Еаоп — допустимую электрическую прочность изоляции между жилами в любом направлении, кВ/мм, рассчитывают по формуле:
Еаоп=1/ЗЕпр. (4.19)
Здесь Епр — напряжение пробоя, В.
Ширину лент ГПК определяют по формуле:
= £^+2^ + 2, (4.20)
где п — число жил в ленте.
Длина жил и лент ГПК /, мм, зависит от конструктивного расположения элементов конструкции ЭА.
Активное сопротивление жилы ГПК R, Ом, определяют в зависимости от ее шкрины и Длины:
R**w- <4'21)
Ёмкость между жилами в лентах ГПК зависит от ширины жилы, расстояния между жилами и расстояния лент ГПК до конструктивных элементов ЭА, в которой расположен ГПК. Без учета внешних факторов емкость между жилами ГПК С„ пФ/см, лежащими в одной плоскости, рассчитывают по следующим формулам:
С, =С( + С”; (4.22)
С;=е 0еиз|; (4.23)
С,"=е0е„з , ■ (4.24)
Y: In 2{1 + 5,/(2Л/б/лл/Й7)3/2}
О •
Здесь С, — емкость между жилами, лежащими в одной плоскости (см. рис. 4.50); С{ и С" — емкость единицы длины первой и второй жилы; е0 =
0,08854 пФ/см = 8,854 • 10'12 Ф/м — электрическая постоянная; еиз = 3,5 — диэлектрическая проницаемость полиимидной пленки.
Емкость между жилами ГПК С2, пФ/см, лежащими в соседних плоскостях, рассчитывают по формулам:
С2 =Q + С2"; (4.25)
с2 =£оЕт^-; (4‘26^
1—lnf 2^ - l\ (4.27)
,.л..... я 1-% \ 8 )
где С'г и С2"— емкость жил, лежащих в соседних плоскостях одна под другой; h — толщина слоя изоляции между жилами, м (см. рис. 4.51, h = 0,065 мм — толщина полиимида в материале ЙФ-1);
S = 0,035 мм — толщина медной фольги.
Емкость между жилами ГПК С3, пФ/см (см. рис. 4.53):
С3 = 2С2. (4.28)
Индуктивность жилы ГПК £,, мГ/см, определяют по формуле
Взаимную индуктивность двух проводников Ln, мГ/см, лежащих в одной плоскости (4.30а) и в соседних слоях (один слой под другим) (4.306) определяют по следующим формулам соответственно: ' »
(4.30а)
Ж
/Г
I
1
+
In
(4.306)
Волновое сопротивление цепи 2^, Ом, состоящей из двух проводников, лежащих в разных слоях или проводника с экраном равна
* -
Волновое сопротивление цепи Z„ Ом, состоящей из двух проводников, расположенных в одной плоскости, определяется по формуле
л:
(4.32)
1
+
Z,
=
-£=1п2
Vе
из
Волновое сопротивление цепи Z3, Ом, состоящей из одной жилы и двух экранов определяется по формуле
(4.33)
Тепловой расчет ГПК. Этот расчет сводится к проверке выбранных геометрических размеров лент ГПК в установившемся тепловом режиме.
Зависимость геометрических размеров от выбранного материала ГПК, перепада температур и окружающей среды определяется по формуле
я+1
(4.34)
-1 =
КХ(Т - Тх) + Кг(Т - Т2)
где Д — допустимая плотность тока в жилах;
р — удельное электрическое сопротивление медной фольги, Ом • м;
8 — толщина медной фольги, 8 = 0,035 мм; п — количество жил в ленте ГПК;
Kxvi Кг — коэффициенты кондуктивной теплоотдачи между верхней и нижней плоскостями ГПК;
Т — температура поверхностей ГПК, °С;
TtviT2 — температура поверхностей конструкции ЭА, наиболее близко расположенных к плоскостям лент ГПК, °С.
Коэффициенты кондуктивной теплоотдачи рассчитывают по формуле
(4.35)
(4.36)
Гср1 = 0,5(Г + Т,), Гср2 = 0,5(7’+ Т2).
Здесь ИП — расстояние от поверхности ГПК до поверхностей конструкции ЭА, мм.
Из Справочных данных имеем:
для Тер1 = 55 °С Xср = 2,87 • 1(Г2 Вт/м °С;
для Тср2 = 65 °С ^ср = 2,94 • 10-2 Вт/м "С.
Значения волнового сопротивления цепей ГПК и емкости между цепями ГПК зависят от конструкции ГПК и расстояний между жилами в плоскости одного кабеля, а также и от толщины изоляционного слоя между жилами ГПК и экранами.
