CC BY
67
ческим способом, при котором температурная за- тензорезисторов и параметрах питания при одина-
висимость коэффициента тензочувствительности ковой чувствительности схема, питаемая напряже-
является минимальной, также были рассчитаны зна- нием, характеризуется на два порядка меньшей
чения сопротивлений тензорезисторов, выходной температурной погрешностью тензочувствительно-
сигнал мостовой, температурный коэффициент ухода сти, чем схема, питаемая током.
чувствительности схемы при питании током и Дальнейшей задачей исследования является
напряжением и температурный коэффициент ухода определение оптимальной концентрации легирующей
начального выходного сигнала. Результаты моде- примеси по критериям минимальной температурной
лирования показали, что при заданных номиналах погрешности и максимальной чувствительности аналитическим методом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ваганов В.И. Интегральные тензопреобразователи. - М.: : Энергоатомиздат, 1983. - 136 с., ил.
2. Баринов И. Н., Волков В.С., Цыпин Б.В., Евдокимов С.П. Разработка и изготовление микроэлектронных датчиков давления для особо жестких условий эксплуатации // Датчики и системы. - 2014. - №
2. - с. 49 - 61.
3. Баринов И.Н. Высокотемпературные тензорезистивные датчики давлений на основе карбида кремния. Состояние разработок и тенденции развития // Компоненты и технологии.-2 010.-№8.-С. 64-71.
4. Баринов И Н., Волков В.С. Обеспечение долговременной стабильности параметров высокотемпературных полупроводниковых тензорезистивных датчиков абсолютного давления // Приборы.- 2012. - № 9.
- с. 29 - 35.
5. Волков В.С., Баринов И.Н. Полупроводниковые датчики давления на основе резонансного преобразователя // Приборы.-2 012.-№7.-С. 9-13.
6. Мокров Е.А., Баринов И.Н. Разработка высокотемпературных полупроводниковых датчиков давления // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика.-2009.- №1.- С. 23-27.
7. Баринов И.Н. Конструктивно-технологические решения полупроводниковых преобразователей давлений на основе структуры «кремний-на-диэлектрике» // Технологии приборостроения.-2 006.-№4.-С. 2833.
8. Баринов И. Н., Волков В.С. Оптимизация чувствительного элемента датчика давления с поликремниевыми тензорезисторами // Приборы.- 2013. - № 2. - с. 1 - 5.
9. Кучумов Е.В., Баринов И.Н., Волков В.С. Струнный автогенераторный измерительный преобразователь на основе пьезоструктуры // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. - 2014. - № 2 (8). -
с. 58- 65.
10. Баринов И.Н., Волков В.С. Конструктивно-технологические проблемы обеспечения долговременной стабильности параметров высокотемпературных полупроводниковых тензорезистивных датчиков давлений / // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. Спец. выпуск - 2011. -№ 1. - С. 85-96.
11. Баринов И.Н. Оптимизация параметров полупроводниковых чувствительных элементов датчиков абсолютного давления // Приборы.-2 00 9.-№4.-С. 47-51.
12. Баринов И.Н. Высокотемпературные чувствительные элементы датчиков давления со структурой «кремний на диэлектрике» // Датчики и системы.-2007.-№ 1.-С. 36-38.
13. Баринов И.Н. Полупроводниковые тензорезистивные датчики давления на основе КНД-структуры // Компоненты и технологии.-2 00 9.-№5.-С. 12-15.
14. Волков В. С., Баринов И. Н. Компенсация температурной погрешности чувствительности высокотемпературных полупроводниковых датчиков давления // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль.
- 2013. - № 1(3). - С. 30-36.
15. Волков В.С. Снижение температурной зависимости начального выходного сигнала высокотемпературного полупроводникового датчика давления на структуре «поликремний - диэлектрик» // Надежность и качество - 2013: труды международного симпозиума: в 2 т. / под .ред. Н.К. Юркова. - Пенза: Изд -во ПГУ, 2013, - 1 т. - с. 75 - 77.
16. Волков В.С., Баринов И.Н., Дарвин В.Ю. Температурная компенсация чувствительности высокотемпературного полупроводникового датчика давления // Надежность и качество - 2012: труды международного симпозиума: в 2 т. / под .ред. Н.К. Юркова. - Пенза: Изд - во ПГУ, 2012, - 2 т. - с. 13 -15.
17. Kanda, Y. (1982) A Graphical Representation of the Piezoresistance Coefficients in Silicon.
IEEE Transactions on Electron Devices, ED-29, 64-70.
УДК 615.035.4
Кирдяев М.М., Горячева. Е.П., Горячев Н.В., Сулейменов Е.А.
ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
РАЗВИТИЕ И ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ГИБКИХ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
Введение названием лавсан, т.к. впервые в СССР был полуСогласно стандарту IPC-T-50 "Terms and чен в Лаборатории Высокомолекулярных соединений Definition for Printed Boards", гибкие печатные Академии Наук).
платы (ГПП) - это платы с гибким базовым мате- Полиимидные материалы являются наиболее рас-
риалом и защитным покрытием (или без него). Ос- пространенными базовыми материалами в настоящее
новной областью применения гибких печатных плат время. Это связано с тем, что они могут выдер-
является использование их в качестве соедините- живать высокие температурные воздействия, свя-
лей между различными частями электронных занные с процессом пайки. Основным недостатком
устройств выполненных на базе «обычных» (жестких данных материалов является их более высокая сто-
ПП), в качестве замены кабельных соединений. имость, по сравнению с материалами на основе по-
Гибкие печатные платы представляет собой мно- лиэстера. гослойную структуру, в которую входят следующие Материалы на основе полиэстера имеют доста-
составные части: точно ограниченное применение из-за недостаточ-
Основание (базовый материал) ной термостойкости. Однако стоимость данных ма-
Адгезивы (в некоторых случаях возможно ис- териалов существенно ниже, чем стоимость полии-
пользование материалов без адгезивного слоя) мидов.
Материал проводящего слоя Адгезивы служат для соединения слоев гибкой
Защитный слой печатной платы между собой, и могут быть выпол-
В качестве базовых материалов, в настоящее нены на основе акриловых, эпоксидных, фенольных
время, используются полиимид и полиэстер (поли- и других компаундов. этилентерефталат, в России широко известен под
В качестве материала проводящего слоя обычно используется медная фольга, однако возможно использование алюминиевой фольги или фольги из нержавеющей стали. Защитный слой гибкой печатной платы выполняет те же функции, что и паяльная маска для обычных (жестких) печатных плат.
В качестве защитного слоя могут использоваться те же материалы, что и для основания гибкой печатной платы, а также традиционные (жидкие фото проявляемые) материалы паяльных масок специализированных серий.
Рассмотрим классификацию и разновидности гибких печатных плат:
Однослойная ГПП - наиболее распространённый тип плат, предоставляющий максимальную динамическую гибкость за счёт всего одного проводящего слоя. Подразделяются на платы с односторонним и двусторонним доступом, а также на усиленные и не усиленные.
Двухсторонняя ГПП, состоящая из двух проводящих слоёв со сквозными металлическими отверстиями. Второй наиболее распространённый тип, предоставляющий разработчику большие возможности при работе, за счёт выбора количества и плотности соединений, а также за счёт штыревых и планарных соединений.
Многослойные ГПП должны содержать не менее трех проводящих слоев, скреплённых металлизированными отверстиями, которые обеспечивают межс-лойное соединение. Такой тип плат применяется при высокой плотности монтажа. К недостаткам относится существенное снижение гибкости, для её увеличения применяются воздушные прослойки между слоями.
Гибко-жесткая ПП - это гибридная конструкция, сочетающая в себе как жёсткие основания, так и гибкие основания. В такой плате жёсткие элементы зачастую соединены гибкими, такая конструкция наиболее универсальна и удобна в разработке, но наиболее дорогостоящая в производстве
По физическим свойствам ГПП разделяют на:
Статистические, не меняющие свою форму после разработки, гибкость нужна только на этапе создания.
Динамические, претерпевающие многократные деформации.
Периодически гибкие (сотни и тысячи циклов перегибов).
Непрерывно гибкие (миллионы и миллиарды циклов перегибов).
История развития
В 1933 году Эрвин Е. Франц (Erwin E. Franz), США, разработал метод формирования проводящего рисунка на целлофане или аналогичном материале. Использовались полимерные "чернила" с проводящим наполнителем - графитом. Затем на сформированный рисунок осаждалась медь. Отметим, что разработчик прежде всего думал об упрощении изготовления трансформаторов и предполагал использовать вместо их обмоток многослойные конструкции из плат, собранных в пакет. Работы Франца фактически заложили основы современных методов изготовления гибких печатных плат. В последующие годы в мире было выдано множество патентов на технологии печатных плат, часть из которых были на гибкие печатные платы.
Отметим, что определённую гибкость можно придать и жёстким печатным платам за счёт уменьшения толщины подложки. Такие платы могут незначительно округляться, что позволило лучше согласовывать форму изделия с формой платы. Как следствие, занимаемый платами объём уменьшился.
Следующим этапом стало появление "древних" плат, состоящих из жёстких элементов, складываемых по принципу «гармошки». Возможно, именно благодаря ним появилась идея многослойных плат. Заметим, что современные гибко-жёсткие платы реализованы по другим технологиям.
