CC BY
89
3. Каден, Г. Электромагнитные экраны в высокочастотной технике и технике электросвязи / Г. Каден. — М. : Госэнерго-издат, 1957. - 327 с.
4. Князев, А. Д. Конструирование радиоэлектронной и электронно-вычислительной аппаратуры с учетом электромагнитной совместимости / А. Д. Князев, Л. Н. Кечиев, Б. В. Петров. - М. : Радио и связь, 1989. - 224 с.
5. ООО «ПСБ технологии». — Режим доступа : http:// pcbtech.ru (дата обращения: 30.05.2016).
6. Кечиев, Л. Н. Проектирование печатных плат для цифровой быстродействующей аппаратуры / Л. Н. Кечиев. — М. : ООО «Группа ИТД», 2007. - 616 с.
7. Кечиев, Л. Н. Анализ влияния конструкций сетчатых экранов на волновое сопротивление линий связи в многослойных печатных платах / Л. Н. Кечиев, О. С. Гардлер, А. А. Шевчук // Технологии ЭМС. - 2002. - № 2. - С. 41-43.
8. Газизов, Т. Р. Электромагнитная совместимость и безопасность радиоэлектронной аппаратуры / Т. Р. Газизов. — Томск : ТМЛ-Пресс, 2007. - 256 с.
ОСИНКИНА Марина Евгеньевна, ведущий инженер-конструктор АО «Омский научно-исследовательский институт приборостроения». КИСМЕРЕШКИН Владимир Павлович, доктор технических наук, профессор кафедры средств связи и информационной безопасности Омского государственного технического университета. Адрес для переписки: marishao@inbox.ru
Статья поступила в редакцию 10.07.2016 г. © М. Е. Осинкина, В. П. Кисмерешкин
УДК 621304975 М. Е. ОСИНКИНА
В. П. КИСМЕРЕШКИН
Омский научно-исследовательский институт приборостроения
Омский государственный технический университет
ОБ УЧЁТЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
Рассматривается влияние технологических покрытий на волновое сопротивление печатных плат, содержащих микрополосковые линии передачи. Рассчитана погрешность выполнения волнового сопротивления с учетом технологических покрытий.
Ключевые слова: технологическое покрытие, печатная плата, волновое сопротивление, микрополосковая линия.
Проектирование многослойных печатных плат связано с целым рядом аспектов: схемотехнические, конструкторские и технологические. Их учет позволит создать более точный топологический рисунок, от которого будет зависеть функционирование всего изделия. Чем более выверены и обоснованы будут решения на стадии проектирования, тем короче и дешевле будет этап экспериментальной отработки. Одними из основных факторов являются технологические, включающие защитные покрытия во время изготовления печатной платы, и влагозащитные покрытия после монтажа платы.
Повышение влажности воздуха, а в предельных случаях и конденсация влаги, приводят к ухудшению диэлектрических свойств изоляционных материалов и в первую очередь — оснований печатных плат. Доля отказов аппаратуры под воздействием влаги составляет 6-21 % и 19-24 % соответственно при испытании и эксплуатации [1]. Поэтому при разработке печатных плат необходимо закладывать в технологический процесс защитные покрытия.
Защитные покрытия выполняют следующие функции [2]:
— защита печатной платы от повреждений и коррозии;
— ограничение поверхностей пайки знакоместа, при которой припой в процессе пайки остается на поверхности;
— предотвращение стекания припоя на печатные проводники;
— предотвращение короткого замыкания вследствие разбрызгивания припоя или под воздействием капель припоя;
— повышение сопротивления изоляции между печатными проводниками и поверхностями пайки знакоместо.
Обычная рабочая последовательность в классической технологии производства печатных плат заключается в том, что на общий рисунок проводников наносится защитная паяльная маска.
Паяльная маска предназначена для защиты всей поверхности печатной платы кроме контактных площадок от воздействия расплавленного припоя и флюса при групповых процессах пайки компонентов и проводники от перегрева. Паяльная маска наносится на всю поверхность печатной платы за исключением контактных площадок и металлизированных отверстий, которые при групповых процессах пайки будут контактировать с расплавленным припоем [3].
гаммавоск 30—50 мкм
маска _ 40 мкм
— \ , Г2ооики
N
металлизированная печатная дорожка 18 мкм
Рис. 1. Последовательность покрытий печатной платы
сопротивление (к примеру, 50 Ом), при этом учитывает структуру и материалы печатной платы, и чаще всего без учета последующих технологических покрытий. Расчет микрополоска осуществляется как по известным формулам, так и соответствующим программам. При этом учет покрытий при расчетах опускают. В этой связи учет влияния защитных покрытий представляется актуальным.