Пример 4.3. Расчет ГПК (см. рис. 4.50). Рассмотрим ГПК, представляющий собой многослойную конструкцию, приведенную на рис. 4.50, которая состоит:
из полиимида фольгированного одностороннего ПФ-1 — 5 = = 0,035 мм — толщина медной фольги, h2 = 0,065 мм — толщина полиимида без медной фольги;
пленки полиимидной покрывной ППП-0,070, Л, = 0,070 мм.
Проектирование ГПК включает проведение расчетов электрических,
конструктивных, теплотехнических параметров.
Расчетными величинами параметров при проектировании ГПК являются:
активное сопротивление жилы R, Ом;
волновое (характеристическое) сопротивление Z, Ом;
ширина жилы W, мм;
расстояние между жилами S, мм;
ширина ленты ГПК Ь, мм;
длина ленты ГПК /, мм;
емкость единицы длины жилы относительно цепи нулевого потенциала С, пФ/см;
емкость единицы длины между двумя сигнальными жилами одного ГПК или разных ГПК С!2, пФ/см;
индуктивность единицы длины жилы L, нГ/см; 1
индуктивность между двумя жилами Ln, нГ/см.
Исходные данные:
уровни "и диапазоны изменения напряжений, токов и частот сигналов, передающихся по цепи ЭА: допустимое падение напряжения на ГПК 0,4 В,
максимальный ток 0,5 А,
частота передаваемого сигнала 100 кГц,
сопротивление нагрузки 1000 Ом.
длина ГПК — 0,60 м;
Число жил — 20;
электрические, механические и теплотехнические параметры слоев, из которых состоит конструкция ГПК:
фольгированного диэлектрика ПФ-1, покрывной полиимидной пленки ППП.
По техническим условиям (ТУ) на ПФ-1 и ПФ-2:
толщина пленки ПФ-1 h = 0,065 мм;
толщина пленки ПФ-2 А, = 0,09 мм;
толщина медной фольги 5 = 0,035 мм;
толщина ПФ-1: h + 6 = (0,1 ± 0,015) мм;
ПФ-2: А, + 28 = (0,18 + 0,015) мм;
тангенс угла диэлектрических потерь tg а = 0,03—0,05;
температура при определении на отслоение пЬсле пребывания в припое 7^ = 280 “С;
нагревостойкость Таоп = 220 °С;
теплопроводность изоляционного слоя X = 0,&2 Вт/м • °С;
удельное сопротивление медной фольги р = 1,8 ■ 10“8 Ом • м;
теплопроводность меди Хы = 375...380 Вт/м • °С;
электрическая постоянная е0 = 0,08854 пФ/см; или е0 = 8,854 • Ю"12 Ф/м;
напряжение пробоя в любом направлении Епр = 75 кВ/мм;
материал изоляционного слоя ПМ-А;
диэлектрическая проницаемость полиимидной пленки еиз = 3,5;
стойкость к многократным перегибам для ПФ-1 — не менее 500 циклов (диаметр петли 9,6 мм, длина петли 25 мм); для ПФ-2 — не менее 100 циклов.
По техническим условиям на покрывную полиимидную пленку ППП:
номинальная толщина ППП А = (0,070 ± 0,013) мм;
номинальная толщина ППС А = (0,1 ± 0,015) мм;
удельное объемное электрическое сопротивление не менее 10" Ом • м;
диэлектрическая проницаемость еиз = 3,5;
тангенс угла диэлектрических потерь tg а = 0,03;
стойкость к многократным перегибам: не менее 500 циклов (диаметр петли 9,6 мм, длина петли 25 мм).
При изготовлении ППП, так же как для ПФ-1, ПФ-2, применяется пленка полиимидная для фольгированных диэлектриков (ПМ-А).
Проведем расчеты электрических и конструктивных параметров ГПК (см. рис. 4.48).
Расчетными величинами электрических параметров являются:
активное электрическое сопротивление жилы Л, Ом;
погонное электрическое сопротивление жилы R', Ом/см;
емкость единицы длины жилы относительно цепи нулевого потенциала С, пФ/см;
волновое (характеристическое) сопротивление Z, Ом;
емкость единицы длины между двумя сигнальными жилами ГПК, лежащими й одном слое ^12> пФ/см;
индуктивность единицы длины жилы L, нГ/см;
индуктивность между двумя жилами Ьп, нГ/см лежащими в одном слое.
Решение.
Определим электрическое сопротивление
жилы ГПК по формуле (4.9)
Здесь A U — допустимое падение напряжения в цепях электромонтажа, В. Принимаем W- 0,4 мм.
