Рис. 12.18. Соединение коммутационной платы с выводами корпуса: о-способы соединения; б-расположение выводов корпуса и коммутационной платы; У -корпус; 2-плата; 3 -вывод корпуса; 4-проводник; J-контактная площадка

Рис. 12.19. Установка бескорпуеного компонента непосредственно на металлическое основание корпуса: 1 - компонент; 2 - корпус; 3 - вывод

т

ТТЛ

V.

т

Рис. 12.20. Выводы бескорпусных микросборок: о - гибкие; 6 - штырьковые; в - с лепестками, припаянными к контактным площадкам; г - с лепестками, впаянными в отверстия коммутационной платы; / - коммутационная плата: 2 - контактная площадка; 3 - гибкий вывод; 4 - штырьковый вывод; 5,6 - лепестки

При разработке конструкции микросборки надо следить за тем, чтобы провода, соединяющие контактные площадки платы и выводы корпуса, имели минимальную длину и не пересекались. Пример взаимного расположения контактных площадок и выводов приведен на рис. 12.18,6.

Если необходимо обеспечить интенсивный отвод теплоты от компонента в окружающее пространство, то его можно закрепить непосредственно на металлическом основании корпуса, например, как показано на рис. 12.19.

Бескорпусные микросборки. Бескорпусную микросборку выполняют в виде коммутационной платы, на которой расположены элементы, компоненты и пленочные проводники. Бескорпусные микросборки применяют в тех случаях, когда микросборку устанавливают в блок, имеющий общую герметизацию.

Бескорпусная микросборка может иметь гибкие и жесткие вьшоды. Жесткие выводы могут быть вьшолнены в виде штырей, впаянных в отверстия коммутационной платы, лепестков, припаянных к контактным площадкам или впаянным в отверстия коммутационной платы.

Примеры конструкции выводов бескорпусных микросборок приведены на рис. 12.20. В остальном бескорпусные микросборки конструируют так же, как имеющие корпус.

§ 15.5. КОРПУСА МИКРОСБОРОК СВЧ-ДИАПАЗОНА

Микросборки, предназначенные для работы в СВЧ-диапазоне, имеют некоторые специфические отличия от микросборок, предназначенных для обработки сигналов более низких частот. Основное отличие состоит в том, что соединение микросборок с другими блоками, а также между собой производят с помощью высокочастотных кабелей и коаксиальных соединителей. В ряде случаев оказьшается целесообразным устанавли-

Рис. 12.21. Корпус рамочного типа для микросборок

СВЧ-диапазона: а - корпус в сборе; б поддон корпуса (поз. 2 на рис. а)

/1-/1

Б-В

Рис. 12.22. Корпус чашечного типа: / - основание корпуса; 2 - микрополосковая пла 1а; 3 - высокочастотный соединитель; 4 - крышка; J - низкочастотный соединитель; б - прокладка резиновая; 7 - проволока стальная

Г

Рис. 12.23. Блок из микросборок СВЧ-диапазона

вать в корпус несколько коммутационных плат большого размера (до 60 X 48 мм). Все это влияет на конструкции корпусов СВЧ-микросборок.

По конструкции их можно подразделить на корпуса рамочного, пенального и чашечного типов. Конструкция штампованного корпуса рамочного типа показана на рис. 12.21. Он состоит из основания /, на котором расположены высокочастотные соединители 5 и низкочастотные соединители 6. Сверху и снизу корпус закрыт крышками J. Герметизация корпуса осуществляется сваркой по контуру стыка крышек с основанием. Внутри корпуса приварен поддон 2 с окнами. К поддону крепится коммутационная плата 7 с микрополосковыми лршиями, элементами и компонентами. Показанные на рис. 12.19 корпус и поддон предназначены для закрепления двух микрополосковых плат. При необходимости между платами может быть установлен экран 4.

На рис. 12.22 показан фрагмент корпуса чашечной конструкции. Показанное

на этом рисунке основание чашечного корпуса изготовлено путем фрезерования. При такой конструкции герметизацию производят опайкой по контуру стыка основания I с крышкой 4. Чтобы припой не затекал внутрь корпуса, в месте стыка устанавливают прокладку 6 из теплостойкой резины. В паяный шов закладьшают стальную проволоку 7 диаметром 0,6-0,8 мм. Это позволяет при необходимости вскрыть корпус, не разрушая его.

Чтобыуменьшить влияние паразитных индуктивностей проводников, К0йтактные площадки на микрополосковой плате располагают не-посртдственно около центральных штырей коаксиальных соединителей. При этом центральный штырь припаивают непосредственно к контактной площадке.

Корпус пенального типа по конструкции аналогичен спичечной коробке.

Корпуса микросборок СВЧ-диапазона имеют относительно большие габариты и это позволяет осуществлять заполнение корпуса под давлением инертным газом: аргоном, гелием или азотом. Для этого к корпусу приваривают латунную или медную трубку с наружным диаметром 3- 5 мм. Через нее корпус заполняют газом, после чего трубку заваривают.

В ряде случаев микросборки объединяют в блоки, как, например, показано на рис. 12.23.

Глава 13

ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ И УЗЛЫ § 13.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Рассмотренные в гл. 10 методы соединения отдельных элементов схемы проводниками практически не поддаются механизации и поэтому являются малопроизводительными. За последние десятилетия рост выпуска радиоэлектронной аппаратуры привел к созданию новых методов конструирования аппаратуры.

Применение печатных плат создает предпосылки для механизации и автоматизации процессов сборки радиоэлектронной аппаратуры, повышает ее надежность, обеспечивает повторяемость параметров монтажа (емкость, индуктивность) от образца к образцу.

Простейшим элементом любой печатной платы является печатный проводник - участок токопроводящего покрытия, нанесенного на изоляционном основании. Характерной особенностью печатного проводника является то, что его ширина значительно больше толщины.

Система печатных проводников, обеспечивающая возможность электрического соединения элементов схемы, которые впоследствии будут установлены на печатную плату, а также экранирование отдельных проводников, образует печатный монтаж. Изоляционное основание с нанесенным на него печатным монтажом образует печатную плату.

Иногда непосредственно на печатной плате, используя технологические процессы нанесения токопроводящего или изоляционного покрытия, получают отдельные электрорадиоэлементы (ЭРЭ) - индуктивные

катушки, контакты разъемов и переключателей и др. Такие элементы также называют печатными.

Система печатных проводников и электрорадиоэлементов, нанесенных на изоляционное основание, образует печатную схему.

По конструкции печатные платы подразделяют на однослойные и многослойные (МПП).

Однослойные печатные платы всегда имеют один изоляционный слой, на котором находятся печатные проводники. Если они расположены на одной стороне изоляционного основания, то такую плату называют односторонней (ОПП), если на двух сторонах, то двусторонней (ДПП).

Многослойная печатная плата (МПП) состоит из нескольких печатных слоев, изолированных склеивающими прокладками.

Многослойные печатные платы имеют соединения между проводниками, расположенными в различных слоях или открытый доступ к отдельным участкам проводников внутренних слоев для припайки к ним ЭРЭ (более подробно о конструкции многослойных печатных плат рассказано в § 13.5).

Процесс изготовления изоляционной платы с печатным монтажом состоит из двух основных операций:

а) создание изображения печатных проводников (копированием изображения с негатива на светочувствительный слой, печатанием изображения защитной краской через сетчатый трафарет или с помощью офсетной формы);

б) создание токопроводящего слоя на изоляционном основании. Широкое распространение получили три способа создания токопроводящего слоя:

1) химический, при котором производится вытравливание незащищенных участков фольги, предварительно наклеенной на диэлектрик;

2) электрохимический, при котором методом химического осаждения создается слой металла толщиной 1-2 мкм, наращиваемый затем гальваническим способом до нужной толщины. При электрохимическом способе одновременно с проводниками металлизируют стенки отверстий, которые можно использовать как перемычки для соединения проводников, расположенных на разньк сторонах платы;

PRC: 13.1. Печатные проводники и контактные площадки для пайки

выводов электрорадиоэлементов (а-в): У -печатный проводник; 2 - контактная площадка для элементов со штыревыми выводами; 3 - контактные площадки для элементов с планарными выводами; 4 - ключ у площадки, к которой будет припаиваться вывод № 1 микросхемы; 5 - линии координатной сетки

3) комбинированный метод, сущность которого состоит в сочетании химического и электрохимического методов. При использовании комбинированного метода проводники получают травлением фольги, а металлизированные отверстия - электрохимическим методом.

