Számítógépes tervezés

Átírás

1 Számítógépes tervezés - Tervezési szempontok (Eurocircuits) - Elektronikus készülékek termikus konstrukciója - Elektronikus alkatrészek

2 Tervezési útmutató Adatformátumok (ASCII kódolással): Rétegfelépítés: Gerber 274X (apertúrákkal) Fúrás: Excellon (szerszám lista)

3 Adatformátumok feltételei Csak a szükséges fájlok küldése Egyértelmű fájl elnevezések Minden adat 1/1 arányba készüljön Ne legyek 0 értékű adatok a fájlokban Offset használatának mellőzése Egységes mértékegység használat Egységes felbontás (grid) használata Adatok a TOP oldal felől a BOTTOM oldal irányába a kártyán keresztül értelmezhetőek.

4 Osztálybasorolás Gyárhatóság megállapítása ár Rajzolati és furatozási osztályok TT,TP,PP, OAR,IAR,IPI (legkisebb a meghatározó a rajzolatinál) Furatozási osztály: a legkisebb szerszám átmérő

5 X: legkisebb TT,TP,PP,TW Y: legkisebb OAR Z: legkisebb IAR

6 Furatuozás 1. A fúrófájl a kész furatátmérőt tartalmazza 2. A furatok 0.05 mm es értékekre lesznek kerekítve 3. Külön fúrófájlok a fémezett és nem fémezett furatokhoz, ha nem lehet akkor jelölni a szerszám méreteknél. 4. Ha nem eldönthető, hogy PTH/NPTH: 1 réteg: minden furat NPTH 2 és több réteg: PTH mm (18mil) alatt VIA nak értemezik

7 6. A fémezés miatt nagyobbra fúrják a furatot: SZERSZÁMÁTMÉRŐ = KÉSZÁTMÉRŐ mm (4mil) fémezett furatok esetében (PTH) mm (2mil) nem fémezett furatok esetében (NPTH) 7. A furatoknak nem szabad fedésben lennie a kártyakontúrral 8. Ne készítsen fedésben lévő furatokat. A minimum furat-furat távolság 0.25mm (10mil). Ezt a fúrószerszámok szélétőlszéléig mérjük. 9. Maradékgyűrű lekerekített szélű téglalap forrszem esetén

8

9 Rajzolati rétegek Painted helyett flash pad forszemek Kitöltések poligonnal létrehozva, ne painting Kártya kontúr jelölése a rajzolati rétegekben (0,5mm) Leváló részek kerülése: 135 -os törések Rétegsorszámozás

10 Bekötetlen vagy közeli rézfelületek: X: minimum TW A: elkerülni B: javasolt Bármely szövegnek a rajzolati rétegen meg kell felelnie a tervezési szabályoknak az adott osztályban Csatlakozó aranyozott lábak esetén sose készítsen fémezett furatot (PTH), SMD vagy bármely más forrszemet 2.00mm (80mil) nél közelebb a csatlakozó lábakhoz

11 Forrasztásgátló lakk: egyezzen meg a forrszemek méretével Pozíció: - minimális vonal szélesség: 0.17mm (7mil) - Minimális szöveg magasság a jó olvashatósághoz: 1.00mm (39,5mil) - Minden pozíció szövegnek olvashatónak kell lennie. A nyomtatott áramkör MINDIG a top oldal felől a bottom oldalon át nézendő, így a top réteg felől lévő szövegnek olvashatónak, míg a bottom réteg felőli oldalnak olvashatatlannak vagy tükrözöttnek kell lennie. Karbon lakk:

12 Karbon lakk elemek vagy minták egy vezetőképes karbon festékkel készülnek, amiket billentyűzet érzékelőkhöz, LCD érintkezőkhöz, jumperekhez stb. használnak.

13 Lehúzható lakk: - Az alkatrész furatok és pad-ek védelmére a beültetés során. - Aranyozott csatlakozók vagy karbon elemek védelmére a beültetés során. Törekedés az egybefüggő lakk kialakítására

14 Szükséges vezetősáv szélesség

15

16

17

18 A szigetelőcsík szélessége az alkalmazott feszültség függvényében

19 ELEKTRONIKUS KÉSZÜLÉKEK TERMIKUS KONSTRUKCIÓJA

20 A TERMIKUS KONSTRUKCIÓ SZÜKSÉGESSÉGE Az elektromos alkatrészekben működésük során hő keletkezik a készülékeket kívülről különböző hőhatások érhetik a hő és a hőmérséklet változása káros hatásokat gyakorolhat az elektromos készülékek működésére

21 A HŐ ÉS A HŐMÉRSÉKLETVÁLTOZÁS HATÁSAI A magas hőmérséklet: - anyagok termikus és vegyi bomlása - diffúzió felgyorsul - lágyulás - polimerek öregedése - villamos paraméterek változása Hőmérséklet változása: - anyagok hő tágulásának illesztetlenségéből származó mechanikai feszültség léphet fel

22 Hűtési formák Passzív Aktív: - lég áramlásos - folyadék áramlásos: indirekt és direkt - fázisátalakulásos

23

24 Hőátadás Az átmenet igen nagy termikus ellenállást jelenthet, amely csökkenthető: a felületek polírozásával, és egymáshoz nyomásával a felületek összepréselésével a felületek egymáshoz való forrasztásával a felületek közé helyezett ún. termikus interfész alkalmazásával

25 Termikus interfész megoldások Termikus interfész anyagok: - rugalmasságuknak/viszkozitásuknak köszönhetően kitöltik a réseket - viszonylag nagy hővezető képességgel rendelkeznek (levegőhöz képest) - reaktív komponenseik segítségével a felületek minőségét javíthatják Alkalmazásuk szempontjai: - hővezető képesség - elektromos vezetőképesség - rugalmassági/terülési jellemzők - hosszútávú stabilitás és megbízhatóság - kezelhetőség

26 Megvalósítás: - hővezető paszta - hővezető ragasztó - hővezető alátét - halmazállapotváltó anyagok

27 Hővezető paszta: - leggyakrabban (oxidált) fémpehely szuszpenziója - a felületeket összeszorítva kell tartani - alkalmazása körülményes Hővezető ragasztó: - leggyakrabban kerámia por, UV-ra illetve hőre keményedő szuszpenzióba - kikeményedés után a felületeket nem kell összeszorítva tartani - elektromosan vezető változata is létezik - hővezető képessége kisebb a pasztáénál

28 Hővezető alátét: - leggyakrabban nagy hővezető képességű polimerek - a felületeket összeszorítva kell tartani - a réseket nem töltik ki tökéletesen (kevésbé rugalmasak) - szigetelőképességük és átütési ellenállásuk nagy - pl: csillámlemez Halmazállapotváltó anyagok: - fémpehely vagy kerámia por szuszpenziója - a felületeket összeszorítva kell tartani - az alacsony olvadáspont miatt a réseket jól kitölti - alkalmazása jól automatizálható

29 Termikus konstrukció Az eszközökben keletkező hő külvilágba való elvezetése a készülék megfelelő termikus konstrukciója biztosítja A tervezés két lépcsője: - alkatrész szintű hűtés: meghatározott sarokszámok alapján (maghőmérséklet, teljesítmény) egyszerű számításokkal - készülék szintű hűtés: nincsenek egyértelmű sarokszámok, bonyolult számítások

30 ALKATRÉSZ SZINTŰ HŰTÉS TERVEZÉSE

31 Készülék szintű hűtés tervezése SZIMULÁCIÓ

32 HŰTÉSI MEGOLDÁSOK HŰTŐBORDÁK ÉS LEMEZEK

33

34

35 Szerelőlemez Részt vesz az alkatrészekben disszipálódó hő elvezetésében A termikus viselkedés javítható: - több, egybefüggő rézréteg beépítésével a NyHL-ba - fémbetét alkalmazásával - termikus viák alkalmazásával - nagy hővezető képességgel rendelkező hordozó alaklamzásval

36

37 Folyadékhűtés Folyadék fajhője nagyobb a gázokénál azonos térfogat mellett nagyobb hőmennyiség szállítás ( ) Folyadékok hővezetési tényezője nagyobb a gázokénál ( ) Jellemzők: nagy hűtési teljesítmény és alacsonyabb hőmérséklet érhető el alacsony működési zaj hosszú élettartam, megbízható működés, zárt rendszer megvalósítása, gyártása körülményes mérete, tömege nagy rázás-, és ütésállósága kicsi

38

39

40 Fázisátalakulásos hűtési megoldás

41 Alkatrészismeret

42 Alkatrész típusok Ellenállás Kondenzátor Tekercs Félvezetők - diszkrét félvezetők diódák tranzisztorok - integrált áramkörök Passzív alkatrészek Egyéb (rezgőkvarc, mechanikus alkatrészek, stb.) Aktív alkatrészek

43 Alkatrésztípusok Hagyományos alkatrészek furaton átszerelt alkatrészek hosszú lábkivezetések Ez technológia elérte a határait méret, súly, költség és megbízhatóság tekintetében egyaránt

44 Alkatrésztípusok SM alkatrészek felületszerelt alkatrészek lábkivezetés nélkül is összes moduláramkörre szerelt alkatrészek viszonylatában eléri a 95%-ot

45 Integrált áramköri tokozási típusok

46

47 BGA tokozás kör alakú síkba csiszolt érintkezők a lapka alján gyártás utolsó fázisaként óngömböket visznek fel óngömbök száma db is lehet akár, átmérőjük, pedig általában 0,75mm A megbízható forrasztáshoz az egész áramköri lapkát a nyáklemezzel együtt fokon (ólommentes ú.n ROHS forrasztásnál, pedig ) kell tartani legalább másodpercig, ám az áramkör maximum 250 fokot visel el

48 Polaritás jelölése, lábkiosztás Pöttyel, csíkkal vagy a pluszjellel (+). Egy A betűvel a pozitív kivezetés közelében. Számos SMT alkatrésznek ferdén le van vágva a pozitív vége

49 Passzív alkatrészek

50 Ellenállások Megakadályozza az elektromos áramlást az anyagban (vezetőképesség) Állandó értékű ellenállások Szénréteg ellenállás: alumíniumoxid-kerámia hordozó, felgőzölt vékonyréteg Fémréteg ellenállás:alumíniumoxid hordozó, felgőzölt vékonyréteg, ill. felnyomtatott vastagréteg Huzalellenállás: kerámia hordozó, egyrétegű tekercs Kisméretű hengeres test, kétoldalt lábkivezetéssel Védőréteg, rajta az ellenálláskód Szabványos értéksorok, tűrés terhelhetőség

51 Ellenállások jelölése Névleges érték, tűrés, teljesítmény, Umax E12, E24 Hőmérsékleti tényező, PTK, NTK J,K,M 5,10,20% B,C,D,F,G 0.1,0.25,0.5,1,2% szűktűrésű SMD 3 vagy 4 szám, tűrés 5%

52 Ellenállások színkódolása = 47,5 kω Színek Értéksávok Szorzósáv Ω Tűr éssáv ±% ezüst x10-2 = 10m 10 arany x10-1 = 100m 5 fekete 0 0 x10 0 = 1 1 barna x10 1 = 10 2 piros x10 2 = 100 narancs x10 3 = 1k sárga x10 4 = 10k zöld x10 5 = 100k 0,5 kék x10 6 = 1M 0,25 lila x10 7 = 10M 0,1 szürke x10 8 = 100M fehér x10 9 = 1G

53 Változtatható értékű ellenállások Potenciométerek Mechanikus állítás Hengeres vagy tömb test, alul lábkivezetéssel elején állítóegységgel Huzal, szénréteg Szabványos értékek, tűrés, terhelhetőség

54 Trimmerpotenciométerek Mechanikus állítás Változtatható értékű Hengeres test, alul lábkivezetéssel elején/tetején állítóegységgel Szabványos értékek, tűrés, terhelhetőség ellenállások

55 Felületszerelt ellenállások Állandó értékű SM ellenállások Szigetelő üveg vagy kerámiahordozó felgőzölt vékonyréteg felnyomtatott és beégetett vastagréteg Kis méretű, lapos hasáb egyik hasáblap => ellenállásréteg kontaktusok a két szélen Védőréteg Értéksorok (szabványos), terhelhetőség

56 Felületszerelt ellenállások

57 Felületszerelt ellenállások Állandó értékű SM ellenálláshálózatok

58 Felületszerelt ellenállások Állandó értékű SM ellenálláshálózatok

59 Változtatható értékű SM ellenállások SM trimmer-potenciométerek

60 Kondenzátorok A szigetelők speciális fajtája (szigetelőképesség) Kerámia kondenzátorok Kerámia dielektrikum (szigetelő) Védőréteg Értéksorok (szabványos), feszültségérték

61 Kondenzátorok Tömb kondenzátorok Polipropilén, fémezett poliészter és polipropilén-fémfólia anyagból Védőréteg Értéksorok (szabványos), feszültségérték

62 SM kondenzátorok A szigetelők speciális fajtája (szigetelőképesség) Blokk-kondenzátorok Kerámia dielektrikum (szigetelő) Elektródák közötte Kis méretű, lapos hasáb kontaktusok a két szélen Védőréteg => maga a dielektrikum Értéksorok (szabványos), feszültségérték

63 SM kondenzátorok

64 SM kondenzátorok

65 SM kondenzátorok Blokk-kondenzátor hálózatok Kerámia dielektrikum (szigetelő) Elektródák közötte Kis méretű, lapos hasáb kontaktusok a két szélen Védőréteg => maga a dielektrikum Értéksorok (szabványos), feszültségérték

66 Blokk kondenzátor hálózatok

67 Kondenzátorok Elektrolit kondenzátorok Elektrolit dielektrikum (szigetelő) Elektródák közötte Kis méretű, hengeres kontaktusok az alján Védőréteg => alumínium ház Értéksorok (szabványos), feszültségérték

68 Alumínium elektrolit kondenzátorok

69 Tantál kondenzátorok Tantalium dielektrikum Tantalium elektróda Kis méretű, csepp alakú kivezetések az alján Védőréteg Értéksorok (szabványos), feszültségérték

70 SM elektrolit kondenzátorok Elektrolit dielektrikum (szigetelő) Elektródák közötte Kis méretű, hengeres kontaktusok az alján Védőréteg => alumínium ház Értéksorok (szabványos), feszültségérték

71 SM tantál kondenzátorok Kis méretű hasáb kontaktusok a két oldalon Védőréteg => műanyag ház Értéksorok (szabványos), feszültségérték!

72 SM trimmer kondenzátorok

73 Tekercsek, ferritek Hagyományos felépítésben Kivezetések oldalt Lég- és vasmagos és ferrit magos Pontos érték: hangolható (ferro-,para,- diamágneses csavar ) Szigetelt vezetékből, öntartó Csak mikroinduktivitások gyárilag

74 Aktív alkatrészek

75 Diszkrét félvezetők Diódák Tranzisztorok Integrált áramkörök Tokozások fajtái Áttekintés

76 Diódák Két kivezetéssel rendelkeznek Különböző teljesítmények (kisjelű ill. nagyáramú diódák) Diódahidak -> 4 db dióda egy tokban

77 SM diódák Általában két kivezetés SOD=Small Outline Diode Tokozások: MELF (SOD-80) SOD-110 D-PAK D2-PAK SOT 123, 323 SM LED-ek

78 Tranzisztorok Általában három kivezetés Tokozások: TO-3 TO-39 TO-3 TO-39 TO-220 TO-92 TO-247, stb. TO-32 TO-92 TO-220AB TO-247 TO-251 TO-264 TO-220 mod TO-218

79 SM tranzisztorok Általában három kivezetés SOT=Small Outline Transistor Tokozások: SOT-23 SOT-223 SOT-490, stb.

80 Tranzisztorok

81 Felépítés: Integrált áramkörök Áramköri hordozó (szilícium lapka) Kivezetések a lábakhoz aranyhuzallal Tokozás - sokféle lehet Szilíciumlapka: Akár több millió alkatrész!!!