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

 

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)
При повышенной температуре, Н/мм
при Т=100 "С	—	1,4	1,2
при Т= 125 °С	1,4	—	—
Термические параметры
Стойкость к ванне припоя при 260 "С (без предварительной обработки), с	Более 60	25	15
Горючесть по U L 94 (без предварительной обработки), класс	V-0	V-0	V-0
Предельные температуры (без предварительной обработки), °С	130	130	105
Водопоглощение, мг	15	19	52

Окончание табл.

* Последующая обработка (90+15) мин  при Т= (18...28)+1 °С и 73...77 % относительной влажности воздуха.

** К контактным площадкам диаметром 4 мм, в середине которых имеется  отверстие диаметром 1,3 мм, припаивается проволока диаметром 1 мм. Определяется усилие, необходимое для отрыва контактной площадки в перпендикулярном направлении.

Оптимальным выбором из приведенных выше таблиц будет стеклотекстолит фольгированный DURAVER –E –Cu Quality 104 (FR-4) поэтому в качестве материала для изготовления ПП выберем именно его.

Характеристиками прокладочных склеивающих материалов (толщиной 0,025; 0,06 и 0,1 мм) для склеивания слоев МПП в монолит являются:

• марка стеклоткани и смолы;
• общее содержание смолы, которое определяет прочность склеивания, способность заполнять пространство между печатными проводниками в слое МПП, толщину изоляционного слоя между слоями МПП. Рассчитывается как отношение массы смолы к массе прокладочного материала, в процентах. Содержание смолы в прокладках должно быть в пределах 42...52 %, в материалах фирмы ISOLA (Германия) — до 67 %;
• содержание летучих веществ в смоле, которые приводят к образованию пустот, уменьшению прочности склеивания, степени полимеризации смолы из-за присутствия растворителя, ухудшению механических и изоляционных характеристик. Определяется как отношение массы летучего растворителя к массе пропитанной стеклоткани, в процентах. Содержание летучих веществ в смоле должно быть не более 0,75 %;
• текучесть смолы, которая определяет режим прессования слоев (температуру и давление) и пригодность прокладочного материала для склеивания слоев МПП.

Вышеперечисленными характеристиками обладает стеклоткань прокладочная DURAVER-E-Cu Quality 104 (ML), поэтому ее следует применить в качестве прокладочного склеивающего материала.

 

8.3 Выбор метода изготовления печатной платы

Метод металлизации сквозных отверстий (МСО) применяется для изготовления жестких, гибких и гибко-жестких МПП.

Технологический процесс изготовления МПП методом МСО включает:

• изготовление отдельных односторонних или двусторонних слоев с рисунком и металлизированными отверстиями (или без отверстий);
• сборку и прессование пакета, состоящего из отдельных слоев, склеивающих прокладок между ними, экранов (при необходимости);
• сверление сквозных отверстий в спрессованном пакете;
• получение рисунка наружных слоев и металлизацию сквозных отверстий.

Электрическая связь между слоями осуществляется при помощи переходных отверстий между внутренними слоями и сквозных отверстий между наружными слоями, металлизированные стенки которых соединены с элементами печатного рисунка внутренних слоев.

Метод МСО является базовым ТП изготовления МПП.Одним из узких мест МПП, изготовленных ММСО, является плохой контакт торцов контактных площадок внутренних слоев с металлизированным отверстием, что объясняется малой площадью контакта и наличием пленки эпоксидной смолы, наволакиваемой на стенки отверстий при сверлении. Для увеличения площади контакта и очистки отверстий перед металлизацией проводят операцию подтравливания диэлектрика в отверстиях. Наиболее часто применяют последовательную обработку в серной и плавиковой кислотах или в их смеси. В результате этой обработки контактные площадки внутренних слоев частично обнажаются и выступают в отверстиях. После выполнения операций химического, гальванического меднения и нанесения металлорезиста значительно увеличивается площадь контакта контактных площадок внутренних слоев с металлизированным отверстием.

При изготовлении внутренних слоев МПП методом МСО применяют:

• комбинированный позитивный метод — для двусторонних слоев с переходными отверстиями;
• химический негативный метод — для слоев без отверстий;
• тентинг - метод — для двусторонних слоев с переходными отверстиями.

Метод МСО разработан много лет назад и находится в постоянном развитии. С учетом последних разработок к особенностям приведенной технологической схемы метода МСО относятся:

• применение лазера при получении переходных, крепежных отвер 
стий и обработке по контуру для повышения 
точности и качества обработки;

• подготовка поверхности слоев и пакетов водной суспензией пемзового абразива перед нанесением фоторезиста, а также перед прессованием, что исключает применение агрессивных сред, используемых при химической подготовке поверхности;
• применение магнетронного напыления на стадии предварительной металлизации переходных и сквозных отверстий, которое заменяет использование токсичных растворов химической меди на сухой безотходный процесс;
• применение прямой металлизации отверстий, исключающей процесс нанесения подслоя химической меди;
• оксидирование и сушка в инертной среде для удаления влаги при подготовке слоев перед прессованием для повышения прочности и качества сцепления слоев;
• применение плазменной очистки сквозных отверстий вместо под-травливания диэлектрика в смеси концентрированных серной и плавиковых кислот;
• применение тентинг-процесса при изготовлении двусторонних слоев;

Достоинства ММСО:

• возможность передачи наносекундных сигналов без искажения за счет наличия экранирующих слоев и изоляционных прокладок между сигнальными слоями;
• короткие электрические связи;
• возможность увеличения числа слоев без значительного возрастания продолжительности технологического цикла и стоимости;
• возможность электрического экранирования;

• устойчивость к внешним воздействиям и др. 
Недостатки ММСО:

• малая площадь контакта сквозного металлизированного отверстия с торцами контактных площадок внутренних слоев, что может привести к разрыву электрических цепей при пайке ЭРИ или в процессе эксплуатации при механических и термических воздействиях;
• низкое качество химической меди, которую применяют в качестве подслоя перед гальваническим меднением элементов печатного рисунка;
• значительная разница ТКЛР меди, диэлектрика и смолы и пр.

