Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Проектирование и технология рельефного печатного монтажа: Учебное пособие

Голосов: 0

Приведены особенности проектирования и технологии рельефного печатного монтажа, даны рекомендации по оформлению конструкторской и технологической документации, справочная информация для курсового и дипломного проектирования. Предназначено для студентов 3-6 курсов специальности 210201 дневной и заочной форм обучения.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
                           3.1 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕМЕНТОВ РПП


          ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕМЕНТОВ РПП ЗАВИСЯТ ОТ ЦЕЛОГО РЯДА
          ФАКТОРОВ, В БОЛЬШЕЙ ИЛИ МЕНЬШЕЙ СТЕПЕНИ ВЛИЯЮЩИХ НА ИЗМЕНЕ-
          НИЕ РАСЧЕТНЫХ ВЕЛИЧИН: РЕЖИМА РАБОТЫ СХЕМЫ, ПРИМЕНЯЕМОГО МА-
          ТЕРИАЛА, ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ, ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И Т.Д.
    Основной отличительной особенностью РПП, определяющей ее электрические, механические и
эксплуатационные характеристики, является способ нанесения проводящего рисунка на диэлектрик.
    Разработанные технологии индивидуального и серийного производства позволяют наращивать про-
водящий слой одновременно и на трассах проводников и в межслойных отверстиях. В результате обра-
зуется монолитная, металлическая пространственная решетка, исключающая отслаивание и резко уве-
личивающая прочность монтажа. Фрагмент такой решетки с ортогональным монтажом представлен на
рис. 3.1.
    В табл. 3.1 даны некоторые соотношения между параметрами элементов РПП и параметрами трасс
рисунка монтажа.


                   D    b       t      i




                                2,54



                       Рис. 3.1 Фрагмент решетки с ортогональным монтажом:
                       b – ширина проводника; D – диаметр монтажного отверстия;
                                d – диаметр межслойного отверстия (b > d);
                                    i – расстояние между проводниками;
                         n – число проводников между монтажными отверстиями;
                                        t – шаг проводников (t = b + i)
                         3.1 Соотношения между параметрами элементов РПП и
                                    параметрами трасс рисунка монтажа

  t, мм    b, мм        i, мм              D, мм   d, мм   n
   0,5     0,22         0,28                0,8    0,18    3
   0,5     0,22         0,28                0,3    0,18    4
   0,4     0,18         0,22                0,8    0,15    4
   0,4     0,18         0,22                0,2    0,15    5
  0,32     0,15         0,17                0,8    0,13    5
  0,32     0,15         0,17               0,23    0,13    6
  0,25     0,12         0,13                0,8    0,11    6
  0,20     0,10         0,10                0,8    0,10    7


    При проектировании РПП необходимо учитывать электрические параметры рельефных плат.
    К этим параметрам относятся:
    • омическое сопротивление постоянному и переменному току;
    • емкость проводников;
    • индуктивность и взаимная индуктивность трасс;
    • волновое сопротивление.
    В настоящее время аналитически достаточно точно может быть рассчитано только омическое со-
противление проводников РПП. Расчет остальных параметров: емкости, индуктивности, взаимной ин-
дуктивности трасс и волнового сопротивления – связан с трудностями, обусловленными нестандартной
конфигурацией сечения проводников трасс и краевыми эффектами. Поэтому определение электриче-
ских параметров производилось на образцах РПП.
    Исследуемые РПП изготовлялись из стеклотекстолита толщиной 0,47 мм. Длина проводников – 200
мм, сечение проводников представлено на рис. 3.2. При этом измерялись погонные значения омическо-
го сопротивления, емкости и индуктивности в зависимости от расстояния между проводниками и поло-
жением их относительно плоского экрана, выполненного из алюминиевого сплава.
    Параметры сечения проводника для всех этапов измерений соответствовали следующим величинам
(они выбраны, исходя из наиболее часто встречающихся материалов и конфигурации проводников).
                                         t
                    α = 60°

                       b          i


        h
  H




                                      Рис. 3.2 Сечение проводников


      Материал проводника – гальванически осажденная медь (Cu).
      Толщина проводящего слоя меди А = 0,02 мм.
      Ширина проводника b = 0,2 мм выбрана средней из 0,18…0,22 мм.
      Покрытие проводника производится припоем – сплавом олово–висмут SnBiA толщиной S = 0,002
мм.
      Заглубление проводника в диэлектрик h = 0,15 мм
      Угол стенок канавки заглубления α = 60°.


                           3.2 РАСЧЕТ ОМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

    Поперечное сечение проводника состоит из двух частей: гальванически осажденной меди и припоя,
например, SnBi.
    Омическое сопротивление проводника определяется по формуле:

                                                              (
                                                           R = Rпр Rм   ) (Rпр + Rм ) ,     (3.1)

где Rм – сопротивление меди, Ом; Rпр – сопротивление припоя, Ом.
    Сопротивления припоя и меди рассчитываются по формулам:

                                                              Rпр = ρ пр l S пр ;
                                                                                            (3.2)
                                                              Rм = ρ м l S м ,


где l – длина проводника, м; ρпр – удельное сопротивление припоя, равное 0,15 Ом ⋅ мм/м; ρм – удельное
сопротивление гальванически осажденной меди, равное 0,05 Ом ⋅ мм/м; Sпр – сечение припоя, мм; Sм –
сечение меди, мм.
                  3.2 Результаты расчета погонного сопротивления проводников

           Sм⋅10-2,   Sпр⋅10-2,
  ∆, мм                               Rм, Ом   Rпр, Ом     R, Ом
             мм         мм
  0,02      0,68        1,02           7,35     14,7        4,9
  0,035     1,08        0,62           4,63     24,2       3,88
  0,05      1,39        0,31           3,60     48,4       3,35

    Результаты расчета погонного сопротивления проводников для разных значений толщины ∆ =
0,02…0,05 мм, при b = 0,2 мм, h = 0,15 мм, приведены в табл. 3.2.


                        3.3 РАСЧЕТ ЕМКОСТИ МЕЖДУ ПРОВОДНИКАМИ

    Емкость между проводниками рассчитывается по формуле

                                                                           C = Cпог l ,                (3.3)

где С – емкость между проводниками, пФ; Спог – погонная емкость между проводниками, пФ; l – длина
проводника, см.
    На рис. 3.3 – 3.6 представлены расположения проводников относительно экрана.
    Значения Спог в зависимости от расположения проводников относительно экрана и расстояния меж-
ду проводниками приведены в табл. 3.3 – 3.6.
                               i




                                                       Рис. 3.3

                                                                                                Таблица 3.3

                        i, мм 0,5         1    1,5     2   3       5   7      10      15   20
                       Спог,
                                                                        0,0
                       пФ/с 0,95 0,44 0,30 0,24 0,17 0,12 0,1 0,08 0,06
                                                                         5
                       м



                                  i




                                                       Рис. 3.4


                                                                                      Таблица 3.4

i, мм    1     1,5       2           3           5       7           10    15    20
Спог,
               0,09 0,08 0,06           0,03 0,02 0,02
пФ/с    0,13                  0,05 0,04
                 5    5    5              3    7    2
м




                                         i




                                                                          Рис. 3.5


                                                                                      Таблица 3.5

        0,
i, мм          1     1,5         2           3       5       7            10    15
        5
Спог,
        0,6 0,1 0,07 0,0 0,01 0,00 0,003 0,001 0,0007
пФ/с
         8   7    5   4    8    6    4     5      5
м




                                             i




                                                                          Рис. 3.6

                                                                                      Таблица 3.6

i, мм    1         1,5       2               3       5           7         10    15
Спог,
                                               0,000
пФ/с 0,023 0,018 0,014 0,009 0,005 0,003 0,001
                                                 7
м

   Емкость С проводника относительно экрана рассчитывается по формуле


                                                                    C = Cпог l ,               (3.4)

где С – емкость между проводниками, пФ; Спог – погонная емкость между проводниками, пФ; l – длина
проводника, см.
    На рис. 3.7 и 3.8 представлены расположения проводников относительно экрана.
    Значения Спог в зависимости от расположения и расстояния проводника относительно экрана при-
ведены в табл. 3.7 и 3.8.




                                                    m




                                                    Рис. 3.7
                                                                                        Таблица 3.7

                          i, мм 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,15 0,2 0,3          0,4 0,6
                      Спог,
                                                         0,7           0,6
                      пФ/с 0,93 0,88 0,86 0,83 0,81 0,79     0,73 0,69
                                                          7             6
                      м




                                                    Рис. 3.8


                                                                                        Таблица 3.8

        0,4         0,5           0,6
i, мм         0,5           0,6         0,7   0,8       0,9   1,0
         5           5             5
Спог,
        0,9   0,8   0,8     0,7   0,7   0,6   0,6       0,5   0,5
пФ/с
        7      6     2       6     2     8     3         9     6
м




                                   3.4 РАСЧЕТ ИНДУКТИВНОСТИ

   Индуктивность L проводника РПП определяется по формуле

                                                                    L = Lпог l ,               (3.5)


где L – индуктивность контура, нГн; Lпог – погонная индуктивность контура, нГн; l – длина контура, см.
    На рис. 3.9 – 3.12 представлены расположения проводников относительно экрана.
    Значения Lпог в зависимости от расположения и расстояния проводников относительно экрана при-
ведена в табл. 3.9 – 3.12.

