Преимущества печатного, шлейфового и плёночного монтажа

Печатный монтаж получил наибольшее распространение как в конструкциях РЭУ, блоков, так и функциональных ячеек и узлов. Под обычным печатным монтажом понимают такой способ межэлементных и межблочных соединений, при котором плоские проводники имеют прочное сцепление с жестким или гибким изоляционным основанием по всей своей длине. Обычный печатный монтаж может быть односторонним или двухсторонним. В качестве жестких оснований печатных плат часто используют фольгированные диэлектрики СФ, ГФ, НФД. Основными достоинствами печатного монтажа являются надежность контактирования, высокая разрешающая способность по сравнению с проволочным, возможность автоматизации изготовления печатных плат в массовом производстве, объединение функций монтажа и несущей конструкции в одной детали (печатной плате).

Основным недостатком печатного монтажа можно считать ограниченные возможности расположения печатных проводников из-за запрета их пересечения в одной плоскости. Это часто приводит к потере полезной площади платы либо к необходимости применения многослойных печатных плат (МПП). Многослойные печатные платы получают методом попарного прессования из тонких фольгированных диэлектриков (ФДМЭ-2-0,1 – фольгированный диэлектрик на основе стеклоткани марки Э, двухсторонний толщиной 0,1мм). Число слоев ММП более 6-8 нежелательно, так как при этом увеличивается процент брака. Обычно их берут не более 4. ММП имеют высокую коммутационную способность и используются при конструировании ФЯ на корпусированных микросхемах. Обычные односторонние и двухсторонние печатные платы применяются при конструировании ФУ плоского, объемно-плоскостного и объёмного типов как с применением дискретных элементов, так и микромодулей плоского и этажерочного типов. При этом в первом случае печатная плата используется как первый уровень коммутации, а во втором случае – как второй уровень коммутации. В качестве последнего она часто используется в ФЯ микроэлектронных устройств.

В последнее время в МЭА широкое применение стал находить так называемый «шлейфовый» монтаж. Шлейфовый монтаж представляет собой гибкие полоски (ленты) из фольгированного диэлектрика ФДЛ (лавсан) или ФДИ (полиимидные пленки) с нанесением на них печатных проводников. Толщина пленки составляет 0,1-2 мм. Остальные параметры печатных лент соответствуют параметрам обычных печатных плат. Шлейфовый монтаж обычно используется для второго и выше уровней коммутации. Контактирование шлейфов и ФЯ может осуществляется зажимными контактными вставками, однако, это вносит элемент ненадежности при вибрациях. Поэтому чаще шлейфы непосредственно развариваются на контактных площадках или штырях и дополнительно заливаются компаундом или клеем для жесткости соединения.

К достоинствам шлейфового монтажа относятся малый вес и объем, возможность автоматизированного проектирования и изготовления, а к недостаткам – меньшая надежность при возможных многократных перегибах шлейфов и трудности изменения печатного рисунка при необходимости корректировки. Поэтому шлейфы рекомендуют применять для МЭА, серийно выпускаемой и достаточно отработанной.

Пленочный монтаж применяется для коммутации элементов ИС различного уровня сложности и сам может иметь несколько уровней коммутации. Так в ИС первой и второй степени интеграции пленочные проводники и контактные площадки изготавливаются в едином технологическом цикле методом тонкопленочной или толстопленочной технологии совместно с радиоэлементами схем и образуют первый уровень коммутации. Разработка пленочного монтажа подчиняется основным правилам и ограничениям при разработке топологии пленочных ИС.

При разработке ИС третьей и четвертой степени интеграции пленочный монтаж выполняется на так называемой «трассировочной» подложке (второй уровень коммутации) и представляет собой систему проводников с контактными площадками для приварки к ним выводов навесных бескорпусных элементов и микросхем более низкой степени интеграции.

В связи с увеличением степени интеграции БГИС и недопустимости пересечения пленочных трассировок, подложки могут быть выполнены в виде многослойной тонкопленочной подложки. В них коммутационные слои разделены боросиликатным стеклом, в котором имеются сквозные отверстия для межслойной коммутации. Однако из-за технологических неоднородностей обеспечить надежную изоляцию слоев пока полностью не удается, что приводит к значительному проценту брака. В другом варианте многослойная трассировка может быть выполнена в виде комбинации из 3-4 толстопленочных трассировочных подложек (II уровень коммутации)

К достоинствам пленочного монтажа относятся высокая разрешающая способность (принципиально до 5 мкм, обычно 50-100 мкм), надежность цепей коммутации, технологичность и возможность автоматизации проектирования и изготовления, возможность выполнения его на теплоотводе, что особенно важно для микросхем СВЧ. К недостаткам монтажа можно отнести ограниченность его только одной плоскостью и трудности технологического порядка, связанные с необходимостью приобретения парка вакуумных установок и т.п.

