Конструкция межконтактных электрических соединений на основе печатного монтажа модуля индикации

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра РЭС

РЕФЕРАТ

На тему:

Конструкция межконтактных электрических соединений на основе печатного монтажа модуля индикации

МИНСК, 2009

1. Конструкция межконтактных электрических соединений

Печатный монтаж широко используется в конструкции радиоэлектронных средств. 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. 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).

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

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

Аддитивный и полуаддитивный методы и методы послойного наращивания позволяют увеличить плотность монтажа по сравнению с плотностью монтажа многосторонних печатных плат, полученных субтактивными 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 рисунок может быть стравлен и нанесен вновь. Самое сложное здесь - получение хорошей адгезии проводников к основанию платы.

Некоторые методы печатного монтажа - метод открытых контактных площадок, выступающих выводов, послойного наращивания фольгированного диэлектрика, попарного прессования - в новых разработках не используются. 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 применяется в основном для наземной аппаратуры, где перепады температуры сравнительно невелики и мала вероятность разрушения межслойных металлизированных переходов из-за разницы расширения диэлектрика и меди.

Аддитивный и полуаддитивный методы. Примером полуаддитивной технологии является технологический процесс изготовления многосторонних печатных плат на основе полиимидной пленки. Полиимиды относятся к классу термостойких (от - 200 до + 400 єС) высокомолекулярных соединений. Полиимидная пленка имеет малые усадку (до 0,08…0,1%), разнотолщинность (до ± 3 мкм), плотность инородных включений (0,1…0,2 см). 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 толщиной 1…2 мкм, травление рисунка проводников, селективное гальваническое наращивание слоя меди толщиной до 20 мкм, защиту сплавом олово- висмут.

Из полученных таким образом пленок с двусторонней коммутаций можно создавать многослойные структуры путем спаивания слоев в вакууме. Размеры таких оснований могут достигать 406Ч355 мм и ограничиваются оборудованием для напыления, проводящего слоя. Расчетами установлено, сто использование оснований на многослойных полиимидных пленках позволяет получить 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 5Ч5 мм и более 90…95% для кристаллов размером 7Ч7 мм. Известны многосторонние печатные платы ПИ с числом слоев до 30.

Преимуществом такой структуры является высокая плотность электрических соединений и уменьшение теплового сопротивления ввиду малой толщины и высокой теплопроводности полиимида. К недостаткам следует отнести сравнительно невысокую жесткость, что требует размещения структуры многосторонних печатных плат ПИ на основании из алюминиевого сплава, температурный коэффициент линейного расширения которого близок ТКЛР полиимидной пленки, возможность расслоения при нагреве или длительных вибрационных воздействиях. В обычных многослойных структурах слои соединены между собой еще и компаундом.

На основе структур многослойных печатных плат 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. 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 резистовых паст). В процессе обжига подобной структуры при температуре около 600…700 єС происходит вжигание проводников и резисторов в основание, предварительно обожженное при температуре около 1600 єС. В результате получают прочную, герметичную, химически инертную монолитную структуру со спекании, что затрудняет повторяемость геометрических размеров подложек и волнового сопротивления линий связи. Кроме того, большая диэлектрическая проницаемость керамики обуславливает значительную паразитную связь между проводниками, расположенными в разных слоях, что особенно нежелательно для быстродействующих схем.

Платы на керамическом основании. В тех случаях, когда требуются хороший теплоотвод, низкая стоимость и высокая прочность (микрокалькуляторы), хорошее согласование 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. Подложки из алюминиевых сплавов анодируются, стальные подложки покрываются слоем эмали (фарфора) толщиной 0,1 мм. Для обеспечения работы в широком диапазоне температур необходимо, чтобы навесных элементов и платы различался не более чем на 0,5Ч10^-6 єС^-1. Если отличается на большее значение, то навесные элементы монтируются с помощью гибких выводов или монтажное основание выполняется достаточно эластичным (например, из полиимидной пленки).

В качестве материала печатной платы - модуля индикации используем стеклотекстолит фольгированный СФ 2-35-1,5 ГОСТ 10316-78, который имеет следующие характеристики:

- диапазон рабочих температур - 60±105 єС;

- удельное поверхностное сопротивление 10^№є…10^№№ Ом;

- время горения 10 с;

- удельное объемное электрическое сопротивление кондиционирования ( 90 г при 40 єС и относительной влажности воздуха 93±2%) не менее 5 мОм;

- тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 10 мГц после конденсации не более 0,035-0,085.

