Технология многослойных печатных плат.

Развитие современной радиоэлектро­ники характеризуется широким при­менением микросхем различной слож­ности (ИМС, БИС и СБИС) в качест­ве основных компонентов ЭА. Слож­ность и большая функциональная плотность современной аппаратуры потребовали огромного числа комму­тационных соединений, которые воз­можно осуществить, только используя многослойный печатный монтаж.

С 60-х гг. для всей электроники ха­рактерно обращение к цифровой об­работке сигналов. Как следствие про­гресса в этой области постоянно рас­тет скорость обработки электрических сигналов в единицу времени и плот­ность компоновки элементов в еди­нице объема. Это предъявляет в каче­стве основных требований к системе монтажа максимальные помехозащи­щенность и плотность проводников.

Проблема помехозащищенности дав­но являлась наиболее важной в техни­ке передачи информации. Собствен­ные помехи системы обусловлены взаимным воздействием внутренних проводников путем емкостной и (или) индуктивной связи. Внешние помехи возникают за счет электромагнитного воздействия системы электропитания, цепей ввода и вывода сигналов. Ис­пользование МПП позволяет в 10 раз уменьшить электромагнитные помехи за счет печатных экранов.

Многослойная печатная платасо­стоит из ряда склеенных печатных слоев, в которых находятся сигналь­ные проводники, переходные отвер­стия, экраны, шины питания, кон­тактные площадки или выступы для присоединения выводов элементов. Сохраняя все достоинства печатного монтажа, МПП имеют дополнитель­ные преимущества:

– более высокая удельная плотность печатных проводников и контакт­ных площадок (20 и более слоев);

– уменьшение длины проводников, что обеспечивает значительное повышение быстродействия (например, ско­рость обработки данных в ЭВМ);

– возможность экранирования цепей переменного тока;

– более высокая стабильность пара­метров печатных проводников под воздействием внешних условий.

Недостатки МПП:

– более жесткие допуски на размеры по сравнению с ОПП и ДПП;

– большая трудоемкость проектирования и изготовления;

– применение специального техноло­гического оборудования;

– тщательный контроль всех операций;

– высокая стоимость и низкая ремон­топригодность.

В настоящее время МПП нашли применение для изготовления панелей ЭВМ, объединяющих конструктивно ИМС, ЭРЭ и коммутационные эле­менты, а также в космической и авиа­ционной аппаратуре. Основные спосо­бы получения МПП классифицируют по методу создания электрических межслойных соединений (рис. 2.23).

Рис. 2.23. Основные способы получения МПП.

В первой группе методов электриче­ская связь между проводниками, расположенными на различных слоях платы, осуществляется с помощью ме­ханических деталей:

– штифтов,

– закле­пок,

– пистонов,

– упругих лепестков.

МПП изготавливается из нескольких ДПП путем прессования, в отверстия вставляются предварительно облуженные штифты, которые затем под дей­ствием электрического тока, прохо­дящего через штифт, разогреваются, образуя с помощью припоя электриче­ское соединение с печатными провод­никами (рис. 2.24, а).В отверстия мо­гут вставляться также заклепки, писто­ны, которые облуживаются по торцам и развальцовываются (рис.2.24, б).Соединения могут осуществляться по соприкасающимся фланцам пистонов, а также путем соединения предвари­тельно отбортованных контактных площадок пистоном, что уменьшает размеры пакета (рис.2.24,в).Эти ме­тоды весьма трудоемки, плохо поддаются автоматизации и не обеспечива­ют высокою качества межслойных со­единений.

Рис.2.24Соединения с помощью штифта (а), пис­тонов, соприкасающихся

по фланцам (б), и предва­рительно отбортованных контактных площадок (в).

Метод выступающих выводовхарак­теризуется тем, что при его осуществ­лении межслойные соединения обра­зуются за счет выводов, выполненных из полосок медной фольги, высту­пающих с каждого печатного слоя и проходящих через перфорированные отверстия в диэлектрических меж­слойных прокладках. Выводы отгиба­ются на наружную сторону МПП и закрепляются пайкой в специальных колодках. Метод включает следующие операции (рис. 2.25):

– изготовление заготовок из стекло­ткани и медной фольги (нарезка в размер);

– перфорирование стеклоткани;

– склеивание заготовок перфорирован­ного диэлектрика с медной фольгой;

– получение защитного рисунка схе­мы отдельных слоев;

– травление меди с пробельных мест;

– прессование пакета МПП;

– отгибка выводов на колодки и за­крепление их;

– облуживание поверхности выводов, механическая обработка платы по контуру;

– контроль, маркировка.