Уже установлено, что для изготовления тканых монтажных плат и шлейфов пригодно ткацкое оборудование. Такие объекты имеют уже три степени свободы. Дальнейшим развитием стало создание
«умной» ткани, содержащей токопроводящие и оптические волокна, с встроенными датчиками.
Возможно, следующим этапом развития может стать переход от эластичного состояние к жидкому, ближайший аналог такой платы - человеческий мозг.
Текущее состояние.
Технология печатной электроники постоянно развивается в соответствии с необходимостью миниатюризации устройств - по крайней мере, в этом нас убеждают разработчики программного обеспечения систем автоматического проектирования (САПР / CAD). Относится ли это утверждение к компонентам, установленным на поверхности, или к тем компонентам, которые встроены в плату, посадочные места этих компонентов должны быть еще более тесно расположены по отношению друг к другу; следовательно, это требует уменьшения ширины и промежутков между ними за счет снижения их размеров, сложности и стоимости.
Тенденция увеличения плотности монтажа схем, судя по всему, будет продолжаться, несмотря на то, что её прогрессирование будет идти скачкообразно, поскольку каждый год появляется элементная база нового размера, что, в свою очередь, подстегивает развитие оборудования и технологий производства схем. Япония и Китай в значительной степени являются мировыми двигателями разработки и производства устройств. Интересно, что большинство выданных патентов в области гибко-жестких схем в последние 5 лет зарегистрированы в Японии или Китае. Вероятно, это является отражением снижения производства плат в остальном мире, и это может быть объяснением того, почему количество патентов в области схемотехники в остальном мире упало.
Сегодня стал возможен непосредственный монтаж компонентов на поверхности и в отверстиях гибких ПП и ГЖМС-схем, что позволяет реализовать большое количество преимуществ в системах электронных приборов. Могут применяться технологии ручной сборки, установки компонентов в отверстия или на поверхности, монтажа методом перевернутого кристалла или непосредственного монтажа. Для многослойных гибких ПП и ГЖМС-схем следует учитывать взаимодействие между материалами, конструкцию и технологию сборки, чтобы избежать потенциально возможных проблем с различной степенью расширения, гибкостью слоистого материала, смещением материала и влажностью. Национальной Физической Лабораторией (г. Теддингтон, Великобритания) была опубликована очень хорошая работа на тему удержания влаги в жестких ПП и в ГЖМС-схемах во время монтажа. В работе была подчеркнута необходимость учета таких характеристик конструкции, как большие участки заземляющих слоев или слоев питания в схемах, и образование материала, при назначении сушки перед монтажом компонентов.
В области СИД (светоизлучающих диодов) во многих конструкциях используется технология жестких ПП на металлической подложке. Потенциально в этой области есть место и для гибких ПП. Присущая некоторым гибким слоистым материалам небольшая толщина и температурная стабильность позволяет им отлично соответствовать применению в области СИД.
В целом, процессы производства жестких ПП, гибких и гибко-жестких многослойных схем за последнее время развивались, уверенно. За последние годы в результате развития технологии обработки при использовании методов лазерного сверления и прямого нанесения изображений на ПП при помощи лазера стало возможным создавать перемычки между слоями, имеющие гораздо меньшие размеры, чем в более ранних технологиях.
Встроенные в печатную плату компоненты сегодня становятся полезной технологией. Однако, для обычных гибких продуктов, действующие напряжения изгиба для современной номенклатуры поверхностно монтируемых компонентов типа могут вызвать проблемы как механического, так и электрического
характера. Поэтому в настоящее время мы понимаем, что следующим шагом будет эволюция этой технологии в технологию производства ГЖМС, в основном в жестких зонах. Некоторые пассивные компоненты, например, резисторы и конденсаторы, могут встраиваться в гибкие зоны электронных схем, однако, следует уделять особое внимание их конструкции и применяемым допускам.
Гибкие ПП и ГЖМС-схемы используются в производствах модулей при компоновке с размерами кристалла и при многоярусном размещении кристаллов. Это в основном происходит вследствие того, что они позволяют проводить монтаж кристаллов на очень ограниченных пространствах.
Используемые материалы в будущем будут играть весьма значительную роль в развитии технологий гибких ПП и ГЖМС-схем. Это происходит из-за того, что, как было описано выше, требования этих технологий производства интегральных схем постоянно растут. При замене кабелей на гибкие ИС возникает потребность в более быстрой передаче сигналов и в возможности работы при более высоких температурах. Компания Дюпон де Немюр (DuPont de Nemours) недавно представила под маркой Пиралюкс ТК (Pyralux TK) новую серию высокоскоростных гибких слоистых ламинатов. Эти слоистые материалы объединяют в себе великолепные характеристики полиамидных пленок с присущими полимерной пленке непревзойденной диэлектрической постоянной и характеристиками угла потерь диэлектрика в одном слоистом материале с медным покрытием в качестве проводящего слоя.
