Химические основы жизни абакумов. Химические основы жизни

Наша компания изготавливает печатные платы из высококачественных импортных материалов, начиная от типового FR4 и заканчивая СВЧ-материалами и полиимидом. В данном разделе мы определяем основные термины и понятия, применяемые в области проектирования и изготовления печатных плат. Раздел повествует о совсем простых вещах, знакомых каждому инженеру-конструктору. Однако и тут есть ряд нюансов, которые многие разработчики не всегда принимают во внимание.

*** Дополнительную информацию можно получить,

Конструкция многослойных печатных плат
Рассмотрим типовую конструкцию многослойной платы (рис. 1). В первом, наиболее распространенном, варианте внутренние слои платы формируются из двустороннего ламинированного медью стеклотекстолита, который называют «ядро». Наружные слои выполняются из медной фольги, спрессованной с внутренними слоями при помощи связующего — смолистого материала, называемого «препрег». После прессования при высокой температуре образуется «пирог» многослойной печатной платы, в котором далее сверлятся и металлизируются отверстия. Менее распространен второй вариант, когда внешние слои формируются из «ядер», скрепляемых препрегом. Это упрощенное описание, на основе данных вариантов существует множество других конструкций. Однако основной принцип состоит в том, что в качестве связующего материала между слоями выступает препрег. Очевидно, что не может быть ситуации, когда соседствуют два двусторонних «ядра» без прокладки из препрега, но структура фольга-препрег-фольга- препрег… и т. д. возможна, и часто используется в платах со сложными сочетаниями глухих и скрытых отверстий.

Глухие и скрытые отверстия
Термин «глухие отверстия» означает переходы, связывающие внешний слой с ближайшими внутренними слоями и не имеющие выхода на второй внешний слой. Он происходит от английского слова blind, и является аналогичным термину «слепые отверстия». Скрытые, или погребенные (от английского buried), отверстия выполнены во внутренних слоях и не имеют выхода наружу. Простейшие варианты глухих и скрытых отверстий показаны на рис. 2. Их применение оправдано в случае очень плотной разводки или для плат, очень насыщенных планарными компонентами с обеих сторон. Наличие этих отверстий приводит к удорожанию стоимости платы от полутора до нескольких раз, но во многих случаях, особенно при трассировке микросхем в корпусе BGA с маленьким шагом, без них не обойтись. Есть различные способы формирования таких переходных отверстий, они более подробно раскрываются в разделе , а пока рассмотрим более подробно материалы, из которых конструируется многослойная плата.

Таблица 1. Виды и параметры материалов, применяемых для многослойных печатных плат

Вид	Состав	Tg	Dk	Стоимость
FR4	Слоистый эпоксидный материал из стекловолокна	> 130°C	4.7	1 (базовая)
FR4 High Tg, FR5	Материал со сшитой сеткой, повышенная термостойкость (RoHS-совместимый)	> 160°C	4,6	1,2…1,4
RCC	Эпоксидный материал без стеклянной тканой основы	> 130°C	4,0	1,3…1,5
PD	Полиимидная смола с арамидной основой	260°C	3,5-4,6	5…6,5
PTFE	Политетрафлуор-этилен со стеклом или керамикой (СВЧ)	240-280°C	2,2-10,2	32…70

Tg — температура стеклования (разрушения структуры)
Dk — диэлектрическая постоянная

Базовые диэлектрики для печатных плат
Основные виды и параметры материалов, применяемых для изготовления МПП, приведены в таблице 1. Типовые конструкции печатных плат основаны на применении стандартного стеклотекстолита типа FR4, с рабочей температурой, как правило, от -50 до +110 °C, температурой стеклования (разрушения) Tg около 135 °C. Диэлектрическая постоянная Dk у него может быть от 3,8 до 4,5, в зависимости от поставщика и вида материала. При повышенных требованиях к термостойкости или при монтаже плат в печи по бессвинцовой технологии (t до 260 °C) применяется высокотемпературный FR4 High Tg или FR5. При требованиях к постоянной работе на высоких температурах или при резких перепадах температур применяется полиимид. Кроме того, полиимид используют для изготовления плат повышенной надежности, для военных применений, а также в случаях, когда требуется повышенная электрическая прочность. Для плат с СВЧ-цепями (более 2 ГГц) применяются отдельные слои СВЧ-материала, или плата целиком делается из СВЧ-материала (рис. 3). Наиболее известные поставщики специальных материалов — фирмы Rogers, Arlon, Taconic, Dupont. Стоимость этих материалов выше, чем FR4, и условно показана в последнем столбце таблицы 1 относительно стоимости FR4. Примеры плат с разными видами диэлектрика показаны на рис. 4, 5.

Толщина материала
Знание доступных толщин материалов важно инженеру не только для формирования общей толщины платы. При проектировании МПП разработчики сталкиваются с такими задачами, как:
- расчет волнового сопротивления проводников на плате;
- расчет величины межслойной высоковольтной изоляции;
- выбор структуры глухих и скрытых отверстий.
Доступные варианты и толщины различных материалов приведены в таблицах 2-6. Следует учитывать, что допуск на толщину материала обычно составляет до ±10%, поэтому и допуск на толщину готовой многослойной платы не может быть менее ±10%.

Таблица 2. Двусторонние «ядра» FR4 для внутренних слоев печатной платы

Толщина диэлектрика и толщина меди	5 мкм	17 мкм	35 мкм	70 мкм	105 мкм
0,050 мм	.	.	.	з	з
0,075 мм	м	.	.	з	з
0,100 мм	.	.	.	з	з
0,150 мм
0,200 мм	м	.	.	з	з
0,250 мм
0,300 мм
0,350 мм	м	.	.	з	з
0,400 мм	.	.	.	з	з
0,450 мм
0,710 мм	м	.	.	з	з
0,930 мм	м	.	.	.	з
1,000 мм	.	.	.	.	з
Более 1 мм	.	.	.	.	з

Как правило, в наличии;
з - По запросу (имеется в наличии не всегда)
м - Можно изготовить;
Примечание: для обеспечения надежности готовых плат важно знать, что для внутренних слоев зарубежные мы предпочитаем использовать ядра с фольгой 35 мкм, а не 18 мкм (даже при ширине проводника и зазора 0,1 мм). Это повышает надежность печатных плат.
Диэлектрическая проницаемость ядер FR4 может составлять от 3.8 до 4.4 в зависимости от марки.