Рис 2. 25.Стадии формирования МПП методом выступающих выводов

1 - нарезка заготовок; 2 - перфорирование диэлектрика; 3 - нанесение рисунка на слой;

4 – травление меди; 5 –прессование пакета.

При данном методе используется бо­лее толстая медная фольга (до 80 мкм), платы допускают установку только ИМС с планарными выводами. Коли­чество слоев не превышает 20. Пре­имущества метода – высокая жест­кость и надежность межслойных со­единений, недостатки – сложность механизации процесса разводки выступающих выводов и их закрепления на плате, а также установки навесных элементов.

Метод открытых контактных пло­щадокоснован на создании электри­ческих межслойных соединений с по­мощью выводов навесных элементов или перемычек через технологические отверстия, обеспечивающие доступ к контактным площадкам, и включает следующие операции (рис. 2.26):

Рис.2.26.Стадии формирования МПП методом открытых контактных площадок:

1 - получение заготовок; 2 - нанесение защитного рель­ефа на слой; 3 - травление меди;

4 - пробивка отвер­стий; 5- прессование пакета и выполнение соединений.

– получение заготовок фольгированного материала;

– нанесение защитного рисунка схе­мы на каждый слои;

– травление меди с пробельных мест и удаление резиста;

– пробивка отверстий в слоях;

– прессование пакета МПП;

– облуживание контактных площадок, выполнение электрических соеди­нений.

В слоях вырубаются отверстия: для штыревых выводов круглые, для планарных прямоугольные. Для увеличе­ния площади контакта диаметр площа­док делают больше диаметра отверстий. МПП являются ремонтопригодными, так как допускается перепайка выво­дов ЭРЭ. Количество слоев – до 12.

Недостатки метода: возможность по­падания клея на контактные площад­ки при склеивании слоев и трудоем­кость его удаления скальпелем; труд­ность автоматизации процесса пайки выводов в углублениях; отсутствие электрической связи между слоями; низкая плотность монтажных соеди­нений.

Метод металлизации сквозных от­верстийхарактеризуется тем, что со­бирают пакет из отдельных слоев фольгированного диэлектрика (внеш­них – одностороннего, внутренних – с готовыми печатными схемами) и межслойных склеивающихся прокла­док, пакет прессуют, а межслойные соединения выполняют путем метал­лизации сквозных отверстии. Технологическии процесс включает сле­дующие операции (рис. 2.27)

– получение заготовок фольгированного диэлектрика и межслойных склеивающихся прокладок;

– получениерисункапечатнойсхемывнутреннихслоевфотохимическимспособом аналогично ДПП;

– прессование пакета МПП при тем­пературе 160 – 180°С и давлении 2 – 5 МПа;

– сверление отверстии в пакете;

– получение защитного рисунка схе­мы наружных слоев фотоспособом;

– нанесение слоя лака;

– подтравливание диэлектрика в от­верстиях в смеси серной и плавико­вой кислот в соотношении 4:1 при температуре (60±5)°С в течение 10–30с. При этом растворяется смола стеклопластиков и стеклоткань склеивающих прокладок для устранения следов наволакивания смолы, обнажения контактных площадок и увеличения площади контактирования;

– химическое меднение сквозных от­верстий;

– удаление слоя лака;

– гальваническое меднение отверстий и контактных площадок до толщи­ны 25–30 мкм в отверстиях;

– нанесение металлического резиста гальваническим путем (сплавы Sn – Pb, Sn – Ni);

– удаление защитного слоя рисунка и травление меди с пробельных мест;

– осветление (оплавление) металличе­ского резиста;

– механическая обработка МПП (сня­тие технологического припуска);

– контроль и маркировка.

Рис. 2.27.Стадии формирования МПП методом металлизации сквозных отверстий:

1 - получение заготовок; 2 - нанесение рисунка на внут­ренние слои; 3 - прессование пакета;

4 - сверление от­верстии; 5 - подтравливание диэлектрика.

Качество МПП, изготовленных ме­тодом металлизации сквозных отверстий, в значительной мере зависит от надежности межслойных соединений – торцов контактных площадок с метал­лизированными отверстиями. Надеж­ное соединение образуется при удалении со стенок отверстий пленки эпоксидной смолы, наволакиваемой при сверлении. Наиболее распростра­ненный способ очистки отверстий пе­ред металлизацией – химическое под­травливание диэлектрика стенок от­верстий. Для этого используются рас­творы кислот или их смеси, однако смеси кислот склонны проявлять про­дукты травления в порах диэлектрика. За рубежом наибольшее распростра­нение получил способ травления ди­электрика не в смеси кислот, а снача­ла в серной, а затем в плавиковой.

При повышении температуры раство­ра с 30 до 60°С глубина подтравливания диэлектрика увеличивается от 2–5 до 40–50 мкм, а при увеличении времени воздействия травящего раство­ра с I до 5 мин глубина подтравливания растет от 25–50 до 100–120 мкм.

В связи с тем что для подтравливания используются агрессивные рас­творы (смесь горячих концентриро­ванных кислот), требующие постоян­ного контроля и последующей нейтрализации обработанных заготовок, был предложен способ сухого плаз­менного травления. Он обеспечивает хорошую адгезию меди в отверстиях, короткий цикл обработки и отсутст­вие побочных эффектов. В качестве реагента используется низкотемпера­турная плазма из смеси газов, напри­мер кислорода и фреона, при темпе­ратуре 50–350 °С и давлении 0,13–260 ГПа. Плазма содержит свободные радикалы (до 90%) и ионы (1%). Реко­мендуется перед травлением предварительный подогрев плат до 50–70 °С. Плазма превращает эпоксидную смолу в летучее вещество, легко удаляемое из отверстий. Никаких промывок и сушки при плазменном методе не тре­буется. Этот процесс сухой и полно­стью автоматизирован. При обработке каждая МПП помещается в простран­ство между двумя параллельно распо­ложенными алюминиевыми пластина­ми – электродами. Электроды имеют отверстия, совпадающие с отверстия­ми в МПП.

Метод металлизации сквозных от­верстий является основным и наибо­лее перспективным в производстве МПП, так как не имеет ограничения количества слоев, легко поддается ав­томатизации и обеспечивает наиболь­шую плотность печатного монтажа. Он позволяет изготавливать МПП, при­годные для размещения на них эле­ментов с планарными и штыревыми выводами. Более 80 % всех МПП, производимых в мире, изготавливает­ся этим методом.

Метод попарного прессованияхарак­теризуется тем, что внутренние слои МПП изготавливаются на одной сто­роне заготовки из двустороннего фольгированного диэлектрика, межслойные соединения – путем химико-гальванической металлизации отверстий в заготовках, полученные слои прессуются, а рисунок на наружных сторонах платы выполняется комби­нированным позитивным методом.

В конструкции МПП нет прямой электрической связи между внутрен­ними слоями многослойной структу­ры, она осуществляется через внеш­ние слои. Сложность переходов не дает возможности получить высокую плотность печатного монтажа. Число слоев МПП – не более четырех. Тех­нологический процесс включает сле­дующие операции (рис. 2.28):

Рис 2.28. Стадии формирования МПП методом попарного прессования.

1 - получение заготовок, 2 - получение рисунка на внут­ренних слоях,

3 - выполнение межслойных переходов, 4 - прессование пакета.

– получение заготовок;

– нанесение защитного рисунка схемы внутренних слоев;

– травление меди с пробельных мест и удаление защитного рисунка;

– выполнение межслойных электрических соединений между внутренними и наружными слоями химикогальванической металлизацией;

– прессование пакета МПП (металлизированные отверстия переходов заполняются смолой во избежание их разрушения при травлении);

– сверление отверстий и нанесение защитного рисунка схемы наруж­ных слоев;

– химическое меднение сквозных от­верстий;

– гальваническое меднение и нанесение металлического резиста;

– травление меди на наружных слоях;

– осветление металлического резиста;

– механическая обработка;

– контроль, маркировка.