Чтобы к печатному проводнику можно было припаять объемный проводник или вывод навесного ЭРЭ, на проводнике делают контактную площадку в виде участка с увеличенной щириной (рис. 13.1).

Примечание. На рис. 13.1 и других дано графическое изображение элементов печатной платы (проводников, отверстий, контактных площадок), отличающееся от принятого для изображения на чертежах (см. § 13.6).

В зоне контактной площадки может находиться монтажное отверстие, в которое будет вставляться объемный проводник или вывод ЭРЭ. При наличии отверстия контактная площадка окружает его со всех сторон. Монтажное отверстие может иметь металлизированные стенки. В последнем случае металл, нанесенный на цилиндрическую поверхность отверстия, должен быть соединен с контактной площадкой по всему периметру отверстия.

При установке объемных проводников и выводов элементов в металлизированное монтажное отверстие обеспечивается наиболее надежный паяный электрический контакт. Как видно из рис. 13.2, в этом случае припой затекает в отверстие и контактирует не только с выступающей частью вывода и контактной площадкой, но и со стенкой отверстия и той частью вывода, которая расположена в нем.

Использование неметаллизированных отверстий приводит к меньшей надежности пайки.

Металлизированное отверстие может быть использовано также и 55ЛЯ электрического соединения двух проводников, находящихся на разных сторонах изоляционного основания (рис. 13.3) двусторонней печатной платы и для соединения двух или более проводников, расположенных на разных слоях многослойной платы.

Для изготовления печатных плат наиболее широко используют комбинированный и химический методы. Химический метод обеспечивает большую производительность, но позволяет получить фольгу, распо-

Рис. 13.2. Пайка проводников в Металлизированном и неметалли-зированном отверстиях

Рис. 13.3. Пересечение печатных проводников на двусторонней печатной плате

ложенную только на одной стороне печатной платы. При этом не может быть получена высокая плотность монтажа. Кроме того, как было показано, он не может обеспечить такую же высокую надежность пайки, какую дают платы с металлизированными отверстиями, изготовленные комбинированным методом. Поэтому химический метод используют для получения односторонних печатных плат бытовой аппаратуры. Комбинированный метод используют для получения одно- и двусторонних печатных плат в аппаратуре, к которой предъявляют более жесткие требования по надежности.

§ 13.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

Как было показано, печатный проводник имеет большое отношение ширины к толщине поперечного сечения, благодаря чему площадь поверхности проводника большая.

Большая поверхность и хороший тепловой контакт с изоляционным основанием обеспечивают интенсивную отдачу теплоты от проводника изоляционной плате и в окружающее пространство, что позволяет пропускать через печатные проводники значительно большие токи, чем через объемные того же сечения. Для печатных проводников, расположенных на наружных слоях, допускается плотность тока до 20 А/мм, а для расположенных на внутренних слоях МПП - до 15 А/мм.

Для печатных плат, используемых в бытовой аппаратуре, допускается плотность тока до 30 А/мм. При этом заметного нагрева проводаш-ков не наблюдается.

Допустимое рабочее напряжение между двумя расположенными рядом печатными проводниками зависит от минимального зазора между ними (табл. 13.1).