Разъемы в ЭС

Для межблочной и внутриблочной коммутации в ЭС применяются различные типы разъемов. По назначению они подразделяются на низкочастотные и высокочастотные, а по виду контактной пары – на штыревые и штепсельные.

К разъемам предъявляются следующие общие требования:

- быстрое соединение и разъединение частей разъемов (гнезда-колодки и вставки) без применения специального инструмента, т.е. минимальное усилие сочленения и расчленение контактов;

- исключение неправильного соединения коммутирующих цепей (необходимость наличия «ключа» в разъеме);

- надежность электрического соединения цепей (необходимость наличия пружинящих контактов, накидных гаек, пружинящих скоб-фиксаторов;

- малое переходное сопротивление контактов (серебрение и золочение бронзовых контактных пар).

В штыревых разъемах применяют контактные пара в виде разрезного гнезда и цилиндрического штыря, а в штепсельных – в виде пружинящего разрезного лепестка и плоского штыря. Промышленностью выпускается большое количество типов разъемов, главными из которых являются разъемы типа ШР (штыревой разъем), 2РМ (разъем малогабаритный), МР, РПС (разъем плоский специальный), РПГ (разъем плоский герметичный), «Наири» (для МЭА), а также высокочастотные разъемы и нестандартные комбинированные разъемы.

Разъем типа ШР применим для межблочной коммутации аппаратуры значительных объемов, например, в стоечно-блочных конструкциях. Он имеет число контактных пар от 3 до 45, диаметр штырей – 1,5; 2,5 ; 3,5 мм. Разъем крупногабаритный, с накидной гайкой, негерметичный, крепится в стенке блока с помощью прямоугольного фланца и четырех винтов.

Для малогабаритной аппаратуры применимы разъемы типа 2РМ, конструктивно аналогичные ШР, но меньших размеров. Число контактных пар составляет от 4 до 50; диаметр контактных штырей 1; 1,5; 2 и 3 мм; диаметр корпуса колодки-гнезда от 14 до 42 мм. Колодки разъемов выполняются герметичными 2РМГ, герметичными силовыми 2РМД, проходными 2РМП, специальными 2РМГС, а вставки негерметичными. Разъем термостойкий.

Применение рассмотренных выше типов разъемов в МЭА представляет собой диспропорцию по отношению к весу и объему самих блоков ЭС. Например, в блоке ОЗУ, имеющем объем 600-400 см³, объем разъемов 2РМД вместе с объемом вставок составляет 200-300 см³, то есть больше 1/3.

Поэтому в этих случаях применяют миниатюрные разъемы типа РГС, РПС и «Наири».

К основным требованиям,предъявляемым к разъёмам МЭА, относятся минимальные габариты и масса, высокая надёжность, большая коммутационная способность, повышенные значения допустимых токов и напряжений, технологичность.

Одним из таких разъёмов, удовлетворяющих поставленным требованиям, является низкочастотный разъём типа РПС (рис. 8.37), имеющий, например, при 37 контактах размеры 31,5х10х5,2 мм. Шаг между выводами разъёма составляет 1,3 мм. Разъём имеет 7, 15, 21 контакт при однорядном расположении штырей и 37 контактов при двухрядном расположении.

Рис. 8.37. Конструкция разъёма типа РПС: 1 – каркас:

2 – штырь; 3 – втулка; 4 – стеклянный изолятор; 5 – корпус

Контактная пара состоит из штыря – «витка» и гнезда – втулки, имеющих семь точек касания. Разъём способен работать в интервале температур -60…+85 ⁰С при относительной влажности 98% с ускорениями при вибрациях до 40g. и пониженном давлении 665 Па (5 мм рт. ст.). Разработан также ещё более малогабаритный разъём, имеющий при 37 контактах размеры 19х6х3 мм и шаг 0,8 мм. Рабочие токи и напряжения этого разъёма по сравнению с РПС уменьшены в 3 раза.

Для блоков и устройств с большим количеством абонентов, например устройства ввода – вывода в ЭВМ, используются разъёмы РГС с количеством выводов 32 и 50. Шаг между выводами составляет 2,5 мм.

Разъем «Наири» конструктивно аналогичен РПС, но имеет меньшие габариты (19х6х3 мм и шаг 0,8мм). На рис. 8.38 показаны конструкции комбинированных нестандартных разъемов.

Рис. 8.38. Нестандартные разъёмы МЭА:

а – комбинированный; б – низкочастотный;

в – высокочастотные

В высокочастотных разъемах в качестве изолятора применяют фторопластовые втулки и спай ковара и стекла.