Таблица 3. Препрег («связующий» слой) для многослойных печатных плат

Тип препрега	Толщина после прессования	Возможное отклонение
Основные
1080	0,066 мм	-0,005/+0,020 мм
2116	0,105 мм	-0,005/+0,020 мм
7628	0,180 мм	-0,005/+0,025 мм
Дополнительно
106 no flow	0,050 мм	-0,005/+0,020 мм
1080 no flow	0,066 мм	-0,005/+0,020 мм
2113	0,100 мм	-0,005/+0,025 мм

Диэлектрическая проницаемость препрега FR4 может составлять от 3.8 до 4.4 в зависимости от марки.
Уточняйте этот параметр для конкретного материала у наших инженеров по email

Таблица 4. Материалы СВЧ фирмы Rogers для печатных плат

Материал	Dk*	Потери	Толщина диэлектрика, мм	Толщина фольги, мкм
Ro4003	3,38		0,2	18 или 35
			0,51	18 или 35
			0,81	18 или 35
Ro4350	3,48		0,17	18 или 35
			0,25	18 или 35
			0,51	18 или 35
			0,762	18
			1,52	35
Препрег Ro4403	3,17		0,1	--
Препрег Ro4450	3,54		0,1	--

* Dk — диэлектрическая проницаемость

Таблица 5. Материалы СВЧ фирмы Arlon для МПП

Материал	Диэлектрическая проницаемость (Dk)	Толщина диэлектрика, мм	Толщина фольги, мкм
AR-1000	10	0,61±0,05	18
AD600L	6	0,787±0,08	35
AD255IM	2,55	0,762±0,05	35
AD350A	3,5	0,508±0,05 0,762±0,05	35 35
DICLAD527	2,5	0,508±0,038 0,762±0,05 1,52±0,08	35 35 35
25N	3,38	0,508 0,762	18 или 35
25N 1080pp pre-preg	3,38	0,099	--
25N 2112pp pre-preg	3,38	0,147	--
25FR	3,58	0,508 0,762	18 или 35
25FR 1080pp pre-preg	3,58	0,099	--
25FR 2112pp pre-preg	3,58	0,147	--

Примечание: СВЧ-материалы не всегда есть на складе, и срок их поставки может доходить до 1 месяца. При выборе конструкции платы надо уточнить состояние склада производителя МПП.

Dk — Диэлектрическая проницаемость
Tg — температура стеклования

Хочется отметить важность следующих моментов:
1. В принципе доступны все номиналы ядер FR4 от 0,1 до 1,0 мм с шагом 0,1 мм. Однако при проектировании срочных заказов следует заранее уточнять наличие материалов на складе у производителя ПП.
2. Когда речь идет о толщине материала - у материалов, предназначенных для изготовления двусторонних плат, толщина материала указывается включая медь. Толщины «ядра» для внутренних слоев МПП задаются в документации без толщины меди.
Пример 1: материал FR4, 1,6/35/35 имеет толщину диэлектрика: 1,6-(2x35 мкм)=1,53 мм (с допуском ±10%).
Пример 2: ядро FR4, 0,2/35/35 имеет толщину диэлектрика: 200 мкм (с допуском ±10%) и полную толщину: 200 мкм+(2x35 мкм)=270 мкм.
3. Обеспечение надежности. Допустимое количество смежных слоев препрега вМПП - не менее 2 и не более 4. Возможность же использования одиночного слоя препрега между «ядрами» зависит от характера рисунка и от толщины смежных слоев меди. Чем толще медь и чем насыщенней рисунок проводников, тем сложнее заполнить смолой пространство между проводниками. А от качества заполнения зависит надежность платы.
Пример: медь 17 мкм - можно использовать 1 слой 1080, 2116 или 106; медь 35 мкм - можно использовать 1 слой только для 2116.

Покрытия площадок печатной платы
Рассмотрим, какие бывают покрытия медных площадок. Наиболее часто площадки покрываются сплавом олово-свинец, или ПОС. Способ нанесения и выравнивания поверхности припоя называют HAL или HASL (от английского Hot Air Solder Leveling — выравнивание припоя горячим воздухом). Это покрытие обеспечивает наилучшую паяемость площадок. Однако на смену ему приходят более современные покрытия, как правило, совместимые с требованиями международной директивы RoHS. Эта директива требует запретить присутствие вредных веществ, в том числе свинца, в продукции. Пока что действие RoHS не распространяется на территорию нашей страны, однако помнить о ее существовании небесполезно. Проблемы, связанные с RoHS, будут описаны нами в одном из последующих разделов, пока же давайте ознакомимся с возможными вариантами покрытия площадок МПП в таблице 7. HASL применяется повсеместно, если нет иных требований. Иммерсионное (химическое) золочение используется для обеспечения более ровной поверхности платы (особенно это важно для площадок BGA), однако имеет несколько более низкую паяемость. Пайка в печи выполняется примерно по той же технологии, что и HASL, но ручная пайка требует применения специальных флюсов. Органическое покрытие, или OSP, защищает поверхность меди от окисления. Его недостаток — малый срок сохранения паяемости (менее 6 месяцев). Иммерсионное олово обеспечивает ровную поверхность и хорошую паяемость, хотя тоже имеет ограниченный срок пригодности для пайки. Бессвинцовый HAL имеет те же свойства, что и свинец-содержащий, но состав припоя — примерно 99,8% олова и 0,2% добавок. Контакты ножевых разъемов, подвергающихся трению при эксплуатации платы, гальваническим способом покрывают более толстым и более жестким слоем золота. Для обоих видов золочения применяется никелевый подслой для предотвращения диффузии золота.

Таблица 7. Покрытия площадок печатной платы

Тип	Описание	Толщина
HASL, HAL (hot air solder leveling)	ПОС-61 или ПОС-63, оплавленный и выровненный горячим воздухом	15-25 мкм
Immersion gold, ENIG	Иммерсионное золочение по подслою никеля	Au 0,05-0,1 мкм/Ni 5 мкм
OSP, Entek	Органическое покрытие, защищает поверхность меди от окисления до пайки	При пайке полностью растворяется
Immersion tin	Иммерсионное олово, более плоская поверхность, чем HASL	10-15 мкм
Lead-free HAL	Бессвинцовое лужение	15-25 мкм
Hard gold, gold fingers	Гальваническое золочение контактов разъема по подслою никеля	Au 0,2-0,5 мкм/Ni 5 мкм

Примечание: все покрытия, кроме HASL, совместимы с директивой RoHS и подходят для бессвинцовой пайки.

Защитные и другие виды покрытий печатной платы
Для полноты картины рассмотрим функциональное назначение и материалы покрытий печатной платы.
- Паяльная маска — наносится на поверхность платы для защиты проводников от случайного замыкания и грязи, а также для защиты стеклотекстолита от термоударов при пайке. Маска не несет другой функциональной нагрузки и не может служить защитой от влаги, плесени, пробоя и т. д. (за исключением случаев применения специальных видов масок).
- Маркировка — наносится на плату краской поверх маски для упрощения идентификации самой платы и расположенных на ней компонентов.
- Отслаиваемая маска — наносится на заданные участки платы, которые надо временно защитить, например, от пайки. В дальнейшем ее легко удалить, так как она представляет собой резиноподобный компаунд и просто отслаивается.
- Карбоновое контактное покрытие — наносится в определенные места платы как контактные поля для клавиатур. Покрытие имеет хорошую проводимость, не окисляется и износостойко.
- Графитовые резистивные элементы — могут наноситься на поверхность платы для выполнения функции резисторов. К сожалению, точность выполнения номиналов невысока — не точнее ±20% (с лазерной подгонкой— до 5%).
- Серебряные контактные перемычки — могут наноситься как дополнительные проводники, создавая еще один проводящий слой при недостатке места для трассировки. Применяются в основном для однослойных и двусторонних печатных плат.

