Печатный монтаж и изготовление печатных плат в кустарных условиях

В практике широко исполь­зуется печатный, проволочный навесной и прово­лочный жгутовый монтаж.

Печатный монтаж можно использовать во всех конструкциях, кроме схем с высоковольтным питанием (более 1 кВ). Преимущества печат­ного монтажа - сравнительно малый объем и жесткая фиксация мест соединений - гаранти­руют хорошую повторяемость параметров, высо­кое качество работы конструкций, собранных на одинаковых печатных платах и широкую автоматизацию производства. Однако из-за того, что при печатном монтаже элементы имеют общее основание (рис. а), значительного выигрыша в размерах конструкции получить не удается.

Проволочный навесной монтаж позволяет полу­чить трехмерную (объемную) конструкцию соеди­нений, что дает возможность уменьшить габариты устройства в целом, однако такой монтаж весьма сложен в исполнении, особенно при плотной компоновке.

 

Рис.5. Навесной монтаж и соединение деталей жгутом проводов.

 

Навесной монтаж целесообразно приме­нять в схемах, где элементы работают под напря­жением более 1 кВ (рис. б).

Проволочный жгутовый монтаж с использова­нием одно- или многорядных проволочных жгутов (рис. в) применяют для межблочных соединений и в блоках питания, где влияние па­разитных связей между различными проводника­ми на работу устройства незначительно.

 

Печатные платы

В настоящее время монтаж на печатных платах применяется очень широко. Он удобен не только в серийном, но в мелкосерийном производстве. Конструирование печатных плат заключается: в компоновке радиоэлементов на плате, разводке соединений, то есть в получении рисунка дорожек будущей печатной платы; перенесении полученного рисунка на плату (как правило, с помощью нитрокраски или фоторезистра); травлении платы, очистки платы и проверки полученных дорожек на отсутствие соединений между ними.

Компоновку элементов радиоаппаратуры или ее частей и блоков рекомендуется выполнять в такой последовательности: перечертить принципи­альную схему устройства (блока, функциональной части, функциональной группы) с учетом рацио­нальной компоновки, сгруппировать пассивные элементы вокруг соответствующих активных элементов (транзисторов, электронных ламп), учиты­вая их особые компоновочные характеристики (например, расположение только вертикальное, или горизонтальное, только сверху или только снизу платы и т. д.), и, наконец, составить оконча­тельный вариант принципиальной схемы устройства (блока; функциональной части) для компо­новки.       

 

 

 

На рис. 6,а показана принципиальная схема двухкаскадного УЗЧ на транзисторах в том виде, как ее обычно, вычерчивают. На ее основе нетрудно сгруппировать элементы, составив схему группировки (рис. 6,б). С учетом компоновочных характеристик элементов, учитывая их установку в аппаратуре, и с учетом возможного введения развязывающих фильтров можно составить компоновочный эскиз (рис. 6,в), который и послужит/ основой для разработки конструкции устройства в целом.                                                

Из компоновочного эскиза видно, что между размерами элементов и размерами монтажной платы (или устройства) существует заметная разница.

Увеличение размеров радиоаппаратуры по сравнению с размерами составляющих ее элементов зависит от многих причин. Главнейшие из них — электрические, магнитные и тепловые, поля вокруг работающих элементов, которые могут быть причиной паразитных связей, нарушающих нормальную работу устройства, и необходимость дополнительного пространства в конструкции для механических и электрических соединений элементов, для размещения органов управления и индикаторов (осей и ручек управления, шкал, индикаторных ламп). Поэтому для компоновки следует использовать не геометрические модели элементов, размеры которых равны размерам элементов, а модели в виде их установочных объёмов или площадей.

На рис. 7,а показан резистор, а рядом с ним в виде прямоугольников — его реальные площадь S_peaл. и объем V_peaл.. Рассчитанные с учетом требований монтажа и нагрева резистора установочная площадь (рис. 7, б) и установочный объем (рис. 7, в) оказываются значительно большими. Если этого не учитывать при компоновке, то нормальная работа элементов может нарушиться. Например, размещение резисторов МЛТ-2 (R1, на рис. 8, а) рядом с резистором ВС 0,125 (R2) и транзистором Т создает условия для сильного перегрева последних, а это может стать причиной нарушения нормальной paботы устройства и даже выхода транзистора Т и резистора R2 из строя.

Нельзя также располагать рядом элементы входных и выходных цепей (рис. 8, б). Так, если в усилителе (см. рис. 6) на плате рядом окажутся трансформатор Тр, с резистором R1 первого каскада, это может привести к самовозбуждению усилителя, устранить которое будет трудно.

После того как элементы схемы были распределены, можно составлять рисунок будущих соединительных проводников – дорожек. Пример, как это делается, показан на рис.8 а). Здесь существует несколько правил:

1. Дорожки не должны пересекаться. При необходимости пересечения дорожек, на стороне деталей закладывается установка проволочной перемычки подобно установке радиодетали (например, резистора).

2. Сечение дорожки, а следовательно её ширина, должно соответствовать сечению медного провода, необходимого для пропуска заданного тока.

3. Во избежание паразитных связей между соседними цепями следует допускать наличие длинных параллельных дорожек.

Для разводки сложных плат с большим количеством элементов существуют специальные компьютерные программные комплексы, например, PCAD, ACCEL EDA. Для разводки более простых плат есть программа Layout 4,0 (Layout 5,0).

После разводки платы рисунок необходимо перенести на подготовленную поверхность платы.

Плату готовят следующим образом.

Прежде всего, из цельного куска фольгированного гетинакса вырезают плату по размерам, определённым рисунком разводки дорожек с припуском 1-2мм с каждой стороны.

Затем внешняя сторона фольги зачищается (если она окислена). Очистку лучше всего производить раствором кислоты, но не шкуркой, так как последняя уменьшает толщину фольги.

После зачистки и обезжиривания (бензином) на плату наносится рисунок дорожек. Обычно это делают либо медицинской иглой, либо стеклянным рейсфедером. В настоящее время очень распространён способ нанесения рисунка с помощью утюжно-лазерной технологии. Рисунок дорожек с помощью лазерного принтера распечатывается на бумаге. Затем напечатанной стороной накладывается на фольгу и поверх бумаги проглаживается разогретым утюгом. В результате бумага приклеивается к фольге. С помощью воды бумага очень осторожно стирается (как переводные картинки) и на плате остаётся приваренный тонер.

Плата с нанесённым рисунком опускается в кювету с водным раствором хлорного железа, где она травится. Как только между закрашенными дорожками появится чистый гетинакс, плата вынимается и хорошо промывается под струёй холодной воды.

После промывки платы тонер смывается ацетоном. Дорожки залуживаются. Плата готова к установке на ней радиоэлементов.

 

Макетные платы

Изготовление даже простой печатной платы является довольно длительным процессом. В тоже время промышленностью изготовляются макетные платы или так называемые «платы-нулёвки». Одна из таких плат показана на рис.9. Здесь же показан и пример расположения деталей небольшой схемы.

 

Рис. 9. Макетная плата с установленными элементами.

 

Такие паты изготовляются для различных конструкций активных элементов. Например, для микросхем в DIP корпусе расстояние между отверстиями на платах-нулёвках составляет 2,5мм. Это позволяет устанавливать микросхемы и рядом располагать сопутствующие детали: конденсаторы и резисторы. Такие платы выпускаются для микросхем с планарными выводами и т.д.