Современная радиоэлектронная аппаратура

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

1. КОНСТРУКТИВНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОКОЛЕНИЙ ИРЭ. ХАРАКТЕРИСТИКИ СОВРЕМЕННЫХ ИРЭ КАК ОБЪЕКТА ПРОИЗВОДСТВА. ПРОБЛЕМЫ ТЕХНОЛОГИИ ИРЭ

2. ТЕХНОЛОГИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ, ТРАВЛЕНИЕ МЕДИ С ПРОБЕЛЬНЫХ МЕСТ

3. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЧ ВОЛНОВОДОВ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. КОНСТРУКТИВНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОКОЛЕНИЙ ИРЭ. ХАРАКТЕРИСТИКИ СОВРЕМЕННЫХ ИРЭ КАК ОБЪЕКТА ПРОИЗВОДСТВА. ПРОБЛЕМЫ ТЕХНОЛОГИИ ИРЭ

Термин радиоэлектронная аппаратура (РЭА) используют для обозначения устройств различного назначения, имеющих признак общности -- многократное преобразование (электромагнитных и другой физической природы) сигналов для передачи, приема и обработки информации в целях обеспечения связи, навигации, управления технологическими процессами изготовления изделий в промышленности, научных исследований и других видов человеческой деятельности.

Деталь РЭА -- это простейший элемент РЭА, имеющий ограниченный комплекс свойств, соответствующий его функциональному назначению и изготовленный из одного или нескольких материалов без использования механической сборки.

Отличительными особенностями промышленного производства деталей РЭА являются:

1) использование большого числа разнообразных методов обработки и переработки конструкционных материалов, общих с другими отраслями промышленности, в первую очередь -- приборостроением и машиностроением, но приспособленных для производства РЭА. Например, холодной листовой и объемной штамповки, литья под давлением металлов и сплавов, резания лезвийными и абразивными инструментами, прессования и литья под давлением пластмасс, химических, электрофизических методов размерной и безразмерной обработки, нанесения поверхностных покрытий из металла и других материалов, термообработки, сварки и пайки и др.;

2) применение методов полупроводниковой и пленочной технологии, специфических для микроэлектроники, например эпитаксии (наращивание кристаллического вещества одного состава на подложке другого материала), химического осаждения твердых материалов из газовой среды, легирования термической диффузией, методов вакуумтермической технологии получения тонких пленок, ионно-плазменных методов;

3) использование широкой номенклатуры материалов;

4) зависимость содержания технологических процессов изготовления конкретной детали от принадлежности этой детали к конструктивному уровню составной части РЭА, в которую входит деталь, условий эксплуатации и других конструктивных и технологических классификационных признаков РЭА.

Рассмотрим конструкторскую классификацию составных частей РЭА.

Конструкторская классификация составных частей РЭА. По функциональному признаку все элементы и компоненты РЭА условно относят к одной из групп: схемотехнических элементов схемотехническая (элементная) база РЭА; конструктивных элементов конструктивная база РЭА.

Схемотехнические элементы, их компоновка и взаимосвязь в составе РЭА обеспечивают преобразование сигналов различной физической природы для целей, определяемых назначением РЭА. Основу современной схемотехнической базы составляют микросхемы, микросборки и микроэлектронные узлы в корпусах или без них. Наряду с микро-элементной базой используются дискретные резисторы, постоянные и переменные конденсаторы, трансформаторы, переключатели, соединители, индикаторы. Перечисленные элементы, не относящиеся к микроэлементам, трудно изготовить технологическими методами производства микросхем, например конденсаторы большой емкости, высокодобротные катушки индуктивности. Трансформаторы, разъемы, переключатели вообще плохо поддаются миниатюризации и не могут быть изготовлены методами микроэлектроники.

Конструктивные элементы, входящие в состав РЭА, обеспечивают механическую прочность, защиту от внешних воздействий, дестабилизирующих работу РЭА (влаги, инея, росы, пониженного или повышенного давления, внешних электрических и магнитных полей), и механическое управление РЭА. Основу конструктивной базы составляют отдельные монтажные детали и несущие конструкции. Несущие конструкции предназначены для механического закрепления, защиты от внешних воздействий и обеспечения доступности схемотехнических элементов при сборке и эксплуатации РЭА. Кроме того, к конструктивной базе относят: механические устройства управления в виде кнопочных и рычажных устройств и ручек, с помощью которых обеспечивается плавное или скачкообразное вращательное или поступательное движение рабочих органов регуляторов (резисторов, конденсаторов и т. п.); механизмы для механического перемещения подвижных рабочих элементов РЭА, такие как отчетные устройства, облучатели и зеркала антенн, пленочные и другого типа носители информации; электромагнитные элементы; электродвигатели, сельсины, электромагнитные муфты приводов.

