2. Межъячеечная и межблочная коммутация

При разработке ЦАА в основном применяются следующие конструктивные приемы выполнения межъячеечной коммутации: про­водной монтаж с помощью гибкой матрицы (ремня); шлейфовый монтаж; монтаж плоскими кабелями.

Метод электромонтажа с помощью гибкой резиновой матрицы (ремня) выполняется облегченными проводами типа МГТФ, ГФ, ГФ100М и др. Провода по 20—30 шт. объединяются в жгуты и прошиваются в отверстия резиновой матрицы. Резиновая матрица одновременно является конструкционным несущим элементом для закрепления на нем проводов и ячеек и обеспечивает разворот яче­ек при распайке проводов. Объем, занимаемый проводным мон­тажом, занимает 7—12% от общего объема блока. Трудоемкость монтажа проводом значительна, в основном она затрачивается на прошивку резиновой матрицы проводами и распайку на контакт­ные площадки ячеек и выходных соединителей.

Для снижения трудоемкости выпуска конструкторской доку­ментации таблиц соединений обычно применяются автоматизиро­ванные системы по формированию и раскладке проводов в жгу­ты в гибкой матрице. Достоинством проводного монтажа являет­ся легкая доступность и возможность ремонта при изменении схемы соединений на этапе регулировки аппаратуры.

Свойство гибких печатных плат (ГПП) работать на перегибы позволило разработчикам ЦАА использовать их как соединитель­ные шлейфы в подвижных частях аппаратуры для развертывания ячеек ЦАА, сложенных при сборке изделий в гармошку, книжку или свернутых в рулон. Гибкие шлейфы в качестве элементов меж­блочной, внутриблочной коммутации не только обеспечивают умень­шение объема и массы аппаратуры, но и исключают субъективные ошибки, возможные при объемном монтаже; позволяют автомати­зировать процессы изготовления и сборки; обеспечивают снижение трудозатрат изготовления и сборки, что влечет за собой снижение стоимости аппаратуры. Они хорошо противостоят механическим воздействиям — ударам и вибрациям, так как имеют малую толщи­ну и сравнительно небольшую плотность.

Для изготовления ГПП используется в качестве основы лавсан, фторопласт или полиимид. Полиимид — наиболее приемлемый по­лимерный материал, который выдерживает температуры присое­динения выводов ГПП свыше 230°С. Полиимид обладает и хоро­шими механическими характеристиками: гибкие шлейфы из него могут выдерживать многократные перегибы (до 10000) с радиусом до 0,5—1 мм. Для изготовления ГПП используются два ме­тода— субтрактивный и полуаддитивный. Субтрактивный метод аналогичен тем, которые широко применяются в производстве пе­чатных плат. При этом исходная основа — фольгированный диэлек­трик (чаще всего двухслойный). Полуаддитивный метод аналоги­чен методу изготовления двухслойных полиимидных плат. Это означает, что такие ГПП можно не только из­готавливать двухсторонними, но и соединять оба уровня коммута­ции между собой через металлизированные отверстия. Естествен­но, ГПП, изготовленные по субтрактивной технологии, будут иметь плотность рисунка, соответствующую этому методу, не более 1—1,3 линий/мм; двухсторонние шлейфы имеют плотность 3—4 ли­нии/мм.

Соединение ГПП с жесткими печатными платами или с соеди­нителями осуществляется контактной пайкой балочных выводов к контактным площадкам плат. Балочный вывод шлейфа может рас­полагаться в окне пленки, которое при изготовлении получают ме­тодом травления. Шлейфы в зависимости от выполняемого назна­чения в составе ЦАА подразделяются по конструкции на два типа: статические, подвергаемые небольшому числу перегибов; динами­ческие, подвергаемые многократным перегибам. Статические шлей­фы для внутрибалочной коммутации подвергают формированию или складыванию лишь во время монтажа устройств (ячеек), они допускают минимальный радиус изгиба (0,5 мм и даже менее). Допустимый радиус изгиба в области упругой деформации

, (1.1)

где — допустимая относительная деформация (в области уп­ругой деформации) для слоя металлизации ориентировочно при­нимается равным 0,002; — координата нейтральной линии; , и — соответственно толщина слоя меди, защитного покры­тия (Sn — Bi) и полиимида.

Если допустить изменение линейных размеров проводников в области пластической деформации, то при определении допусти­мого радиуса изгиба в области пластической деформации в форму­ле вместо () для олова и меди должны быть подставлены зна­чения допустимой относительной деформации в области пластиче­ской деформации (), равные для меди () 0,015, а для при­меняемого сплава олово — висмут 0,02.

Как видно из (1.1), устойчивость шлейфов к перегибам доволь­но сильно зависит от соотношения толщин слоев в структуре. Не­обходимо отметить, что в реальной конструкции задача расчета на­пряжений и деформаций усложняется, так как форма шлейфа при изгибе только в очень редких случаях приближается к радиальной и непрерывно меняется. В реальных условиях возможны и переко­сы шлейфов.

Для повышения устойчивости шлейфов к перегибам производится нанесение защитного покрытия на слои проводников в виде полиимидной пленки с фторопластовым покрытием типа ПМФ или нанесение на наружные поверхности полиимидных лаков толщиной 20—30 мкм с последующей имидизацией; создание рисунка ГПП производится таким образом, чтобы находящиеся в зона перегиба проводники располагались на одной стороне шлейфа или на двух сторонах с ортогональной разводкой.

Использование ГПП позволяет снизить массу внутриячеечной межблочной коммутации в 5—10 раз. В табл. 1.6 приведены характеристики некоторых видов гибких шлейфов. Отметим, что стойкость шлейфов к перегибам значительно зависит от радиуса перегиба и ширины проводников. Для незащищенных шлейфов при ширине проводников 100 мкм допустимое число перегибов при ра-­ Таблица 1.6

Параметры	Шлейфы
	полиимидные с защитой полиимидом		лавсановые полиэтилен- тетрафталатной защитой
	односторонние по субтрактивному способу	двухсторонние
Минимальная ширина проводников и зазоров, мкм	200—400	70—100	200—400
Диаметр переходных отверстий, мкм	-	70	-
Толщина проводников, мкм	75—50	15—20	35—50
Толщина диэлектрического покрытия, мкм	40—50	40—50	20
Максимальная температура работы,	— 6О ÷ +220	— 196 ÷ +ЗОО	— 40 ÷ + 1S8
Прочность сцепления металлического слоя с диэлектрическим основанием, МПа	2,5—5	10—15	2—2,7
Минимальный шаг балочных выводов, мм	1,25	0,5	2,5
Относительная стоимость	1,5	2-3	1.0

диусе 0,5—1 мм и угле перегиба 180° составляет 200—250. При увеличении ширины проводников от 100 до 400 мкм стойкость к перегибам увеличивается в 2—3 раза; при дальнейшем увеличении ширины проводников она остается приблизительно постоянной. За­щищенные шлейфы с шириной проводников 100—200 мкм и ради­усе перегиба 5—9 мм выдерживают более 10000 перегибов.

В заключение заметим, что для монтажа блоков на печатных платах, особенно в опытном и мелкосерийном производстве, широ­ко применяется проводной монтаж печатных плат накруткой; од­нако и этот традиционный метод монтажа претерпевает неизбеж­ную микроминиатюризацию, вызванную появлением ИМС.

В высоконадежном методе монтажа накруткой автоматическая или полуавтоматическая монтажная головка накручивает провод, диаметром 0,25 мм на стержни квадратного сечения, расположенные с шагом 2,54 мм. Но с появлением БИС и СБИС, собранных в микрокорпусы, в которых шаг между входными — выходными кон­тактами равен 1,27 мм, уже используется проволока диаметром 0,16 мм, которая накручивается на штырьки размером 0,3X03, мм, установленные с шагом 1,25X1,25 мм. В этом варианте можно на­кручивать провода с более высокой плотностью, чем в прежнем, но при этом сохраняются особо надежные газонепроницаемые со­единения.

Гибкие пленочные коммутационные платы начинают широко распространяться и для монтажа устройств СВЧ диапазона. Од­нако в этом случае к материалу диэлектрика предъявляются до­полнительные требования: он должен обладать минимальными диэлектрическими потерями в области СВЧ и иметь е>2,5. В табл. 1.7 сведены электрические свойства некоторых органических материалов, применяемых для гибких СВЧ плат.

Таблица 1.7

Материал	ε (1 ГГц)	tgδ (100 МГц)	Удельное объ­емное сопро­тивление, Ом -см	Максималь­ная рабочая температура, oС
Тефлон, армированный стеклотканью	2,5	0,0008	1018	240
Полисульфон	3,07	0,003	1013-1014	170
Сополимер тетрафторетилена и шестифтористого пропилена	2,0-2,05	Менее 0,003	Свыше 1018	220
Сополимер этилена и тетрафторэтилена	2,6	0,0008	1018-1017	230
Полифенилоксид	2,6	0,0007	1017-1018	104

Легко видеть, что все указанные в таблице материалы имеют малое значение диэлектрической проницаемости. Для того чтобы увеличить ε применяют композиционные материалы — смесь ор­ганической основы с порошком неорганических СВЧ материалов, имеющих высокое значение б (материалы типа Duroid 6010 с ε=10,5±0,26, Epsilam-10 с ε=10 и др.).