Таблица 8. Покрытия поверхности печатной платы

Тип	Назначение и особенности
Паяльная маска	Для защиты при пайке Цвет: зеленый, синий, красный, желтый, черный, белый
Маркировка	Для идентификации Цвет: белый, желтый, черный
Отслаиваемая маска	Для временной защиты поверхности При необходимости легко удаляется
Карбон	Для создания клавиатур Имеет высокую износостойкость
Графит	Для создания резисторов Желательна лазерная подгонка
Серебряное покрытие	Для создания перемычек Используется для ОПП и ДПП

Заключение
Выбор материалов велик, но, к сожалению, часто при изготовлении малых и средних серий печатных плат камнем преткновения становится наличие нужных материалов на складе завода - производителя МПП. Поэтому перед проектированием МПП, особенно если речь идет о создании нетиповой конструкции и применении нетиповых материалов, надо обязательно договориться с производителем об используемых в МПП материалах и толщинах слоев, а может быть, и заказать эти материалы заблаговременно.

Что представляет из себя печатная плат а ?

Печатная плат а или плат а , представляет собой пластину или панель состоящее из одного или двух проводящих рисунков, расположенных на поверхности диэлектрического основания, или из системы проводящих рисунков, расположенных в объеме и на поверхности диэлектрического основания, соединенных между собой в соответствии с принципиальной электрической схемой, предназначенное для электрического соединения и механического крепления устанавливаемых на нем изделий электронной техники, квантовой электроники и электротехнических изделий - пассивных и активных электронных компонентов.

Самый простой печатной плат ой является плат а , которая содержит медные проводники на одной из сторон печатной плат ы и связывает элементы проводящего рисунка только на одной из ее поверхностей. Такие плат ы известны как однослойные печатной плат ы или односторонние печатные плат ы (сокращенно - ОПП ).

На сегодняшний день, самые популярные в производстве и наиболее распространенные печатные плат ы , которые содержат два слоя, то есть, содержащие проводящий рисунок с обеих сторон плат ы – двухсторонни (двухслойные) печатные плат ы (сокращённо ДПП ). Для соединения проводников между слоями используются сквозные монтаж ные и переходные металлизированные отверстия. Тем не менее, в зависимости от физической сложности конструкции печатной плат ы , когда разводка проводников на двусторонней плат е становится слишком сложной, на производстве заказ ывается многослойные печатные плат ы (сокращённо МПП ), где проводящий рисунок формируется не только на двух внешних сторонах плат ы , но и во внутренних слоях диэлектрика. В зависимости от сложности, многослойные печатные плат ы могут быть изготовлены из 4,6, ….24 или более слоев.

>
Рис 1. Пример двухслойной печатной плат ы с защитной паяльной маской и маркировкой.

Для монтаж а электронных компонентов на печатные плат ы , необходима технологическая операция - пайка, применяемая для получения неразъёмного соединения деталей из различных металлов путём введения между контактами деталей расплавленного металла - припоя, имеющего более низкую температуру плавления, чем материалы соединяемых деталей. Спаиваемые контакты деталей, а также припой и флюс вводятся в соприкосновение и подвергаются нагреву с температурой выше температуры плавления припоя, но ниже температуры плавления спаиваемых деталей. В результате, припой переходит в жидкое состояние и смачивает поверхности деталей. После этого нагрев прекращается, и припой переходит в твёрдую фазу, образуя соединение. Этот процесс можно сделать вручную или с помощью специализированной техники.

Перед пайкой, компоненты размещаются на печатной плат е выводами компонентов в сквозные отверстия плат ы и припаиваются к контактным площадкам и/или металлизированной внутренней поверхности отверстия – т.н. технология монтаж а в отверстия (THT Through Hole Technology - технология монтаж а в отверстия или др. словами - штыревой монтаж или DIP-монтаж ). Так же, все большее распространение, в особенности, в массовом и крупносерийном производстве, получила более прогрессивная технология поверхностного монтаж а - также называемая ТМП (технология монтаж а на поверхность) или SMT (surface mount technology) или SMD-технология (от surface mount device – прибор, монтируемый на поверхность). Основным ее отличием от «традиционной» технологии монтаж а в отверстия является то, что компоненты монтируются и паяются на контактные площадки (англ. land), являющиеся частью проводящего рисунка на поверхности печатной плат ы . В технологии поверхностного монтаж а , как правило, применяются два метода пайки: пайка оплавлением припойной пасты и пайка волной. Основное преимущество метода пайки волной – возможность одновременной пайки компонентов, монтируемых как на поверхность плат ы , так и в отверстия. При этом пайка волной является самым производительным методом пайки при монтаж е в отверстия. Пайка оплавлением основана на применении специального технологического материала – паяльной пасты. Она содержит три основных составляющих: припой, флюс (активаторы) и органические наполнители. Паяльная паста наносится на контактные площадки либо с помощью дозатора, либо через трафарет , затем устанавливаются электронные компоненты выводами на паяльную пасту и далее, процесс оплавления припоя, содержащегося в паяльной пасте, выполняется в специальных печах путем нагрева печатной плат ы с компонентами.

Для избежания и/или предотвращения случайного короткого замыкания проводников из разных цепей в процессе пайки, производители печатных плат применяют защитную паяльную маску (англ. solder mask; она же «зеленка») – слой прочного полимерного материала, предназначенного для защиты проводников от попадания припоя и флюса при пайке, а также от перегрева. Паяльная маска закрывает проводники и оставляет открытыми контактные площадки и ножевые разъемы. Наиболее распространенные цвета паяльной маски, используемые в печатных плат а х - зеленый, затем красный и синий. Следует иметь в виду, что паяльная маска не защищает плат у от влаги в процессе эксплуатации плат ы и для влагозащиты используются специальные органические покрытия.

В наиболее популярных программах систем автоматизированного проектирования печатных плат и электронных приборов (сокращённо САПР - CAM350, P-CAD, Protel DXP, SPECCTRA, OrCAD, Allegro , Expedition PCB, Genesis), как правило, существуют правила, связанные с паяльной маской. Эти правила определяют расстояние/отступ, которое необходимо соблюсти, между краем паяемой площадки и границей паяльной маски. Эта концепция иллюстрируется на рисунке 2 (а).

Шелкография или маркировка.

