DPSK Návrh a výroba plošných spojov

Dvojstranné dosky s plošnými spojmi.

Dvojstranné DPS sú dosky, u ktorých je na oboch strane základného materiálu vytvorený vodivý obrazec, ktorý môže byť vytvorený ako:

• medené vodiče

• Cu vodiče pokryté Sn galvanickou vrstvou (min. 10um Sn)

• Cu vodiče pokryté Sn Pb pretavenou spájkou ( po celej ploche Cu vodičov ,alebo iba na spájkovacích plôškach v prípade použitia nespájkovacej masky ).

Tieto dosky môžu byť vo vyhotovení s prekovenými otvormi, alebo bez prekovenia. Vzájomné prepojeni vrstiev u 2V DPS je zabezpečené prostredníctvom prekovených otvorov pri min. vrstve Cu 20 mm a Sn 3-10 mm.

Jednostranné dosky s plošnými spojmi

Jednostranné DPS sú dosky, u ktorých je na jednej strane základného materiálu vytvorený vodivý obrazec, ktorý môže byť vytvorený ako:

• medené vodiče

• Cu vodiče pokryté Sn galvanickou vrstvou

o Cu vodiče pokryté Sn Pb pretavenou spájkou ( po celej ploche Cu vodičov ,alebo iba na spájkovacích plôškach v prípade použitia nespájkovacej masky ).

HAL – Hot Air Solder Levilling

Pred nanášaním vrstvy spájkostopej masky na dosku plošného spoja je nutné z vodičov odstrániť galvanicky nanesenú vrstvu cínu. Táto vrstva by mohla spôsobiť pri spájkovaní alebo pretavení tkz. ” plávanie masky”, čo je dané nízkou teplotou tavenia Sn a tým by došlo k jej poškodeniu. Stripper slúži na odstránenie cínovej vrstvy, čím zostane DPS iba s Cu povrchom a je možné naniesť nespájkovaciu masku.
Tavidlo sa nanáša za účelom kvalitného rozlivu spájky. Tavidlo je rozpustné vo vode a je kompaktibilné so všetkými obchodne dostupnými UV, foto a suchými spájkostopými maskami.

• HAL – ( Hot Air Levelling ) – vyrovnávanie horúcim vzduchom – jedná sa o štandartný postup v procese výroby dosiek plošných spojov, pri ktorom sa nanáša povlak pájky cín-olovo eutektického zloženia z taveniny. Prebytočná spájka je sťahovaná pomocou horúceho vzduchu.

• Tavidlo – kvapalina aplikovaná pred spájkovaním na kovový povrch za účelom ochrany povrchu pred oxidáciou a na zabezpečenie lepšej spájkovateľnosti.

• Stripovanie – sťahovanie (odstraňovanie) povlakov z povrchu materiálov.

Nespájkovacia maska – Solder mask

V DPSK vyrábame dps s tromi základnými druhmi spájkostopých masiek.
Je to:

mokrá nespájkovacia maska (pre väčšie série a nižšie konštr. triedy) tmavozelená farba (lesklá)

mokrá svetlocitlivá nespájkovacia maska (pre menšie série a vyššie konštr. triedy) tmavozelená farba (perlet.)

Suchá (Vacrell) svetlocitlivá maska (pre dodatočné nanášanie masky na predtym nezamaskovane dps) bledozelená farba (lesklá)

Mokrá (Farbova maska) nespájkovacia maska je nanášaná na dps pomocou sieťotlače. Táto maska je dvojzložková, teplom vytvrdzovateľná. Medzi hlavné výhody tohto druhu masky patrí jej vysoká krycia schopnosť. Táto maska je výhodná pre väčšie série dps, pretože pri malých sériách vystupujú do popredia náklady na zhotovenie sieťotlačového sita.
Mokrá (Fotomaska) svetlocitlivá maska je nanášaná na dps pomocou sieťotlače. Táto maska je dvojzložková, teplom vytvrdzovateľná. Medzi hlavné výhody tohto druhu masky patrí jej schopnosť zvýšiť klimatickú odolnosť dosiek a zlepšiť dielektrické parametre dps. Táto maska je výhodná pre väčšie série dps, pričom sa používa hlavne pre dps s vyššou hustotou montáže a pre povrchovú montáž súčiastok.
Suchá (Vacrell) svetlocitlivá maska je tenká foli nanesená na dps za telpa laminovaním. Výhodou tejto masky je možnosť použitia pohalovania všetých cestičiek a nie len odkrytých plošiek ako je to u predchádzajúcich dvoj. Z toho vyplýva aj výhoda dodatočného domaskovávania dps.

Snímateľná nespájkovacia maska

Snímateľná nespájkovacia maska je nanášaná na dps pomocou sieťotlače. Táto maska je jednozložková, teplom vytvrdzovateľná. Medzi hlavné výhody tohto druhu masky patrí jej priľnavosť, elastičnosť a ľahká odlúpiteľnosť. Táto maska sa používa na ochranu špecifických oblastí dps v priebehu spájkovania (napr. zakrytie uhlíkových vrstiev,…).

Popis rozloženia súčiastok.

