Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»
УДК
№ госрегистрации
Инв. №
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ №3
ОСНОВЫКОНСТРУИРОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА РЭС
(промежуточный)
Руководитель
доцент каф.404
канд.тех.наук ____________________ Т. Ю. Васильева
Отв.исполнитель
Студент гр. М4О-311Б-19 ____________________ О.О. Уланов
Москва
2021г.
Задание
Ответить на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
1. Опишите существующие разновидности печатных плат (ПП), гибких печатных кабелей и шлейфов.
ПП в зависимости от количества слоев делятся на: односторонние, двусторонние, многослойные
В зависимости от материала основы: жесткие, тепловодные, гибкие
Гибкий печатный кабель - гибкая печатная плата, проводящий рисунок которой состоит из печатных проводников, предназначенная для электрического соединения печатных узлов.
Виды шлейфов: межплатные шлейфы, шлейфы управления LCD-индикатором, клавиатурные шлейфы, шлейфы управления HF-гарнитуры, шлейфы микрофона, шлейфы камер, шлейфы боковых кнопок.
2. Каковы особенности разработки конструкций многослойных печатных плат (МПП) и особенности разработки конструкции гибких печатных кабелей и шлейфов?
При использовании многослойных печатных плат можно увеличить плотность монтажа путём добавления слоёв без заметного увеличения габаритов. Важным преимуществом многослойного печатного монтажа является размещение экранирующих слоёв непосредственно в печатной плате. Металлический экранирующий слой может находиться между любыми внутренними слоями или на наружных поверхностях. Экранирующие слои могут быть соединены с конструктивными деталями рамы для улучшения теплоотвода. Многослойный печатный монтаж может быть защищён от механических повреждений и внешних воздействий нанесением дополнительного слоя диэлектрика. Однако основными преимуществами многослойного монтажа являются экономия объёма при использовании узких и тонких токопроводящих металлических соединений и малогабаритных разъёмов и потенциально высокая надёжность
Печатные платы и гибкие печатные кабели делятся на 3 класса. 1 характеризуется наименьшей плотностью проводящего рисунка и наименьшей точностью изготовления. 2 и 3 – повышенной и высокой плотностью проводящего рисунка соответственно высокой точностью изготовления. Рекомендуется выполнять платы всех размеров с плотностью проводящего рисунка, соответствующей первому классу.
Плотность проводящего рисунка гибкого печатного шлейфа или кабеля определяется шагом расположения печатных проводников, который может быть равным 1,25 или 2,5 мм. Максимальные размеры гибких печатных шлейфов кабелей составляют 150x400 мм, при этом допустимый радиус изгиба гибкого печатного кабеля должен быть не менее 10, а гибкого шлейфа не менее 1,5 мм
3. Опишите преимущества и недостатки МПП. (Опишите структурные, геометрические и электрические параметры ПП).
Преимущества:
1. Высокая плотность проводников и компонентов в сравнении с тем, какими они были раньше (это дало возможность значительно уменьшить размер платы, и, как итог, готовое оборудование);
2. Длина проводников стала более короче, что обеспечило более эффективную работу;
3. Разнородные компоненты усилили полезные свойства каждого из этого комплекта;
4. Улучшенное экранирование цепи переменного тока;
5. Оптимальный отвод тепла от платы;
6. Устойчивость элементов при оказании на них различных влияний;
7. Повышенная прочность и долговременность благодаря применяемым способам сборки;
8. Улучшение качеств в ее составе при необходимости.
Недостатки:
1. Высокие требования к квалификации сотрудников и настройке точности используемого оборудования;
2. Увеличенная трудоемкость при разработке и выпуске плат;
3. Обязательное использование первоклассного и дорогостоящего технологического оборудования;
4. Строгий производственный и операционный контроль;
5. Затруднения в осуществлении самостоятельного ремонта;
6. Повышенная цена по сравнению с предшественниками.
4. Опишите материалы, которые применяются при изготовлении МПП, гибких печатных кабелей и шлейфов.
Различные материалы в разной степени отвечают поставленным задачам. Особенно существенно отличаются свойства неорганических и органических полимерных материалов. В случае неорганических материалов можно выделить следующие особенности:
• Высокая нагревостойкость
• Низкий температурный коэффициент расширения
• Хорошие диэлектрические свойства
• Влагостойкость
• Отсутствие или очень малое выделение летучих продуктов в процессе воздействия эксплуатационных температур
Некоторые из материалов могут иметь высокую теплопроводность. Таковым, например, является керамика. Но керамика сложный материал для механической обработки. В этом отношении большим преимуществом обладает материал из слюды со стеклянным связывающим составом, но его минус в том, что он достаточно дорогой для реализации.
Данные недостатки привели к тому, что неорганические материалы достаточно редко используются в изготовлении печатных плат.
Широко применяются в создании печатных плат органические материалы. Это объясняется большим разнообразием технологических приемовв их переработки и возможностью регулирования в широком диапазоне практических всех важных технологических и эксплуатационных свойств.
К таким относятся:
• Электрические и механические свойства
• Теплостойкость
• Влагостойкость
• Нагревостойкость
• Количественный и качественный состав летучих продуктов, выделяемых при воздействии эксплуатационных температур
Наиболее распространенными материалами являются гетинакс и стеклотекстолит.
Для изготовления многослойных печатных плат используется главным образом фольгированные диэлектрики. Для фольгирования, как правило, используются медь, иногда алюминий и никель. Среди фольгированных диэлектриков стоит отметить фольгированный гетинакс, фольгированный стеклотекстолит, фольгированный армированный фторопласт.
5. Как производится расчет электрических параметров ПП?
Приведите примеры расчета сопротивления проводника, нахождение переменного тока в печатных проводниках, расчёт ёмкости печатных проводников.
Определение сопротивления печатных проводников. Сопротивление проводника из однородного металла:
- удельное электрическое сопротивление проводника,
l=0,011 длина проводника, мм, b=4 ширина проводника, мм, h=0,05 толщина проводника, мкм.
Таким образом, сопротивление проводника питания определится по формуле:
2) Эффективная глубина проникновения тока:
Где f – частота, Гц,
– коэффициент, зависящий от свойств токопроводящего материала и покрытия.
Сопротивление печатного проводника на высоких частотах:
Определяем удельное поверхностное сопротивление:
Найдем сопротивление наиболее распространенных в технике ПП плоских медных проводников на высоких частотах:
1,35 - коэффициент концентрации тока на углах сечения проводника.
2) Определим допустимую токовую нагрузку.
Согласно графику зависимости токовой нагрузки от ширины проводника, при ширине проводника 0,3 мм, толщине 50 мкм, сечение будет равно 0,0015 мм2. Допустимая плотность тока при 200С равна 1,7 А/мм.
3) Найдем емкость и индуктивность между печатными проводниками.
Определяем взаимные емкости С и индуктивности L линий связи для заданного типа электрических соединений.
а) Паразитная емкость, возникающая между параллельными проводниками на печатной плате при b1 = b2 = 4мм:
где ε = 1 – диэлектрическая проницаемость среды;
l = 80 мм – длина проводника;
h = 50·10-3 мм – толщина проводника;
а = 0,5 мм – зазор между проводниками.
Индуктивность определится по формуле:
,мкГн
Определим те же параметры для сигнального проводника.
При b1 = b2=0,3 мм
а=0,95мм, l=50 мм.
,мкГн
б) При 
где 
– собственная индуктивность проводников (мкГн) шириной b1 и b2.
– взаимоиндуктивность проводников, определяется при условии 
Проводники расположены с двух сторон параллельно друг другу равной ширины.
где a – зазор между проводниками,
– диэлектрическая проницаемость среды,
– длина проводника (поскольку направление пересечения ортогонально),
– ширина проводника.
Так как проводники на различных сторонах платы проложены взаимноортогонально, расчет в этой части полностью совпадает с предыдущим.
Проводники расположены на одной прямой с малым зазором между их совпадающими концами.
6. Изобразите схематически МПП с внутренними межслойными переходами и подпишите все компоненты МПП.
7. Дайте определение понятиям: печатный проводник, экран, внешние и внутренние слои печатные платы, координатная сетка, контактная площадка и опишите правила их взаимного расположения на основании ПП.
1. Печатный проводник – одна полоска в проводящем рисунке печатной платы. Используется для соединения элементов между собой.
2. Экран – элемент проводящего рисунка печатной платы, предназначенный для защиты элементов печатного узла от электромагнитных излучений. Располагаются возле элементов, которые необходимо защитить от паразитных явлений.
3. Внешний слой ПП – проводящий рисунок печатной платы, расположенный на наружной стороне печатной платы.
4. Внутренний слой ПП – проводящий рисунок печатной платы, расположенный внутри многослойной печатной платы. Располагается под внешними слоями ПП.
5. Координатная сетка – ортогональная сетка из двух параллельных равноудаленных линий, определяющих места расположения соединений на печатной плате. Располагается на слоях ПП.
6. Контактная площадка – элемент печатного рисунка платы или другого коммутационного основания, предназначенного для дальнейшего выполнения паяного соединения или иного соединения. На печатных платах контактные площадки выполняются вокруг отверстий (при монтаже в отверстия) или без отверстий (для поверхностного монтажа).
8. Опишите особенности и разновидности соединения гибких печатных шлейфов с ПП.
Гибкие печатные шлейфы и печатные платы изготавливаются по одной и той же технологии, но благодаря более пластичной форме первых позволяет изгибать их под очень острым углом для соединения двух параллельно расположенных печатных плат ячеек.
По конструктивному оформлению и способам присоединения к печатным платам гибкие печатные шлейфы могут быть выполнены в нескольких вариантах:
1.Гибкие печатные шлейфы, оканчивающиеся металлизированными контактными площадками с отверстиями. Шлейфы устанавливаются и запаиваются на штыри, расположенные на печатной плате или колодке. Шлейф и колодка образуют печатный кабель.
2.Гибкие печатные шлейфы, оканчивающиеся металлизированными контактными площадками, которые после совмещения припаиваются к контактным площадкам печатной платы
3.Гибкие печатные шлейфы, оканчивающиеся контактными лепестками, которые припаиваются к контактным площадкам печатной платы. Эти шлейфы могут иметь однорядные и двухрядные контактные лепестки
Гибкие печатные шлейфы с металлизированными контактными площадками на конце выдерживают большие механические воздействия, но разрешающая способность технологии их изготовления небольшая, и они используются при малом числе соединений.
При большом числе выходных контактов с печатных плат необходимо использовать гибкие печатные шлейфы, оканчивающиеся металлизированными контактными площадками без отверстий или шлейфы, оканчивающиеся контактными лепестками. Такие кабели обязательно крепятся в зоне электрического присоединения к печатным платам с помощью прижимной планки или скобы.
Гибкие печатные шлейфы первого варианта устанавливаются с одной стороны печатной платы, все остальные можно помещать с двух сторон
9. Опишите особенности расчёта: погрешностей расположения отверстий на ПП и расположения контактных площадок при изготовлении ПП. Приведите примеры данных расчётов.
Погрешность расположения отверстия dотв = dо + dб, где dо – погрешность расположения отверстия относительно координатной сетки, обусловленная точностью сверлильного станка, мм; dб – погрешность базирования плат на сверлильном станке, мм.
Погрешность расположения контактной площадки при изготовлении печатных плат определяется выражением: dк.п. ′ = dш + dэ + dм + dо, где dш – погрешность расположения контактных площадок на фотошаблоне относительно заданных координат, мм; dэ – погрешность расположения контактной площадки на слое платы в результате ошибки экспонирования, мм; dм – погрешность расположения контактных площадок на слое, возникающая после стравливания фольги за счет линейной деформации материала диэлектрика, мм (линейная деформация основания фольгированных материалов определяется их толщиной: при толщине 0,1-0,12 и 0,2-0,25 мм усадка составляет соответственно 0,05 и 0,03%; при толщине 0,5 и более усадки практически нет; dс – погрешность расположения фотошаблона относительно базовых отверстий заготовки, обусловленная неточностью базовых отверстий фотошаблона dп и заготовки dз для односторонней печатной платы (зависит в основном от точности оснастки и инструмента). или ошибка совмещения слоев в пакете многослойной печатной платы, обусловленная точностью образования базовых отверстий в слоях и точностью изготовления пресс-формы (dпф) для прессования пакета.
В процессе производства многослойных печатных плат часто предусматривается контроль смещения (ухода) контактных площадок после изготовления слоев. В этом случае выражение для определения погрешности расположения центра контактной площадки принимает вид: dк.п. ′ = dу + dс, где dу – суммарный уход центра контактной площадки относительно заданных координат, указываемый в технологическом процессе и подлежащий контролю.
10. Приведите пример расчета геометрических размеров Функциональной ячейки.
Приняты следующие обозначения: Lx, Ly – размеры печатной платы по осям x и y; b – размер ФЯ по оси x с учетом конструкции направляющих и элементов крепления в блоке; ∆ – толщина печатной платы; – высота электрического соединителя; Hc – высота интегральной микросхемы; – высота механических конструкций (рамки, планки и т.п.) или пайки; Hk – высота элементов крепления и контроля ФЯ; tя – шаг установки ФЯ в блоке; hя – высота ФЯ, определяемая высотой наиболее выступающего элемента конструкции.
Использованные источники
1. Основы конструирования и технологии производства РЭС: учебное пособие / Е. И. Кротова; Яросл. гос. ун-тим. П. Г. Демидова. – Ярославль: ЯрГУ, 2013. – 192 с.
2. ГОСТ 20406-75 Платы печатные. Термины и определения. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200027689
3. Печатные платы. Практическое пособие для студентов технических специальностей. URL: https://bookash.pro/ru/book/274930/pechatnye-platy-prakticheskoe-posobie-dlya-studentov-tehnicheskih-spetsialnostei-rabotnikov-sfery-ra
4. Расчет погрешностей: https://www.ncfu.ru/export/uploads/imported-from-dle/op/doclinks2017/Metod_MiOMPP_11.03.04_2017.pdf