Маркировка (англ. Silkscreen, legend) является процессом, в котором производитель наносит информацию о электронных компонентах и которая способствует облегчить процесс сборки, проверки и ремонта. Как правило, маркировка наносится для обозначения контрольных точек, а также положения, ориентации и номинала электронных компонентов. Также она может быть использована для любых целей конструктора печатных плат , например, указать название компании, инструкцию по настройке (это широко используется в старых материнских плат а х персональных компьютеров) и др. Маркировку можно наносить на обе стороны плат ы и ее, как правило, наносят методом сеткографии(шелкография) специальной краской (с термическим или УФ отверждением) белого, желтого или черного цвета. На рисунке 2 (b) показаны обозначение и область расположения компонентов, выполненные маркировкой белого цвета.

>
Рис 2. Расстояние от площадки до маски (а) и маркировка (b)

Структура слоев в САПР

Как уже отмечалось в начале этой статьи, печатные плат ы могут быть сделаны из нескольких слоев. Когда печатная плат а разработана с помощью САПР, часто можно увидеть в структуре печатной плат ы несколько слоев, которые не соответствуют необходимым слоям с разводкой из проводящего материала (меди). Например, слои с маркировкой и паяльной маской являются непроводящими слоями. Наличие проводящих и непроводящих слоев может привести к путанице, так как производители используют термин слой, когда они имеют в виду только токопроводящие слои. С этого момента, мы будем использовать термин «слои» без «САПР», только когда речь идет о проводящих слоях. Если мы используем термин «слои САПР» мы имеем в виду все виды слоев, то есть проводящие и непроводящие слои.

Структура слоев в САПР:

слои САПР (проводящие и непроводящие)	описание
	Top silkscreen - верхний слой маркировки (непроводящий)

	Top soldermask – верхний слой паяльной маски (непроводящий)

	Top paste mask – верхний слой паяльной пасты (непроводящий)

	Top Layer 1 – первый/верхний слой (проводящий)



	Int Layer 2 – второй/внутренний слой (проводящий)



	Substrate - базовый диэлектрик (непроводящий)

	Bottom Layer n - нижний слой(проводящие)

	Bottom paste mask - Нижний слой паяльной пасты (непроводящий)

	Bottom soldermask Нижний слой паяльной маски (непроводящий)

	Bottom silkscreen Нижний слой маркировки (непроводящий)

На рисунке 3. показаны три различных структур слоев. Оранжевый цвет подчеркивает проводящие слои в каждой структуре. Высота структуры или толщина печатной плат ы может варьироваться в зависимости от назначения, однако наиболее часто используется толщина 1,5мм.

>
Рис 3. Пример 3 различных структур печатных плат : 2-х слойная(а), 4-х слойная (b) и 6-и слойная(с)

Типы корпусов электронных компонентов

Сегодня на рынке присутствует большое разнообразие типов корпусов электронных компонентов. Обычно, для одного пассивного или активного элемента существует несколько типов корпусов. Например, вы можете найти одну и ту же микросхему и в корпусе QFP (от англ. Quad Flat Package - семейство корпусов микросхем, имеющих планарные выводы, расположенные по всем четырём сторонам) и в корпусе LCC (от англ. Leadless Chip Carrier - представляет собой низкопрофильный квадратный керамический корпус с расположенными на его нижней части контактами).

В основном существует 3 больших семейств электронных корпусов:

		Описание
		корпуса для монтаж а в отверстия, которые имеют контакты, предназначенные для сквозной установки через монтаж ные отверстие в печатной плат е. Такие компоненты паяются на противоположной стороне плат ы , где был вставлен компонент. Как правило, эти компоненты смонтированы только на одной стороне печатной плат ы .



	SMD / SMT	корпуса для поверхностного монтаж а , которые паяются на одну сторону плат ы , где помещен компонент. Преимущество этого вида компоновки корпуса является то, что он может быть установлен на обе стороны печатной плат ы и кроме того, эти компоненты меньше чем корпуса для монтаж а в отверстия и позволяют проектировать плат ы меньших габаритов и с более плотной разводкой проводников на печатных плат а х.



		(Ball Grid Array- массив шариков -тип корпуса поверхностно-монтируемых интегральных микросхем). BGA выводы представляют собой, шарики из припоя, нанесённые на контактные площадки с обратной стороны микросхемы. Микросхему располагают на печатной плат е и нагревают с помощью паяльной станции или инфракрасного источника, так что шарики начинают плавиться. Поверхностное натяжение заставляет расплавленный припой зафиксировать микросхему ровно над тем местом, где она должна находиться на плат е. У BGA длина проводника очень мала, и определяется расстоянием между плат ой и микросхемой, таким образом, применение BGA позволяет увеличить диапазон рабочих частот и увеличить скорость обработки информации. Так же технология BGA имеет лучший тепловой контакт между микросхемой и плат ой, что в большинстве случаев избавляет от установки теплоотводов, поскольку тепло уходит от кристалла на плат у более эффективно. Чаще всего BGA используется в компьютерных мобильных процессорах, чипсетах и современных графических процессорах.

Контактная площадка печатной плат ы (англ. land)

Контактная площадка печатной плат ы - часть проводящего рисунка печатной плат ы , используемая для электрического подсоединения устанавливаемых изделий электронной техники. Контактная площадка печатной плат ы представляет собой открытые от паяльной маски части медного проводника, куда и припаиваются выводы компонентов. Есть два типа площадок – контактные площадки монтаж ных отверстий для монтаж а в отверстия и планарные площадки для поверхностного монтаж а - SMD площадки. Иногда, SMD площадки с переходным отверстием очень похожи на площадки для монтаж а в отверстия.

На рисунке 4 представлены контактные площадки для 4х разных электронных компонентов. Восемь для IC1 и две для R1 SMD площадки, соответственно, а так же три площадки с отверстиями для Q1 и PW электронных компонентов.

>
Рис 4. Площадки для поверхностного монтаж а (IC1, R1) и контактные площадки для монтаж а в отверстия (Q1, PW).

Медные проводники

Медные проводники используется для подключения двух точек на печатной плат е -например, для подключения между двумя SMD площадками (рисунок 5.), или для подключения SMD площадки к площадке монтаж ного отверстия или для соединения двух переходных отверстия.

Проводники могут иметь разную, рассчитанную ширину в зависимости от токов, протекающих через них. Так же, на высоких частотах, необходимо рассчитывать ширину проводников и зазоры между ними, так как сопротивление, емкость и индуктивность системы проводников зависит от их длинны, ширины и их взаимного расположения.

>
Рисунок 5. Соединение двумя проводниками двух SMD микросхем.

Сквозные металлизированные переходные отверстие печатной плат ы

Когда надо соединить компонент, который находится на верхнем слое печатной плат ы с компонентом, который находится на нижнем слое, применяются сквозные металлизированные переходные отверстия, которые соединяют элементы проводящего рисунка на разных слоях печатной плат ы . Эти отверстия, позволяют току проходить сквозь печатную плат у. На рисунке 6 показаны два проводника, которые начинаются на площадках компонентов на верхнем слое и заканчивается на площадках другого компонента на нижнем слое. Для каждого проводника установлено свое переходное отверстие, проводящее ток из верхнего слоя на нижний слой.

Рисунок 6. Соединение двух микросхем через проводники и переходные металлизированные отверстия на разных сторонах печатной плат ы

На рисунке 7 более детально дано представление о поперечном сечении 4-слойных печатных плат . Здесь цветами обозначены следующие слои:

На модели печатной плат ы , на рисунке 7 показан проводник (красный), который принадлежит к верхнему проводящему слою, и который проходит сквозь плат у с помощью сквозного переходного отверстия, а затем продолжает свой путь по нижнему слою(синий).

Рисунок 7. Проводник из верхнего слоя, проходящий через печатную плат у и продолжающий свой путь на нижнем слое.

«Глухое» металлизированное отверстие печатной плат ы

В HDI (High Density Interconnect - высокая плотность соединений) печатных плат а х, необходимо использовать более чем два слоя, как это показано на рисунке 7. Как правило, в многослойных конструкциях печатной плат ы , на которых устанавливаются много интегральных микросхем, используются отдельные слои для питания и земли (Vcc или GND), и таким образом, наружные сигнальные слои освобождаются от шин питания, что облегчает разводку сигнальных проводников. Также бывают случаи, что сигнальные проводники должны переходить от внешнего слоя (сверху или снизу) по наименьшему пути, что бы обеспечить необходимое волновое сопротивление, требования по гальванической развязке и заканчивая требованиями на устойчивость к электростатическому разряду. Для таких видов соединений используются глухие металлизированные отверстие (Blind via - «глухие» или «слепые»). Имеются в виду отверстия, соединяющие наружный слой с одним или несколькими внутренними, что позволяет сделать подключение минимальным по высоте. Глухое отверстие начинается на внешнем слое и заканчивается на внутреннем слое, поэтому оно имеет префикс «глухое».

Чтобы узнать, какое отверстие присутствует на плат е, вы можете поместить печатную плат у над источником света и посмотреть - если вы видите свет, идущий от источника через отверстие, то это переходное отверстие, в противном случае глухое.

Глухие переходные отверстия полезно использовать в конструкции плат ы , когда вы ограничены в размерах и имеете слишком мало места для размещения компонентов и разводки сигнальных проводников. Вы можете разместить электронные компоненты с обеих сторон и максимально увеличить пространство под разводку и другие компоненты. Если переходы сделаны через сквозные отверстие, а не глухие, понадобиться дополнительное пространство для отверстий т.к. отверстие занимает место с обеих сторон. В то же время глухие отверстия могут находиться под корпусом микросхемы – например для разводки больших и сложных BGA компонентов.

На рисунке 8 показаны три отверстия, которые являются частью четырехслойной печатной плат ы . Если смотреть слева направо, то первое мы увидим сквозное отверстие через все слои. Второе отверстие начинается в верхнем слое и заканчивается на втором внутреннем слое - глухое переходное отверстия L1-L2. Наконец, третье отверстие, начинается в нижнем слое и заканчивается в третьем слое, поэтому мы говорим, что это глухое переходное отверстия L3-L4.

Основным недостатком этого типа отверстия, является более высокая цена изготовления печатной плат ы с глухими отверстиями, по сравнению с альтернативными сквозными отверстиями.

>
Рис 8. Сравнение переходного сквозного отверстие и глухих переходных отверстий.

Скрытые переходные отверстия

Англ. Buried via - «скрытые», «погребенные», «встроенные». Эти переходные отверстия похожи на глухие, с той разницей, что они начинаются и заканчиваются на внутренних слоях. Если мы посмотрим на рисунок 9 слева направо, мы увидим, что первое отверстие сквозное через все слои. Второе представляет собой глухое переходное отверстия L1-L2, а последнее является, скрытое переходное отверстие L2-L3, которое начинается на втором слое и заканчивается на третьем слое.

Рисунок 9. Сравнение переходного сквозного отверстие, глухого отверстия и скрытого отверстия.

Технология изготовления глухих и скрытых переходных отверстий

Технология изготовления таких отверстий может быть различной, в зависимости от той конструкции, которую заложил разработчик, и в зависимости от возможностей завод а-изготовителя. Мы будем выделять два основных вида:

Отверстие сверлится в двусторонней заготовке ДПП , металлизируется, травиться и затем эта заготовка, по сути готовая двухслойная печатная плат а , прессуется через препрег в составе многослойной заготовки печатной плат ы . Если эта заготовка находиться сверху «пирога» МПП , то мы получаем глухие отверстия, если в середине, то - скрытые переходные отверстия.

Отверстие сверлится в спрессованной заготовке МПП , глубина сверления контролируется, что бы точно попасть в площадки внутренних слоев, и затем происходит металлизация отверстия. Таким образом мы получаем только глухие отверстия.

В сложных конструкциях МПП могут применяться комбинации вышеперечисленных видов отверстий – рисунок 10.

Рисунок 10. Пример типовой комбинации видов переходных отверстий.

Заметим, что применение глухих отверстий иногда может привести к удешевлению проекта в целом, за счет экономии на общем количестве слоев, лучшей трассируемости, уменьшения размера печатной плат ы , а также возможности применить компоненты с более мелким шагом. Однако в каждом конкретном случае решение об их применении следует принимать индивидуально и обоснованно. Однако не следует злоупотреблять сложностью и многообразием видов глухих и скрытых отверстий. Опыт показывает, что при выборе между добавлением в проект еще одного вида несквозных отверстий и добавлением еще одной пары слоев правильнее будет добавить пару слоев. В любом случае, конструкция МПП должна быть спроектирована с учетом того, как именно она будет реализована в производстве.

Финишные металлические защитные покрытия

Получение правильных и надежных паяных соединений в электронном оборудовании зависит от многих конструктивных и технологических факторов, включая должный уровень паяемости соединяемых элементов, таких как компоненты и печатные проводники. Для сохранения паяемости печатных плат до монтаж а электронных компонентов, обеспечения плоскостности покрытия и для надежного монтаж а паяных соединений необходимо защищать медную поверхность контактных площадок печатной плат ы от окисления, так называемым финишным металлическим защитным покрытием.

При взгляде на разные печатные плат ы , можно заметить, что контактные площадки почти не когда не имеют цвет меди, зачастую и в основном это серебристые цвета, блестящий золотой или матовый серый. Эти цвета и определяют типы финишных металлических защитных покрытий.

Наиболее распространенным методом защиты паяемых поверхностей печатных плат является покрытие медных контактных площадок слоем серебристого сплава олово-свинеца (ПОС-63) - HASL. Большинство изготавливаемых печатных плат защищены методом HASL. Горячее лужение HASL - процесс горячего облуживания плат ы , методом погружения на ограниченное время в ванну с расплавленным припоем и при быстрой выемке обдувкой струей горячего воздуха, убирающей излишки припоя и выравнивающей покрытие. Это покрытие доминирует в течение нескольких последних лет, несмотря на его серьезные технические ограничения. Плат ы , выпущенные таким способом, хотя и хорошо сохраняют паяемость в течение всего периода хранения, непригодны для некоторых применений. Высокоинтегрированные элементы, используемые в SMT технологиях монтаж а , требуют идеальной планарности (плоскостности) контактных площадок печатных плат . Традиционные покрытия HASL не соответствуют требованиям планарности.

