Металлические жесткие основания

При конструировании печатных плат постоянно возникает необходимость

· отведения тепла от элементов с большим тепловыдлением, например, мощных токовых ключей, мощных светоизлучающих кристаллов, мощных резисторов и т.д.

· Также часто бывает необходимо расположить все элементы в одной плоскости. В таких случаях в качестве основания печатной платы находят широкое применение пластины из стали, меди, титана, покрытые смолой или легкоплавким стеклом.

· Для придания конструкции коррозионной стойкости применяют нержавеющую сталь.

Наибольшее распространение получил алюминий и его сплавы.

Возможны три варианта производства основы электронных устройств на алюминиевом основании:

1. На лист алюминия через препрег наклеивается тонкопленочная (гибкая) однослойная или многослойная печатная плата.

2. На лист алюминия с качественно оксидированной поверхностью, через адгезив наклеена медная фольга. Такие платы нельзя сверлить, поэтому их делают только однослойными. Нанесене рисунка дорожек на таком фольгированном материале выполняется по обычным технологиям. Теплопроводность такой платы значительно лучше, чем в предыдущем варианте.

3. Токопроводящий рисунок формируется непосредственно в алюминиевой основе. Для этой цели алюминиевый лист оксидируют не только по поверхности, но и на всю глубину основы согласно рисунку токопроводящих областей, заданному фотошаблоном. Затем на оксидированный рисунок химическим или гальваническим методом наносится слой меди. Такая плата обладает максимально возможной теплоотдачей по сравнению с двумя предыдущими.

Особенности плат на металлическом основании — повышенная теплопроводность, конструкционная прочность. При необходимости улучшения теплоотвода, такие платы можно закрепить непосредственно на доплнительном радиаторе.

Недостаток таких конструкций - и ограничения по быстродействию из-за сильной электромагнитной связи проводников платы с металлическим основанием.

Ремонт устройств на металлическом основании достаточно сложен ввиду большой теплоотдачи основания. Просто так снять паяльником или термопинцетом неисправную деталь и установить новую не получится. При демонтаже и монтаже компонентов необхоим интенсивный подогрев основания.

Тонкопленочные (гибкие) основания.

При проектировании электронных устройств часто бывает необходимо обеспечить взаимную подвижность узлов, блоков или электрически соединить отдельные узлы, имеющие различное взаимное расположение.

Кроме того, габариты и вес устройства должны быть минимальными.

Сюда же необходимо добавить требования максимальной надежности при изгибах.

Для подобных целей предназначены специальные пленочные материалы: полиимид и лавсан. На их основе производятся полиимид фольгированный (ПФ-1, ПФ-2) и лавсан фольгированный (ЛФ-1).

Полиимид обладает наилучшими характеристиками (за исключением стоимости) и является самым распространенным диэлектриком для ГПП. Однако, при необходимости обеспечения низкой стоимости чаще всего используется лавсан.

Полиимидные пленки — основной материал для изготовления гибких печатных плат. Используется полиимид нескольких торговых марок: Apical, Novax, Espanex, Upilex. Наиболее известен Kapton, разработанный американской фирмой DuPont.

Преимущества использования полиимидных пленок:

· рабочий диапазон температур: –200…+300°С возможность пайки всеми мягкими припоями;

· хорошая адгезия с металлами;

· отличная гибкость во всем диапазоне температур;

· хорошие электрические свойства (удельное сопротивление, электрическая прочность);

· отличная химическая стойкость (за исключением горячей концентрированной щелочи);

· очень хорошая устойчивость к разрыву (но плохое распространение разрыва);

· определенные типы полиимидов имеют дополнительные преимущества (коэффициент расширения, согласованный с медью, уменьшенное механическое напряжение в ламинатах);

· высокая теплопроводность;

· отсутствие магнитных свойств.

Недостатки полиимидов:

· высокое влагопоглощение (до 3% по весу);

· низкая теплоемкость;

· относительно высокая стоимость;

· преимущества, состоящие в высокой температуре перехода в пластичное состояние (например, полиимидные пленки Upilex S имеют Tg = 500 °С), нивелируются относительно низкотемпературными адгезивами;

Области использования полиимида:

Аудиотехника - каркасы катушек и мембраны динамиков с печатными катушками,

Криогенная техника -изоляция в условиях сверхнизких температур и сверхвысокого вакуума.

Самолётостроение - хорошаяизоляция, имеющая малый вес, стойкость к механическому износу и истиранию.

Космонавтика -теплоизоляция и ремонтный материал в условиях низких температур и высокого вакуума.

Полиэфирные пленки (лавсан) имеют свои преимущества:

· легко формуются (относительно низкая температура перехода в пластичное состояние);

· очень низкая стоимость;

· хорошая устойчивость к разрыву и распространению разрыва;

· очень хорошая гибкость;

· хорошая химическая стойкость;

· низкое влагопоглощение;

· хороший баланс электрических характеристик;

· относительно широкий рабочий диапазон температур (–60…+105°С).

Недостатки полиэфирных пленок:

· очень ограниченная способность к пайке (имеют низкую точку плавления);

· нельзя использовать при очень низких температурах (становятся хрупкими);

· недостаточная размерная стабильность.

Область использования лавсана: дешевые гибкие соединительные шлейфы, пленочные контактные платы клавиатур с напыленными серебряными или угольными дорожками.

Ремонт плат на лавсане весьма специфичен: температуру пайки лавсан не выдержит однозначно, поэтому для ремонта дорожек применяют токопроводящий клей, который выпускают на основе мелкодисперсного серебра или меди.

Ремонт плат и шлейфов на основе полиимида гораздо проще: материал допускает нагрев паяльником даже выше температуры плавления бессвинцового припоя. Причем предел температуры припоя задает не полиимид, а адгезив, удерживающий медные дорожки.

Пленки завершают список материалов для производства основы печатных плат. Однако, мы понимаем, что в составе печатной платы, кроме основы, имеются другие материалы. На следующей лекции немного поговорим о них.