Относительная условность разделения первичных элементов РЭА на схемотехнические и конструктивные обусловлена тем, что некоторые из них выполняют функции элементов обеих групп. Например, миниатюрная монтажная панель может быть не только конструктивным несущим Элементом. Но И местом электрических соединений. Расчленение конструкций конкретных элементов схемотехнической группы на составные части выявляет детали, выполняющие типичные функции конструктивных элементов, например: основания и крышки корпусов микросхем; микроплаты для монтажа бескорпусных схемотехнических элементов.

Схемотехнические и конструктивные элементы РЭА объединяются в конструктивно-законченные единицы, входящие в состав РЭА в виде пультов, блоков, шкафов, частных конструкций плате установленными микросхемами, микросборками различной степени интеграции и дискретными элементами. Конкретный состав конструктивно-законченных единиц зависит от назначения РЭА (радиоприемная, телевизионная, самолетная и т. п.) преимущественного использования того или иного типа схемотехнической базы (дискретные элементы или микроэлементы), условий эксплуатации (легкие, средние, жесткие), частотного диапазона работы и т. п.

Условия эксплуатация РЭА следует выделить особо, так как они оказывают существенное влияние на конструктивно-технологические особенности деталей РЭА и в первую очередь деталей, образующих конструктивную базу РЭА.

По условиям эксплуатации выделяют три класса РЭА, для которых разработана и используется единая конструктивная база в виде комплекта УТК (универсальных типовых конструкций): УТК-1 для стационарной РЭА, предназначенной для работы в отапливаемых и неотапливаемых стационарных помещениях: УТК-П для стационарной, полустационарной и подвижной РЭА, работающей на открытом воздухе, в палатках, во временных помещениях и укрытиях, а также на колесном и гусеничном транспорте; УТК-П1 для РЭА преимущественно на интегральных схемах (ИС) и микросборках (МС), устанавливаемой на подвижных объектах в труднодоступных местах и работающей в жестких условиях эксплуатации.

Конструкции несущих элементов УТК созданы по модульному принципу, т. е. по принципу входимости корпусов модулей младшего конструктивного уровня в корпуса модулей старшего уровня. Модульность несущих конструкций РЭА позволяет компоновать РЭА из отдельных конструктивно-законченных единиц различной сложности, находящихся в иерархической подчиненности. Под термином «иерархическая подчиненность конструктивных уровней РЭА или конструкторская иерархия» подразумевают создание конструктивно-законченных единиц или модулей старшего конструктивного уровня объединением конструктивно-законченных единиц младших уровней Использование конструкторской иерархии, современной схемотехнической базы и комплексов УТК на стадии создания РЭА ведет к сокращению сроков и стоимости проектирования, так как обеспечивает возможность использовать автоматизированные методы проектирования РЭА и подготовки производства с использованием ЭВМ, а на стадии изготовления РЭА позволяет снизить стоимость изготовления за счет увеличения серийности производства компонентов конструкций, вызванной ограничением рядов типоразмеров компонентов для использования при разработке новых РЭА и применения отработанных прогрессивных технологических процессов изготовления деталей и узлов РЭА.

Радиоэлектронная аппаратура на базе УТК включает в себя модули четырех или пяти конструктивных уровней (КУ).

Нулевой уровень (КУ-0) бескорпусные микроэлементы, используемые в ИС резисторы, транзисторы, конденсаторы, диодные матрицы; бескорпусные ИС частного и общего применения, фрагменты схем, выполненные по полупроводниковой технологии. Перечисленные схемотехнические элементы нулевого конструктивного уровня используются преимущественно в РЭА на базе УТК-П1 и входят как составные части в модули старшего уровня.

2. ТЕХНОЛОГИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ, ТРАВЛЕНИЕ МЕДИ С ПРОБЕЛЬНЫХ МЕСТ

Травление представляет собой сложный окислительно-восстановительный процесс, который применяют для формирования проводящего рисунка печатного монтажа путем удаления меди с непроводящих (пробельных) участков. Травление выполняют химическим или электрохимическим способом.

Для химического процесса разработаны и используются в промышленности многочисленные составы на основе хлорного железа, персульфата аммония, хлорной меди, хромовой кислоты, перекиси водорода, хлорита натрия и др. Выбор травильного раствора определяется следующими факторами, типом применяемого резиста, скоростью травления, величиной бокового подтравливания, сложностью оборудования, возможностью регенерации и экономичностью всех стадий процесса.