Попарным прессованием изготав­ливаются МПП, на которых разме­щаются навесные элементы с планарными и штыревыми выводами. Не­достатки метода – низкая производи-тельность, невозможность получения большого числа слоев и высокой плотности печатного монтажа.

Метод послойного наращиванияха­рактеризуется тем, что при его осуще­ствлении межслойные соединения вы­полняют сплошными медными пере­ходами (столбиками меди), располо­женными в местах контактных площа­док. Технологический процесс включа­ет следующие операции (рис. 2.29):

Рис. 2. 29Стадии формирования МПП методом послойного наращивания.

1 - получение заготовок; 2 - перфорирование диэлектри­ка; 3 - наклеивание фольги;

4 - выполнение межслойного перехода; 5- прессование пакета.

– получение заготовок стеклоткани и фольги;

– перфорирование диэлектрика;

– наклеивание перфорированной за­готовки диэлектрика на фольгу;

– гальваническая металлизация отвер­стия и химико-гальваническая ме­таллизация второй наружной по­верхности заготовки;

– нанесение защитного рисунка схемы и травление меди;

– гальваническое наращивание меди в отверстиях и химико-гальваническая металлизация наружной поверхности диэлектрика;

– травление меди с пробельных мест;

– получение многослойной структуры путем многократного повторения операций химико-гальванической металлизации и травления;

– напрессовывание диэлектрика;

– получение защитного рисунка печатного монтажа наружного слоя;

– травление меди с пробельных мест и облуживание припоем;

– механическая обработка;

– контроль и маркировка.

Послойным наращиванием получают МПП, на которых размещают только навесные элементы с планарными вы­водами. Недостатком данного метода является нетехнологичность конструк­ции, так как нельзя использовать фольгированные диэлектрики и необходи­мо вести последовательный цикл изготовления многослойной структуры. Стоимость изготовления МПП высо­кая. Достоинства метода – возмож­ность получения большого числа сло­ев (5 и более) и самые надежные межслойные контактные соединения.

К базовым технологическим про­цессам получения МПП относятся прессование пакета, механическая об­работка и контроль. Прессование па­кета МПП является одним из самых важных процессов изготовления МПП, так как от качества его выполнения зависят электрические и механические характеристики готовой МПП. Техно­логический процесс прессования со­стоит из следующих операций:

– подго­товка поверхности слоев перед прес­сованием;

– совмещение отдельных сло­ев МПП по базовым отверстиям и сборка пакета;

– прессование пакета.

Для подготовки поверхности слоев к прессованию применяют механиче­скую зачистку абразивами, обезжири­вание поверхности органическими растворителями и легкое декапирова­ние фольги. При прессовании экранов с большими участками фольги ее поверхность оксидируют для лучшей ад­гезии при склеивании. Текстура на­полнителя (прокладок из стеклоткани) должна быть равномерно пропитана смолой, иначе при травлении химиче­ские растворы проникают в свобод­ные полости и снижают тем самым сопротивление изоляции.

Совмещение отдельных слоев МПП по базовым отверстиям осуществля­ют в специальном приспособлении (рис.2.30), состоящем из верхней 1 и нижней плит 5, изготовленных из стали.

Рис. 2.30.Приспособление для прессования паке­та МПП.

1 - верхняя плита; 2 - направляющая колонка; 3 - фик­сирующий палец;

4 - отверстие для термопары; 5 - ниж­няя плита.

Толщина плит 15–20 мм и за­висит от габаритов изготавливаемой платы. Плиты шлифуют по обеим плоскостям, направляющие колонки 2 обеспечивают их полную параллель­ность. В торцах плит выполняют от­верстия для термопар 4. Габаритные размеры нижней плиты должны быть больше прокладочных листов на 30–50 мм с каждой стороны по перимет­ру, так как при прессовании возможно вытекание значительного количества смолы. Фиксирующие штыри 3 рас­полагают через 100–150 мм по пери­метру платы в пределах технологиче­ского поля.

