11.2. Комутаційні плати для поверхневого монтажу

11.2.1. Вимоги до комутаційних плат ПМ Застосування мікрокорпусних компонентів дає можливість зменшити площу плати в 3 рази, об'єм у 8 разів, а масу від 8 до 20 разів. Збільшується надійність апаратури, полегшується автоматизація процесів складання, вартість установки відносно традиційних елементів зменшується в 2-8 разів.

При проектуванні монтажних плат для мікрокорпусів виникають три основні проблеми:

• забезпечення сумісності плат і мікрокорпусів за температурним коефіцієнтом розширення;

• реалізація достатньо високої щільності міжз'єднань, яка має узгоджуватись із щільністю розташування контактних площадок виводів мікрокорпусу;

• забезпечення надійного тепловідводу від мікрокорпусів, що розсіюють значну потужність.

Проблему високої щільності міжз'єднань вирішують або зменшенням розмірів провідників і відстані між ними, або збільшенням кількості шарів. Збільшення кількості сигнальних шарів зменшує рівень перехресних завад, дозволяє зменшити паразитну ємність і час затримки сигналу, що особливо важливо для сигналів з високими тактовими частотами.

Дуже важливим є завдання забезпечення теплових режимів. Це пояснюється тим, що поверхневий монтаж дає можливість монтувати корпуси значно ближче один до одного. Потужність, яка виділяється при цьому з 1см² більше 0,1вт. Поряд з цим, виникає проблема температурної сумісності матеріалу плати і корпусу.

В разі монтажу мікрокорпусу на поверхню плати, припій забезпечує електричний контакт і додаткове механічне кріплення. Оскільки ТКР склотекстолітової плати і мікрокорпусу відрізняються в 3 рази, то при зміні температур в наявних з'єднаннях виникають великі механічні напруження, які призводять до мікротріщин і відмови з'єднань. Проблема ця ускладнюється із збільшенням числа контактних площадок мікрокорпусу. Для бортової апаратури (з режимами роботи в діапазоні від - 65° до +115°С) узгодження ТКР є обов'язковим.

Основними вимогами до монтажних плат поверхневого монтажу є:

• забезпечення компенсації механічних деформацій в паяних з'єднаннях, зумовлені різницею в ТКР;

• забезпечення достатньої теплопровідності матеріалу основи,

• забезпечення механічної жорсткості основи для уникнення додаткових деформацій паяних з'єднань.

11.2.2. Матеріали основи комутаційних плат пм.

Однією з переважних відмітних якостей поверхневого монтажу є необхідність широкого застосування різних матеріалів для виготовлення основ плат. У числі інших причин це пов'язано з необхідністю забезпечення нормального теплового режиму апаратури (інтенсивного тепловідводу) при зменшенні масогабаритних показників електронних компонентів, друкованих вузлів РЕА.

Усі матеріали, що використовуються для конструктивної побудови плат, можна умовно поділити на три групи:

1. Неорганічні матеріали.

2. Органічні матеріали.

3. Комбіновані матеріали.

Матеріал основи друкованих плат повинен забезпечити можливість механічної обробки свердлуванням, штампуванням, без утворення тріщин, відшарувань і розщеплення, інших дефектів, що впливають на електричні й експлуатаційні параметри плат. Різновиди основ плат, виконаних з різних матеріалів, подані на рис. 11.21. Перелічені матеріали широко використовуються у світовій практиці для виготовлення плат за технологією поверхневого монтажу.

Рис. 11.21. Різновиди основ плат для поверхневого монтажу.

Матеріали для виготовлення основи плат вибираються з урахуванням забезпечення оптимальності термічних, механічних та електричних характеристик.

Плати, які нині використовуються поряд із їх перевагами мають і недоліки. Жодна із застосовуваних систем не може задовольнити усіх вимог виробництва. Отже, необхідний компромісний варіант, що найбільшою мірою відповідає вимогам встановлення компонентів і забезпечення надійності виробу.

Застосовувані плати варіюються від звичайних плат друкованого монтажу до дуже складних систем з посиленою основою. Існують певні критерії вибору матеріалів, що є загальними для усіх випадків. Для полегшення вибору в таблиці 11.1 зазначено конструкційні параметри і характеристики матеріалів, що впливають на їх вибір. На основі цих матеріалів можуть бути виготовлені плати з різними властивостями, що залежать від вибору конкретного складу, товщини шару, методів обробки. При цьому розширення по X і Y конкретизується підбором складу і спеціально введених шарів, тільки вісь Z вільна для необмеженого розширення, а матеріали використовуються лише за відповідності встановленим вимогам.

Таблиця 11.1.

Конструктивно-технологічні характеристики плат для ПМ.

Вид матеріалу	Основні Переваги	Основні недоліки	Область застосування
1	2	3	4
Керамічні основи	Мають довгострокову стабільність, високу тепловіддачу, низький КТР, високу надійність	Обмежені розміри основи, неможли-вість повторної обробки, велика маса, велика вар-тість, крихкість, висока діалект-рична постійна	Використовуються в мультичіпах, модулях живлення, для виготовлення схем із значним розсіюванням потужності, у великих аналогово-цифрових схемах комбінованого типу.
Металеві основи	Немає обмежень щодо розміру, висока механічна міцність, ста-більність розмірів, тех-нологічність, висока теплопровідність, низька вартість	Велика маса	Застосовуються для виготовлення гібридних інтегральних схем, НВЧ інтегральних схем, клавішних пультів телефонного зв'язку, ламп-спалахів, телевізійної апаратури, радіоелектронних систем автомобілів, електродвигунів
Склоепоксид	Немає обмежень щодо розмірів, мала маса, високі діелектричні властивості, висока технологічність	Низька теплопровідність, високий КТР	Використовується як об’ємний монтажний матеріал в плоских радіоприймачах, портативних відеоплеєрах, автомобільних муз центрах
Склополіімід	Немає обмежень щодо розмірів, мала маса, високі діелектричні властивості, ремонтопридатність	Низька теплопровідність, високий КТР, високе вологопоглинання	Використовується як об'ємний монтажний матеріал в плоских радіоприймачах, портативних плеєрах, автомобільних муз центрах
Епоксид- арамід	Немає обмежень щодо розмірів, низький КТР по осях Х-Y, мала маса, висока ремонтопридатність, діелектричні властивості	Погана теплопровідність, високий КТР по осі Z, високе вологопоглинання	-׀׀-
Поліімід- арамід	Немає обмежень щодо розмірів, низький КТР по осях Х-Y, мала маса, ремонтопридат-ність, високі діелек-тричні властивості	Погана теплопровідність, мікротріщини, високий КТР по осі Z, високе вологопоглинання	-׀׀-
1	2	3	4
Поліімід плавлений	Немає обмежень щодо розмірів, низький КТР по осях Х-Y, мала маса, ремонтопридатність, високі діелектричні властивості	Погана теплопровідність, неможливість свердлування, висока вартість, низький вміст смоли	-׀׀-
Скловолокно арамідне, змішане волокно	Немає обмежень щодо розмірів, низький КТР по осі Z, мала маса, ремонтопридатність, високі діелектричні властивості, відсутність тріщин	Погана теплопровідність по осях Х-Y, високе вологопоглинання	Використовується: якості об'ємного монтажного матеріалу в портативних радіоприймачах, аудіо- та відеоплеєрах автомобільних муз центрах
Скловолокно тефлоновий шар	Мала діелектрична постійна, здатність витримувати великі температури	Низька теплопро-відність, великий КТР, низька температурна стабільність, великий КТР по осях Х-Y	Застосовується у високошвидкісних логічних схемах
Гнучкий діелектрик	Невелика маса, мінімальний КТР, гнучкість	Висока вартість, високий КТР по осі Z, обмеження щодо розмірів.	Гнучкі друковані плати та шлейфи

Якщо для основи використовується гнучкий шар або який-небудь базовий матеріал основи, то коефіцієнт теплового розширення (КТР) композиту повинен відповідати КТР базового матеріалу.