и других устройств, изготовляемых в больших количествах.