Главная

Контакты

Случайная статья

• Автоматизация
• Антропология
• Археология
• Архитектура
• Биология
• Ботаника
• Бухгалтерия
• Военная наука
• Генетика
• География
• Геология
• Демография
• Деревообработка
• Журналистика
• Зоология
• Изобретательство
• Информатика
• Искусство
• История
• Кинематография
• Компьютеризация
• Косметика
• Кулинария
• Культура
• Лексикология
• Лингвистика
• Литература
• Логика
• Маркетинг
• Математика
• Материаловедение
• Медицина
• Менеджмент
• Металлургия
• Метрология
• Механика
• Музыка
• Науковедение
• Образование
• Охрана Труда
• Педагогика
• Полиграфия
• Политология
• Право
• Предпринимательство
• Приборостроение
• Программирование
• Производство
• Промышленность
• Психология
• Радиосвязь
• Религия
• Риторика
• Социология
• Спорт
• Стандартизация
• Статистика
• Строительство
• Технологии
• Торговля
• Транспорт
• Фармакология
• Физика
• Физиология
• Философия
• Финансы
• Химия
• Хозяйство
• Черчение
• Экология
• Экономика
• Электроника
• Электротехника
• Энергетика

Вопросы для самоконтроля 1 страница

1. Кто формулирует требования к новому изделию?

2. Кто составляет техническое задание? Какие оно содержит разделы?

3. Кто участвует в разработке конструкции РЭС?

4. Какие существуют стадии и этапы разработки изделия?

5. На каком этапе обязательны сборочный чертеж и чертежи деталей?

6. Какие признаки определяют конструкцию РЭС как большую систему?

7. Какова обобщенная системная модель конструкции РЭС?

8. В чем сущность системного подхода при конструировании?

9. Какими методами осуществляется анализ конструкции?

10. Какими методами осуществляется синтез конструкции?

11. Какие задачи конструирования и подготовки производства решаются с помощью автоматизированных систем?

12. Каков порядок обработки информации при автоматизированном конст­рукторском проектировании РЭС?

13. Существует ли связь между конструкцией РЭС и возможностями САПР?

14. Существует ли связь между конструкцией РЭС и возможностями ГПС?

15. Какими методами можно получить экспериментальную математическую
модель конструкции?

16. Что такое стандартизация?

17. Какие формы стандартизации Вам известны?                 

18. Какие виды стандартов Вам известны?

19. Что такое конструкционные системы РЭС? Каков их состав?

20. Назовите типы корпусов ИС и их характеристики.

21. Какова специфика конструкторской документации, выполненной автоматизированными методами?

22. Какова специфика конструкторской документации на машинных носителях?

23. Какие задачи решает стандартизационный контроль?

24. Как взаимосвязаны конструкция и технология изготовления РЭС?

25. Что такое надежность технологического процесса?

26. Какие существуют методы повышения надежности технологического процесса?

27. Назовите группы показателей технологичности РЭС.

28. Как осуществляется технико-экономический анализ эффективности новой разработки?

29. Каковы основные конструктивные методы повышения технологичности конструкции?

30. Как изменяется характер работ по повышению технологичности конст­рукции РЭС на различных этапах разработки?