                            t




                                               Рис. 3.9



                                                                                         Таблица 3.9

                      i, мм 0,5    1    1,5   2      2,5   3   4    5    7   10
                      Lпог,
                                                               13,           17,
                      нГн/с 6,2   8,8 10,2 11,3 12,1 12,8          14,7 15,8
                                                                9             1
                      м




                        t




                                                   1,1




                                              Рис. 3.10


                                                                                        Таблица 3.10

                      i, мм 0,5    1    1,5   2      2,5   3   4    5    7   10
                      Lпог,
                                                               10,           10,
                      нГн/с 6,2   8,1   9,1   9,7 10,2 10,5        11,1 11,2
                                                                9             2
                      м

                        t




                                                  0,47




                                              Рис. 3.11


                                                                                                 Таблица 3.11

                      i, мм 0,5    1    1,5       2      2,5   3    4    5         7        10
                     Lпог,
                     нГн/с 6,2    8,1   8,7       9,1    9,2   9,2 9,3 9,4       9,5 9,7
                     м

                          t




                                                  0,04



                                                   Рис. 3.12

                                                                                                 Таблица 3.12

                      i, мм 0,5    1    1,5       2      2,5   3    4    5         7        10
                     Lпог,
                     нГн/с 5,2    6,5   7,4       7,6    7,7   7,7 7,7 7,7       7,7 7,7
                     м


   Индуктивность L контура, состоящего из рельефного проводника и экрана, рассчитывается по фор-
муле

                                                                             L = Lпог l ,                (3.6)

где L – индуктивность контура, нГн; Lпог – погонная индуктивность контура, нГн; l – длина проводника,
см.
    На рис. 3.13 и 3.14 представлены расположения проводников относительно экрана.
    Значения Lпог в зависимости от расположения и расстояния проводника относительно экрана приве-
дены в табл. 3.13 и 3.14.




                                              t




                                                   Рис. 3.13


                                                                                                 Таблица 3.13

                      i, мм 0,45 0,06 0,08 0,1 0,12 0,15 0,2 0,3                 0,4 0,6
                     Lпог, 4,0                                      4,8
                                  4,2   4,3       4,4    4,5 4,65       5,3      5,7 6,2
                     нГн/с                                           5


                         м




                                                         t




                                                     Рис. 3.14


                                                                                             Таблица 3.14

                         i, мм 0,45 0,06 0,08 0,1 0,12 0,15 0,2 0,3                0,4 0,6
                         Lпог,
                                                                         4,8
                         нГн/с 4,0      4,2   4,3   4,4       4,5 4,65       5,3   5,7 6,2
                                                                          5
                         м
                                      3.5 ВОЛНОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

    Величина волнового сопротивления Z0 линии, образованной двумя печатными проводниками
(двухпроводная линия) в печатных платах, зависит преимущественно от двух факторов.
    1 От расстояния i между проводниками.
    2 От расстояния Н, мм между проводниками и экранирующим слоем.
    На рис. 3.15 и 3.16 представлены расположения проводников относительно экрана.
    Величина Z0 определялась путем подбора нагрузочного сопротивления R на выходе цепи, образо-
ванной логическим проводником и питающим слоем, образующих прямой и обратный провода, при ко-
тором входное сопротивление является чисто активным. Результаты измерений представлены в табл.
3.15 и 3.16.
    Зависимость волнового сопротивления Z0 линии, образованной одним печатным проводником и эк-
раном, отстоящим от проводника на Н, мм, представлена в табл. 3.15.




                                                     Рис. 3.15

                                                                                             Таблица 3.15

  Н,
        0,5   1    1,5       2    3     5     7     10       15   20
  мм
        11    18   21        23   26    30    32    35       38   40
  Z0
         5     2    5         8    8     2     5     0        0    0


                                                             Рис. 3.16
                                                                                    Таблица 3.16

  Н,
       0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7                  0,8 0,9 1,0 1,1
  мм
  Z0    72    76    79     83     86        89     94 100 103 107




                                                                                    Таблица 3.17

  Н,    0,0   0,0    0,0
                            0,1    0,2           0,3   0,4     0,5   0,6
  мм     4     6      8
  Z0    72    76     79     83         86        89    94     100    103




    В табл. 3.17 представлена зависимость волнового сопротивления от расстояния проводника от эк-
рана при малых значениях Н и диэлектрике – триацетатной пленке толщиной от 0,04 до 0,5 мм.