Технологии нанесения покрытий, соответствующие требованиям планарности, это наносимое химическими методами покрытия:

Иммерсионное золочение (Electroless Nickel / Immersion Gold - ENIG), представляющее собой тонкую золотую пленку, наносимую поверх подслоя никеля. Функция золота - обеспечивать хорошую паяемость и защищать никель от окисления, а сам никель служит барьером, предотвращающим взаимную диффузию золота и меди. Это покрытие гарантирует превосходную планарность контактных площадок без повреждения печатных плат , обеспечивает достаточную прочность паяных соединений, выполненных припоями на основе олова. Их главный недостаток - высокая себестоимость производства.

Иммерсионное олово (Immersion Tin - ISn) – серое матовое химическое покрытие, обеспечивающее высокую плоскостность печатных площадок плат ы и совместимое со всеми способами пайки, нежели ENIG. Процесс нанесения иммерсионного олова, схож с процессом нанесения иммерсионного золота. Иммерсионное олово обеспечивает хорошую паяемость после длительного хранения, которое обеспечивается введением подслоя органометалла в качестве барьера между медью контактных площадок и непосредственно оловом. Однако, плат ы , покрытые иммерсионным оловом, требуют осторожного обращения, должны хранится в вакуумной упаковке в шкафах сухого хранения и плат ы с этим покрытием не пригодны для производства клавиатур/сенсорных панелей.

При эксплуатации компьютеров, устройств с ножевыми разъемами, контакты ножевых разъемов, подвергаются трению при эксплуатации плат ы , поэтому, концевые контакты, гальваническим способом покрывают более толстым и более жестким слоем золота. Гальваническое золочение ножевых разъёмов (Gold Fingers) - покрытие семейства Ni/Au, толщина покрытия: 5 -6 Ni; 1,5 – 3 мкм Au. Покрытие наносится электрохимическим осаждением (гальваника) и используется в основном для нанесения на концевые контакты и ламели. Толстое, золотое покрытие имеет высокую механическую прочность, стойкость к истиранию и неблагоприятному воздействию окружающей среды. Незаменимо там, где важно обеспечить надежный и долговечный электрический контакт.

>
Рисунок 11. Примеры металлических защитных покрытий - олово-свинец, иммерсионное золочение, иммерсионное олово, гальваническое золочение ножевых разъёмов.

Наша компания изготавливает печатные платы из высококачественных отечественных и импортных материалов, начиная от типового FR4 и заканчивая СВЧ-материалами ФАФ.

Типовые конструкции печатных плат основаны на применении стандартного стеклотекстолита типа FR4, с рабочей температурой от -50 до +110 °C, и температурой стеклования Tg (размягчения) около 135 °C.

При повышенных требованиях к термостойкости или при монтаже плат в печи по бессвинцовой технологии (t до 260 °C) применяется высокотемпературный FR4 High Tg или FR5.

Базовые материалы для печатных плат:

Толщина меди, мкм Толщина диэлектрика,мм	5	18	35	50	70
Фольга медная
0.0	+/-	+	+
Односторонний FR-4
0.10		+/-	+/-
0.15		+/-
1,00			+
1,50			+
2,00			+
СФ 2,00			+
Двухсторонний FR-4
СТФ 0,20			+/-
0,25			+
0,36			+
0,51			+
0,71		+/-	+
1,00		+	+
1,50	+/-	+	+	+/-	+/-
СФ 1,50		+/-
2,00			+	+/-	+/-
2,50				+/-	+/-
3,00				+/-	+/-
Двухсторонний МИ 1222
1,50			+/-
2,00			+/-
Двухсторонний ФАФ-4Д
0,50			+/-
1,00			+/-
1,50			+/-
2,00			+

"+" - Как правило, в наличии

"+/-" - По запросу (имеется в наличии не всегда)

Препрег ("связующий" слой) для многослойных печатных плат

FR-4

Стеклотекстолит фольгированный с номинальной толщиной 1,6 мм, облицованный медной фольгой толщиной 35 мкм с одной или двух сторон. 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-VO, синий - UL94-HB). Обычно, FR-4 - прозрачен, стандартный зелёный цвет определяется цветом паяльной маски, нанесённой на законченную печатную плату

объемное электрическое сопротивление после кондиционирования и восстановления (Ом х м): 9,2 х 1013;
поверхностное электрическое сопротивление (Ом): 1,4 х1012;
прочность на отслаивание фольги после воздействия гальванического раствора (Н/мм): 2,2;
горючесть (вертикальный метод испытания): класс Vо.

МИ 1222

представляет собой слоистый прессованный материал на основе стеклоткани, пропитанной эпоксидным связующим, облицованный с одной или двух сторон медной электролитической фольгой.

поверхностное электрическое сопротивление (Ом): 7 х 1011;
удельное объемное электрическое сопротивление (Ом): 1 х 1012;
диэлектрическая проницаемость (Ом х м): 4,8;
прочность на отслаивание фольги (Н/мм): 1,8.

ФАФ-4Д

представляют собой армированный стеклотканью фторопласт, облицованный с обеих сторон медной фольгой. Применение:- в качестве оснований печатных плат работающих в диапазоне СВЧ; - электрическая изоляция для печатных элементов приемно-передающей аппаратуры;- способны длительно работать в интервале температур от +60 до +250° С.

Прочность сцепления фольги с основанием на полоску 10 мм, Н (кгс), не менее 17,6(1,8)
Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 106 Гц, не более7 х 10-4
Диэлектрическая проницаемость при частоте 1 МГц 2,5 ± 0,1
Выпускаемые размеры листов, мм (предельное отклонение по ширине и длине листа 10 мм.) 500х500

T111

материал из теплопроводящего полимера на основе керамики с алюминиевым основанием, используются в том случае, когда предполагается использовать компоненты, выделяющие значительную тепловую мощность (например сверхяркие светодиоды, лазерные излучатели и т.д.). Основными свойствами материала являются отличное рассеяние тепла и повышенная электрическая прочность диэлектрика при воздействии высоких напряжений:

Толщина алюминиевого основания - 1.5 мм
Толщина диэлектрика - 100 мкм
Толщина медной фольги - 35 мкм
Теплопроводность диэлектрика - 2.2 W/mK
Тепловое сопротивление диэлектрика - 0.7°C/W
Теплопроводность алюминиевой подложки (5052 - аналог АМг2,5) - 138 W/mK
Напряжение пробоя - 3 KV
Температура стеклования (Tg) - 130
Объёмное сопротивление - 108 MΩ×см
Поверхностное сопротивление - 106 MΩ
Наибольшее рабочее напряжение(CTI) - 600V

Защитные паяльные маски, применяемые при производстве печатных плат

Паяльная маска (она же «зеленка») - слой прочного материала, предназначенного для защиты проводников от попадания припоя и флюса при пайке, а также от перегрева. Маска закрывает проводники и оставляет открытыми контактные площадки и ножевые разъемы. Способ нанесения паяльной маски аналогичен нанесению фоторезиста - при помощи фотошаблона с рисунком площадок нанесённый на ПП материал маски засвечивается и полимеризуется, участки с площадками для пайки оказываются незасвеченными и маска смывается с них после проявки. Чаще всего паяльная маска наносится на слой меди. Поэтому перед её формированием защитный слой олова снимают - иначе олово под маской вспучится от нагревания платы при пайке.