Для прессования МПП используют специализированные многоярусные гидравличес-кие прессы, оборудован­ные системами нагрева, охлаждения плит и поддержания температуры с точностью ±3 °С, регуляторами подачи давления с точностью порядка 3 %.Нагрев плит пресса осуществляют ли­бо перегретым паром, либо электриче­ством. Для ускоренного охлаждения в плиты встраивают коллекторы для по­дачи проточной водопроводной воды.

Технология проводных плат.

Применение МПП экономически оправдано лишь в серийном и круп­носерийном производстве ЭА. В мел­косерийном производстве на этапе разработки опытных образцов приме­няются другие методы, основанные на оптимальном сочетании печатного и объемного монтажа. Характерной осо­бенностью таких комбинированных методов является использование ДПП, имеющих шины земли и питания, контактные площадки под навесные ЭРЭ и ИМС, металлизированные пе­реходные и монтажные отверстия. Монтаж остальных электрических це­пей осуществляют путем раскладки проводов на одной из плоскостей пла­ты и создания контактных соедине­ний с элементами ДПП путем сварки или пайки.

Таким образом, имея стандартную конструкцию ДПП, изготовленную комбинированным позитивным мето­дом, с помощью проводного монтажа получают конструкцию, аналогичную 8- или 9-слойной МПП. При этом от­падает необходимость изготовления большого числа фотошаблонов, при­менения прессования и других опера­ций, характерных для МПП, что зна­чительно сокращает цикл изготовле­ния конструкции.

К комбинированным методам мон­тажа относятся:

– многопроводной упо­рядоченный фиксируемыми провода­ми;

– многопроводной неупорядочен­ный;

– стежковый неупорядоченный.

Многопроводной монтаж фиксируе­мыми проводамизаключается в упоря­доченном прокладывании изолиро­ванных проводов на поверхности ДПП, закреплении их в слое адгезива и соединении с печатным монтажом с помощью металлизированных монтаж­ных отверстии. Материалом для изготовления многопроводных плат служит фольгированныи диэлектрик, на поверхности которого субтрактивным методом получают печатный монтаж. На обезжиренные поверхно­сти плат наносят адгезионныи слой, состоящий из прокладочной стекло­ткани и клея ВК-32-200. Для монтажа применяют провод диаметром 0,1-0,2 мм в высокопрочной полиамидной изоляции.

Укладку монтажного провода осуще­ствляют с помощью специальной голов­ки, оснащенной ультразвуковым при­жимом 1, ножом-отсекателем 2, труб­кой 3 для подачи провода (рис. 2.32). Наконечник прижима спрофилирован таким образом, что в процессе уклад­ки удерживает провод 4, утапливая его в адгезив 5, на поверхности платы 6 на 0,5 диаметра.

Рис.2.32. Схема укладки монтажного провода.

УЗ-колебания обеспечивают размяг­чение адгезива и утапливание в него провода. После окончания трассиров­ки провода головка останавливается и провод отрезается ножом. Полное погружение проводников в слой адге­зива и окончательное отверждение последнего происходят в результате прес­сования при температуре 180°С под давлением 1,0-1,5 МПа.

Плата с закрепленными в адгезиве монтажными проводами подается на операцию сверления. Монтажные от­верстия сверлятся по программе та­ким образом, чтобы проводник в пла­те располагался по оси симметрии от­верстия. Практически реализуется шаг координатной сетки 0,625 мм. В ре­зультате сверления возможно навола­кивание диэлектрических материалов на торцы проводов. Поэтому необхо­дима операция гидроабразивной очи­стки отверстий, которая проводится особо тщательно, так как вскрытая площадь при сверлении торцов мон­тажного провода достаточно мала.

Операцией, определяющей надеж­ность электрического соединения про­водного и печатного монтажа, являет­ся химико-гальваническая металлиза­ция отверстий. Если на наружных слоях платы печатный монтаж не пре­дусмотрен, то ее перед сверлением и металлизацией защищают технологи­ческим лаком. Если печатный монтаж необходим, то применяют полуаддитивныи метод (рис. 2.34).

Рис.2.34. Схема технологического процесса изготовления многопроводной платы.

