Учебник по Технологии

– для объемной задачи:

Rx =

1

x

; Ry =

1

y

; Rz =

1

z

;

sc Dy × Dz

sc Dx × Dz

sc Dx × Dy

– для плоской задачи:

	Rx =	1	x ;	Rx =	1	x .
		sc			sc
			Dy			Dy

а)

б)

в)

г)

Рис. 164. Разбивка плоскости элементарными площадками: а – сеткой с узлами внутри; б – сеткой с узлами в углах; в, г – сеткой электрических сопротивлений для случаев с узлами внутри и в углах

Здесь σс = σδ – удельная проводимость слоя. Если выбрать шаг по всем координатам один и тот же, то все внутренние сопротивления будут одинаковыми, т.е. Rx = R y = Rz.

Рассмотрим температурное поле подложки гибридно-пленоч- ной интегральной схемы, заключенной в корпусе (рис. 165).

628

Рис. 165. Конструкция микросхемы

Чтобы получить тепловую модель этой микросхемы, введем ряд допущений:

1)активные элементы схемы рассматриваем как эквивалентные резисторы с той же рассеиваемой мощностью;

2)тепловым сопротивлением между пленкой резистора и подложкой пренебрегаем из-за наличия хорошего контакта;

3)коэффициент теплопроводности в исследуемом диапазоне температур считаем постоянным;

4)при расчете параметров электрической сетки тепловые сопротивления пленок не учитываем, считая, что пленки проводников резисторов оказывают незначительное влияние на распределение температуры по подложке из-за большого сопротивления тепловому потоку;

5)поверхность корпуса считаем изотермической поверхно-

стью;

6)теплоотводом через выводы микросхемы пренебрегаем. При построении тепловой модели микросхемы необходимо считать конструкцию сложной структурой следующего вида:

∙слой ковара толщиной 0,15 мм (нижняя часть корпуса);

∙слой клея-мастики ЛН толщиной 0,1...0,2 мм (с помощью этого клея подложка крепится к корпусу);

∙слой диэлектрика (обычно подложка выполнена из ситалла СТ-50-1);

∙воздушный промежуток;

∙слой ковара (крышка корпуса).

Расчеты говорят о том, что тепловое сопротивление воздушного промежутка более чем на два порядка больше теплового сопротивления подложки и клеевой прослойки, поэтому почти весь тепловой поток с верхней поверхности подложки с элементами бу-

629

дет направлен вниз к нижней части корпуса. Далее он рассеивается в основном за счет конвекции. Если микросхема установлена на плате, то в конвективном теплообмене участвует лишь верхняя часть корпуса.

Тепловая модель микросхемы – это плоская электрическая схема (рис. 166). Между узлами сетки и точкой S, которая соответствует изотермической поверхности корпуса, включены сопротивления RС, моделирующие тепловые сопротивления подложки и клеевой прослойки по всей толщине. Между точкой S и общей точкой модели включено сопротивление RS, которое моделирует конвективный теплообмен (корпус микросхемы – окружающая среда). В узлах электрической сетки включено сопротивление RV , через которое вводятся токи, моделирующие внутренние источники тепла. Это сопротивление должно быть значительно больше сопротивлений Rx и Rу, чтобы последние не оказали влияния на величину вводимых токов.

Рис. 166. Тепловая модель микросхемы

Значит,

iv = Uv /Rv,

где Uv – напряжение питания модели; iv – ток, вводимый в соответствующий узел электрической сетки. Величина тока iv , вводимого в

узел сетки, определяется мощностью тепловыделяющего элемента в этом узле Рv и масштабным коэффициентом подобия.

Из сказанного можно сделать вывод, что потенциалы узлов сетки, измеренные относительно общей точки модели, дают воз-

630

можность определить температуру перегрева поверхности подложки относительно окружающей среды, а потенциал точки S, тоже измеренный относительно общей точки модели, дает возможность определить температуру перегрева корпуса микросхемы относительно температуры окружающей среды.

Параметры сетки рассчитываются по формулам

R =	kλ x	;	R =	kλ y	.
x	ldDx		x	ldDy

Так как ∆х = ∆у; Rx = Ry = R, сопротивление сетки между узлами, лежащими на границах прямоугольной подложки, равно 2R.

Сопротивление стоков на корпус

			′		′′	;
		Rc = Rc		+ Rc
	Rx =	kλδ1	;	Rx	=	kλ	δ2	,
		l1DxDy				l2DxDy
где kλ = λ /δ –	масштабный коэффициент подобия; δ1 – толщина
подложки; δ2 –	толщина слоя клея-мастики; λ1 – коэффициент теп-
лопроводности материала подложки;					λ2 –		коэффициент теплопро-
водности клея-мастики.

Сопротивления, моделирующие теплообмен корпуса микросхемы с окружающей средой:

RS = k λ , a S

где S – поверхность корпуса, участвующая в конвективном теплообмене с окружающей средой; a – коэффициент теплоотдачи конвекцией между корпусом и средой (a = 25-30 Вт/м2×град).

Имеется формула пересчета значений потенциалов узловых точек в значение температуры:

	t =	Rv P	U ,
		kλUv
где	Р – общая мощность всех		тепловыделяющих элементов;
Rv –	сопротивление, равное параллельному соединению всех сопро-
тивлений.

Данные для расчета следующие: размеры корпуса микросхемы, размеры подложки, толщина эпоксидного клея между полупроводниковым прибором и подложкой, толщина клея между подлож-

631

кой и корпусом, шаг сетки, материалы, теплофизические параметры материалов, общая мощность, которую выделяют все тепловыделяющие элементы.

Рассмотрим интерполяционные математические модели. Всякое исследование того или иного процесса имеет своей целью изучить механизм явления и найти оптимальные условия его протекания. Характерным для всех задач этого типа является то, что оптимизации подлежат сложные системы или части системы, у которых параметры оптимизации являются функциями большого числа переменных.

В настоящее время имеется два пути решения указанных задач. Согласно первому пути для оптимизации системы или процесса необходимо предварительное ее исследование, создание теории процесса или явления. Такой путь требует много времени и средств на изучение самого процесса. Кроме того, современные системы настолько сложны и работают в столь сложных условиях, что детальное их изучение в доступные сроки практически невозможно.

Второй путь предусматривает экспериментальный подход к оптимизированной системе, т.е. использование различных методов планирования эксперимента. Такие приемы планирования и проведения эксперимента позволяют добиться следующих преимуществ при оптимизации:

∙уменьшить количество экспериментальной работы;

∙не только оптимизировать систему, но и получить ее математическое описание или математическую модель, адекватную (соответствующую) опытным данным;

∙вся схема исследования оказывается формализованной, информация, которая получается в процессе исследования, может гибко менять стратегию поиска оптимальных условий.

С точки зрения математики задача ставится следующим образом: проектирование объекта заключается в выборе модели исследования, обосновании выбранных параметров оптимизации и независимых переменных. Математическая модель объекта исследования может быть получена в виде уравнения связи выходного параметра Y объекта и входных независимых переменных x1; x2, ..., xk. Уравнение связи является математическим описанием некоторой поверхности отклика в пространстве k сходных факторов и может быть задано функцией отклика

Y = f(x1, x2, ..., xk),

(82)

632

где Y – параметр, который подлежит оптимизации; x1, x2, ..., xk – независимые переменные, далее называемые факторами.