                                 4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДВУХСТОРОННИХ РПП



        ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДВУХСТОРОННЕЙ РЕЛЬЕФНОЙ ПЛАТЫ (ДРП) МОЖЕТ
        ОСУЩЕСТВЛЯТЬСЯ НА ПЕРСОНАЛЬНЫХ ЭВМ С ПРИМЕНЕНИЕМ СТАНДАРТ-
        НЫХ СИСТЕМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ (P-CAD) .
    Достоинства ДРП: САПР обеспечивает 100%-ную трассировку в двух слоях сложных схем с макси-
мально возможной плотностью размещения элементов, габариты и функциональные возможности кото-
рых эквиваленты современным 5 – 14-слойным многослойным печатным платам (МПП) В ряде случаев
схемы реализуются в меньших габаритах, недостижимых для MПП.
    Таким образом, рельефные печатные платы, обладая свойствами многослойных и двухсторонних
печатных плат, благодаря своим конструктивным и технологическим особенностям не только исклю-
чают их основные недостатки, но и создают дополнительные преимущества и новые возможности для
разработчиков радиоэлектронной аппаратуры.

                    4.1 ВЫБОР ГАБАРИТНЫХ РАЗМЕРОВ И ФОРМЫ ПЛАТЫ

      ВЫБОР ГАБАРИТНЫХ РАЗМЕРОВ И ФОРМЫ ПЛАТЫ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ В ЗА-
      ВИСИМОСТИ ОТ ПРИОРИТЕТНОСТИ ТРЕБОВАНИЙ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫХ К ПЛА-
      ТЕ:
   • размещение заданного состава элементов на плате заданных размеров;
   • определение минимальных размеров платы при заданном составе элементов;
   • определение максимального количества элементов при заданных размерах платы.
   При выборе размеров и формы платы следует учитывать следующие факторы:


   • трассировочная способность платы тем больше, чем ближе форма платы к квадрату;
   • если на плате устанавливается разъем, то сторона платы, на которой он установлен, делается
больше с учетом количества проводников, которые выходят на разъем;
    • увеличение количества проводников, направленных в сторону разъема, может обеспечиваться
ориентированной установкой элементов на плате;
    • вырезы и отверстия в плате, прерывающие сквозные трассы, существенно снижают трассировоч-
ную способность;
    • максимальная толщина платы выбирается в зависимости от выбранного шага трассировки, т.е.
минимального расстояния между центрами переходных отверстий.
                                4.2 РАЗМЕЩЕНИЕ РАЗЪЕМОВ


         КАК УЖЕ ГОВОРИЛОСЬ ВЫШЕ, РАЗМЕЩАТЬ РАЗЪЕМ НА ПЛАТЕ СЛЕДУЕТ
         ВДОЛЬ БОЛЬШЕЙ СТОРОНЫ ПЛАТЫ ИЛИ ВДОЛЬ ТОЙ СТОРОНЫ, ПЕРПЕНДИ-
         КУЛЯРНО КОТОРОЙ БОЛЬШЕ СКВОЗНЫХ ТРАСС.
    Металлизированные отверстия под штыревые выводы разъемов должны размещаться в узлах ос-
новной сетки платы.
    При двух- и трехрядных разъемах между отверстиями должно проходить соответственно минимум
один и два проводника.
    К каждому отверстию разъема должно быть предусмотрено минимум два возможных подхода.
    Если шаг расположения отверстий разъема не совпадает или не кратен шагу основной координат-
ной сетки, выбранной исходя из конструкций элементов, проектируют металлический разъем. Отвер-
стия металлического разъема имеют минимальный диаметр (переходное отверстие) и могут распола-
гаться в один или несколько рядов.
    Если металлический разъем располагается в несколько рядов, условия размещения отверстий такие
же, как для многорядных разъемов.
    Минимальное расстояние между центрами отверстий однорядного металлического разъема – два
шага основной или вспомогательной координатной сетки.


                     4.3 ВЫБОР СПОСОБА УСТАНОВКИ ЭЛЕМЕНТОВ


       СПОСОБ УСТАНОВКИ ЭЛЕМЕНТОВ ЗАВИСИТ ОТ КОНСТРУКЦИИ И ПЛОТНОСТИ
       ИХ РАСПОЛОЖЕНИЯ НА ПЛАТЕ.
   Наибольшую плотность монтажа обеспечивают варианты установки в глухие отверстия.
   На рис. 4.1 – 4.7 изображены варианты установки элементов различной конструкции.
   Рекомендуемые варианты приведены в прил. 1 – 20 [5].




                    Рис. 4.1 Пайка плоского (планарного) вывода в ламель




               Рис. 4.2 Пайка плоского (планарного) вывода в сквозное круглое
                                   монтажное отверстие



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика