Számítógépes tervezés

Számítógépes tervezés - Tervezési szempontok (Eurocircuits) - Elektronikus készülékek termikus konstrukciója - Elektronikus alkatrészek http://uni-obuda.hu/users/tomposp/szg

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

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.

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

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

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 5. 0.45 mm (18mil) alatt VIA nak értemezik

6. A fémezés miatt nagyobbra fúrják a furatot: SZERSZÁMÁTMÉRŐ = KÉSZÁTMÉRŐ + 0.10mm (4mil) fémezett furatok esetében (PTH) + 0.05mm (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

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

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

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:

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

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

Szükséges vezetősáv szélesség

A szigetelőcsík szélessége az alkalmazott feszültség függvényében

ELEKTRONIKUS KÉSZÜLÉKEK TERMIKUS KONSTRUKCIÓJA

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ALKATRÉSZ SZINTŰ HŰTÉS TERVEZÉSE

Készülék szintű hűtés tervezése SZIMULÁCIÓ

HŰTÉSI MEGOLDÁSOK HŰTŐBORDÁK ÉS LEMEZEK

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

Folyadékhűtés Folyadék fajhője nagyobb a gázokénál azonos térfogat mellett nagyobb hőmennyiség szállítás (0.001 4) Folyadékok hővezetési tényezője nagyobb a gázokénál (20 200 500 10000) 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

Fázisátalakulásos hűtési megoldás

Alkatrészismeret

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

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

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

Integrált áramköri tokozási típusok

BGA tokozás kör alakú síkba csiszolt érintkezők a lapka alján gyártás utolsó fázisaként óngömböket visznek fel óngömbök száma 300-700 db is lehet akár, átmérőjük, pedig általában 0,75mm A megbízható forrasztáshoz az egész áramköri lapkát a nyáklemezzel együtt 210-220 fokon (ólommentes ú.n ROHS forrasztásnál, pedig 230-240) kell tartani legalább 10-12 másodpercig, ám az áramkör maximum 250 fokot visel el

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

Passzív alkatrészek

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

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%

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 1 1 1 x10 1 = 10 2 piros 2 2 2 x10 2 = 100 narancs 3 3 3 x10 3 = 1k sárga 4 4 4 x10 4 = 10k zöld 5 5 5 x10 5 = 100k 0,5 kék 6 6 6 x10 6 = 1M 0,25 lila 7 7 7 x10 7 = 10M 0,1 szürke 8 8 8 x10 8 = 100M fehér 9 9 9 x10 9 = 1G

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

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

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

Felületszerelt ellenállások

Felületszerelt ellenállások Állandó értékű SM ellenálláshálózatok

Változtatható értékű SM ellenállások SM trimmer-potenciométerek

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

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

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

SM kondenzátorok

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

Blokk kondenzátor hálózatok

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

Alumínium elektrolit kondenzátorok

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

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

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

SM trimmer kondenzátorok

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

Aktív alkatrészek

Diszkrét félvezetők Diódák Tranzisztorok Integrált áramkörök Tokozások fajtái Áttekintés

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

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

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

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

Tranzisztorok

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

Integrált áramkörök

Egyéb alkatrészek

Rezgőkvarcok, rezonátorok Különböző frekvenciák Fémtokozás (árnyékolás)

SM rezgőkvarcok, rezonátorok

Mechanikus alkatrészek Foglalatok IC foglalatok

Mechanikus alkatrészek Csatlakozók pl. Battery csatlakozó, SIM kártya csatlakozó, antenna csatlakozó

Mechanikus alkatrészek Csatlakozók

Elektromechanikus alkatrészek Kapcsolók Nyomógombok