На одной стороне многопроводной платы можно разместить несколько слоев проводного монтажа, чередуя нанесение адгезива и раскладку проводов. Существенные недостатки мето­да – невысокая надежность монтаж­ных соединений провода с металли­зированными отверстиями, необходи­мость применения адгезива, высокая трудоемкость монтажа. Достоинства метода – высокая точность двусто­роннего монтажа с пересечением про­водов, оперативное внесение измене­ний в монтаж, автоматизация трасси­ровки проводов.

Для повышения надежности межслойных соединений разработан вариант многопроводного метода, отли­чающийся тем, что соединения объ­емных проводов и печатного монтажа осуществляются путем пайки прово­дов к монтажным площадкам, так как адгезионный слой наносится через трафарет и не закрывает отверстия и контактные площадки. Пайка выпол­няется монтажной головкой с про­граммным управлением, ее произво­дительность 300-400 точек в час. Ме­тод экономичен при производстве плат в количестве 500-1000 шт/год.

Суть многопроводного неупорядочен­ного монтажа незакрепленными прово­дамизаключается в произвольном прокладывании изолированных мон­тажных проводов на поверхности ДПП и образовании контактных со­единений с печатным монтажом пу­тем пайки или сварки. К этим мето­дам относятся методы Tiers (пайкой) и Stitch-Wire (сваркой соединений), разработанные фирмами США. В от­личие от метода Multiwire провода 1 (рис. 2.35) не приклеиваются к осно­ванию платы 2, а остаются свобод­ными и соединяются с монтажными площадками 4 указанными выше ме­тодами. В отверстия плат могут мон­тироваться элементы 3.

Рис.2.35. Схема проводного монтажа закрепленными проводами.

Достоинства метода – простота изготовления, ремонтопригодность, ав­томатизация трассировки и пайки проводников, высокая точность монтажа. Недостатки – односторонняя установка ЭРЭ и ИМС, необходи­мость дополнительных контактных площадок, большая степень свободы монтажных проводов.

Стежковый монтажзаключается в прокладывании изолированных про­водов по кратчайшим расстояниям на поверхности ДПП и в монтажных от­верстиях с образованием петель и последующим подпаиванием их к кон­тактным площадкам платы. Процесс осуществляется на станках с ЧПУ, а в качестве инструмента применяют иглу из нержавеющей стали. Игла, проходя через монтажное от­верстие, прокалывает пакет резино­вых прокладок, которые задерживают провод при обратном ходе иглы (рис. 2.37, а).После трассировки резиновые прокладки стягивают с пе­тель и проводят их лужение группо­вым методом в ванне припоя при тем­пературе (350±10) °С в течение 5-6 с (рис. 2.37, б).Кабельная бумага предохраняет поверхность ДПП при лу­жении и удаляется после выполнения операции. Подгибку и пайку петель на контактные площадки (рис.2.37, в) осуществляют вручную паяльником или на станках с ЧПУ.

Рис.2.37. Схема стежкового монтажа:

1- провод; 2- игла; 3- плата; 4 - кабельная бумага;

5 - пакет резиновых прокладок; 6 - защитный слой.

Несмотря на то, что отдельные опе­рации стежкового монтажа автоматизированны, в целом производитель­ность процесса невелика, так как ка­ждая операция требует продолжитель­ного ручного труда при сборке и раз­борке различных приспособлений.

Дальнейшим развитием проводного монтажа явилась разработка плат третьего поколения без печатного монтажа. Основанием таких плат яв­ляется лист толщиной 0,5-2 мм из проводящего материала (стали, алю­миниевого сплава и т. д.), который выполняет роль теплоотвода от мик­росхем и является шиной с нулевым потенциалом. В основании платы вы­полнены пазы, заполненные эластич­ным материалом, через который про­пущены тонкие изолированные про­вода марки ПЭВТЛК (рис.2.38). Ме­жду пазами установлены на теплопро­водный клей микросхемы с планарными и штыревыми выводами с ша­гом 2,5; 1,25 и 0,625 мм, а также дру­гие ЭРЭ.

Рис.2.38. Фрагмент конструкции теплопроводящей платы проводного монтажа:

1-паяное соединение; 2-вывод; 3-элемент; 4-контактная площадка;

5-диэлектрический материал; 6-проводящее основание; 7-провод.

