5. Находится коэффициент Кп в зависимости от коэффициента перфорации.
6. Определяется перегрев корпуса блока по формуле
; (6.7)
7. Определяется перегрев нагретой зоны по формуле
; (6.8)
8. Определяется средний перегрев воздуха в блоке
; (6.9)
9. Рассчитываются: удельная мощность элементов по формуле
; (6.10)
перегрев поверхности элементов по формуле
; (6.11)
перегрев окружающей среды у элементов по формуле
; (6.12)
10. Находятся температура корпуса блока по выражению
; (6.13)
температура нагретой зоны по формуле
; (6.14)
температура поверхности элементов по формуле
; (6.15)
средняя температура воздуха в блоке
; (6.16)
температура окружающей среды у элементов
; (6.17)
Расчет теплового режима произведен при помощи ЭВМ. Исходные данные и результаты расчета приведены в приложении.
6.3 Расчет конструктивно-технологических параметров ПП
6.3.1 Выбор и обоснование методов изготовления ПП
Миниатюризация радиоэлектронной аппаратуры в большой степени зависит от технологии производства печатных плат, особенно многослойных. Многослойные печатные платы, сохраняя свойства обычных ПП, имеют свои особенности: высокая плотность монтажа; однотипность и воспроизводилось электрического взаимодействия между проводниками различных цепей (возможность учета паразитных связей и наводок, применение экранирующих слоев); размещение монтажа в однородной диэлектрической среде; более высокая устойчивость внутренних слоев к климатическим воздействиям; лучшая теплоотдача, меньшее число контактов входа и выхода [10].
Эти особенности МПП обусловили основные области применения: для выполнения соединений между интегральными микроузлами; в аппаратуре, размеры и масса которой должны быть минимальными, а также требуется экранирования большого числа электрических цепей; в аппаратуре, где должна быть обеспечена электрическая стабильность по всему тракту прохождения сигнала.
Требования, предъявляемые к аппаратуре, такие как надежность, малые габаритные размеры и масса, обеспечение теплоотводов, оптимальное резервирование, ремонтопригодность, а также экономичность конструкции, определили появление многочисленных методов изготовления MПП. В настоящее время известно около двухсот конструктивно-технологических способов получения MПП. В лабораторных условиях осуществляются 10-20 методов, а некоторые требования производственного, экономического и конструктивного характера ограничивают число методов, применяемых в промышленности до двух-трех. Широкое распространение получили метод открытых контактных площадок и метод металлизации сквозных отверстий,
В методе открытых контактных площадок межслойные соединения выполняются с помощью пайки выводов компонентов к контактным площадкам любого слоя. В этом способе главным критерием качества является малый сдвиг слоев, для определения максимально допустимого смещения слоев МПП относительно друг друга следует установить технологические критерии сдвига, руководствуясь при этом электрическими, технологическими и конструкционными требованиями. Говоря об электрических параметрах, в первую очередь необходимо иметь в виду обеспечение высокой надежности печатного монтажа, для чего надо избегать пробоев и электрических замыканий между проводниками и контактными площадками ПП. Отдельные слои МПП изготавливаются фотохимическим способом на одностороннем фальгированном диэлектрике. В слоях штампом вырубаются отверстия так, чтобы после их сборки в МПП ко всем контактным площадкам имелся свободный доступ. После сборки в пакет платы совмещаются и спрессовываются. Однако наибольшее распространение получил метод металлизации сквозных отверстий.
Этот метод является сравнительно простым и широко используется нас в стране и за рубежом. В мировой практике достигнуты определенные успехи в технологии изготовления МПП с применением химико-гальванической металлизации для создания электрических межслойных соединений. Металлизация позволяет повысить плотность монтажа, сократить число контактов, снизить продолжительность производственного цикла. Метод металлизации сквозных отверстий по существу, единственный метод создания конструкций МПП с наиболее оптимальной электрической структурой, обеспечивающий надежную передачу наносекундных импульсов и распределение питания между активными элементами быстродействующих вычислительных машин. Изготовление этим методом MПП имеют: более короткие линии связей; возможность электрического экранирования; улучшение характеристик, связанное с устойчивостью к воздействию окружающей среды в результате расположения всех печатных проводников в массе монолитного диэлектрика; возможность увеличения числа слоев без существенного возрастания стоимости и длительности процесса. Более 80% всех MПП изготавливаются методом металлизации сквозных отверстий. Такие платы могут быть жесткими, гибкими и комбинированными. Сущность метода состоит в следующем. Сначала собирают пакет из отдельных слоев с монтажными схемами на внутренних слоях (выполненными химическим способом или позитивным) и из склеивающихся прокладок. На каждом отдельном слое с проводящим рисунком пробивают базовые (фиксирующие) отверстия, с помощью которых совмещают контактные площадки по вертикали. Число отверстий устанавливается в зависимости от размеров платы. Данная операция проводится на установке совмещения и пробивки фиксирующих отверстий. Аналогичные отверстия пробиваются и в листах прокладочной стеклоткани.
