В данном разделе приводятся механические свойства печатных плат для различных материалов как обобщенные данные, так как свойства одних и тех же материалов могут отличаться в зависимости от предприятия-изготовителя материалов печатных плат.
Прочность на изгиб и ударная вязкость печатной платы должны быть достаточно высокими, чтобы плата без повреждения могла быть нагружена установленными на ней элементами с большой массой. В некоторых конструкциях, например, силовые трансформаторы припаиваются прямо к печатной плате, которая в этом случае используется как шасси для такого массивного узла. В стационарных условиях опасность повреждения платы обычно не возникает, однако при транспортировке аппаратура может подвергаться весьма жестким механическим воздействиям. При неблагоприятных условиях аппаратура может подвергаться действию весьма высоких нагрузок, например ускорений до 200 м/с2. В этом случае трансформатор массой 0,25 кг будет нагружать печатную плату с силой 50 Н, что способно вызвать ее разрушение. Прочность на изгиб основания толщиной 1,6 мм составляет: из фенольного гетинакса - 80, эпоксидного стеклотекстолита - 350 МПа. Очевидно, что прочность на изгиб оснований из эпоксидного стеклотекстолита в 4-5 раз выше, чем у оснований из фенольного гетинакса. Ударная вязкость для оснований составляет: из фенольного гетинакса - 7, эпоксидного стеклопластика – 10 кДж/м2. Таким образом, ударная вязкость примерно в 1,5 раза выше у эпоксидного стеклотекстолита, чем у фенольного гетинакса. Приведенные цифры указаны только для типовых механических характеристик оснований. Подробное описание методов испытаний, проводимых для определения значений этих характеристик любого материала, приводятся в различных стандартах или технических условиях на конкретный материал печатной платы.
Обычно температурный коэффициент линейного расширения является второстепенной характеристикой. Для рассматриваемых слоистых пластиков его значение лежит в пределах между 1·10-5 и 2-·10-5 1/°С при измерении в плоскости платы. Это означает, что если печатная плата длиной 250 мм подвергается нагреву на 40 °C, её длина увеличивается на 0,1-0,2 мм, этим увеличением можно пренебречь. Обычный технологический допуск на длину платы составляет ± 0,2 мм. С другой стороны, правильно утверждать, что температурный коэффициент расширения является важной характеристикой платы в случае, если отверстия в плате пробиваются. Хотя многие гетинаксовые основания пригодны для холодной пробивки отверстий, нагрев такого основания в большинстве случаев способствует получению более чистых краев отверстий. При нагреве платы до 120 °C длина ее увеличивается на 0,3-0,6 мм. Это должно быть учтено конструктором при проектировании инструмента для штамповки.
В типовой практике сборки для крепления отдельных элементов на печатной плате, а также для закрепления платы на шасси используют винты. Следует отметить, что рекомендуется контрить винты пружинными шайбами, которые обеспечивают определенный натяг в резьбовом соединении. Стопорные и спиральные пружинные шайбы лучше не применять, так как они со временем врезаются в основание, ослабляя пружинное действие шайбы. Если, однако, при этом плата проминается головкой винта, то крепление винта может ослабнуть, а в подвижной транспортируемой аппаратуре он может даже выпасть. Платы из эпоксидного стеклотекстолита характеризуются существенно меньшей деформацией, чем платы из фенольных и эпоксидных гетинаксов; последние имеют степень деформации в 10 раз больше, чем стеклотекстолиты.
Ниже в качестве примера приведены следующие максимальные рабочие температуры некоторых материалов:
Фенольный гетинакс ХХХР, °C - 110—120;
Эпоксидный гетинакс FR3. °C - 110—120;
Эпоксидный стеклотекстолит G10 и FR4, °C - 130;
Эпоксидный стеклотекстолит G11 и FR5,°C - 150.
Это наивысшие значения температур, которые основания способны выдержать при непрерывной работе. Следует заметить, что работа материалов в области максимальных температур вызывает их обесцвечивание и размягчение. Механическая прочность оснований из материалов марок G10 и FR4 снижается на 90 % в сравнении с прочностью при комнатной температуре, в то время как снижение механической прочности оснований из материалов марок G11 и FR5 составляет всего 50 %, учитывая все обстоятельства, рекомендуется, чтобы максимальная рабочая температура была ограничена 100-105 °C. В случаях, когда рабочие температуры выше этих значений, следует применять основания из нагревостойких материалов, таких как силиконовый и фторопластовый стеклотекстолиты.
Важной характеристикой печатных плат является их способность выдерживать без повреждений высокие температуры, которым плата подвергается в процессе групповой пайки элементов. Это особенно важно в тех случаях, когда для пайки применяется автоматизированное оборудование. Температура пайки при этом может достигать 240-260 °C, что на 130-150 °C выше максимальной рабочей температуры платы. К счастью, пайка ведется весьма быстро и повреждения платы ничтожны. Как правило, рассматриваемые материалы способны противостоять температуре пайки 260 °C в течение следующего времени:
Фенольный гетинакс ХХХР, с - 5;
Эпоксидный гетинакс FR3, с - 10;
Эпоксидный стеклотекстолит G10, G11, FR4, FR5, с – 20.
Весьма важно, чтобы между медной фольгой и материалом основания печатной платы было хорошее сцепление. Чем сложнее и насыщенней рисунок печатной платы, тем больше риск отделения контактных площадок или проводников от материала основания платы. Риск также особенно высок в случаях ремонта платы, например, при выпаивании и замене дефектных элементов. Для обеспечения заданных характеристик необходимо разработать испытания, с помощью которых можно измерять адгезию. В таких испытаниях измеряется усилие, требуемое для того, чтобы отрывать полоску медной фольги со скоростью примерно 50 мм/мин в направлении, перпендикулярном плоскости основания. Прочность на отрыв полоски фольги пересчитывается в ньютоны на 25 мм ширины отрываемой полоски фольги. Для рассматриваемых нами оснований прочность на отрыв примерно 30 Н, но может меняться в значительной степени в зависимости от типа основания и толщины медной фольги.