Электрические и физико-механические свойства печатных проводников.

Для характеристики печатных проводников используют 2 параметра: прочность сцепления с основанием и электрическое сопротивление.

  В зависимости от метода изготовления печатной платы ширина проводника составляет 0,1–1,5 мм, а расстояние между печатными проводниками 0,2–1,5мм. Минимальное расстояние между проводниками и их ширина ограничиваются силой тока в проводнике, разностью потенциалов и удельным поверхностным сопротивлением между проводниками, возможностями технологических процессов.

  Толщина печатных проводников, полученных методами хим. травления, определяется свойствами исходного фольгированного диэлектрика и колеблется в пределах 20 – 100 мкм.

 

  Расчет печатных проводников. В ходе расчета печатных проводников определяют их размеры, плотность тока, падение напряжения на печатных проводниках и их перегрев. Расчет начинают с размещения компонентов печатной платы на ее габаритном чертеже и определения оптимального рисунка связей между компонентами. Это позволяет найти длину проводников. Длина проводников, а также данные о силе протекающих по ним токов, служат отправными точками расчета.

   Между расположенными рядом параллельными проводниками могут появиться гальванические связи за счет утечек тока по изоляции и емкостные связи. Чтобы уменьшить эти связи, проводники необходимо располагать на определенном расстоянии друг от друга в зависимости от разности потенциалов U между ними.

   В наиболее ответственных случаях для уменьшения емкостных и гальванических связей между печатными проводниками располагают заземленный экран, также выполненный в виде печатного проводника.

   По размерам и плотности монтажа печатные схемы делят на схемы с пониженной плотностью монтажа (класс А), схемы с повышенной плотностью монтажа (класс Б) и схемы с высокой плотностью монтажа (класс В).

 

   Печатные резисторы и конденсаторы. В печатных схемах используются навесные и печатные резисторы. Печатные резисторы изготовляют нанесением на печатную плату в соответствующем месте тонких пленок углерода, металлов, сплавов и окислов металлов.

   Сопротивление печатного резистора зависит от состава и размера слоя токопроводящего покрытия. Для обеспечения заданной адгезии и теплоотдачи печатным резисторам придают различную форму.

   Печатные конденсаторы образуются двумя металлическими пленками, нанесенными на противоположные поверхности платы с высокой диэлектрической проницаемостью.

   Печатный конденсатор может быть получен также с помощью двух параллельных печатных проводников, расположенных на одной стороне печатной платы.

   Печатные конденсаторы имеют небольшую емкость, поэтому их используют для различных блокировок и фильтрации частот свыше 70 – 100 МГц.

  

Материалы для изготовления печатных плат. Для печатных плат, изготовляемых хим. и комбинированным способами, применяют листовой материал в виде изоляционного основания с приклеенной к нему медной фольгой. В качестве изоляционного материала используют гетинакс и стеклотекстолит.

  Фольгированный материал может быть односторонним или двусторонним. В последнем случае фольгу наносят на обе стороны изоляционного основания. Толщина применяемых в аппаратуре САУ печатных плат составляет 0,8 – 3 мм, толщина фольги 35 или 50 мкм.

   

 

 

 

Конструкция печатных плат. Печатные платы имеют прямоугольную или квадратную форму. Наибольшая точность при изготовлении печатных проводников и печатных эл-тов достигается на печатных платах, площадь которых не превышает 200 см. Из соображений обеспечения мех. прочности размеры одно- и двусторонних плат не должны превышать 240 х 360 мм для однослойных плат и 200 х 240 мм для многослойных. Для любого типа печатных плат соотношения сторон должны соответствовать следующему ряду: 1: 1; 1: 2;  2: 3; 2: 5.

     Чертежи печатных плат выполняют на бумаге, имеющей координатную сетку, нанесенную с определенным шагом. Наличие сетки позволяет не ставить на чертеже размеры всех элементов печатного проводника. По сетке можно воспроизвести рисунок печатной платы при изготовлении фотооригиналов, с которых изготовляют шаблоны для нанесения рисунка платы на заготовку.

     Координатную сетку наносят на чертеж с шагом 2,5 или 1,25 мм. Центры монтажных отверстий должны быть расположены в точках пересечения линий координатной сетки.