Скорость травления оказывает существенное влияние на качество формируемых элементов ПП. При малых скоростях время пребывания платы в травителе увеличивается, что приводит к ухудшению диэлектрических свойств оснований и увеличению бокового подтравливания.

Рис.2.1. Искажение профиля печатных проводников при травлении:1 -- травитель: 2 -- резист; 3 -- диэлектрик; 4 -- печатный проводник

Оно возникает вследствие того, что травитель воздействует не только на медную поверхность, подлежащую удалению, но и на боковые, не защищенные резистом, стороны проводников и других элементов схемы.

Уменьшают подтравливание введением в используемые растворы специальных добавок: ионов металлов с более низким потенциалом, чем у меди, например Ag, Hg, Pt, Pd, Au, оказывают каталитическое действие на процесс, а органические соединения (мочевина, аминотриазол, амиды и др.), адсорбируясь на боковых поверхностях, ингибируют их растворение

Технологический процесс травления состоит из операций предварительной очистки меди, повышающей равномерность ее удаления, непосредственно удаления меди с пробельных участков платы, очистки поверхности диэлектрика, осветления при необходимости поверхности металлорезиста и сушки.

Наибольшее распространение в технологии производства ПП получили травильные растворы на основе хлорного железа (плотность 1,36... 1,42 г/см2). Для них характерны высокая и равномерная скоростью травления, малая величина бокового подтравливания, высокая четкость получаемых контуров, незначительное содержание токсичных веществ, экономичностью. Суммарная реакция, протекающая в растворе, описывается уравнением:

2FeCl3+Cu>CuCl2+2FeCl2

Стабильными параметрами травления характеризуются растворы на основе хлорной меди. Разработанные кислые и щелочные составы несколько уступают по скорости растворам хлорного железа но намного их дешевле. В них не образуется шлам, ПП легко отмываются после обработки, а боковое подтравливание не превышает 3...6 мкм. Растворение меди протекает в соответствии с реакцией:

Cu+CuCI>CuCl2

Отсутствие в растворе посторонних, способных восстанавливаться катионов позволяет проводить полную регенерацию в непрерывном замкнутом цикле. Повышение производительности процесса достигается использованием раствора на основе двух окислителей--хлорной меди и хлорного железа.

Химическое удаление меди проводится погружением ПП в травитель, наплескиванием раствора на их поверхность или разбрызгиванием через форсунки (рис. 2.2).

Рис.2.2. Схема установки струйного травления

1-камера; 2-заготовка: 3-разбрызгивающее устройство; 4 - транспортер; 5 - травитель; 6 - регенератор отработанного раствора: 7 - система трубопроводов с насосом

Электрохимическое травление ПП основано на анодном растворении меди с последующим восстановлением ионов стравленного металла на катоде. Такой процесс по сравнению с химическим травлением обладает рядом преимуществ:

упрощением состава электролита, методики его приготовления, регенерации и очистки сточных вод, высокой и

стабильной скоростью травления в течение длительного периода времени, экономичностью, легкостью управления и автоматизацией всех стадий.

Рис .2.3. Устройство для электрохимического травления печатных плат:

1 -- насос; 2 -- трубчатый графитовый анод; 3 -- электролитическая ячейка; 4 -- электролит; 5 -- диафрагма; б--медный катод; 7--сопло: 8--изделие; 9-- травильная камера

Полностью реализовать преимущества электрохимического метода позволяют подвижные носители заряда, которые представляют собой частицы графита, расположенные в суспензированном электролите. Эти частицы принимают заряд с анода и переносят его на поверхность меди, переводя последнюю в ионную форму. Устройство с подвижными носителями заряда приведено на рис 2.3. и состоит из электролитической ячейки и травильной камеры, между которыми прокачивается электролит. Электролит содержит серную кислоту и взвешенный активированный уголь (массовое содержание 15...30%) с размером частиц 10...50 мкм. Использование электрохимического травления сводит к минимуму боковое подтравливание токопроводящих дорожек и обеспечивает разрешающую способность, равную 70... 100 мкм, но стоимость технологического оборудования превышает стоимость машин для химического травления.

После удаления меди с пробельных участков ПП промывают водой. Если на поверхности металлических резистов (особенно Sn-- Pb) в результате химического взаимодействия с травителем образуются нерастворимые соединения, вызывающие потемнение и ухудшение их паяемости, то их осветляют при температуре 18...25°С в течение З... 5 мин. Растворы осветления готовят на основе кислот и тиомочевины.

3. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЧ ВОЛНОВОДОВ

радиоэлектронный печатный плата травление

Волноводы представляют собой простейшие сборочные единицы устройств СВЧ (рис. 3.1). Полые волноводы состоят из трубы прямоугольного и круглого поперечного сечения, имеющей проводящую внутреннюю поверхность (собственно волновода), и присоединительных фланцев. В зависимости от конструктивных требований и назначения волноводные трубы бывают прямолинейными, изогнутыми, скрученными и могут иметь переменное по длине сечение, гофрированные стенки и т.д.