Всевозможные наборы значений независимых переменных назовем k-мерным факторным пространством. Задача оптимизации состоит в том, чтобы найти такое значение вектора х = (x1, x2, ..., xk), которое оптимизирует в требуемом смысле функцию (82). Функ-

цию отклика	аппроксимируют полиномом вида
	k	k	k
	η = β0 + ∑βi xi	+ ∑βij xi x j	+ ∑βii xi	2	+ ...,	(83)
где β0, βi, βij,	βii – теоретические коэффициенты регрессии. Как пра-

вило, на практике ограничиваются конечным числом членов разложения, аппроксимируя неизвестную функцию отклика полиномом некоторой степени. Задача получения математической модели объекта или явления сводится к определению коэффициентов уравнения (83) по опытным данным.

Реальные объекты исследования подвержены действию возмущающих факторов различной природы, поэтому величина Y изменяется случайным образом, и уравнение (83) не дает возможности установить точную связь между входом и выходом объекта, а является лишь условным математическим ожиданием выходной переменной, т.е. уравнением связи является уравнение регрессии. Поэтому коэффициенты полинома, определенные в результате эксперимента, являются статистическими оценками соответствующих истинных значений, значит, в уравнении регрессии

k	k	k
Y = b0 + ∑bi xi	+ ∑bij xi x j	+ ∑bii xi	2	+ ...,	(84)

где коэффициенты b0, bi, bij, bii являются оценками истинных значений коэффициентов β0, βi, βij, βii и т.д., a Y – расчетное значение параметра оптимизации.

633

Заключение

Развитие радиоэлектроники оказывает существенное влияние на научно-технический прогресс и успехи в социально-экономи- ческой области. Транспорт, энергетика, космические системы и другие направления нашей экономики, где велики последствия од- ного-единственного отказа, нуждаются в высоконадежных изделиях радиоэлектроники. Надежность этих изделий закладывается при их проектировании, обеспечивается при производстве и поддерживается при эксплуатации в составе радиоэлектронных средств. С другой стороны, изделия радиоэлектроники должны рассматриваться как совокупный результат разработки схемы, конструкции и технологии.

Современное производство радиоэлектронных средств представляет собой сложную пространственную динамическую систему с переменной структурой. Она имеет множественные внешние и внутренние связи. Современные производственные системы РЭС включают в себя подсистемы автоматизации планирования и управления, управленческие информационные системы, используемые в масштабе всего предприятия, а также интегрированные системы автоматизированного проектирования и технологической подготовки производства.

Все многообразие РЭС чрезвычайно разнородно как по функциональному назначению, так и по конструктивному исполнению. Но насколько разнообразны конструкции устройств внешне, настолько они близки внутренне. При внимательном рассмотрении практически любого РЭС можно выделить определенное количество составных частей, которые по своему функциональному назначению будут общими для бесконечного множества других РЭС.

Учебник посвящен вопросам технологии производства радиоаппаратуры для радиосвязи, радиовещания, телевидения, радиолокации, радионавигации и других направлений науки и техники.

Развитие радиоэлектроники оказывает существенное влияние на научно-технический прогресс и успехи страны в социальноэкономической области. Машиностроение, играющее ключевую роль в ускорении научно-технического прогресса, нуждается в надежно работающих сложных изделиях радиоэлектроники, органически входящих в качестве комплектующих элементов в станки с числовым программным управлением, роботы и другие устройства гибких производственных систем.

634

К достоинствам рукописи следует отнести полноту и доступность изложения. Материал представлен профессиональным техническим языком, уровень и стиль изложения соответствуют восприятию студентов и отражают основные требования и действующие программы курса «Технология радиоэлектронных средств».

Темы даны в соответствии с последовательностью, определенной ГОСом, и будут полезны прежде всего студентам радио- и приборостроительных специальностей, а также молодым специалистам.

Основные разделы учебника изложены весьма подробно и логично, основываются на глубоком знании основ электроники, радиотехники, системотехники, физико-химических основ технологии РЭС.

Целесообразность подготовки данного учебника обусловлена также тем, что доступность современной технической литературы по данному направлению для студентов сокращается, следовательно, подготовка учебника, включающего в себя всю совокупность учебно-методических вопросов, представляется весьма полезной.

635

Библиографический список

1.А.с. 563614 СССР. Вихретоковый преобразователь / В. И. Рогачев, В. В. Сухоруков, П. Н. Шкатов. – БИ; 1977. – Бюл. № 24.

2.А.с. 563615 СССР. Токовихревой преобразователь / В. И. Рогачев, В. В. Сухоруков и др. – БИ; 1977. – Бюл. № 24.

3.А.с. 634084 СССР. Устройство для контроля металлизированных отверстий печатных плат / В. Д. Орлов, В. И. Широков, Э. П. Максаков [и др.].

4.Виноградов, С. С. Оборудование и организация гальванических производств : учеб. пособие / под ред. В. Н. Кудрявцева. − М. : РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2001.

5.Волк, М. Герметизация электротехнической и радиоэлектронной аппаратуры / М. Волк, Ж. Леффордж, Р. Стенсон. − М. ; Л. : Энергия, 1966.

6.Гель, П. П. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры : учеб. для вузов / П. П. Гель, Н. К. ИвановЕсипович. – Л. : Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1984.

7.Городов, В. А. Методы электрического контроля печатных плат / В. А. Городов // Технологии в электронной промышленности. − 2005. − № 1.

8.ГОСТ 23661. Платы печатные многослойные. Требования к типовому технологическому процессу прессования.

9.Дьюкс, Дж. М. Печатные схемы, их конструирование и применение / Дж. М. Дьюкс. – М. : Иностранная литература, 1963.

10.Ильин, В. А. Химические и электрохимические процессы

впроизводстве печатных плат. Приложение к журналу «Гальвано-

техника и обработка поверхности» / В. А. Ильин. − Вып. 2. − М., 1994.

11.Карпов, С. В. Проблемы контроля многослойных печатных плат / С. В. Карпов // Радиотехника. − 2003. − № 3. − С. 74–85.

12.Котов, Е. П. Автоматизация процесса прессования многослойных печатных плат / Е. П. Котов, М. Махмудов, Л. И. Жак. − М. : Радио и связь, 1986.

13.URL: http://www.pcbfab.ru

14.URL: http://www.new-system.com

636

15.Медведев, А. М. Надежность и контроль качества печатного монтажа / А. М. Медведев. − М. : Радио и связь, 1986.

16.Медведев, А. М. Обновление технологий в российской электронной промышленности / А. М. Медведев // Технологии в

электронной промышленности. − 2005. − № 1.

17.Медведев, А. М. Сборка и монтаж электронных устройств / А. М. Медведев. − М. : Техносфера, 2007. − 256 с.

18.Медведев, А. М. Технология производства печатных плат / А. М. Медведев // Техносфера. − 2005. − 360 с.

19.Новокрещенов, С. В. Выбор режущего инструмента / С. В. Новокрещенов // Технологии в электронной промышленно-

сти. − 2005. − № 1.

20.Приходько, И. Тестирование печатных плат / И. Приходько // Электронные компоненты. − 2003. − № 3.

21.Технология многослойных печатных плат / А. А. Федулова, Ю. А. Устинов [и др.]. − М. : Радио и связь, 1990.

22.Ультразвук: Маленькая энциклопедия / под ред. И. П. Голямина. − М. : Сов. радио, 1980.

23.Уразаев, В. Г. Влагозащита печатных узлов / В. Г. Уразаев. − М. : Техносфера, 2006. − 344 с.

24.Ханке, Х.-И. Технология производства радиоэлектронной аппаратуры : пер. с нем. / Х.-И. Ханке, Х. Фабиан. − М. : Энергия, 1980.

25.Технология радиоэлектронных средств : учеб. пособие / Н. К. Юрков, А. К. Гришко, Л. А. Тюрина, М. В. Чернецов ; под

ред. Н. К. Юркова. − Пенза : Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2007. − 344 с.

637