Для оценки влияния покрытий необходимо знать диэлектрические проницаемости диэлектриков, защитного покрытия печатной платы и влагозащитного покрытия. К примеру, диэлектрическая проницаемость CARAPACE EMP 110 составляет 6,7, а влагозащитного покрытия «Гаммавоск» 2,4 [7]. Так как «маска» по технологическому процессу идет сразу после протравки топологического рисунка и ее диэлектрическая проницаемость в разы больше защитного покрытия «Гаммавоск», то рассчитаем для начала плату только с защитным покрытием CARAPACE EMP 110.
На рис. 2 показана модель микрополосковой линии с технологическим защитным покрытием сверху.
Величину волнового сопротивления оценим через процентное содержание диэлектриков в представленной модели на рис. 2.
Рис. 2. Модель микрополосковой линии
с защитным покрытием 1 — толщина микрополосковой линии; Ш — ширина микрополосковой линии; — высота диэлектрика; И2 — высота диэлектрика с технологическим покрытием;
г1 — диэлектрическая проницаемость диэлектрика; г2 — диэлектрическая проницаемость технологического покрытия
Лаковое покрытие платы часто называют влагозащитным. Действительно, в зависимости от химического состава и физических свойств лаковое покрытие выполняет функции диффузионного барьера для проникновения влаги к поверхности печатных плат. Однако необходимость применения лаковых покрытий состоит прежде всего в защите поверхности печатной платы от загрязнений в процессе эксплуатации печатного узла или блока [4].
Сравнительные результаты испытаний на влагостойкость печатных плат без покрытия и с лаковым покрытием показывают [5], что скорость изменения (уменьшение) сопротивления изоляции в печатной плате с лаковым покрытием значительно меньше [6].
Целью данной работы является исследование влияния защитных технологических покрытий в многослойной печатной плате на волновое сопротивление той или иной системы проводников.
Как известно в технологический процесс изготовления печатных плат закладывается защитное покрытие стоп-маска, необходимая для удержания паяльной пасты на контактных площадках и предотвращения растекания припоя, кроме того после монтажа элементов данную плату покрывают влагозащитным покрытием. Влагозащитные покрытия чаще всего представляют собой «гаммавоск» (ТУ 2241-001-71439219-2004-01) или кремнийорга-ническое лаковое покрытие КЛК-1 (ТУ 1133-0037143919-2013). На рис. 1 показана последовательность покрытия печатной платы.
Разработчик при создании топологии печатной платы закладывает определенную ширину дорожки микрополоска, определяющим требуемое волновое
Z = kZl + mZ 2
(1)
к — процентное содержание диэлектрика в общем объеме модели;
т — процентное содержание защитного покрытия в общем объеме модели;
Z1 — волновое сопротивление, где весь объем заполнен стеклотекстолитом;
Z2 — волновое сопротивление, где весьобъем заполнен защитным покрытием.
Исходя из рис. 2, выоодим формулу для коэффициентов к и т.
Z = -
7hcW 0,07h2W
7W (h2 -h0)-Wt.
(2)
(3)
0,07h2W
Подставтяем коэф —>ициента1 в 7wpMy-h ( — , itо-лучим:
7hYW 0,07h2Z
Zi +
7W (h2 - h,)- Wt 0077,
(4)
Найде= = з формулы 5 не обходимого ширин, микрополосковой лини + (I7) с учетом толщины фольги (t) равной 0,W8 м-, Т7лщины сте^мтекстолита (Л1) 0,2 мм д задашюгс) волнового сепрояивления (Z), равного 50 Он. Т-уде, -схода из волнового сопро-тивленид микрополосдовой жссии (Z ) и сдедуя [8]:
Z..„ =
70
л/0,47н + 0,77
1е
4h
0,77(0,HW +1)
(5)
Ширино микрополоска равна 0,3 мм.
Далее определим воановле сопротивление для стеклотекстолита и зощитн ого покрытия (Z2). Так как расчет идет с учетом покрытия, то возьмем формулу 6, расчет волнового сопротивления заглубленной линии (7).
Z 3 =■
60
, 5,98h, -ln- 2
, -1,55h, 1 -
0,8W +1
(6)
Волновое сопротивление диэлектрика равно 46,696 Ом, а защитного покрытия (72) равно 38,692 Ом. Подставив рассчитанные волновые сопротивления в выведенную формулу (4), получим волновое сопротивление с учетом влияния защитного покрытия. Волновое сопротивление (7) равно 42, 538 Ом.