Появляются и другие слоистые пластики с покрытием из меди и клейкого материала для применения в условиях высоких температур, такие как полиэфирэтилкетон (PolyEtherEthylKetone
(PEEK)).
Оба описанных новых материала откроют новые возможности для гибких ПП и ГЖМС-схем в областях применения, для которых требуются особые свойства. Однако начальное использование каждого из этих материалов будет ограничено до тех пор, пока поставщиками, обработчиками и пользователями совместно не будут выработаны руководящие указания в отношении их конструирования и обработки. Ни один из указанных материалов пока не считается пригодным для динамических применений, однако, вполне вероятно, что эта ситуация изменится в ближайшем будущем.
Сегодня схемные блоки большинства электронных приборов для выполнения своих функций должны иметь большое число взаимных соединений и разводок сигналов и/или напряжения. Используемые в настоящее время для разводки напряжения медные слои имеют большую толщину, чем любые из применявшихся ранее. В некоторых случаях они могут объединяться в многослойные конструкции с уровнями разводки сигналов, при условии установки соответствующего экранирования. Однако в такой конструкции могут появляться области, в которых будет наблюдаться электрическая, механическая или температурная несовместимость, или несовместимость отдельных компонентов. В таких случаях может оказаться более подходящей разделение технологий, например, вместо одной ГЖМС-схемы с использованием слоя для передачи сигнала и проводящих слоев с установленными компонентами и, к примеру, с несколькими статическими и несколькими динамическими гибкими звеньями, можно будет использовать комбинированный подход либо с жесткой ПП и гибкой ПП, либо с ГЖМС-схемой и гибкой ПП, либо с жесткой ПП / ГЖМС-схемой / гибкой ПП. Если возникают существенные проблемы между линиями передачи сигналов и проводящими линиями, все более популярным становится использование оптических соединений между жесткими, гибкими и ГЖМС-схемами. В настоящее время только несколько компаний в состоянии применять такую технологию, и часто её использование ограничивается жесткими платами или гибко-жёсткими схемами.
Спектр конструкций, материалов и требований к производству для гибких и гибко-жестких многослойных схем значительно более широк, чем для жестких печатных плат.
Гибкие и гибко-жесткие многослойные ИС ожидает великое будущее, и мы можем предсказать, что они обладают потенциалом развития в следующих областях:
Более тонкие схемы.
Высокоскоростная обработка сигналов.
Работа при высоких температурах.
Создание более компактных и легких блоков с большей функциональностью.
Более крупные и более динамичные схемы.
Вмонтированные устройства.
Электрооптические схемы.
Печатная электроника.
Дальнейшее использование гибридных технологий гибких и гибко-жестких схем.
ЛИТЕРАТУРА
1. Проектирование гибко-жестких печатных плат - http://www.tech-e.ru/pdf/2 007
2. Гибкие печатные платы. Преимущества и применение -
e.ru/articles/circuitbrd/2007 09
3. М.Шейкин
Гибкие
202.php печатные
Теория
08_18.pdf http://www.kit-
практика -
http://www.circuitry.ru/journal/article/4 2 55
4. Гибкие
печатные
платы
http://www.rcmgroup.ru/pechatnye-platy/vidy-pechatnykh-
plat/slozhnye-pechatnye-platy/gibkie-pechatnye-platy.html 5.
плат
Из истории технологии печатных
http://www.electronics.ru/files/article pdf/1/article 1083 871.pdf
6. Ванцов С.В. Анализ процесса сверления отверстий в композиционных материалах оснований печатных плат / С.В. Ванцов, А.М. Медведев, З. Маунг-Маунг, О.В. Хомутская // Надежность и качество сложных систем. 2016. № 2 (14). С. 37-44.
и
УДК 681.518
Реута Н.С., Горячев Н.В., Юрков Н.К.
ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
КОНЦЕПЦИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ПЕРЧАТКИ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ
В статье, отталкиваясь от ретроспективы создания и развития инженерных, измерительных приспособлений, сформирована концепция создания нового инновационного инструмента для снятия линейных размеров Ключевые слова:
измерение, линейный размер, микрометр, линейка, измерительный прибор
Введение
Современная измерительная техника для линейных и угловых измерений является результатом длительного совершенствования измерительных средств и учения об измерениях, тесно связанных с развитием большинства отраслей. Но наиболее сильное влияние на развитие техники линейных из-
мерений оказали производство оружия, мануфактуры, производство паровых двигателей и т.п. В течение многих лет средства и методы измерений совершенствовались, во второй половине XIX века, в связи с быстрым развитием металлообрабатывающей промышленности и развитием науки и технологий начался ускоренный прогресс измерительной техники.