     Печатные проводники целесообразно выполнять прямоугольными, располагая их параллельно линиям координатной сетки. Проводники на всем своем протяжении должны быть одинаковой ширины.

                                                                                                          

                               

Многослойные печатные платы.

 

     Применение МПП позволяет увеличить плотность монтажа и сократить длину соединительных проводников.

     МПП состоит из нескольких печатных слоев, спрессованных между собой с использованием склеивающихся прокладок. Каждый печатный слой представляет собой печатный монтаж, находящийся на изоляционном основании и расположенный в одной плоскости. Конструктивно МПП имеет прямоугольную форму. Число слоев может быть от 2 до 15. Размеры плат и толщина всего набора определяются схемой и составом аппаратуры. Из технологических соображений и соображений мех. прочности размеры плат должны быть не более 150 – 180 мм при толщине слоя не менее 1 – 2 мм.

      При конструировании МПП стремятся к тому, чтобы каждая функциональная цепь размещалась на одной плате или слое, например слое цепей питания, слое усилителей напряжения, слое корректирующих контуров и т. п. Толщина межслойной изоляции должна быть не менее 0,15 – 0,2 мм. Ширина проводников и зазоров между ними должна быть не менее 0,5 мм.

      Для изготовления МПП применяют фольгированные низкочастотные диэлектрики НФД-180-1 и НФД-180-2; фольгированные диэлектрики ФДМ-1 и ФДМ-2; фольгированный стеклотекстолит СФ-1 и СФ-2 и др.

      Методы изготовления МПП делят на две группы, обусловливающие определенные конструктивные различия МПП.

      К первой группе относятся методы металлизации сквозных отверстий, попарного прессования и послойного наращивания.

      Ко второй группе относятся метод открытых контактных площадок и метод выступающих выводов. Особенностью плат, полученных этими методами, является то, что проводники, расположенные на разных слоях, не имеют эл. соединения до установки элементов на плату.

      Модули и микромодули.Модулем называется стандартная по размеру ячейка р/а аппаратуры, собранная из навесных радиоэлементов, соединенных между собой проводниками согласно эл. схеме, и выполняющая определенную функцию (усилителя, генератора и т. п.).

      При модульном принципе конструирования эл. схему устройства расчленяют на части, конструктивно выполняемые в виде отдельных модулей, которые затем соединяют между собой в функционально законченные блоки.

      Модули бывают двух видов: плоские и объемные. Плоский модуль с навесными элементами конструктивно представляет собой ПП унифицированных размеров с одно- или двусторонним расположением печатных проводников. Высота плоских модулей определяется размерами типовых навесных эл-тов.

     

Объемные модули конструктивно состоят из двух ПП с односторонним печатным монтажом. Печатные проводники располагают на внешних поверхностях модуля, а навесные – между платами. Модуль заливается герметизирующим компаундом.

 

Микромодулем называется герметизированная конструкция части схемы р/эл аппаратуры, представляющая собой набор микроэлементов, плат с перемычками и свободных микроплат, соединенных между собой проводниками согласно эл. схеме.  

      Из микромодулей собирают микроблоки.

     К модульным и микромодульным конструкциям предъявляют следующие основные требования:

 

 

- универсальность, т. е. возможность применения одних и тех же модулей в разнообразных по назначению устройствах;

- унифицированность, т. е. минимизация числа типовых модулей при функциональной полноте системы модулей;

- возможность замены модулей в аппаратуре без дополнительных подстроек или регулировок, т. е. взаимозаменяемость;

- минимальные размеры, масса и потребляемая мощность;

- надежность; для обеспечения надежности при проектировании модуля стремятся к уменьшению числа деталей и соединений между ними из разнородных материалов.

 

Интегральные схемы. Интегральная микросхема (ИМС) – это конструктивно законченное устройство, выполняющее определенную функцию в аппаратуре. Она, как и обычная схема, содержит транзисторы, диоды, резисторы и др. эл-ты, но в ИМС все эл-ты или б о льшая их часть механически связаны и электрически соединены между собой так, что образуют единое устройство.

    Аппаратура, построенная на микросхемах, по сравнению с аппаратурой на дискретных компонентах обладает меньшей стоимостью и повышенной надежностью.