Таблица 13.1. Допустимое рабочее напряжение между проводниками печатной платы

Материал

Напряженне В, не более, при расстоянии между проводами, мм

Гетинакс Стеклотекстолит

Для МПП допустимое напряжение не должно превышать 250 В. Сопротивления печатных проводников можно рассчитать по формуле jR =Р^- При этом следует учитывать, что слой меди, полученный электролитическим осаждением, имеет менее плотную структуру, чем проводник, полученный травлением фольги. Поэтому для проводников, изготовленных химическим способом, нужно в формулу подставлять р= 0,0175 (Оммм)/м. Для проводников, полученных электрохимическим способом, сдедует принимать р= 0,0235 (Оммм)/м. При комбинированном способе удельное сопротивление проводника определяется

как участками из фольги, так и участками, полученными электрохимическим способом, и р 0,02 (Оммм)/м.

Между двумя параллельно расположенными проводниками могут появиться гальванические связи за счет утечек по изоляции, а также емкостные. Однако для определения емкости между двумя параллельными проводниками нельзя пользоваться формулами, приведенными в гл. 6, так как они справедливы только в тех случаях, когда расстояние между пластинами значительно меньше размеров, определяющих площадь взаимного перекрытия пластин.

Емкость между печатными проводниками можно вычислить по формуле

С = Ш, (13.1)

где С - емкость, пФ; к - коэффициент, зависящий от ширины проводников и их взаимного расположения (значения к для часто встречающихся в практике случаев приведены на рис. 13.4); /- длина взаимного перекрытия проводников, см; е - диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между проводниками.

При расположении проводников, которому соответствуют графики 7 и 2 на рис. 13.4, линии электрического поля проходят частично через воздух, а частично через изоляционную плату. Поэтому в формулу (13.1) следует подставлять среднеарифметическое значение диэлектрической

0,1 0,2 0.3 0, 0J5 Ofi 0,70J50.9I 2 J

Рис. 13.4. Значение юэффиадента fe в фсрму-к: (13.1)

4 d/b,

проницаемости-воздуха и изоляционной платы, которое можно определить по формуле

е = (1 +eJ/2,

(13.2)

Рис. 13.5. Экран между параллельными проводниками:

1 - изоляционное основание; 2 - проводники; 3 - экран

гдебд.-диэлектрическая проницаемость изоляционной платы, на которой расположены печатные проводники.

Для взаимного расположения проводников, соответствующего графикам J и 4 (рис. 13.4), в формулу (13.1) следует подставлятьЕд. Емкость, а также гальванические связи между двумя, параллельными проводниками, расположенными на одной стороне платы, можно умень-пшть, если разместить между ними заземленный экран, как показано на рис. 13.5.

Индуктивность прямого печатного проводника зависит от его длины, ширины и толщины. Для проводников толщиной 0,05 мм погонную индуктивность Ln можно определить по графику рис. 13.6.

Между двумя расположенными параллельно проводниками кроме емкостной существует индуктивная взаимосвязь. Для расположения проводников, показанного на рис. 13.7, а,взаимоиндукцию можно определить по формуле

1), (13.3)

М= 2/(In

где М - взаимоиндукции, нГн; / - длина проводника, см; D - расстояние между проводниками, см.

Для взаимного расположения, показанного на рис. 13.7, б:

M=2/(lnf-bf). Обозначения даны на рис. 13.7, б.

(13.4)

L , мкГн/см

0,017 D.DI5

0,013

B.0D9

0007

0,2 0,3 0,5

* 6 8, Ь.мм

Рис. 13.6. График зависимости погонной индуктивности печатного проводника от , его ширины (толщина проводника 0,05 мм)

Рис. 13.7. К расчету взаимоиндукции по формулам (13.3) и (13.4)

§ 13.3. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

Для изготовления печатных плат химическим и комбинированным методами необходимо иметь листовой материал в виде изоляционного основания с приклеенной к нему металлической фольгой. В зависимости от назначения печатной платы в качестве изоляционного основания используют в основном гетинакс и стеклотекстолит различной толщины. Фольгу делают из меди, так как она обладает хорошими проводящими свойствами. Для многослойных печатных плат кроме фольгированного материала применяют изоляционные прокладки из стеклоткани и медную фольгу. Номенклатура наиболее широко применяемых материалов приведена в табл. 13.2.

Таблица 13.2. Фольгированные материалы и прокладки для печатных плат