После склеивания прессованием слоев в монолитный пакет проводят сверление - на стенках отверстий вскрывают торцы контактных площадок внутренних слоев. Соединения их друг с другом и с контактными площадками наружного слоя осуществляется в результате металлизации отверстий. Недостаток - необходимость подтравливания диэлектрика, что вызывает опасность загрязнения изоляционного основания продуктами травления. Однако подтравливание диэлектрика в отверстиях МПП позволяет увеличить поверхность фольги в переходном отверстии примерно на 300%. Это повышает надежность межслойного соединения.
Таким образом, вышеуказанные достоинства метода металлизации сквозных отверстий обуславливают его использование при производстве печатной платы.
6.3.2 Расчет параметров печатного монтажа
Последовательность расчета:
1. Исходя из технологических возможностей производства выбирается метод изготовления и класс точности 1111. Для изготовления МИН выбираем химический способ изготовления, класс точности 3.
2. Определяем минимальную ширину, мм, печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления:
; (6.18)
где Jмах - максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках, А;
Jдоn - допустимая плотность тока, А/мм2 ;
t- толщина проводника, мм.
;
3. Определяем минимальную ширину проводника, мм, исходя из допустимого падения напряжения на нем по формуле
; (6.19)
где р - удельное объемное сопротивление, Омּмм2 /м;
l - длина проводника, м;
Uдоп - допустимое падение напряжения, В.
4. Определяем номинальное значение диаметров монтажных отверстий d:
; (6.20)
где dэ - максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ;
ΔdНО - нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия, мм.
r - разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ЭРЭ.
5. Определяем наименьший номинальный диаметр контактной площадки по формуле
; (6.21)
где d - диаметр отверстия, мм;
Δd - верхнее предельное отклонение диаметра отверстия, мм;
Δtво - верхнее предельное отклонение диаметра контактной площадки,
Δtmp - значение подтравливания диэлектрика в отверстии, для МПП принимается равным 0,03 мм;
b - гарантийный поясок, мм;
Δtno - нижнее предельное отклонение диаметра контактной площадки;
Td - допуск расположения осей отверстий, мм.
TD - допуск расположения центров контактных площадок.
6. Определяем наименьшее номинальное расстояние l между двумя контактными площадками по формуле:
; (6.22)
где D1, D2 - диаметры контактных площадок, мм;
п - количество проводников проходящих между контактными площадками;
S, t - наименьшие значения основных размеров для узкого места. Для третьего класса точности S=0,25, t=0,25;
Т1 - значение допуска расположения печатного проводника, мм.
6.4 Полный расчет надежности
Расчет выполняется на заключительной стадии проектирования, когда имеется (по результатам соответствующих расчетов) точная информация об условиях работы элементов с учетом влияния внешних и внутренних воздействующих факторов (температуры, вибраций, влажности и т.п.) [16].
Расчет выполняется для периода нормальной эксплуатации при следующих основных допущениях:
- отказы случайны и независимы;
- учитываются только внезапные отказы;
-имеет место экспоненциальный закон надежности.
При полном расчете надежности учитываются не только электрической схемы, но и элементы конструкции (монтажные соединения, печатные платы, монтажные проводники, несущие конструкции и т.д.). Кроме того, при полном расчете надежности учет электрического режима и эксплуатационных условий работы элементов должен быть произведен точно.
Исходными данными для полного расчета надежности устройства должны быть следующие:
1. Электрическая принципиальная схема и перечень используемых в конструкции элементов.
2. Значения коэффициентов электрической нагрузки элементов. Если по результатам разработки схемы устройства эти данные отсутствуют, то значения коэффициентов электрических нагрузок должны быть рассчитаны путем сравнения расчетных уровней нагрузок элементов схемы с рабочими характеристиками соответствующих элементов конструкции.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17
