20

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 2/2003

W serii artyku³ów

zapoznamy Czytelników

z ogólnymi zasadami

monta¿u powierzczhnio-

wego. Bêd¹ omówione

ró¿ne rodzaje monta¿u,

stosowane laminaty,

podzespo³y powierzchnio-

we (SMD), a tak¿e zasady

projektowania p³ytek

oraz procesy

technologiczne.

Koñcowy artyku³ tego

cyklu poœwiêcimy

naprawom obwodów

drukowanych o monta¿u

powierzchniowym.

P

³ytki drukowane, szczególnie wie-

lowarstwowe (rys.1) stanowi³y

wielki prze³om w konstrukcji uk³a-

dów elektronicznych, ich wpro-

wadzenie umo¿liwi³o automatyczny mon-

ta¿ uk³adów elektronicznych. Kolejnym kro-

kiem milowym w rozwoju konstrukcji i tech-

nologii uk³adów elektronicznych by³o wpro-

wadzenie monta¿u p³askiego, na powierzch-

ni p³ytki, bez przewlekania wyprowadzeñ

przez otwory, przy u¿yciu elementów SMD

(Surface Mounting Devices). Obecnie stosu-

je siê kilka ró¿nych sposobów monta¿u

uk³adów elektronicznych, a wœród nich:

q

monta¿ przewlekany, lutowanie rêczne,

q

monta¿ przewlekany, lutowanie na fali,

q

monta¿ SMD na pasœcie z dozownika,

lutowanie w piecu rozp³ywowym (ma³e se-

rie, pojedyncze egzemplarze),

q

monta¿ SMD ns paœcie nanoszonej sza-

blonem, lutowanie w piecu rozp³ywowym

(du¿e serie),

q

monta¿ SMD, podzespo³y klejone, a po-

tem lutowanie na fali,

q

monta¿ mieszany _ przewlekany i SMD.

W tablicy 1 przedstawiono œwiatowe tenden-

cje w zakresie technik monta¿u elementów i

podzespo³ów elektronicznych na p³ytkach

drukowanych. Zaprezentowano zmiany, jakie

dokona³y siê w ostatnich latach i prognozê na

przysz³oœæ. Wnioski, jakie mo¿na wysnuæ

z przedstawionych danych s¹ nastêpuj¹ce:

q

maleje szerokoœæ œcie¿ek,

q

roœnie gêstoœæ upakowania, wzrasta licz-

ba warstw,

q

maleje gruboœæ p³ytek, pojawiaj¹ siê roz-

wi¹zania elastyczne,

q

zmniejsza siê podzia³ka (raster) rozsta-

wienia wyprowadzeñ uk³adów scalonych,

pojawiaj¹ siê uk³ady w obudowach z ra-

strem 0,3 mm,

q

malej¹ wymiary podzespo³ów biernych,

q

malej¹ ceny uk³adów scalonych w prze-

liczeniu na jedno we/wy.

Wszystko to stawia przed projektantami –

konstruktorami i organizatorami produkcji

prasowanie osnów (noœników) w³óknistych

nasycanych ¿ywicami. Takim noœnikiem mo-

¿e byæ papier, tkanina lub mata szklana. Ma-

teria³y te nasyca siê ¿ywicami fenolowymi,

epoksydowymi, poliestrowymi lub poliami-

dowymi. Do takiego uk³adu warstw izolacyj-

nych (rys. 3) jest dodawana folia miedziana.

Laminaty fenolowo-papierowe s¹ niedrogie

i nadal stosuje siê je na p³ytki do sprzêtu po-

wszechnego u¿ytku. ¯ywice epoksydowe

bywaj¹ wzmacniane papierem (FR-3) lub

w³óknami szklanymi (FR-4 lub FR-5), To

ostatnie rozwi¹zanie bywa stosowane naj-

czêœciej. Najpowszechniej stosowane ro-

dzaje laminatów przedstawiono w tablicy 2.

Zwykle na laminat FR-4 sk³ada siê do 8

warstw prepregu, czyli ¿ywicy wype³nionej

w³óknem szklanym. W zale¿noœci od liczby

warstw, ich gruboœæ mo¿e zmieniaæ siê

P£YTKI DRUKOWANE

I ICH WP£YW

NA KONSTRUKCJE

ELEKTRONICZNE

r

PORADNIK

ELEKTRONIKA

Parametr

Jednostki

1990 r.

1995 r.

1998

2000 r.

2005 r.

Szerokoœæ œcie¿ek

µ

m 150 100 75 50 25

(?)