 Глава 2 КОНСТРУКЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ РЭС

§ 2. 1. Влияние электрических соединений на параметры конструкции РЭС

Компоновка РЭС связана с пространственным размещением I компонентов по уровням конструкторской иерархии и неотделима от вопросов реализации электрических соединений, под которыми 1 понимается часть конструкции, предназначенная для обеспечения I электрически неразрывных связей при объединении нескольких более | простых РЭС в одно более сложное. Электрические соединения обычно рассматриваются в двух аспектах: межконтактные соединения и контактирование. Технологический процесс выполнения | электрических соединений называется электромонтажом (монтажом). Конструкция электрических соединений в значительной степени определяет эффективность и качество конструкции всего РЭС. Искажение, затухание и задержка непрерывного или дискретного сигнала при распространении в электрической линии связи, а также перекрестные помехи могут нарушить нормальное функцио­нирование РЭС: вызвать сбой цифрового или изменить параметры аналогового устройства (коэффициент усиления, полосу пропуска­ния, устойчивость к возбуждению, фазовый сдвиг и т. д. ). Трудоемкость сборочных и электромонтажных работ при произ­водстве РЭС составляет 40... 60% всей трудоемкости изготовления изделий. От качества электромонтажных работ в значительной степени зависят не только стоимость, но и надежность работы РЭС при эксплуатации, масса и габариты аппаратуры. Надежность РЭС при эксплуатации в значительной степени определяется числом контактов, входящих в электрические соединения, вероят­ность отказа каждого из которых соответствует примерно вероятности отказа всего узла на кристалле. Объем электрических соединений составляет 3... 15% всего физического объема блока РЭС (3... 5% при реализации электрических соединений печатными шлейфами; 10... 15% при реализации электрических соединений объемным проводом).

Конструкторско-технологические способы реализации электри­ческих соединений (рис. 2. 1), возникшие в разное время, приме­няются в различных случаях и до настоящего времени.

Рис. 2. 1. Классификация конструкторско-технологических методов реализации электрических соединений РЭС

Меж­контактные соединения выполняются печатным монтажом или объемным проводом.

§ 2. 2. Конструкции межконтактных электрических соединений на основе печатного монтажа

Печатный монтаж широко используется в конструкции РЭС. Он выполняется в виде печатных плат или гибких печатных кабелей (шлейфов). В качестве оснований для печатных плат используется диэлектрик или покрытый диэлектриком металл, а для гибких печатных кабелей — диэлектрик. Для выполнения печатных проводников диэлектрик часто покрыт медной фольгой толщиной 35... 50 мкм либо медной или никелевой фольгой толщиной 5... 10 мкм. Марки некоторых отечественных диэлектриков приведены в табл. 2. 1, а основные физические параметры материалов для оснований печатных плат из диэлектриков — в табл. 2. 2. По числу слоев печатные платы делятся на односто­ронние (ОПП), двусторонние (ДПП), многослойные (МПП); используются также двусторонние печатные платы с дополни­тельным монтажом из объемного изолированного провода (ДППдм).

Таблица 2. 1 Фольгированные и нефольгированные материалы, используемые при печатном монтаже

Печатный монтаж выполняется субтрактивными методами, основанными на травлении фольгированного диэлектрика, адди­тивнымии полуаддитивными, основанными на селективном осаждении проводящего покрытия, и методами послойного наращивания.

Субтрактивные методы. Из субтрактивных методов наибольшее применение нашли химический негативный (рис. 2. 2. ) и комбинированный позитивный (рис. 2. 3. ). Первый используется для получения односторонних печатных плат, внутренних слоев МПП и гибких печатных шлейфов. Его преимуществом является высокая точность геометрии проводников из-за отсутствия процессов гальванического осаждения меди. Вторым методом получают ДПП и МПП из фольгированного травящего диэлектрика. Способность диэлектрика к протравливанию особенно важна для МПП, где от этого зависит надежность межслойных соединений. ДПП выполняются без использования травящего диэлектрика. Печатные платы характеризуются плотностью монтажа, которая в зависимости от ширины проводников и зазоров может быть (табл. 2. 3. ) трех классов. Недостатками субтрактивных методов являются невозможность получения проводников с шириной менее 150 мкм (табл. 2. 3. ) и большой отход меди при травлении.