PSR-4000 H85

Зеленого цвета, жидкая фоточувствительная термотверждаемая, толщиной 15-30 мкм, фирмы TAIYO INK (Япония).

Имеет одобрение на использование следующих организаций и производителей конечных изделий: NASA, IBM, Compaq, Lucent, Apple, AT&T, General Electric, Honeywell, General Motors, Ford, Daimler-Chrysler, Motorola, Intel, Micron, Ericsson, Thomson, Visteon, Alcatel, Sony, ABB, Nokia, Bosch, Epson, Airbus, Philips, Siemens, HP, Samsung, LG, NEC, Matsushita(Panasonic), Toshiba, Fujitsu, Mitsubishi, Hitachi, Toyota, Honda, Nissan и многих-многих других;

IMAGECURE XV-501

Цветная (красная, чёрная, синяя, белая), жидкая двухкомпонентная паяльная маска, фирмы Coates Electrografics Ltd (Англия), толщина 15-30 мкм;

DUNAMASK KM

Сухая, пленочная маска фирмы DUNACHEM (Германия), толщина 75 мкм, обеспечивает тентирование переходных отверстий, обладает высокой адгезией.

Рассмотрение основных химических компонентов клетки, молекулярных основ биокатализа, метаболизма, наследст-венности, иммунитета, нейроэндокринной регуляции и фоторецепции. Структура и свойства важнейших типов биомолекул рассматриваются в связи с их биологической функцией.

Особенности живой материи. Уровни организации живых организмов. Размеры и форма биомолекул. Обмен веществ и энергии в биологических системах. Вода как компонент живой материи. Регуляция и воспроизведение в биологических системах.

I. БИОМОЛЕКУЛЫ

I.1.1. Аминокислоты. Физико-химические свойства. Стереохимия. Белковые и непротеиногенные аминокислоты. Заменимые и незаменимые аминокислоты. Аминокислоты как структурные элементы белков.
I.1.2. Пептиды. Структура и свойства. Стереохимия. Определение концевых аминокислотных остатков. Фрагментация пептидных цепей. Химический и ферментативный синтез пептидов. Твердофазный пептидный синтез. Автоматические пептидные синтезаторы. Структурные аналоги природных пептидов.
I.1.3. Белки. Молекулярная масса, размер и форма белковых макромолекул. Методы выделения белков. Классификация белков. Четыре уровня организации структуры белков.

Первичная структура белков и методы ее определения. Автоматические секвенаторы. Семейства белков и гомология первичной структуры.

Вторичная структура белков и методы ее определения. Пептидная связь и конформация полипептидной цепи. Основные типы вторичной структуры белков. Роль водородных связей.

Третичная структура белков. Рентгеноструктурный анализ биополимеров. Глобулярные и фибриллярные белки. Гидрофобные взаимодействия. Денатурация и ренатурация белков как кооперативные процессы. Связь третичной и первичной структур. Структура и функция глобинов. Миоглобин. Гемоглобин. Белки плазмы крови и их использование в медицине.

Четвертичная структура олигомерных белков. Природа взаимодействий. Стехиометрия. Биологическое значение олигомерных взаимодействий.

Химическая модификация белков.

Простые и сложные белки. Апопротеины и простетические группы. Нуклео-, липо-, глико-, хромо-, фосфо-, металлопротеиды. Серповидноклеточная анемия как пример "молекулярной болезни". Химическая сущность мутаций. Наследственные нарушения обмена веществ.

Функции белков в организме. Ферменты. Гормоны. Транспортные белки. Антитела. Биотоксины. Антибиотики. Ингибиторы и активаторы ферментов. Агонисты и антагонисты рецепторов. Элементы теории фармакокинетики.

I.2. Моносахариды - олигосахариды - полисахариды
I.2.1.Важнейшие семейства моносахаридов. Стереохимия. Химические реакции. Биологически важные производные моносахаридов.
I.2.2. Олигосахариды. Структура и свойства. Важнейшие дисахариды и трисахариды.
I.2.3. Полисахариды. Структура, классификация, свойства. Биологическое значение. Резервные и структурные полисахариды.
I.3. Нуклеозиды - нуклеотиды - нуклеиновые кислоты.
I.3.1. Структуры нуклеозидов. Пиримидиновые и пуриновые основания. Углеводные компоненты. Конфигурация гликозидного центра. Химические реакции.
I.3.2. Мононуклеотиды. Структура, номенклатура. Классификация. Стереохимия. Химические свойства. Биологически важные производные мононуклеотидов. Мононуклеотиды как структурные элементы нуклеиновых кислот.
I.3.3. Полинуклеотиды и нуклеиновые кислоты. Классификация и номенклатура. Фосфодиэфирная связь. ДНК и РНК. Первичная структура нуклеиновых кислот. Секвенирование. Химические и ферментативные превращения полинуклеотидов. Вторичная структура нуклеиновых кислот, двойная спираль ДНК. Комплементарные и межплоскостные взаимодействия нуклеиновых оснований. Полиморфизм двойной спирали ДНК. Макромолекулярная структура РНК. Структура тРНК.

Химический и ферментативный синтез полинуклеотидов. Автоматический твердофазный синтез.

Функции полинуклеотидов в живых организмах. Нуклеопротеиды. Вирусы и вирусные болезни.