Рассмотрим на примере полосковых волноводов. Они применяются для передачи энергии СВЧ. Полосковые волноводы просты в изготовлении, имеют малый вес и габариты по сравнению с полыми и коаксиальными волноводами. Двухмерная конфигурация полоскового проводника не только упрощает конструкцию, но и позволяет создать малогобаритные и более надежные устройства. Полосковые волноводы целесообразно применять в схемах, когда необходимо в малых объемах сконцентрировать большое число функциональных устройств, работающих на частотах 1-12 Ггц при среднем уровне мощности до 5 вт. Использование таких узлов в приемопередающих устройствах СВЧ позволяет снизить их объем на 30-50% по сравнению с объемом устройств, выполненных на полых волноводах.

Поперечное сечение часто применяемых типов полосковых волноводов (несимметричного и симметричного) показаны на рис. 3.2. Уменьшить линейные размеры полосковых волноводов можно, если использовать для заполнения рабочего объема твердый диэлектрик. Выбор диэлектрического материала определяется условиями работы аппаратуры: диапазоном частот, допустимыми весом и габаритами, климатическими условиями и требуемой механической прочностью.

Для изготовления полосковых волноводов можно использовать способы, применяемые при производстве печатных схем. В табл. 3.1 приведены основные способы изготовления полосковых волноводов и их характеристики. При изготовлении необходимо обеспечить: *минимальную шероховатость поверхностей и прямолинейность границ полосковых проводников; * минимальное и стабильное удельное сопротивление поверхностных слоев металла; *высокую точность воспроизведения рисунка.

Широко применяется фотохимический способ с предварительной гальванохимической металлизацией поверхности диэлектрической платы. Для этого можно использовать следующие виды обработки: пескоструйную, с помощью зернения и обработку ультразвуковыми колебаниями в водной суспензии абразива. Создание шероховатости необходимо для увеличения силы сцепления металла покрытия с поверхностью диэлектрика, способы химической и электрохимической металлизации которые не отличаются от использованных при производстве низкочастотных схем.

При металлизации поверхность металла полностью воспроизводит очертания поверхности диэлектрика. В результате токонесущая поверхность получается заведомо шероховатой, что ведет к росту активных потерь в полосковом волноводе.

Полосковые проводники, полученные рассматриваемым способом, представляют собой сложную многослойную структуру (рас. 3.3) В результате активации пленка серебра, на которую нанесен слой химически восстановленной меди толщиной 3-5 мкм, затем - слои гальванической меди 25-35 мкм и гальванического серебра толщиной 10-15 мкм.

Вследствие скинэффекта токонесущими являются поверхностные слои полоскового проводника, т.е. слои химически восстановленной меди и гальванического серебра.

Поскольку слой химически восстановленной меди токонесущий, его удельное сопротивление существенно влияет на затухание в полосковом волноводе. Исследования показывают, что это сопротивление осадков химически восстановленной меди зависит от состава раствора, из которого она осаждается, и режимов осаждения.

Изготовление полосковых волноводов отличается от производства низкочастотных печатных схем необходимостью обеспечения высокой точности размеров полоскового проводника.

Основные причины неточности изготовления полосковых проводников фотохимическим способом: неточность фотооригинала; изменение размеров изображения полоскового проводника на рабочем негативе при изготовлении его с фотооригинала; несоответствие размеров маски и рабочего негатива, а также размеров проводников и маски.

Взаимосвязь времени экспозиции при изготовлении рабочего фотонегатива и маски с временем их проявления позволяет получить соответствие размеров маски и фотооригинала без промежуточного контроля размеров изображения проводника.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Горохов В.А. Технология обработки материалов: Учеб. пособие для вузов.- Мн.: Беларуская навука, 2000.

2. Достанко А.П., Пикуль М.И., Хмыль А.А. Технология производства ЭВМ: Учеб.- Мн.: Выш. школа, 1994.

3. Технология конструкционных материалов: Учеб. пособие для вузов. В 2 т./ Под ред. А.М. Дальского.- М.: Машиностроение, 1998.

4. Технология радиоэлектронных устройств и автоматизация производства: Учебник/ Под общ. ред. А.П. Достанко.- Мн.: Выш. шк., 2002.

5. Федоров В., Сергеев Н., Кондрашин А. Контроль и испытания в проектировании и производстве РЭС. - М.: ИЦ «Техносфера», 2005.

Размещено на Allbest.ru