Что это такое, как устроены
Контактные площадки – это металлизированные участки на поверхности печатной платы, которые используются для пайки электронных компонентов. Они могут быть выполнены из меди или из меди с дополнительным покрытием, например, оловом, золотом или серебром, которое дополнительно предотвращает их окисление и улучшает смачиваемость припоем. За счет этого соединение получается более прочным и надежным.
Типы
Типов всего два и они основаны на технологии монтажа:
- Сквозные (THT) – предназначены для компонентов с выводами, которые вставляются в сквозные металлизированные монтажные отверстия (Through-Hole Technology, сквозной или выводной монтаж), а затем припаиваются. Такой подход обеспечивает более прочное соединение, так выводы фактически удерживаются на месте самой платой. Однако в связи с активной миниатюризацией электронных устройств и постепенным отходом от выводного монтажа в целом, площадки данного типа также постепенно теряют актуальность.
- Поверхностные (SMD) — используются для монтажа компонентов на поверхность платы (Surface-mount technology, поверхностный монтаж). В последнее время становится все более актуальным, так как позволяет существенно увеличить плотность элементов, тем самым добившись уменьшения общих габаритов устройства. Но, в то же время, прочность соединения здесь меньше, а требования к качеству и аккуратности пайки существенно выше.
Виды
Альтернативная классификация – по форме самой площадки:
- Прямоугольные. Используются для поверхностного SMD-резисторов, конденсаторов и микросхем.
- Круглые. Часто применяются для выводного монтажа, а также для некоторых SMD-элементов.
- Овальные. Используются для элементов с большим количеством выводов, чтобы обеспечить лучшее распределение припоя.
- Нестандартной формы. Используются редко, в основном, для специфических компонентов.
Как наносятся на печатную плату
Процесс нанесения включает несколько этапов:
- Дизайн ПП. На этом этапе в специализированном программном обеспечении проектируются размеры, форма и расположение всех элементов в соответствии с общей электрической схемой устройства, типами и количеством монтируемых элементов.
- Изготовление платы. Металлизированные площадки формируются в процессе производства платы вместе с остальными токопроводящими дорожками, так как являются их частью. Для этого используется один из двух методов: субтрактивный или аддитивный. В первом случае на фольгированной подложке из диэлектрика вытравливается рисунок электрической схемы, включая точки под SMT-монтаж. Формирование отверстий происходит на финальном этапе. Во втором, наоборот, в диэлектрической пластине без слоя медной фольги сначала (если это необходимо) сверлятся отверстия, а затем с применением маски производится толстослойное химическое меднение. То есть, при субтрактивном удаляются излишки медного слоя, а при аддитивном – сразу формируется медный рисунок нужной формы на диэлектрике. Первая технология является более простой, поэтому используется в промышленности гораздо чаще.
- Нанесение припоя. На этапе сборки платы на контактные площадки наносится паяльная паста, которая затем расплавляется для создания надежного соединения. Альтернативный вариант – пайка прямой подачей припоя.
Как выбрать размер, форму и расстояние
Выбор параметров контактных площадок зависит от типа компонентов, технологии монтажа и требований к надежности соединения. Основные рекомендации:
- Размер. Должен соответствовать размеру вывода. Для SMD-компонентов ширина площадки обычно равна ширине вывода, а длина — на 20-30% больше.
- Форма. Зависит от типа компонента и технологии монтажа. Например, для THT-компонентов предпочтительны круглые контакты, а для SMD — прямоугольные или овальные.
- Расстояние между площадками. Должно соответствовать шагу выводов. Для миниатюрных компонентов (например, QFN или BGA) расстояние может быть менее 0,5 мм.
Проблемы
При сборке устройства с контактными площадками связан ряд возможных проблем:
- Плохая смачиваемость. Возникает из-за окисления поверхности меди или неправильного выбора материала покрытия. Решается использованием флюса.
- Мостики (короткие замыкания). Образуются при избытке припоя или неправильном проектировании площадок. Решается оптимизацией количества паяльной пасты и увеличением расстояния между точками пайки на этапе проектирования схемы.
- Эффект «надгробного камня» – компонент приподнимается над платой из-за неравномерного распределения припоя. Решение – правильное проектирование площадок и настройка процесса пайки.
- Малое количество припоя в монтажном отверстии – приводит к ненадежному соединению выводов. Решение – увеличение диаметра отверстий и толщины слоя припоя.
- Отслаивание контактов – возникает из-за механических нагрузок или перегрева. Решение – использование качественных материалов и соблюдение температурных режимов пайки.
- Низкая прочность выводного монтажа – обычно объясняется чересчур большим диаметром отверстий или малым количеством припоя. Решается изменением размера отверстий на «рисунке» платы или дополнительной пайкой.
- Пустоты в галтели припоя – слишком большой размер контактной площадки или нарушение технологии пайки. Решение – уменьшить размеры, изменить температурный режим, сменить материалы (припой, флюс, паяльную пасту) на более качественные.
Заключение
Контактные площадки играют важную роль в обеспечении надежности и функциональности печатных плат. Правильное проектирование, выбор материалов и соблюдение технологических процессов позволяют избежать большинства проблем, связанных с их использованием. Понимание этих особенностей помогает создавать качественные и долговечные электронные устройства.