Аддитивный и полуаддитивный методы (табл. 2. 4. и 2. 5. ) и методы послойного наращивания позволяют увеличить плотность монтажа по сравнению с плотностью монтажа МПП, полученных субтрактивными методами. Метод послойного наращивания был разработан для фольгированного стеклотекстолита, но не нашел ши­рокого применения из-за высокого процента брака и длительности цикла изготовления. Развитием этого метода явилось выполнение многослойных структур с использованием керамики и сквозного аноди­рования алюминия. Аддитивный и полуаддитивный методы позволя­ют получить более узкие проводники и зазоры между ними благо­даря использованию более тонких проводящих слоев (5... 20 мкм), а также сэкономить медь, осаждаемую только в местах размещения проводящих трасс. Кроме того, при браковке платы рисунокможет быть стравлен и нанесен вновь. Самое сложное здесь — получение хорошей адгезии проводников к основанию платы.

Рис. 2. 2. Последовательность основных операций изготовления печатных плат химическим негативным методом: а — заготовка из фольгированного диэлектрика; 6 —нанесение фоторезистивного печатного рисунка; в — травление печатного рисунка; г — удаление фоторезиста; д — механическая обработка монтажных отверстий; е — нанесение лаковой (эпоксидной) маски; ж — облуживание контактных площадок; з—пайка выводов ЭРЭ

Некоторые методы печатного монтажа — метод открытых контактных площадок (рис. 2. 4), выступающих выводов (рис. 2. 5), послойного наращивания фольгированного диэлектрика (рис. 2. 6), попарного прессования (рис. 2. 7) — в новых разработках не

Таблица 2. 2 Основные характеристики материалов для печатных плат

Таблица 2. 3 Параметры элементов печатных плат, выполненных субтрактивными методами

Рис. 2. 3. Последовательность основных операций изготовления печатных плат комбинированным позитивным методом: а — заготовка из фольгированного диэлектрика; б — нанесение фоторезистивного печатного рисунка; в — нанесение лаковой рубашки; г — сверление монтажных и переходных отверстий; д — химическое меднение; е — удаление лаковой рубашки; ж — гальваническое меднение; з —нанесение защитного покрытия; и — удаление фоторезиста; к — травление печатного рисунка; л — пайка выводов ЭРЭ и лакировка платы

Таблица 2. 4 Последовательность основных операций при изготовлении печатных плат полуадди­тивным и аддитивным методом

Таблица 2. 5 Параметры элементов многослойных печатных плат, выполненных различными методами

Метод открытых контактных площадок приме­ним только для корпусированной элементной базы и имеет ряд технологических трудностей при сборке. Метод выступающих выводов сложен и часто не обеспечивает минимизации помех. Метод металлизации сквозных отверстий (рис. 2. 8, рис. 2. 9) при­меняется в основном для наземной аппаратуры, где перепады температуры сравнительно невелики и мала вероятность разру­шения межслойных металлизированных переходов из-з разницы расширения диэлектрика и меди.

Рис. 2. 4. Структура МПП, изготовленной методом открытых контактных пло­щадок: 1 — пайка в «колодец» штыревого вывода; 2—печатный проводник внутреннего слоя; 3—монтажная площадка; 4—печатный проводник внешнего слоя; 5—соединение монтажных площадок в одном слое; 6 — пайка в «колодец» планарного вывода

Рис. 2. 5. Структура МПП, изготовленной методом выступающих выводов: I переход печатного проводника в монтажную площадку; 2—крепящая колодка; 3—радиоэлемент с планарными выводами; 4 — пайка выводов ЭРЭ; 5—печатный проводник внутреннего слоя; 6 — окно платы

Аддитивный и полуаддитивный методы. Примером полуадди­тивной технологии является технологический процесс изготовле­ния МПП на основе полиимидной пленки. Полиимиды относятся к классу термостойких (от -200 до +400° С) высокомолекуляр­ных соединений. Полиимидная пленка имеет малые усадку (до 0, 08... 0, 1%), разнотолщинность (до +3 мкм), плотность инород­ных включений (0, 1... 0, 2 см" ²). В промышленности используются отечественные пленки марок ПМ, ПИ-40 или зарубежная пленка фирмы «Dupont» марки «Kapton 200H». В процессе изготовления проводят травление отверстий в пленке, металлизацию ее методом напыления трехслойной структуры Сг — Си — Сг толщиной 1... 2мкм, травление рисунка проводников, селективное гальвани­ческое наращивание слоя меди толщиной до 20 мкм, защиту сплавом олово — висмут.