Popis rozloženia súčiastok je nanášaný na dps pomocou sieťotlače.
Medzi hlavné výhody servisnej potlače patrí výborná priľnavosť, tvrdosť, odolnosť proti poškrabaniu, tepelná odolnosť a odolnosť voči rozpúšťadlám. Popis je možné vyhotoviť buď ako jednofarebný, alebo viacfarebný, pričom je možné použiť nasledujúce farby:

• čierna
• biela
• červená
• žltá

Úprava na konečný rozmer

Úprava na konečný rozmer dps prebieha jedným z nasledujúcich spôsobov:

• strihaním
• frézovaním
• drážkovaním
• kombinácie predošlých

Strihanie sa vykonáva na vnútornú hranu rohových značiek plošného spoja, alebo na stred tenkej čiary ohraničujúcej obrys dps. Frézovanie sa používa na vytvorenie nepravidelných obrysových tvarov dps, ktoré nie sú možné dosiahnuť strihaním alebo drážkovaním. Pre frézovanie je nutné dodať frézovací výkres. V prípade, že zákazník nemá hotové frézovacie dáta, môžme mu tieto podľa výkresu, alebo gerber dát urobiť.
Drážkovanie sa používa na vytvorenie ľahko lámateľných prírezov v miestach hrán dps. Využíva sa pre hromadné osadzovanie dps. Drážkovaním je možné spraviť len rovný rez od začiatku prírezu po jeho koniec. Pre realizáciu drážkovania je nutné, aby v technologické okolie prírezu obsahovalo príslušné otvory pre uchytenie a zameranie drážkovačky.

Organická vrstva

OSP je povrstvenie medenných dráh a prekontaktovanie s dlhodobým organickým filmom .
Použitím tejto technológie sa dosiahne vynikajúci tepelný odpor a zamedzuje redukciu spájkovateľnosti počas SMT.
Hrúbka filmu je (0.3-0.4)um.
Skladovateľnosť dps vyrobených s použitím tejto technológie je 1 rok.
Ďaľšou výhodou pri použití tejto technológie je, že spracovávané dps nie sú vystavené tepelnému namáhaniu.
Táto technológia sa často používa ako náhrada hal-u.

Vysoko vodivá uhlíková pasta – High conductivity curing carbon ink

Sieťotlačou aplikovaná ako vodivý povlak pre tlač na medenných plochách. Používa sa ako náhrada za proces zlatenia kontaktov a konektorov. Pasta bola vyvynutá tak, aby dosiahla typický prechodový odpor < 100Ohm, životnosť 1mil operácií. Elektrické vlastnosti vrstvy sú závislé od podmienok vytvrdzovania

EMC vrstva

Pomocou nasledujúcej technologickej operácie je možné znížiť emisiu z digitálnych systémov, čo je často rozhodujúcim prvkom pri skúške EMC (elektromagnetickej kompatibility ) emisie.
Konvenčný plošný spoj sa pokryje dielektrikom, ako spodný náterom tieniacej vrstvy, ponechávajúc otvory v spodnom nátere na umožnenie prepojenia tieniacej vrstvy so zemou na plošnom spoji. Následným natlačením vodivej pasty na vrch spodného náteru sa vytvorí EMI tieniaca vrstva. Táto vrstva sa nakoniec zakryje vrchným náterom dielektrika a výroba dosky môže pokračovať bežnými operáciami ďalej (HAL, OSP).

Zlatenie kontaktov

Elektrolytickým vylučovaním zliatinového zlata zo zlatiaceho kúpeľa sa vytvorí na plošnom spoji zlatá vrstva.
Vrstva zlata je hrubá 2um. Pre to aby bolo možné piny priameho konektora zlatiť, je nutné, aby k nim viedla elektróda vyvedená do ‘hornej’ časti dps. Galvanická vrstva sa vytvorí v miestach, ktoré sú pripojené k elektróde a nie sú zakryté ochrannou páskou . V prípade spájkostopej masky je nutné priamy konektor v maske odokryť. Priame konektory potiahnuté touto vrstvou vykazujú vysokú odolnosť voči oteru, dlhodobo nízky prechodový odpor, stálosť v korozívnom prostredí a dobré elektrické vlastnosti. Za 1pin sa v cenníku považuje pin jednej strany dps s rozmerom do (1.5×10) mm.

Materiály

Na výrobu jednostranných DPS sa používa jednostranne plátovaný základný materiál podľa požiadaviek zákazníka. Štandartne sa používa materiál s označením LAMPLEX FR4/UV, 0/35, ktorý zodpovedá triede FR4 v zmysle špecifikácie podľa NEMA LI -1. Tento materiál dodáva LAMITEC CZECH s.r.o. – Pardubice. Je možné použiť i materiály typu FR2, FR3 alebo CEM 1, ktoré sú dodávané firmou ISOLA – SRN. Na výrobu dvojstranných DPS s prekovenými otvormi je nutné použiť laminát, ktorý kvalitou zodpovedá medzinárodnému štandartu NEMA LI-1. Materiál je zostavený ako nehorľavý a má označenie FR 4 ( flame resistant ). NEMA klasifikuje materiál pre dvojstranné plošné spoje s prekovenými otvormi ako FR 4 – epoxidovo-živicové sklenené tkaniny. Je opatrený červeným charakteristickým znakom výrobcu. Na výrobu dosiek s prekovenými otvormi je určený materiál LAMPLEX FR4, ktorý spĺňa špecifikáciu am. normy MIL-P 13949 G. Taktiež možno použiť i materiál iných výrobcov v uvedenej kvalite napr. od firmy ISOLA. V DPSK používame osvedčené materiály renomovaných výrobcov.
Isola a LAMITEC

jednostranné