Данный материал обладает более высокими электроизоляционными свойствами по сравнению с другими материалами, применяемыми для изготовления оснований печатных плат. Кроме того, стеклотекстолит обладает большей жесткостью, имеет низкое водопоглощение, высокое значение объемного и поверхностного сопротивления, обладает высокой механической прочностью (предел прочности 118-490 мПа).

Все пластмассовые детали выполняются из полиамида. Полиамид 610-1-101 ГОСТ 10589-73 характеризуется сравнительно высокой прочностью и ударопрочностью, износостойкостью, водо -, бензо, малостойкостью. Температура литья под давлением 220-270 єС. Достаточно стабилен к действию углеводородов, масел, щелочей.

Влагозащита осуществляется лаком УР-231 ТУ 6-10-863-76 (6).

2. Моделирование реализации доксициклина гидрохлорида методом аналитического выравнивания

На основе приведенных данных попытаемся определить:

1. Среднеквартальные уровни реализации доксициклина гидрохлорида за каждый год и на основе квартальных данных установим характер общей тенденции его реализации методом аналитического выравнивания.

2. Сезонные колебания реализации доксициклина гидрохлорида (на основе выравнивания данных).

3. Показатели сезонных колебаний реализации доксициклина гидрохлорида изобразим графически.

4. Составим прогноз на 2009 г., в поквартальном разрезе с учетом сезонных колебаний.

5. Сделаем соответствующие выводы.

Таблица 1. Реализация доксициклина гидрохлорида, тыс. уп.

Определим среднеквартальные уровни реализации доксициклина гидрохлорида за каждый год по формуле

(1)

и оформим полученные данные в табл. 2

Таблица 2

Далее построим аддитивную модель

Y = T + S + E, (2)

где Т и S - значения соответственно трендовой и сезонной компоненты;

Е - ошибка модели.

Произведем выравнивание исходных уровней ряда методом скользящей средней по 4 квартала.

Таблица 3

Произведем оценку сезонной компоненты.

Таблица 4

Корректирующий компонент k = 1,077

Произведем аналитическое выравнивание ряда динамики по прямой:

. (3)

Параметры a₀ и a₁ согласно методу наименьших квадратов находятся решением системы нормальных уравнений:

, (4)

где y - фактические (эмпирические) уровни ряда;

t - время (порядковый номер периода или момента времени).

Решение этой системы относительно искомых параметров дает следующие выражения

 , (5)

Произведем предварительные расчеты в табл. 5

Таблица 5

Из табл. 5 находим: У y = 2393,94, У t = 78, У yt = 16 211,35, У t2 = 650,
откуда:

;

.

Уравнение прямой, представляющее собой трендовую модель искомой функции, будет иметь вид

(6)

Теперь произведем элиминирование влияния сезонной компоненты (Y - Si), определим трендовую (Т) и случайную (E - Yt - (T + Si)) компоненты.
Вычисления произведем в табл. 6.

Таблица 6

Среднее абсолютное отклонение MAD=4,463.

Средняя квадратическая ошибка MSE=36,403.

Среднеквартальные уровни реализации доксициклина гидрохлорида представлены на рис. 2.2.

Прогнозные значения рассчитаем по формуле

где x - номер квартала, на который дается прогноз;

T - значение тренда;

Si - сезонная компонента за соответствующий лаг.

тыс. уп.

Рис. 1. Среднеквартальные уровни реализации

Прогноз на I квартал 2009 г. (13 квартал, начиная с 2006 г.) имеет вид

T(13) = 169,9 + 4,552·13; S(1) = -4,998;

F(13) = 229,083 - 4,998 = 224,084 ? 224,1 тыс. уп.

Прогноз на II квартал 2009 г. (14 квартал, начиная с 2006 г.) имеет вид

T(14) = 169,9 + 4,552·14; S(2) = -2,036;

F(14) = 233,628 - 2,036 = 231,589 ? 231,6 тыс. уп.

Прогноз на III квартал 2009 г. (15 квартал, начиная с 2006 г.) имеет вид

T(15) = 169,9 + 4,552·15; S(3) = -1,55;

F(15) = 233,628 - 1,55 = 236,63 ? 236,6 тыс. уп.

Прогноз на IV квартал 2009 г. (16 квартал, начиная с 2006 г.) имеет вид

T(15) = 169,9 + 4,552·16; S(4) = 8,585;

F(15) = 242,732 - 8,585 = 251,317 ? 251,3 тыс. уп.

Таким образом, на основе данных по реализации доксициклина гидрохлорида за последние три года, определился прогноз на 2009 г., в поквартальном разрезе с учетом сезонных колебаний.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ненашев, А. П. Конструирование радиоэлектронных средств. - М.: «Высшая школа», 2000.

2. Малышев А.Е. Конструирование РЭС, - Мн, БГУИР, 2005