Автомобильная и носимая РЭА.

31. Варианты климатического исполнения РЭА

Климати́ческоеисполне́ние — виды климатического исполнения машин, приборов и других технических изделий.

32Базовые материалы, применяющееся при производстве печатных плат

XPC

Материалы, подпадающие под спецификацию XPC по классификации NEMA, являются одними из самых дешевых базовых материалов для производства односторонних печатных плат.
Стандартный XPC представляет собой композитный материал на основе бумаги и феноло-альдегидного полимера. Обычно, XPC имеет светло коричневый цвет.
Из-за того, что основой данного материала является бумага, XPC не позволяет проводить металлизацию сквозных отверстий, т.о. данный материал подходит только для изготовления односторонних печатных плат.
XPC удовлетворяет классу горючести UL94-HB и, таким образом, не подходит для применений с повышенными требованиями к пожаробезопасности. Кроме того, на материалы типа XPC нельзя наносить покрытие методом HASL.

CEM-1

Материалы, подпадающие под спецификацию CEM-1 по классификации NEMA, являются наиболее распространенными материалами для производства односторонних печатных плат.
Стандартный CEM-1 представляет собой композитный материал на целлюлозной основе, с одним слоем стеклотекстолита (FR-4) на поверхности. Обычно, CEM-1 имеет молочно-белый цвет. Особенностью данного материала является невозможность выполнения металлизации сквозных отверстий, таким образом, этот материал может быть использован только для производства односторонних печатных плат.
Стандартный CEM-1 удовлетворяет классу горючести UL94-V0, как и FR-4. Механические характеристики CEM-1 несколько хуже, чем у FR-4, материал более хрупок. Диэлектрическая постоянная и тангенс угла диэлектрических потерь, для CEM-1 и FR-4 отличаются несущественно.
Таким образом, CEM-1 является дешевой альтернативой FR-4 при производстве односторонних печатных плат.

FR-4

Материалы, подпадающие под спецификацию FR-4 по классификации NEMA, являются наиболее распространенными материалами для производства двухсторонних и многослойных печатных плат.
Стандартный FR-4 представляет собой композитный материал на основе стекловолокна (стеклотекстолит). Стандартный FR-4, толщиной 1.6 мм состоит из восьми слоев («препрегов») стеклотекстолита. На центральном слое обычно находится логотип производителя, цвет его отражает класс горючести данного материала (красный – UL94-V0, синий -- UL94-HB).
Обычно, FR-4 – прозрачен, стандартный зеленый цвет определяется цветом паяльной маски, нанесенной на законченную печатную плату.
Таким образом, FR-4 является наиболее распространенным во всем мире базовым материалом для производства двухсторонних и многослойных печатных плат, а так же для производства односторонних печатных плат с повышенными требованиями к механической прочности.

CEM3

Материалы, подпадающие под спецификацию CEM3 по стандарту NEMA, как и FR4 являются базовыми материалами для производства двухсторонних и многослойных печатных плат.
Отличие CEM3 от FR4 заключается только в использовании другого типа стекловолокна. CEM3 обычно отличается повышенным значением сравнительного индекса трекингостойкости CTI (comporativetrckingindex).
Кроме того, за счет своих механических свойств данный материал хорошо подходит для обработки контура методом штамповки.

Покрытие контактных площадок

Для обеспечения паяемости печатной платы, особенно при длительном хранении, на контактные площадки наносится различные покрытия. В настоящее время наиболее распространенными методами покрытия контактных площадок являются следующие:

· HASL (HotAirSolderLeveling) – покрытие припоем с выравниванием воздушным ножом.

· Никелирование

· ENIG (electrolessnickel/ immersiongold) – иммерсионное золото по подслою никеля

· Иммерсионное олово

· Иммерсионное серебро

· ENTEK (органическое покрытие)

HASL

В настоящее время, наиболее часто применяемым методом покрытия контактных площадок является HALS (HotAirSolderLeveling). При этом, контактные площадки покрываются слоем эвтектического сплава олово-свинец. Для проведения HASL печатная плата проходит цикл подготовки, включающий в себя очистку, предварительный нагрев и покрытие флюсом.
Вертикальный HASL
При использовании этой технологии, печатная плата вертикально погружается в глубокую ванну с расплавленным припоем, который в дальнейшем «сдувается» при помощи «воздушных ножей» на выходе из ванны. Недостатком этого метода является то, что обычно контактные площадки не могут проходить через «воздушные ножи» под углом. При этом, площадки перпендикулярные «воздушному ножу» обычно имеют слишком тонкий слой припоя, что может вызвать проблемы при пайке, а площадки, параллельные ножам покрыты слишком толстым слоем припоя, что может привести к замыканиям. Другим недостатком является разница во времени погружения верхней и нижней части платы. Нижняя часть платы может находиться в расплавленном припое на 4-5 секунд дольше, чем номинальное время погружения, что ускоряет процесс диффузии меди и приводит к загрязнению припоя.
Горизонтальный HASL
При использовании этой технологии используется конвейер, при этом плата проходит через рециркулируемую ванну с припоем, а потом продувается «воздушными ножами». При этом, платы могут быть размещены на конвейере под углом 45 градусов, что обеспечивает равномерную толщину покрытия.
Покрытие по технологии HASL, обеспечивает отличнуюпаяемость печатной платы, однако может не удовлетворять условиям плоскостности контактных площадок под микросхемы с очень высокой степенью интеграции (напримерfine-line BGA).
Толщина покрытия: 1 – 40 мкм
Достоинства:

· Наиболее традиционный метод покрытия, хорошо отлаженная технология нанесения и дальнейшего использования плат

· Хорошая прочность паяного соединения

· Выдерживает многократное термоциклирование

Недостатки:

· Большаянеплоскостность контактных площадок, приводящая к возможному появлению дефектов при сборке

· Содержит свинец

· Не подходит для плат с большим соотношением толщина платы/диаметр отверстия

· Не подходит для компонентов с шагом менее 0.5 мм

· Плата испытывает нагрев до высокой температуры, что может привести к деформации

· Возможны замыкания контактных площадок компонентов с малым шагом

· Неравномерная толщина покрытия для контактных площадок разного размера

Химический никель

Альтернативой HASL является осаждение защитных поверхностей химически осажденными металлами. Для нанесения никеля на поверхность контактных площадок используется метод химического осаждения. Когда металл растворяется в металлизационной ванне, он несет электрический потенциал, обычно положительный. В процессе металлизации, потенциал нейтрализуется. Электроны в раствор поступают из специальных химикатов, находящихся в металлизационной ванне.
При нанесении никеля, это обычно гипофосфат или диметиламинборан.
Получаемое никелевое покрытие является устойчивым при травлении меди в щелочном меднохлоридном растворе и после активирования обеспечивает качественное осаждение покрытия иммерсионного золота, химического палладия, иммерсионного серебра и др.
Данное покрытие редко используется само по себе, в основном никель служит промежуточным слоем для осаждения других металлов.
Толщина покрытия: 2,5 – 4 мкм

Иммерсионное золото

Иммерсионное золото наносится после формирования рисунка топологии печатной платы (т.е. после осаждения меди, фотолитографии и травления). Покрытие может наносится до или после нанесения паяльной маски.
В отличие от химического осаждения, при иммерсионном нанесении, электроны поступают из основного металла (меди). Таким образом, иммерсионный процесс является самоограничивающимся. Как только медь покрывается целиком, процесс останавливается.
Возможно нанесение иммерсионного золота как по чистой меди, так и по подслою химического никеля. При этом, золото обеспечивает превосходную паяемость, а никель служит барьером между медью и слоем золота, предотвращая окисление и увеличиваю время хранения печатной платы.
Слой иммерсионного золота – ровный, компактный и мелкокристаллический. Он имеет хорошее сцепление с подслоем химического или электрохимического никеля и хорошо паяется с малоактивными флюсами. Эти характеристики особенно важны при сборке печатных плат.
Толщина покрытия: 0,05 – 0,2 мкм
Достоинства:

· Плоская поверхность

· Равномерная толщина

· Выдерживает многократное термоциклирование

· Длительный срок хранения

· Хорошая паяемость

· Не влияет на размер отверстий

· Подходит для установки компонентов с малым шагом

Недостатки:

· Достаточно высокая стоимость

· Может содержать никель, который считается канцерогеном

· Не оптимально для плат с высокими скоростями сигналов

· Возможно появление дефектов типа «blackpad»

Иммерсионное олово

Процесс нанесения иммерсионного олова, по большому счету схож с процессом нанесения иммерсионного золота.
Толщина покрытия: 0,6 – 1,5 мкм
Достоинства:

· Подходит для установки компонентов с малым шагом

· Плоская поверхность

· Не содержит никель

· Сравнительно недорогое покрытие

· Не влияет на размер отверстий

· Можно использовать те же паяльные пасты, что и для плат с покрытием HASL

Недостатки:
Не выдерживает многократный монтаж/демонтаж элементов
Платы требуют осторожного обращения

Иммерсионное серебро

Данный процесс тоже достаточно похож на процесс нанесения иммерсионного золота.
Толщина покрытия: 0,05 – 0,1 мкм
Достоинства:

· Подходит для установки компонентов с малым шагом

· Плоская поверхность

· Не содержит никель

· Дефекты типа «blackpad» отсутствуют

· Не влияет на размер отверстий

· Длительный срок хранения

· Достаточно простой процесс нанесения

· Сравнительно недорогое покрытие

· Хорошо подходит для плат с высокими скоростями сигналов

Недостатки:

· Высокий коэффициент трения, не оптимально для монтажа элементов методом запрессовки (pressfit)

· Покрытие может тускнеть со временем

ENTEK

Альтернативой покрытия металлами является покрытие органическими защитными покрытиями (OSP – organicsolderabilitypreservatives). Эти покрытия обеспечивают очень плоскую поверхность и не приводят к возможности замыкания контактов элементов с большой степенью интеграции, при стоимости гораздо меньшей, чем покрытие никелем или золотом.. Применение OSP позволяют в дальнейшем при пайке использовать флюсы смываемые водой или безотмывные флюсы. К тому же этот процесс экологически более безопасен. Тесты показали, что при нормальных условиях хранения, печатные платы покрытые OSP сохраняют паяемость более одного года.
Толщина покрытия: 0,2-0,6 мкм
Достоинтва:

· Плоская поверхность

· Не влияет на размер отверстий

· Быстрый, достаточно не дорогой процесс нанесения

· Хорошая прочность паяных соединений (по некоторым данным лучше, чем для плат с покрытием HASL и иммерсионное золото)

Недостатки:

· Может потребоваться переналадка сборочной линии

· После сборки могут оставаться места с открытой медью (например, тестовые точки)

· Ограниченное термоциклирование

· Чувствительно к растворителям, которые применяются для удаления неправильно нанесенной паяльной пасты

· При электротестировании платы, тестовые щупы прокалывают покрытие, что может привести к появлению участков открытой меди