Преимущества плат с теплоотводом перед МПП: т

– улучшение теплоотвода в 2-3 раза;

– увеличение надежности работы, так как снижение температуры корпуса ИМС на 10°С увеличивает надеж­ность ее работы в 1,5-2 раза;

– повышение быстродействия из-за высокой тактовой частоты (65-100МГц) благодаря мощным ши­нам питания и хорошей электриче­ской развязке ИМС по питанию;

– отсутствие выброса химических сто­ков, содержащих тяжелые металлы (медь, никель, свинец, железо и др.), что в 20 раз экологически менее опасно;

– снижение затрат на разработку плат в 2раза, производственных площа­дей в 5 раз.

Новым направлением в технике монтажа является применение тканых коммутационных устройств (ТКУ), представляющих собой тканый мате­риал, изготовленный из электропро­водящих и диэлектрических нитей, с закрепленными на нем ЭРЭ и ИМС.

Рис.2.39. Тканное коммутационное устройство.

В общем виде ТКУ (рис. 2.39) пред­ставляет собой однослойное или многослойное изоляционное поле 1, изго­товленное из диэлектрических нитей. С двух сторон поля во взаимно пер­пендикулярных направлениях по ко­ординатам х и у проложены электро­проводящие нити 2 и 3, которые на наружной поверхности в заданных точках образуют монтажные узлы 4, выполняющие электрические соеди­нения между отдельными электропро­водящими нитями. На наружной по­верхности поля сформированы кон­тактные площадки 6, петли 5, служа­щие для присоединения выводов ЭРЭ, и удлиненные выводы 7, необходимые для подсоединения к разъемам.

ТКУ изготавливаются на ткацких автоматах, дополнительно снабженных механизмами подачи и натяжения элек­тропроводящих и диэлектрических ни­тей, а также петлеобразования. После изготовления ТКУ им придают жест­кость. Применяются следующие спо­собы фиксирования тканой структуры:

– тепловая обработка продувкой го­рячим воздухом или паром с темпе­ратурой 180-220°С для размягче­ния термопластичных тканей и по­следующей фиксации структуры;

– оплавление исходного материала тканей для герметизации кромок, отверстий, контактных площадок;

– компаундирование путем заливки сеточной структуры пластмассами с целью повышения механической жесткости и прочности ТКУ;

– пластифицирование-заливка струк­туры составами на основе кремний-органических каучуков для прида­ния гибкости, эластичности, химической стойкости и повышения климатической стойкости;

– формование–тепловой нагрев ткани с целью придания ей определенной пространственной формы и ее стабилизации.

Соединение электрических провод­ников в контактных узлах и присое­динение навесных ЭРЭ осуществля­ются контактной микросваркой. ТКУ имеют электрическое сопротивление проводящих нитей не более 0,1 Ом, прочность изоляции до 1000В, электрическое сопротивление изоляции 10-12 МОм, температурный диапазон -50...+65 °С, затухание 110 -120 дБ, электрическую емкость между элек­тропроводящими нитями 33-38 пФ.

Функционально ТКУ подразделяются на четыре группы (рис. 2.40).

– конструктивы,

– пла­ты,

– кабели;

– соединители

Рис. 2.40. Классификация ТКУ.

Каждая структура может быть одно- или многослойной с двухкоординатным, внутримодульным, внутриблочным или межблочным расположением нитей. Особенности технологии позво­ляют получать как гибкие и эластичные, так и жесткие коммутационные устрой­ства плоской или объемной формы. С экономической точки зрения производство ТКУ при существующем уровне развития текстильной промыш­ленности в 5-6 раз дешевле по срав­нению с печатным и проводным мон­тажом за счет того, что трудоемкость снижается в 5-6 раз, затраты на ма­териалы – в 7, а на оборудование – в 5 раз. Экономятся цветные и дорого­стоящие металлы, химреактивы и т. д. ТКУ имеют высокую гибкость формы, что позволяет формировать блоки за­данной конфигурации и значительно меньшей массы. ТКУ имеют высокую надежность в условиях повышенных механических и климатических воздействий. К недостаткам метода относятся невысокая точность изготовле­ния коммутационных полей, трудоемкость присоединения элементов и низкая ремонтопригодность.