    По принципу устройства микросхемы разделяют на следующие типы: пленочные; полупроводниковые; гибридные ИМС; совмещенные ИМС; большие интегральные схемы.

    Любая ИМС имеет герметичный корпус, который защищает кристалл и др. эл-ты от внешних воздействий.     

 

Интегральные пленочные микросхемы. В м/с этого типа все эл-ты и соединения между ними выполнены методами пленочной технологии на общем твердом диэлектрическом основании. Схема создается путем последовательного послойного нанесения пленок различных материалов. Основание, на которое наносят пленки, называется подложкой.

    Методами пленочной технологии изготовляют резисторно-емкостные импульсные схемы для коротких импульсов. ИМС этого типа выполняют функции триггеров, мультивибраторов, логических эл-тов и т. п. Быстродействие таких схем ограничено вследствие большой паразитной емкости эл-тов схемы и монтажа.

    Методами пленочной технологии выполняют соединительные проводники, резисторы с сопротивлением до 100 кОм, конденсаторы с емкостью до нескольких тысяч пикофарад, катушки индуктивности не более нескольких десятков микрогенри.

  

Интегральные полупроводниковые микросхемы. В ИМС полупроводникового типа все эл-ты и межэлементные соединения схемы располагаются на поверхности или в объеме кристалла п/п материала. Выпускаемые п/п ИМС можно разделить на монолитные и многокристальные.

В монолитных п/п ИМС все эл-ты схемы выполнены в объеме единого п/п монокристалла, различные области которого играют роль отдельных эл-тов.

Многокристальная ИМС содержит несколько монокристаллов, объединенных в единый функциональный узел. Для изготовления п/п ИМС используют кремний, т. к. он обладает б о льшим, чем др. проводники, эл. сопротивлением, имеет более стабильные параметры при значительных изменениях температуры, лучше обрабатывается.

     Активные и пассивные эл-ты в п/п кристалле формируются из р – п и п – р переходов.

 

     П/п ИМС – это наиболее перспективное направление в микроминиатюризации. По сравнению с пленочными микросхемами в них меньше проявляется вредное воздействие, обусловленное различием в коэффициентах теплового расширения компонентов микросхемы; они имеют почти на 80 % меньше внутрисхемных соединений, в них проще осуществляется отвод тепла.

     По роду работы ИМС делят на аналоговые и цифровые. Аналоговые ИМС – это усилители, переключатели, стабилизаторы.

 

Цифровые ИМС представлены большим разнообразием логических элементов, счетчиков, резисторов сдвига, коммутаторов.

 

Корпусы микросхем. Большая часть ИМС монтируется в специальных корпусах, которые защищают схему от внешних воздействий. По форме и расположению выводов ИМС подразделяют на цилиндрические и прямоугольные.

ИМС с цилиндрическим корпусом (Рис.1) имеют выводы, расположенные по кругу на одном из оснований цилиндра перпендикулярно к его монтажной плоскости.

 

 

  Конструкция корпусов этого типа не обеспечивает высокую плотность упаковки, поэтому их используют в аппаратуре, к которой не предъявляются жесткие требования по размерам.

  ИМС с корпусами прямоугольной формы (Рис.2) делят на две группы:

 с планарными выводами, расположенными в плоскости корпуса, и со штырьковыми выводами, расположенными перпендикулярно к монтажной плоскости.

      

 

Штырьковые выводы цилиндрических и прямоугольных корпусов запаивают в отверстия печатных плат. Для корпусов с планарными выводами отверстия не требуются: планарные выводы припаиваются к контактным площадкам печатной платы внахлест. Такие корпуса можно монтировать с двух сторон платы, за счет чего достигается наибольшая плотность монтажа и минимальные размеры аппаратуры.

   

Большие интегральные микросхемы. Все преимущества, обусловленные применением в аппаратуре микросхем, проявляются с использованием больших интегральных схем (БИС), имеющих кристалл увеличенного размера (7,5 х 7,5 мм и более), в котором выполнены сотни и тысячи активных и пассивных компонентов, образующих сложную функционально законченную схему. Обычно корпусы БИС имеют большое число выводов, а их эл.схемы построены так, чтобы за счет различного включения БИС могли выполнять различные функции.