Модернизация конструкции блока аппаратуры записи внутристанционной информации (ВСИ) боевой машины (БМ)9А331

Цвет покрытия (по ГОСТ 9.301-86) серебристо-белый или серебристо-серый с голубоватым оттенком. Допускаются незначительные радужные оттенки, если нет особых требований к декоративным свойствам покрытия. 

Для ПП оптимальным вариантом покрытия послужит лак УР-231.

Внешний слой покрытия должен быть достаточно прочным и устойчивым к механическим воздействиям. Поэтому для внешнего слоя выбирается эмаль ПФ-115.

Внутренний слой покрытия будет состоять из анодного оксидирования  придающего корпусу дополнительную жесткость и обеспечивающий хорошее электрическое сопротивление.

Для деталей корпуса состоящих из стали выберем покрытие Ц6.хр.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. Разработка печатной платы

9.1 Выбор типа печатной платы

Печатные платы (ПП) являются основным элементом электронной аппаратуры (ЭА), выполняя функции несущей конструкции и коммутационного устройства.

По ГОСТ 23751—86 предусмотрены следующие типы конструкции ПП:

• односторонние ПП. Применяются в бытовой технике, технике связи и в блоках питания на ЭРЭ. Имеют низкую стоимость, высокую надежность, низкую плотность компоновки;
• двусторонние ПП. Применяются в измерительной, вычислительной технике, технике управления и автоматического регулирования, технике связи, высокочастотной технике;
• многослойные ПП. Применяются в технике управления и автоматического регулирования, вычислительной и бортовой аппаратуры для коммутации ИМС, БИС, СБИС, МСБ, в ЭА с высокими требованиями по быстродействию, плотности монтажа, волновому сопротивлению, времени задержки сигнала и т. д.
• гибкие ПП, ГЖП и ГПК. Применяются в ЭА и высокой надежности при реализации уникальных и сложных технических решений, конструкция которых исключает применение жестких ПП.

Главным критерием в разработке адаптера ВСИ при выборе ПП служат ограниченные габариты, вследствие этого фактора увеличивается плотность монтажа ЭРИ. Также при типе конструкции ПП нужно учитывать: тип элементной базы: традиционная (корпусная); бескорпусная; поверхностномонтируемые компоненты (ПМК) ; смешанная (традиционная и ПМК);

При незначительной конструкторской сложности (от 8 до 12 ИМС) при традиционном монтаже применяются ДПП, при средней (от 30 до 50 ИМС) — ДПП и МПП, при высокой (свыше 50 ИМС) — МПП, так как увеличивается число внутрисхемных связей, а применение МПП повышает надежность ЭА. Применение МПП позволяет коммутировать ИЭТ (гибридные, полупроводниковые ИМС, БИС/СБИС, МСБ), повысить плотность монтажа, упростить сборку ЭА. Для обеспечения высокого быстродействия ЭА необходимо увеличить плотность монтажа, выбрать соответствующий материал основания  ПП, увеличить число слоев МПП и прочее, и ввести внутренние межслойные переходы для уменьшения длины электрических связей. При поверхностном или смешанном монтаже при установке ПМК необходимую коммутацию могут обеспечить МПП.

Из выше приведенного следует, что оптимальным вариантом при выборе типа ПП служит многослойная ПП.

При выборе материала ПП необходимо учитывать класс точности

ГОСТ 23751—86 устанавливает пять классов точности ПП, каждый из которых характеризуется минимальным допустимым значением номинальной ширины проводника, расстоянием между проводниками, расстоянием от края просверленного отверстия до края контактной площадки, отношением диаметра отверстия к толщине ПП в узком месте. Однако в настоящее время изготавливают ПП по 6 и 7 классам точности с шириной проводников 70...40 мкм.

Основными критериями при выборе класса точности ПП являются:

• конструкторская сложность ФУ — степень насыщенности поверхности ПП ЭРИ (малая, средняя, высокая) при традиционной элементной базе или число выводов ПМК и шаг их расположения;
• элементная база (дискретные ЭРЭ, ИМС, МСБ, ПМК, бескорпусные ИЭТ);
• тип, число и шаг выводов ЭРИ (штыревые, планарные, безвыводные, матричные и пр.);
• быстродействие;
• надежность;
• массогабаритные характеристики;
• стоимость;
• условия эксплуатации;
• максимальные ток и напряжение;

•  уровень технологического оснащения конкретного производства.

Изготовление ПП определенного класса точности обеспечивают применяя технологическое оснащение и вспомогательные материалы, а также учитывая область применения.

Таблица 9.1.1 Область применения и технологическое обоснование классов точности.

Класс точности	Область применения	Оборудование	Основные материалы	Вспомогательные материалы	Тип производства
1 и 2	Для ПП с дискреттными ЭРИ и средней насыщенности поверхности ПП ЭРИ	Без ограничение	Без ограничения для ПП 1-й и 2-й групп жесткости. Для 3-й и 4-й групп – на основе стеклоткани	Без ограничения	От мелкосерийного до крупносерийного
3	Для ПП с МСБ и ЭРИ, имеющих штыревые и планарные выводы, а также с безвыводными ЭРИ при средней и высокой насыщенности поверхности ПП ЭРИ	Фотокоортинатограф, фотоплоттер, сверлильно-фрезерный станок с ПУ, линии химико-гальванической металлизации и травления модульного типа	На основе стеклоткани с гальваностойкой фальгой толщиной не более 35мкм	Сухой пленочный фоторезист (СПФ)
4 (требуются ограничения габаритных размеров, специальные материалы)	Для ПП с ЭРИ и ПМК, имеющих штыревые и планарные выводы, а также с безвыводными компонентами, при мредней и высокой степени насыщенности ПП ЭРИ и ПМК	Фотоплоттеры, плоттеры	Травящиеся термостойкие диэлектрики с тонкомерной фольгой, диэлектрик с адгезивным слоем	Малоусадочная фотопленка с относительной усадкой не более 0,03%, СПФ	От единичного до мелкосерийного
5	Для ПП с БИС и МСБ, имеющих штыревые и планарные выводы, ПМК при очень высокой насыщенности поверхности ПП ЭРИ и ПМК.	Специальное прецизионное оборудование, фотоплоттеры, плоттеры, лазерное оборудование		Фоторезисты с высокой разрешающей способностью и толщиной не более 35 мкм; фоторезисты лазерного экспонирования

 

 

 

Печатные платы 1 и 2 классов точности наиболее просты в исполнении, надежны в эксплуатации и имеют минимальную стоимость; для ПП 3 класса точности необходимо использовать высококачественные материалы, более точный инструмент и оборудование; для ПП 4 и 5 классов — специальные материалы, прецизионное оборудование, особые условия при изготовлении; ПП 6 и 7 классов — это высокоплотные ПП, для которых нужны специальные конструкции, материалы и технологическое оснащение.

Для ПП выберем 4 класс точности т.к. проектируемая ПП адаптера ВСИ соответствует требованиям и характеристикам относящимся к этому классу. 

9.2 Выбор материала для изготовления печатной платы

Выбор материала ПП при разработке ЭА во многом зависит от классности по объекту установки.

В табл.9.2.1 приведены обобщенные значения механических воздействующих факторов в зависимости от класса ЭА.

Таблица 9.2.1 . Обобщенные значения механических воздействующих факторов по классам ЭА

 

Воздействующий фактор	Класс ЭА
	Наземная	Морская	Бортовая
Вибрация: частота, Гц ускорение, g	10...70 1...4	0...120 1.5...2	5...2000 До 20
Многократные удары: ускорение, g длительность, мс	10... 15 5...10	15 5...10	6... 12 До 15
Одиночные удары: ускорение, g длительность, мс	50... 1000 0,5...Ю	До 1000 0.5...2	—
Линейное ускорение, g	2...5		4...10
Акустические шумы: уровень, дБ частота, Гц	85...125 50... 1000	75... 140 50... 1000	130... 150 50... 1000

 

Данная ЭА относится к классу наземной ЭА. Из класса наземной ЭА  адаптер ВСИ относится к подклассу: возимая, т. к. устройство предназначено для использования в операторском отсеке БМ.

Для возимой ЭА характерна работа в условиях вибраций, ударов, абразивной пыли, избыточной влажности. ПП должна иметь ограниченные габариты и массу, обеспечивать простоту и надежность электрических соединений, устойчивость к ударам и вибрациям, к возникновению инея и росы, а также ограниченную мощность рассеяния.

Под влиянием дестабилизирующих факторов в ПП протекают сложные физико-механические процессы изменяющие физико-механические (расширение, размягчение, обезгаживание, деформация, коробление, прогиб, скручивание ПП) и электрофизические свойства материала основания ПП (электропроводность, нагрузочная способность печатных проводников по току, диэлектрические свойства и т. д.) и вызывающие отказы ЭА. Поэтому при конструировании ПП необходимо располагать допустимыми значениями воздействующих факторов, знать характер изменения различных свойств материалов ПП и обеспечить защиту ПП от влияния дестабилизирующих факторов.

Многое зависит от того, что требуется — дешево или качественно. При этом следует иметь в виду, что:

• при использовании недорогих отечественных стеклотекстолитов при ширине проводников и зазоров между ними менее 0,3 мм большой процент ПП уйдет в брак, что естественно, увеличит стоимость ПП и приблизит к стоимости ПП из импортных материалов;
• применение защитных паяльных масок увеличивает стоимость ПП на отечественных материалах, примерно на 30...35 %, а на импортных — на 5 %;
• если стоимость модуля 1-го уровня (ячейки) превышает стоимость ПП, примерно в 10 раз, желательно использовать импортные материалы;
• подготовка производства ПП на импортных материалах примерно, в 2—2,4 раза дороже по сравнению с отечественными, а изготовление 1 дм2 — в 1,8—2,2 раза и зависит от объема заказа в 1 дм2 или типа производства (опытное, мелкосерийное или массовое) и наличия — отсутствия защитной паяльной маски.

В табл. 9.2.2 приведены некоторые марки материалов фирмы ISOLA (Германия), а в табл. 9.2.3 —характеристики импортных материалов ПП.

В материале FR-2 в качестве наполнителя используется бумага, а в качестве связующего — фенольная смола; в FR-3 — бумага и эпоксидная смола; в FR-4, FR-5, G-10 и G-11 — стеклоткань и эпоксидная смола. 

Импортные материалы в производстве ПП 

Таблица 9.2.2 Базовые материалы фирмы ISOLA

 

Наименование материала	Характеристики	Область применения
Supra-Carta-E-Cu Quality 303 GL (СЕМ 1)	Упрочненный (композиционный), пробиваемый и штампуемый, тепловая и размерная стабильность	Бытовая электроника, автомобилестроение
Duraver-E-Cu Quality 104 (FR-4) — жесткий, тонкий, препрег	Стандартный, не пропускает УФ, Tg> 130 °С, постоянная рабочая температура 120 °С	ДПП, МПП с малым и средним количеством слоев
Duraver-E-Cu Quality 104KF (FR-4) — жесткий	CTI 400, Tg> 130 °С, постоянная рабочая температура 120 °С	ДПП
Duraver-E-Cu Quality 104TS (FR-4) — жесткий, тонкий, препрег	Не пропускает УФ, «Т260-тест» > 60 мин, нет миграции Си, Tg> 130°C, постоянная рабочая температура 120°С	Многофункциональный
Duraver-E-Cu Quality 114 (FR-4) — тонкий, препрег	Не пропускает УФ, Tg> 150 °С, постоянная рабочая температура 130 °С, при динамическом напряжении 120 °С	Сложные МПП — автомобилестроение, средства связи
Duraver-E-Cu Quality 114TS (FR-4) — жесткий, тонкий, препрег	Не пропускает УФ, термостабильный, «Т260-тест» > 60 мин, Tg> 150 °С, постоянная рабочая температура 130°С	Многофункциональный, в том числе автомобилестроение
Duraver-E-Cu Quality 117 (FR-4) — жесткий, тонкий, препрег	Не пропускает УФ, Tg> 165°С, незначительное расширение по оси z, постоянная рабочая температура 145°С	МПП высокой плотности
IS 410 — тонкий, препрег	Отличные тепловые, механические и электрические свойства, Тg=180оС	Платы для компьютерной и автомобильной промышленности
FR 408 — жесткий, тонкий, препрег	Низкий коэффициент диэлектрических потерь, низкий коэффициент теплового расширения, Тg>180°C	Платы для электроники с передачей высокочастотных сигналов
Duraver-BT-Cu — тонкий, препрег	Низкий коэффициент диэлектрических потерь в широком частотном диапазоне, незначительное расширение по оси г, Tg> 180 °С, постоянная рабочая температура 155°С	МПП с большим количеством слоев (термостабильная подложка)
Gigaver 210 — тонкий, препрег (смола АРРЕ)	Низкий коэффициент диэлектрических потерь в широком температурном и частотном диапазоне,Tg> 180 °С, превосходная тепловая стабильность и стойкость к химикатам	Военно-космическое применение
Р 97 + Р 27 — жесткий, тонкий, препрег (Р 27) (на основе поли и мида)	Химия без дианилового метилена,' композиция V-0, Tg= 260 °С, постоянная рабочая температура 200 'С	Военно-космическое применение

 

Окончание табл. 9.2.2

 

Наименование материала	Характеристики	Область применения
Duraver-E-Cu Quality 156 — жесткий, тонкий, препрег	Не пропускает УФ, Tg> 150 "С, система небромированной смолы, воспламеняемость класса V-0	Платы с пониженной горючестью
Duramid-E-Cu Quality 115 (FR-5) — тонкий, препрег (смола, упрочненная арамидом)	Хорошая термостабильность, отличная химическая стойкость, низкая шероховатость поверхности, хорошо сверлится с помощью лазера	1 МПП с Micro-via
Isofoil 160i — медная фольга со слоем смолы	Тg =150 °С	Наружные слои МПП
Ecofoil — медная фольга со слоем смолы, не содержащей галогенов	Тg =150 °С	Наружные слои МПП   !|

Таблица 9.2.3 Основные параметры базовых материалов фирмы ISOLA

 

Наименование параметра	Марка материала
	DURAVER-ECu Quallitaet 104 (FR-4)	Supra-Carta-ECu Qual. 303 GL (CEM-1)	Supra-Carta Cu-96 Qual. V-0-351 (FR-2)
Электрические параметры
Поверхностное сопротивление, Ом (96/40/92)	4• 1012	3• 1011	1•1010
Удельное объемное сопротивление, Ом • см (96/40/92)	8 • 1014	2 • 1013	2• 1012
Диэлектрическая постоянная при 1 МГц (96/40/92*)	4,7	4,7	5,0
Тангенс угла диэлектрических потерь при 1 МГц (96/40/92*)	0,019	0,031	0,050
Величина тока утечки (без предварительной обработки), мА	200	300	200
Механические параметры
Усилие при отрыве контактной площадки, Н**	340	210	100
Прочность сцепления медной фольги (без предварительной обработки), Н/мм	2,0	1,8	1,9