Из полученных таким образом пленок с двусторонней комму­тацией можно создавать многослойные структуры путем спаива­ния слоев в вакууме (рис. 2. 10). Размеры таких оснований (по зарубежным источникам) могут достигать 406x355 мм и ограни­чиваются оборудованием для напыления проводящего слоя. Расчетами установлено, что использование оснований на много­слойных полиимидных пленках (МПП ПИ) позволяет получить (при установке на них бескорпусных ИС) плотность компоновки узла не меньшую, чем на кремниевой пластине, но при луч­ших экономических показателях, так как применение узлов, выполненных полностью на кремниевых пластинах, выгодно в том случае, когда процент выхода годных составляет более 80% для кристаллов размером 5 х 5 мм и более 90... 95 % для кристаллов размером 7x7 мм. Известны МПП ПИ с числом слоев до 30.

Рис. 2. 6. Структура МПП послойного наращивания:

1—печатный проводник внутреннего слоя; 2—ЭРЭ с планарными выводами; 3—клеящая мастика; 4—защитное покрытие наружного слоя; 5—монтажная контактная площадка; 6—межслойный переход («столбик» меди)

Рис. 2. 7. Структура МПП попарного прессования:

/—переходное отверстие между внутренними и наружными слоями, заполненное связующим межслойной изоляции; 2—монтажное отверстие; 3—защитное покрытие; 4—переходное отверстие между наружными слоями; 5 — печатный проводник наружного слоя; 6—печатный проводник внутреннего слоя; 7—межслойная изоляция

Рис. 2. 8. Структура МПП, изготовленной методом металлизации сквозных от­верстий: 1—контактная площадка наружного слоя; 2—защитное покрытие; 3—металлизация сквозного отверстия; 4—контактная площадка внутреннего слоя; 5, 6—проводники; 7—припой

Рис. 2. 9. Варианты схем промежуточных соединений МПП:

а—два уровня соединений; б—три уровня соединений; 1, 2, 3—последовательность изготовления соединений

Рис. 2. 10. Последовательность основных операций изготовления МПП на полиимид­нои пленке:

а—пленка с протравленными отверстиями; б— пленка с нанесенным подслоем Сг—Си—Сг; в — нанесение защитного слоя фоторезиста; г—нара­щивание слоя меди 15... 20 мкм и защитного слоя Sn—Bi; д — стравливание подслоя Сг—Си—Сг; е—структура из спаянных слоев; 1 — внешние выводы бескорпусной ИС; 2—кристалл бескор­пусной ИС; 3 — вакуумный спай через металли­зированные отверстия; 4 — клей (для крепления кристалла ИС к плате и платы к основанию); 5 — двусторонние полиамидные платы; 6 — алю­миниевое основание

На основе структур МПП ПИ изготовляют одно- и двусто­ронние, а также многослойные гибкие печатные шлейфы. Кроме полиимида в качестве основы для таких шлейфов используют лавсан и фторопласт, однако шлейфы из полиимида лучше работают на изгиб (выдерживают до 10000 перегибов с радиусом 0, 5... 1, 0 мм). Параметры некоторых шлейфов приведены в табл. 2. 6. Длина шлейфов ограничена активным сопротивлением проводящих линий.

Керамические платы. Одним из перспективных методов уве­личения плотности компоновки является использование в качестве основания керамики, на которую методом трафаретной печати наносят проводники (из проводящих паст) и резисторы (из резистивных паст). В процессе обжига подобной структуры при температуре около 600... 700° С происходит, вжигание проводников и резисторов в основание, предварительно обожженное при температуре около 1600° С. В результате получают прочную, герметичную, химически инертную, что затрудняет повторяемость геометрических размеров подложек и волнового сопротивления линий связи.   