I.4. Жиры - фосфолипиды
I.4.1. Жиры. Структура, номенклатура и классификация. Нейтральные ацилглицериды. Воска. Стероиды. Терпены. Простагландины. Тромбоксаны.
I.4.2. Фосфолипиды. Структура, номенклатура, классификация. Фосфоглицериды. Химические превращения фосфолипидов. Сфинголипиды и гликолипиды. Липидные мицеллы. Липопротеиды. Молекулярные компоненты биомембран и функции биомембран. Клеточные стенки бактерий. Пенициллин и родственные антибиотики.
I.5. Витамины и микроэлементы.
I.5.1. Витамины. Номенклатура и классификация. Жирорастворимые и водорастворимые витамины. Витамины как компоненты коферментов. Тиамин. Рибофлавин. Никотинамид. Пантотеновая кислота. Пиридоксин и пиридоксальфосфат. Антагонисты пиридоксальфосфат-зависимых ферментов как яды и лекарства. Изоникотинилгидразид в лечении туберкулеза. Биотин. Фолиевая кислота. Липокислота. Кобаламин. Аскорбиновая кислота. Витамины А, Д, Е и К как производные изопрена. Биологическая роль витаминов. Авитаминозы (цынга, рахит, пеллагра, анемии, берибери) и их лечение.
I.5.2. Микроэлементы. Роль ионов железа, меди, цинка, марганца и кобальта в биологических процессах. Биохимия и токсикология селена и бора. Молибден, ванадий и никель как компоненты некоторых ферментов. Биологическое значение ионов кальция, хрома, олова и алюминия. Кремний как микроэлемент. Особая роль ионов щелочных металлов в биологических системах.

II. БИОКАТАЛИЗ

II.1. Ферменты. Номенклатура, классификация. Белковая природа ферментов. Активный центр. Участок связывания с субстратом. Кофакторы ферментов. Коферменты и простетические группы. Холофермент и апофермент.
II.2. Каталитические свойства ферментов. Кинетика реакций ферментативного катализа. Кинетическая схема и уравнение Михаэлиса. Стационарная, предстационарная и релаксационная кинетика. Автокаталитические ферментные процессы. Скорости элементарных стадий. Кинетика инактивации и денатурации ферментов. Элементарные акты ферментативных реакций в рамках теории переходного состояния. Субстратная специфичность ферментов. Конкурентные и неконкурентные ингибиторы. Механизмы ферментативных реакций. Регуляция активности ферментов. Влияние ионов водорода и ионов металлов. рН-Зависимости ферментативных реакций. Зависимость скорости реакций от температуры. Регуляторные ферменты. Аллостерические ферменты и модуляторы. Проферменты. Изоферменты. Мутации и активности ферментов. Молекулярные механизмы действия ферментов. Гидролазы: пепсин, химотрипсин, карбоксилаза, пирофосфатаза. Применение ферментов и их ингибиторов в медицине. Инженерная энзимология. Источники ферментов. Химическая модификация, иммобилизация и стабилизация ферментов, иммобилизованные клетки.

III. МЕТАБОЛИЗМ

III.1. Обмен веществ и биоэнергетика. Термодинамическая обеспеченность биопроцессов. Метаболизм как совокупность процессов анаболизма и катаболизма. Источники углерода, кислорода, азота и водорода для жизнедеятельности организмов. Амфиболические процессы. Автотрофы и гетеротрофы. Стадии метаболизма. Неидентичность катаболических и анаболических путей. Уровни регуляции метаболизма. Метод изотопных меток в изучении метаболизма.
III.2. Гликолиз и его стадии. Брожение и дыхание. Спиртовое брожение. Другие типы брожения.
III.3. Цикл трикарбоновых кислот. Гелоксилатный цикл. Фосфоглюконатный путь. Окислительное фосфорилирование. Причина ядовитости мышьяка. Окисление жирных кислот. Окислительное расщепление аминокислот.
III.4. Биосинтез углеводов, липидов, аминокислот, мононуклеотидов. Тимидилат-синтетаза как мишень в химиотерапии рака. Фотосинтез.
III.5. Биоэнергетика и роль АТФ. Локализация и свойства АТФ. Стандартная свободная энергия гидролиза АТФ. Аденилатная система. Роль ионов магния. Пути ферментативного переноса фосфатных групп. Роль АТФ и пирофосфата. Механизм окислительного фосфорилирования и фотосинтеза. Элементы термодинамики открытых систем.
III.6. Химия биологической фиксации азота атмосферы. Нитрогеназы. Азот-фиксирующие организмы и сельское хозяйство.

IV. БИОПОЛИМЕРЫ И НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ

IV.1. Генетическая функция ДНК. Хромосомы. Прокариоты и эукариоты. Репликация ДНК. Ферменты биосинтеза ДНК. Транскрипция: биосинтез РНК на ДНК. Ферменты транскрипции. Регуляция экспрессии генов при инициации транскрипции. Опероны. Операторы. Репрессоры. Активаторы. Трансляция. Генетический код и функции тРНК. Свойства генетического кода. Кодирующие элементы. Состав кодирующих триплетов. Кодон-антикодоновые взаимодействия. Аминоацил-тРНК-синтетазы.
IV.2. Рибосомы и биосинтез белков. Структура рибосом. Самосборка рибосом. Этапы биосинтеза белков. Инициация. Элонгация. Терминация. Энергетика биосинтеза белков. Регуляция биосинтеза белков.
IV.3. Генная инженерия. Выделение генов и получение кДНК. Полимеразная цепная реакция. Векторы. Молекулярные механизмы мутагенеза. Мутагенез генов и белковая инженерия. Делеции, вставки, инверсии и замены. Генная инженерия и биотехнология. Генно-инженерные интерферон, гормон роста, инсулин. Экологические и этические проблемы генной инженерии. Гены и геномика. Геном человека.

V. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ АСПЕКТЫ ФИЗИОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА

V.1. Химия дыхания. Гемоглобин как переносчик кислорода. Взаимодействия субъединиц гемоглобина и кооперативность процесса связывания кислорода. Мутантные гемоглобины и заболевания крови.
V.2. Химия иммунитета. Иммунный ответ. Структура антител. Иммуноглобулины. Легкие и тяжелые цепи. Вариабельные и инвариантные участки. Антигены. Комплексы антиген - антитело. В- и Т-лимфоциты. Комплемент и его компоненты. Иммунодефициты. Проблема СПИДа.
V.3. Химия нейроэндокринной регуляции. Нейроны. Синапсы. Нейромедиаторы. Ацетилхолин и ацетилхолинэстераза. Ингибиторы ацетилхолинэстеразы. Химия нервной передачи. Нейропаралитические яды. Нейропептиды. Энкефалины. Эндорфины. Опиоидные пептиды. Эндокринные железы и гормоны. Химическая структура гормонов. Стероидные гормоны коры надпочечников и половых желез. Адреналин и норадреналин. Молекулярные действия гормонов. Аденилатциклазная система. Рецепторы.
V.4. Химия зрения. Сетчатка и фоторецепторы. Зрительные пигменты. Родопсин. Фотоизомеризация ретиналя. Люмиродопсин и метародопсины. Фотоинициирование нервного импульса.
V.5. Химия мышечного сокращения. Миозин. Актин. Актомиозиновый комплекс. АТФ-азная активность миозина. Сопряжение возбуждения и сокращения. Роль ионов магния, кальция и сульфгидрильных групп.
V.6. Химия активного трансмембранного переноса. Структура и функции биомембран. Системы активного переноса против градиента концентрации. Роль ионов натрия и калия. АТФ-азная система. Натриевый насос. Активный перенос аминокислот и сахаров.