Gêstoœæ podzespo³ów

szt./cm

2

10 15

÷

20 20 35

50

Liczba warstw

_

4

4

÷

6 4

÷

6 6

÷

8 10

Gruboœæ p³ytki

mm

0,6

0,8

0,6

0,4

elastyczne

Rozstaw wyprowadzeñ

uk³adów scalonych

mm

0,5

0,4

0,4

0,3

0,2

Wymiary podzespo³ów biernych

0,01

*

0603 0402 0402 0201 0101

Koszt w odniesieniu

do jednego wejœcia/wyjœcia

0,01 USD

_

1,0

0,5

÷

0,8 0,5

0,2

T a b l i c a 1. Œwiatowe tendencje w zakresie konstrukcji p³ytek drukowanych

*

W tym zapisie dwie pierwsze cyfry oznaczaj¹ d³ugoœæ podzespo³u w setnych czêœciach cala, np. 0,08” czyli ok.

2 mm, a ostatnie dwie szerokoœæ 0,05” czyli ok. 1,25 mm.

Rys. 1. Przekrój p³ytki wielowarstwowej

– technologami sprzêtu elektronicznego no-

we trudnoœci. Przestrzeganie narzuconych

regu³ projektowania i œcis³ych re¿imów tech-

nologicznych staje siê kluczowym czynnni-

kiem sukcesu.

Jak wynika z prognoz, obserwuje siê wyraŸny

wzrost bezpoœredniego monta¿u nieobudowa-

nych elementów pó³przewodnikowych na

plytkach drukowanych. Na rys. 2 przedstawio-

no sposób monta¿u struktury pó³przewodni-

kowej metod¹ Flip Chip.

Laminaty

Podstawowymi matera³ami pod³o¿owymi p³y-

tek drukowanych s¹ laminaty. S¹ to tworzy-

wa warstwowe, które otrzymuje siê przez

w zakresie 0,65

÷

1,6 mm. FR-4 ma zalety

charakterystyczne dla materia³u kompozy-

towego. Nie jest drogi, daje siê ³atwo produ-

kowaæ w skali masowej, oraz, jak na mate-

ria³ o tak ma³ej masie, ma dobre w³aœciwo-

œci wytrzyma³oœciowe. Jest odpowiedni do

zastosowañ w elektronice powszechnego

u¿ytku, natomiast nie nadaje siê na pod³o-

¿a uk³adów profesjonalnych.

Wady laminatu FR-4 s¹ zwi¹zane z pro-

dukcj¹ p³ytek oraz z ich monta¿em. Najpo-

wa¿niejsz¹ wad¹ laminatu na etapie produk-

cji jest trudnoœæ wiercenia otworów. Tarcie

wiert³a o œcianki otworu powoduje nadtapia-

nie ¿ywicy, która zasmarowuje krawêdzie fo-

lii miedzianej, utrudnia to póŸniejsz¹ meta-

lizacjê otworów p³ytek wielowarstwowych.

MONT

MONT

A¯ POWIERZCHNIOWY _ KONSTRUKCJA I TECHNOLOGIA

A¯ POWIERZCHNIOWY _ KONSTRUKCJA I TECHNOLOGIA

21

Konstruktorzy zwi¹zani z monta¿em zwra-

caj¹ uwagê na kilka wad laminatów. Po

pierwsze materia³ nie jest stabilny wymiaro-

wo. Trzeba wiêc wprowadzaæ nadmiarowe

znaki bazowe w pobli¿u podzespo³ów wy-

magaj¹cych pozycjonowana na p³ytce. Mo¿-

na w ten sposób kompensowaæ niedok³ad-

noœci zwi¹zane z niesta³oœci¹ wymiarów.

Po drugie temperatura zeszklenia ¿ywicy T

g

mieœci siê w przedziale 120

÷

160

o

C, a w

trakcie lutowania p³ytka jest wystawiona na

dzia³anie temperatur wy¿szych i ¿ywica ule-

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 2/2003

ga miejscowo up³ynnieniu, co prowadzi do

powstania naprê¿eñ mechanicznych na po-

wierzchni p³ytki. Wyjœciem z sytuacji jest

zastosowanie dro¿szego laminatu FR-5,

który ma lepsz¹ odpornoœæ ciepln¹.

Po trzecie, du¿e niedopasowanie wspó³-

czynników rozszerzalnoœci sk³adników lami-

natu powoduje wytworzenie naprê¿eñ w po-

³¹czeniach lutowanych.