Расстояние между жилами S, мм, в зависимости рт максимально возможного рабочего напряжения рассчитаем по формуле (4.18):
^рабшах ^ 100В . 1П-3
S ^ -Г—- > ... --- = 4,10-j мм,
^доп
25-103
—
мм
где (7раб тах = 100 В — максимально допустимое рабочее напряжение между, жилами;
допустимая электрическая прочность изоляции между жилами в любом направлении, кВ/мм, которую рассчитывают по формуле
: _
Еа0П=1/ЗЕпр,
где Е„р - 75 кВ/мм — напряжение пробоя для ПФ-1.
Принимаем S- 0,4 мм.
Ширину лент ГПК определим по формуле (4.20):
Ь = £wi + + 2 = °>4 • 20 + 0,4 • 19 + 2 = 17,6 мм,
где п = 20 — число жил в ленте.
Определим емкость между жилами лежащими в одной плоскости в лентах ГПК С„ пФ/см (см. рис. 4.48) по формулам (4.22), емкость первой жилы Спо формуле (4.23), второй жилы С2"по формуле (4.24):
С, =С: + С,"= 0,027+ 0,11 = 0,14 — ;
см
Cl = е0е„31 = 0,08854 • 3,5 • ^ = 0,027 — ;
S 0,4 см
1
1п2{1+5У(2^л/ЙТ
} 1
1
+0,4 10-
In
2
i.s
=
0,11
пФ
см
=
0,08854 -Ю-10-
3,5 •
,,
0,035 10-3м-0,4
10-3м
3,14
где С[ и С"— емкость первой и второй жилы;
е0 = 0,08854 пФ/см = 8,854 • 10~12 Ф/м — электрйческая постоянная; еиз = 3,5 — диэлектрическая проницаемость полиимидной пленки. Индуктивность жилы ГПК L„ мГ/см, определим по формуле (4.29):
г \
нГ
см
/
=
1,6
-0,75
=
2
-0,75
In
-
I,
=2
In-
0,035
0,4 10-
0,6
3,14
Взаимную индуктивность двух проводников Ll2, нГ/cm, находящихся в одной плоскости, рассчитаем по формуле (4.30а):
Ие
и технология Ат
JlW&tHUZ
Волновое
сопротивление цепи Z„
Ом, из двух проводников, лежащих® одной
плоскости определяется по формуле
(4.32):
f nU f N1-5
Пример 4.4. Расчет ГПК (см. рис. 4.51, б). Исходные данные см. пример 4.3, ЛС/= 0,6 В. '
Рассчитать W,S,b, С2, £„ Ьп, 2^.
Решение. Рассмотрим ГПК, представляющий собой многослойную конструкцию (см. рис. 4.49, б), которая состоит: /
из полиимида фольгированного двустороннего ПФ-2 — 8 = 0,035 мм — толщина медной фольги, = 0,09 мм — толщина полиимида без медной фольги;
пленки полиимидной покрывной ППП-0,070, А, = 0,070 мм.
Расчет электрического R, погонного сопротивления R’ жилы, а также
расстояния между жилами S — см. предыдущий пример 4.3.
Ширину жилы, в зависимости от допустимого падения напряжения, рассчитаем по формуле (4.17):
где Д U = 0,6 В — допустимое падение напряжения в цепях электромонтажа, В.
Принимаем Ж= 0,3 мм; 5=0,3 мм.
Ширину лент ГПК определим по формуле (4.20):
Ь = + £5 + 2 = 03 • 2° + •19 + 2 = 13,7 мм,
| | где л = 20—число жил в ленте.
Длину жил и лент ГПК /, мм, определяют конструктивным расположением элементов конструкции ЭА. Из условия примера / = 0,6 м.
Емкость между жилами ГПК С2, пФ/см, лежащими в соседних плоскостях одна под другой, рассчитаем по формулам (4.25), (4.26), (4.27):
С2= С'г + 1,03 + 0,45 = 1,48 — ;
СМ
С[ = е0£„з = 0,08854 • 3,5 • = 1,03 — ;
0 из h 0,09 см
Конструкция ГПК, представленная на рис. 4.48, выполнена из одностороннего фольгированного полиимада ПФ-1 и одного слоя покрывной полиимидной пленки ППП-0,070 со стороны медной фольга. ?
Конструкция ГПК, изображенная на рис. 4.49, б, выполнена из двустороннего фольгированного полиимида ПФ-2 и двух слоев (верхний й нижний) покрывной полиимидной пленки ППП-0,070.
В табл. 4.46 приведены основные этапы ТП изготовления ГПК, конструкция лент которых представлена на рис. 4.48 и 4.49, #.
I ■
Таблица 4.46, Основные этапы ТП изготовления ГПК на фольгированном основании
№ п/п |
Основной этап ТП |
Возможный способ получения |
1 |
Входной контроль и термостабилизация диэлектрика |
|
2 |
Получение заготовок |
Резка |
3 |
Получение фиксирующих (базовых) отверстий |
Штамповка |
4 |
Подготовка поверхности заготовок |
|
5 |
Получение защитного рельефа |
|
6 |
Травление меди с пробельных мест |
|
7 |
Удаление защитного рельефа |
|
8 |
Подготовка поверхности заготовки ГПК |
Суспензия пемзового абразива |
9 |
Нанесение полиимидной покрывной пленки с фиксирующими отверстиями |
|
10 |
Маркировка ГПК |
|
11 |
Обработка по.контуру |
|
Конструкция ГПК, представленная на рис. 4.49> а, с двухрядным расположением проводников выполнена из двух слоев одностороннего фольгированного полиимида ПФ-1 и одного слоя изоляционной клеевой пленки ПКС-171 между ними.
, Конструкция ГПК, .приведенная на рис. 4.50, выполнена из двух слоев ПФ-1, двух слоев покрывной полиимидной пленки ППП-0,070 (верхний, нижний) и одного слоя изоляционной клеевой пленки ПКС-171 (средний).
Конструкция ГПК с трехрядным расположением проводников, изображенная на рис. 4.51. выполнена из одного слоя одностороннего фольгированного полиимида ПФ-1, одного слоя двустороннего фольгированного полиимида ПФ-2. одного слоя изоляционной клеевой пленки ПКС-171 между ними и одного, сдоя покрывной полиимидной пленки ППП-0,070.
Последовательность основных операций ТП изготовления ГПК с двухрядовой и трехрядовой конструкцией лент в соответствии с рис. 4.51, а, 4.52 и 4.53 следукйцая. ^
Входной контроль фольгированного диэлектрика.
Получение заготовок:
Нарезка заготовок.
Термостабилизация диэлектрика. -
Пробивка фиксирующих и технологических отверстий.
Контроль.
Подготовка поверхности заготовок фольгированного диэлектрика.
Получение рисунка схемы на заготовках ГПК:
Нанесение фоторезиста.
Экспонирование.
Проявление рисунка схемы.
Травление меди с пробельных мест.
Удаление сухого пленочного фоторезиста.
Изготовление защитных прокладок из клеевой пленки ПКС-171.
Прессование ГПК:
Комплектование ГПК из заготовок слоев и прокладок из клеевой пленки.
Обезжиривание заготовок слоев и клеевых пленок.
Сушка.
Сборка пакета из заготовок слоев и клеевых пленок в соответствии с чертежом.
Прессование ГПК.
Обработка по контуру ГПК:
Вырубка отверстий.
Вырубка ГПК по контуру.
Лужение ГПК:
Флюсование.
Лужение контактных площадок.
Удаление остатков флюса.
Сушка ГПК.
Контроль качества лужения.
Маркировка ГПК.
Контроль ГПК.
Контрольные вопросы
Назовите два вида технологии получения элементов проводящего рисунка ПП и слоев.
Перечислите показатели уровня ПП.
Перечислите основные тенденции развития ПП; с чем они связаны?
Каковы преимущества ОПП, область их применения, методы изготовления?
( 5. Перечислите методы изготовления ДПП общего применения.
I 6. Назовите материалы и методы изготовления прецизионных ДПП.
Назовите достоинства тентинг-метода.
Какую толщину должен иметь СПФ, применяемый в тентинг-методе и почему?
Какими достоинствами обладает двухслойное покрытие химический никель—им* мерсионное золото?
Перечислите варианты изготовления ДПП и слоев электрохимическим методом. "
Назовите преимущества электрохимического метода. ^
Какие достоинства и недостатки имеет аддитивный метод? ?
Назовите основные этапы изготовления ДПП на металлическом основании.
Перечислите преимущества РП.
Какие методы получения канавок, отверстий и ламелей РП вы знаете?
Что такое РИТМ-плата?
Перечислите преимущества МПП.
Какие методы применяют для изготовления слоев МПП?
Назовите основные характеристики МПП, изготовленные методом ПАФОС.
Какие дополнительные требования предъявляют к МПП для поверхностного монтажа?
Назовите особенности конструкции и технологии МПП для высокоинтегрированной элементной базы.
Перечислите преимущества и область применения ГПП, ГЖП и ГПК.
Назовите электрические и конструкторские параметры ГПК.