Таблица 2. 6 Параметры гибких печатных' шлейфов

Кроме того, большая диэлектрическаяпроницаемость керамики (е = 8, 5... 9, 5) обусловливает значительную паразитную связь между проводни­ками, расположенными в разных слоях, что особенно нежела­тельно для быстродействующих схем. Структура керамической МПП представлена на рис. 2. 11.

Платы на металлическом основании.    В    тех случаях, когда требуются хороший теплоотвод (источники питания), низкаястоимость и высокая прочность (микрокалькуляторы), хорошее согласование по ТКЛР платы и устанавливаемых на нее элементов (бортовая аппаратура) или требуются подложки сложной формы, в качестве основания платы можно использовать подложки из металла -или сплава, покрытые диэлектриком.

Таблица 2. 7 Температурные коэффициенты линейного расширения материалов, используемых в

Подложки из алюминиевых сплавов анодируются, стальные подложки покры­ваются слоем эмали (фарфора) толщиной 0, 1 мм. Для обеспечения работы в широком диапазоне температур необходимо, чтобы ТКЛР навесных элементов (ЭРЭ, ИС) и платы различался не более чем на 0, 5-10~⁶ " С" " ¹ (табл. 2. 7).

Таблица 2. 8 Плотность компоновки для МПП и ИС различных типов

Таблица 2. 9 Сравнительные параметры различных способов монтажа в зависимости от типа корпуса ИС и типа печатной платы

Если ТКЛР отличается на большее значение, то навесные элементы монтируются с помощью гибких выводов или монтажное основание выполняется достаточно эластичным (например, из полиимидной пленки). Если навесные элементы кремниевые, то можно использовать подложки из инвара. Характеристики различных методов ре­ализации электрических связей приведены в табл. 2. 8 и 2. 9.

§ 2. 3. Конструкции межконтактных соед нений из объемного провода

Несмотря на худшие массогабаритные и экономические параметры (по сравнению с печатным монтажом), электрические соединения из объемного провода используются в опытном производстве (не надо изготовлять фотошаблонов), для выполнения навесных электричес­ких соединений в ИС (в дополнение к планарному монтажу и для соединения контактных площадок ИС с внешними выводами), для осуществления длинных или высокочастотных связей и т. д. В настоящее время промышленность выпускает обширную номенкла­туру объемных проводов: одножильные без изоляции (золотые, алюминиевые, медные, медные луженые); с изоляцией (волокнис­той, пластмассовой, резиновой, лаковой); экранированные; коакси­альные кабели; многожильные кабели (онрессованные, тканые, клееные, собранные и увязанные в круглый жгут).

Провода без изоляции  диаметром 10... 150 мкм используют в основном для электрических соединений ИС и микросборок. Параметры проводов из золота, алюминия и его сплавов приведены в табл. 2. 10 и 2. 11. Выбор конкретного проводника зависит от ряда факторов: силы протекающего тока, возможности автоматизированного монтажа (в этом случае относительное удлинение должно быть не более 3... 7%), требований по прочности, стоимости, методу контактирования (пайка, сварка), допустимости провисания провода. Золотая проволока более дорогая, но хорошо поддается пайке и сварке, совместима практически со всеми материалами контактных площадок, но менее прочная. Провода из алюминия и его сплавов более дешевые, лучше совместимы с алюминиевыми контактными площадками, но способствуют возникновению трещин на границе раздела провода и контактной площадки, что особенно опасно При дополнительных механических нагрузках, например из-за внутренних напряжений в герметизирующем полимере. Для золотых проводов используется в основном термокомпрессионная сварка, а для алюминиевых — ультразвуковая. Если провисание недопустимо, то используют более прочный провод, пред­усматривают его промежуточное крепление каплей компаунда (если длина перемычки превышает 3 мм).