Wreszcie po czwarte, tkanina szklana nie

jest obojêtna dla œrodowiska, podczas ciê-

cia lub wiercenia powstaje py³ szklany i kurz

¿ywiczny, które musz¹ byæ specjalnie utyli-

zowane.

n

Ryszard Kisiel

Cezary Rudnicki

Rodzaj ¿ywicy

Materia³ wzmacniaj¹cy i jego forma

Oznaczenie

Fenolowa

papier

kartka

FR-2, X, XP, XX, XXP, XPC

bawe³na

tkanina

C, CE, L, LE

azbest

kartka, tkanina

A, AA

szk³o

w³ókna, tkanina

G-2, G-3

nylon

w³ókna

N-1

Aminowa

szk³o

tkanina

ES-1, ES-3, G-5, G-9

Epoksydowa

papier

kartka

FR-3

szk³o

tkanina

G-10, G-11, FR-4, FR-5

Alkidowa

szk³o

mata

GPO-1, GPO-2

Silikonowa

szk³o

tkanina

_

T a b l i c a 2. Najczêœciej stosowane typy laminatów do wykonywania sztywnych p³ytek drukowanych

Rys. 2. Monta¿ metod¹ Flip Chip

Pod³o¿e p³ytki

1

2

3

Prepreg

Folia Cu

4

Kontakt

Pole

kontaktowe

Struktura

Rys. 3. Uproszczony sposób wykonywania lamina-

tów: 1 _ tkanina szklana, 2 _ impregnacja ¿ywic¹,

3 _ utwardzanie, 4 _ sk³adanie warstw izolacyjnych

i folii Cu

Firma Microchip wprowadzi³a na rynek
dwa mikrokontrolery rodziny PICmicro
Flash PIC16F630 i PIC16F676. Nowe mi-
krokontrolery odznaczaj¹ siê niewielk¹
liczb¹ wyprowadzeñ (14), zintegrowanym
przetwornikiem a/c, precyzyjnym wewnê-
trznym oscylatorem, komparatorem oraz
krótkim czasem gotowoœci do pracy.
W konstrukcji mikrokontrolerów wykorzy-
stano technikê Microchipa elektrycznego
kasowania komórek pamiêci typu PMOS.
Zapewnia ona uzyskanie najlepszych pa-
rametrów w tej klasie pamiêci programu
i jednouk³adowych pamiêci danych
EEPROM tj. liczby cykli zapisu i odczytu,
niezawodnoœci przechowywania danych
i odpornoœci na przypadkowy zapis. Kody
programowania wykorzystywane przez
nowe mikrokontrolery s¹ kompatybilne
z kodami aktualnie produkowanych przez
firmê Microchip mikrokontrolerów typu
flash PIC12F629 i PIC12F675, co pozwa-
la na niedrogie uaktualnianie ju¿ istniej¹-
cych projektów. Mikrokontrolery PIC16F630
i PIC16F676 charakteryzuj¹ siê szerokim

NOWE MIKROKONTROLERY Z PAMIÊCI¥ FLASH

zakresem napiêæ pracy od 2 do 5,5 V i ty-
powym pr¹dem spoczynkowym rzêdu
100 nA przy napiêciu 2 V. Z innych w³asno-
œci nowych kontrolerów warto wymieniæ
krótki czas potrzebny na rozpoczêcie pra-
cy _ równy 2

µ

s, mo¿liwoœæ pracy w kon-

figuracji uk³adu czasowego sterowanego
zewnêtrznym oscylatorem kwarcowym
oraz funkcjê ”uœpienia” (sleep) predyspo-
nuj¹c¹ je do zastosowañ w sprzêcie o ma-
³ym poborze mocy. Mikrokontrolery za-
wieraj¹ 1792-bajtow¹ pamiêæ programu
typu flash, 64-bajtow¹ pamiêæ RAM oraz
128-bajtow¹ pamiêæ EEPROM. Mikrokon-

troler PIC16F676 ma ponadto 10-bitowy,
oœmiokana³owy przetwornik a/c zasilany
wewnêtrznie lub z zewnêtrznego Ÿród³a
napiêcia odniesienia. Oba uk³ady zawiera-
j¹ te¿ precyzyjny, stabilny (

±

2%) w szero-

kim zakresie temperatur i napiêæ wewnê-
trzny oscylator, komparator z wewnêtrz-
nym Ÿród³em napiêcia odniesienia i z mo¿-
liwoœci¹ wyboru jednej z 32 wartoœci tego
napiêcia oraz zerowanie wykrywania ni-
skiego napiêcia zasilania. Nowe mikro-
kontrolery s¹ dostêpne w niewielkich obu-
dowach typu TSSOP, PDIP oraz SOIC
z 14 wyprowadzeniami maj¹cymi rozmia-
ry podobne do obudów tych typów z 8
wyprowadzeniami i wyraŸnie mniejszymi
od obudów z 18 wyprowadzeniami. Wiê-
cej informacji na temat nowych mikrokon-
trolerów mo¿na znaleŸæ na stronie pro-
ducenta www.microchip.com.

Uk³ad oferuje autoryzowany dystrybutor
firma GAMMA.
e-mail: info

@

gamma.pl, tel/fax

(0-22)862 75 00, 862 75 01

(lh)