Результат расчетов дает разницу в волновом сопротивление микрополосковой линии рассчитанной без покрытия, и где учтены технологические покрытия в 4,158 Ом. Если перевести в процентное соотношение то разница составит 15 %. Это достаточно весомо и может повлиять на электрические параметры микрополосковой линии. Таким образом, для повышения эффективности проектирования микрополосковых дорожек или других линий передач, при которых необходим учет волнового сопротивления, следует более полно учитывать кон-структорско-технологические параметры, а также материалы, заложенные при изготовлении печатной платы.
Библиографический список
1. Писарев, В. Система испытаний — основа обеспечения надежности РЭА / В. Писарев // Электроника: НТБ. — 2002. — № 5. - С 32-35.
2. Сускин, В. В. Основы технологии поверхностного монтажа / В. В. Сускин. - Рязань : Изд-во Узорочье, 2001. - 160 с.
3. Пирогова, Е. В. Проектирование и технология печатных плат : учеб. / Е. В. Пирогова. - М. : ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. - 250 с.
4. Медведев, А. М. Печатные платы. Конструкции и материалы / А. М. Медведев. - М. : Техносфера, 2005. - 304 с.
5. Медведев, А. М. Надежность и контроль качества печатного монтажа / А. М. Медведев. - М. : Радио и связь, 1986. - 216 с.
6. Уразаев, В. Влагозащитный печатный монтаж. Обзор методов / В. Уразаев // Электроника: НТБ. - 2003. - № 1. -С. 64-67.
7. ООО «Гамма-Ресурс». - Режим доступа : Ы1р://датта-resurs.ru (дата обращения: 11.05.2016).
8. Кечиев, Л. Н. Проектирование печатных плат для цифровой быстродействующей аппаратуры / Л. Н. Кечиев. - М. : ООО «Группа ИТД», 2007. - 616 с.
ОСИНКИНА Марина Евгеньевна, ведущий инженер-конструктор АО «Омский научно-исследовательский институт приборостроения». КИСМЕРЕШКИН Владимир Павлович, доктор технических наук, профессор кафедры средств связи и информационной безопасности Омского государственного технического университета. Адрес для переписки: marishao@inbox.ru
Статья поступила в редакцию 10.07.2016 г. © М. Е. Осинкина, В. П. Кисмерешкин
Книжная полка
Гуриков, В. Возникновение и развитие оптико-электронного приборостроения / В. Гуриков. - 2-е изд. -М. : Ленанд, 2016. - 192 c. - ISBN 978-5-9710-2863-5.
Книга является первым историко-научным исследованием развития оптико-электронного приборостроения от его истоков до создания современных оптико-электронных систем на лазерах. Анализируются взаимосвязи различных естественных и технических наук, разрабатывающих проблемы оптико-электронного приборостроения, а также отдельные понятия и явления, лежащие в его основе.
Книга рассчитана на научных и инженерно-технических работников, аспирантов и студентов старших курсов, занимающихся проблемами оптико-электронного приборостроения, а также на всех интересующихся вопросами истории науки и техники.
Щепетов, А. Основы проектирования приборов и систем. Задачи и упражнения. Mathcad для приборостроения : учеб. пособие / А. Щепетов. - 2-е изд., стер. - М. : Юрайт, 2016. - 272 с. - ISBN 978-59916-5748-8.
В книге даются начальные сведения о работе в интерактивной программной среде компьютерной математики Mathcad и примеры решения в этой среде типовых задач анализа, синтеза и оптимизации характеристик измерительных устройств. Изложение сопровождается большим количеством примеров с использованием оригинальных алгоритмов и программных модулей, разработанных автором. Их можно с успехом использовать в задачах расчета погрешности от нелинейности статической характеристики прибора, параметрического синтеза этой характеристики, расчета параметров градуировочной характеристики средства измерения, расчета статической характеристики корректирующего звена, кусочно-линейной аппроксимации этой характеристики и пр. Подробно рассматривается решение в Mathcad задач анализа динамических характеристик измерительных устройств и синтеза их параметров по критериям динамической точности, в том числе расчет передаточной функции прибора, расчет реакции прибора на детерминированный и случайный измерительные сигналы, синтез оптимальных значений параметров прибора по критериям минимальной длительности переходного процесса, максимальной ширины полосы пропускания частот, интегральным показателям качества переходного процесса и др.
Книга предназначена для студентов, аспирантов, магистров и преподавателей приборостроительных специальностей вузов, а также инженерно-технических и научных работников, специализирующихся в области расчета и проектирования средств измерений.
