Проблемы конструкторско-технологического проектирования гибких печатных плат

Особенности проектирования гибких плат с учетом параметров точности позиционирования

Создание большой монтажной плотности гибкой многослойной платы (ГМП) ограничено предельными возможностями технологии в уменьшении размеров присоединительных элементов для выводов микросхем. Повышенную плотность соединений можно реализовать только в многослойных трехмерных структурах ГМП за счет увеличения слойносги, улучшения коммутационных характеристик слоев, увеличения плотности трасс. Качественно плотность соединений в ГМП определяется соотношением:

где Т - шаг сквозных отверстий, между которыми трассируется (п ? m ? р) проводников. Коэффициент использования трасс к может принимать значения в пределах 0 < к < 1 в зависимости от степени взаимонезависимости направлений трассировки соединений.

В ГМП особенно большую эффективность создают межслойные переходы в шаге трасс двусторонних внутренних слоев со строго ортогональной трассировкой. Коэффициент к для сигнальных слоев ГМП с различной плотностью трасс принимает значения, представленные в табл. 1.1 [19-21].

Т а б л и ц а 1.1.

Количество трасс проводников отнесенных к двум соседним отверстиям

Значения коэффициента использования трасс, к

Вну тренние слои без межслойных переходов

Двусторонние слои с межслойными переходами

1

0,6

1

2

0,52

2

3

0,46

3

4

0,38

4

Увеличение слойносги гибких плат ограничено предельной толщиной ГМП - технологическими ограничениями металлизации и пайки глубоких и узких отверстий в «толстых» диэлектрических основаниях ГМП. Кроме того, при использовании «толстых» плат затрудняется отвод тепла от тепловыделяющих элементов, что тоже будет сдерживающим фактором проектирования «толстых» плат.

Увеличение плотности токопроводящего рисунка - наиболее продуктивный способ увеличения плотности межсоединений. Однако ограничения в уплотнении рисунка связано в основном со значительным возрастанием электромагнитных связей между соседними трассами.

Улучшение коммутационных характеристик за счег использования второй структуры трехмерных связей на внешних и внутренних слоях создает дополнительные условия повышения эффективности использования трасс.

Необходимость объективной оценки предельных возможностей технологии в сочетании с необходимым уровнем надежности обусловило создание основ инженерных расчетов для выбора технических решений в процессе разработки базовых конструктивно-технологических решений по новым изделиям

В ряде работ были созданы общие теоретические основы вероятностных методов оценки точности параметров ГМП. Их использование в практике расчетов потребовало изучения законов распределения составляющих звеньев размерных цепей и их числовых характеристик применительно к конкретным конструкционным материалам и технологической базе производства. Вместе с тем, возникла потребность в методиках прогнозного расчета основных конструктивно-технологических параметров ГМП и моделях расчета совмещения элементов соединений в многослойную трехмерную структуру [19].

Созданная на этой основе обобщенная математическая модель расчета вероятности ослаблений соединений позволяет формировать стратегию проектирования высоконадежных межсоединений, соотнесенного с возможностями реального производства.

Для технических средств, использующих высокую плотность монтажа с большим количеством элементов межсоединений, когда размеры элементов соединений соответствуют предельным возможностям производства, более достоверен вероятностный метод расчета плоских размерных цепей. Вместе с тем, этот мегод создает основу для оценки конкретного производства в возможностях реализации проектов межсоединений и позволяет рассчитать их надежность в зависимости ог сложности конструкций монтажных изделий в сопоставлении с техническим уровнем производства [22-26].

Одним из непременных условий конструктивно-технологического обеспечения надежности соединений является правильно рассчитанные размеры элементов совмещения трехмерных сгруктур межсоединений. Для многослойных печатных плат это условие обеспечивается размером контактных площадок, исключающим выход за их пределы зоны сверлений сквозных отверстий. Основанные на этом критерии модели расчетов состоят в определении статистического распределения точек на плоскостях внутренних слоев, в которых могут находиться трансверсальные связи (метали- зированные отверстия) с учетом погрешностей изготовления ГМП. Эти погрешности группируются на:

  • - позиционные погрешности, не зависящие от линейных размеров плат (погрешностей оборудования и систем базирования);
  • - линейно-зависимые погрешности, связанные с деформациями оснований, несущих топологический рисунок межсоединений (деформации полимерной основы фотошаблонов, тонких оснований внутренних слоев ГМП и др.) [27].

Сумма дисперсий позиционных погрешностей, представляющих независимые случайные величины с нормальным законом распределения и с нулевым математическим ожиданием, равна:

?

2

где а. - дисперсии погрешностей позиционирования и систем базирования.

Исследованиями линейно-зависимых погрешностей установлено, что по мере увеличения линейных размеров печатных плат и расстояний печатных элементов от условно выбранного начала координат математическое ожидание mL величины их смещения изменяются линейно, а дисперсия als - параболически:

2 „ где т0 и сг() - математическое ожидание и дисперсия линеинои

деформации материалов, отнесенные к единице длины.

Так как печатные элементы примерно одинаково распределены по полю платы, распределение расстояний от условного начала координат по всей длине платы можно принять равновероятным:

F(L) — ML. В этом случае характеристики mQL и <т~ будут представлять собой функции случайной величины L .

Дисперсию и математическое ожидание суммарного распределения величины размерной нестабильности ДL но длине получены из закономерностей нормальных распределений, представляющих собой функции какого-либо доминирующего фактора:

где М и ?~ - индексы математического ожидания и дисперсии распределения рассматриваемой случайной величины, определяемые из соотношений:

Тогда

Достоверные значения параметров т0 и 0 должны были бы

определяться статистическими методами. Однако они требуют большого объема экспериментальных исследований, результаты которых характеризуют свойства лишь единичных партий материалов. Поэтому целесообразней установить обобщенные соотношения между числовыми характеристиками размерной нестабильности материалов, используемых в выражениях (1.1-1.3), и значениями коэффициента относительной деформации а , заложенными в сертификатах на конкретные материалы. При выводе этих соотношений следует руководствоваться тем, что указываемые в технической документации значения параметров соответствуют, как правило, нолю рассеивания, равному ±3сг . Это означает, что

и

Формулы для приближенного вычисления числовых характеристик распределения погрешности ДL получим, подставляя (1.4) и (1.5) в (1.1) и (1.3):

В результате значения линейно-зависимых погрешностей можно выразить следующим образом:

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >