18.3. Конструктивно-технологические ограничения при проектировании
При создании КП с повышенной плотностью монтажа возникает ряд проблем. Главными из них являются:
– согласование по ТКЛР материалов платы и монтируемых на ней навесных компонентов;
– обеспечение теплоотвода при повышенной рассеиваемой мощности ЭУ;
– оптимизация геометрии элементов коммутации с учетом специфики ТПМ и применяемых припойных, защитных и клеевых материалов;
– обеспечение качества и надежности.
Первый способ – изготовление КП из материала, аналогичного или близкого по ТКЛР материалу навесного компонента (например полимерного), со специальным наполнителем, в том числе волокнистым материалом (типа кевлара, арамида), который обладает высокой пластичностью и компенсирует остаточные напряжения в местах соединения платы с компонентами.
Второй способ – использование (для уменьшения общего ТКЛР платы) слоистых структур (гетероструктур) на основе проводящего материала (обычно металла), сопрягаемого с прослойками диэлектрических материалов с необходимым ТКЛР. В этих же целях могут применяться композиционные (например слоистые, слоисто-волокнистые и др.) материалы с требуемым ТКЛР. Наиболее распространенным для применения в составе гетероструктуры КП является инвар, плакированный медью, который используется в качестве малорасширяющейся (при изменении температуры) прослойки (термокомпенсационного слоя) (рис.8,а) либо нескольких внутренних прослоек с низким ТКЛР в структурах многослойных плат (рис.8,б).
Третий способ – использование обычной платы (например, из стеклотекстолита), покрытой слоем эластомера, который расширяется вместе с платой и смонтированными на ней компонентами и уменьшает механические напряжения, в том числе и в местах паяных соединений [3, 5].
Р
Задача теплоотвода в известной степени решается применением в структуре КП металлической основы и специальных топологических теплоотводящих элементов КП (столбиков припоя в металлизированных отверстиях, дополнительных технологических площадок и др.). И тем не менее все еще продолжаются исследования по созданию конструкций плат со встроенными радиаторами, теплопроводящими прослойками на основе, например, BeO и других диэлектрических и проводящих материалов, разработанных специально для теплоотводов, а также различных миниатюрных теплоотводящих конструктивов (типа мостов, шин, пружин и т.д.).
В процессе проектирования КП важно правильно выбрать конфигурацию, взаимное расположение и приемлемые, с точки зрения удобства и бездефектности реализации монтажно-сборочных операций, размеры элементов плат. В настоящее время разработаны некоторые рекомендации по проектированию элементов КП (рис.9 – 12 и табл.8).
Рис.9. Рекомендации по проектированию КП с учетом возможного поворота компонента (а) и неточности позиционирования компонентов по осям X (б) и Y (в): 1 - вывод компонента; 2 - контактная площадка из припоя; 3 - компонент; 4 - центральная линия ориентирующих отверстий; f = ±30; Dmax = Lmin-2.0-2Dp-2Dq; Dp » ±0,3мм; Dq » ±0,2мм; Q»0,1мм; D=Wmax+2Dp+I; D»2,6...5,4мм; F = 1/2Wmax + Dp + Dq + k
Рис.10. Рекомендации по проектированию КП для ТПМК при использовании пассивных компонентов в корпусе типа mini- Melf (размеры в мм): 1 - конфигурация площадки для пайки оплавлением дозированного припоя в парогазовой среде; 2 - конфигурация контактной площадки для пайки двойной
волной припоя; 3 - ошибочная топология; 4 - правильная топология
Рис.11. Технологические ограничения при проектировании КП в ТПМЖ: 1 - контактная площадка с припоем под вывод ИС; 2 - ширина контактной площадки; 3 - длина контактной площадки; 4 - граница защитной маски; 5 - контактная площадка с припоем для вывода пассивного компонента; 6 - контактные площадки переходных отверстий; 7 - проводник, соединяющий контактную площадку с переходным отверстием; 8 - переходные отверстия
Рис.12. Технологические ограничения при проектировании элементов КП в ТПМ с учетом пайки оплавлением дозированного припоя: а - длина контактной площадки недопустимо велика; б - ширина площадки недопустимо велика; в - приемлемый размер знакоместа; г - одна широкая проводящая дорожка под компонентом; д - несколько узких дорожек под компонентом (более приемлемый вариант чем г). 1 - навесной компонент; 2 -контактная площадка с припоем; 3 - проводящая дорожка
Таблица 8