Для изготовления МСО для материала FR-4 рекомендуется применять тентинг-метод:

Тентинг-метод применяют при изготовлении ДПП, двусторонних слоев с металлизированными переходами и МПП. Особенности тентинг-метода:

• металлизируется вся поверхность и отверстия заготовки ПП;
• не используются экологически агрессивные процессы осаждения металлорезиста, и нанесение паяльной маски производится на медную поверхность;
• защита рисунка схемы при травлении меди с пробельных мест обеспечивается пленочным фоторезистом, который закрывает и проводники, и отверстия, создавая над ними зонтик; для получения защитного рельефа (изображения) рисунка схемы используют пластичные сухие пленочные фоторезисты толщиной 40...50 мкм. Образованные фоторезистом завески защищают металлизированные отверстия от воздействующего под давлением (1,62...2,02) • 105 Па и более травящего раствора в процессе струйного травления ПП. Поэтому для сохранения целостности завесок и исключения их попадания в отверстия применяют фоторезисты толщиной не менее 40...50 мкм;
• травление рисунка производят в кислых растворах хлорида меди, что облегчает их регенерацию и утилизацию;
• для изготовления ДПП и слоев МПП используют двусторонние фольгированные диэлектрики с толщиной медной фольги не более 18 мкм;
• для обеспечения надежной защиты отверстий диаметр контактной площадки выполняют в 1,4 раза больше диаметра отверстия, а минимальный поясок контактной площадки Ъ (ширина между краем контактной площадки и отверстием) — не менее 0,1 мм;
• для гальванического меднения используют электролиты с добавками, например, БСД, обладающие высокой рассеивающей способностью и позволяющие получать пластичные осадки гальванической меди;
• хорошее сочетание с процессом прямой металлизации, после которой осуществляется полная металлизация поверхности, и отверстий и др.

Основные достоинства и преимущества тентинг-метода:

• наименьшая продолжительность технологического цикла;
• не используют щелочные медно-хлоридные травильные растворы, содержащие аммонийные соединения, затрудняющие обработку сточных вод;
• улучшенные экологические показатели производства;
• экономичность ТП.

 

 

9.4 Расчет параметров ПП

9.4.1. Расчет диаметра монтажных отверстий

Номинальный диаметр монтажных металлизированных и неметаллизированных отверстий устанавливают исходя из следующего соотношения:

d-(‌‌‌\∆d\)Н.0≥dэ+r,

где dHO =0,1 — нижнее предельное отклонение диаметра отверстия определяется по табл. ();

         dэ=0,5 — максимальное значение диаметра вывода ЭРИ, устанавливаемого на ПП (для прямоугольного вывода за диаметр принимается диагональ его сечения);

          r=0,15 — разность между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным диаметром вывода, устанавливаемого ЭРИ (ее выбирают в пределах 0,1...0,4 мм при ручной установке ЭРИ и в пределах 0,4.:.0,5 мм — при автоматической).

d ≥ 0,1+0,5+0,15

d ≥0,75

Полученный результат сводится к предпочтительному ряду отверстий, поэтому примем d =0,9мм

 

Рассчитаем минимальный диаметр металлизированного монтажного отверстия по формуле:

где: - отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине печатной платы;

= 0,25

=1,5

тогда: 

 

2) расстояние Q1 от края ПП до элементов печатного рисунка должно быть не менее толщины ПП с учетом допусков на размеры сторон.

Примем Q1=1,6 мм;

3)расстояние Q2 края паза, выреза, неметализированного отверстия до элементов печатного рисунка определяется по формуле:

Q2=q+k+1/2(TD2+ Td2+∆tВ.О2)1/2,

Где q=0,5 мм-ширина ореола, скола из таблицы

       k=0,15 мм-наименьшее расстояние от ореола, скола, до соседнего элемента проводящего рисунка.

TD=0,15 мм - позиционный допуск расположения центров КП;

Td=0,05мм - позиционный допуск расположения осей отверстий;

tВ.О=0,05 мм - верхнее предельное отклонение размеров элементов конструкции, например ширины печатного проводника

Тогда Q2=0,5+0,15+1/2(0,152+0,052+0,052)=0,81мм

г) расчет ширины печатных проводников

Наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника определяют по формуле

t=tmin D+/∆tн.о./,

где tmin D- минимально допустимая ширина проводника,мм;

/∆tн.о./=0,05мм-нижнее предельное отклонение размеров ширины печатного проводника для 4-го класса точности.

Минимально допустимую ширину проводника определяют по формуле:

tmin D=(Imaxl∑ρi/hi)/Uдоп

Здесь ρi и hi- толщина и удельное сопротивление i-го слоя проводника;

L – максимально допустимая длина проводника. Примем l=20мм;

Imax=100мА=0,1 А;

Uдоп=0,3 В.

Из табличных данных толщина слоев и удельное электрическое сопротивление

Для медной фольги h1=18 мкм, ρi=1,72 ·10-5 Ом·м

Для гальванической меди h2=25 мкм, ρi=1,9 ·10-5 Ом·м

Для сплава олово-свинца h1=15 мкм, ρi=12 ·10-5 Ом·м