Металлическом проводнике

Двусторонние печатные платы (ДПП) имеют проводящий рисунок на обеих сторонах диэлектрического ( 9.2,в) или металлического ( 9.2,г) основания. Электрическая связь слоев печатного монтажа осуществляется с помощью металлизации отверстий. Двусторонние ПП обладают повышенной плотностью монтажа и надежностью соединений. Они используются в измерительной технике, системах управления и автоматического регулирования. Расположение элементов печатного монтажа на металлическом основании позволяет решить проблему теплоотвода в сильноточной и радиопередающей аппаратуре.

компонента). Знакоместо в этом случае должно предусматривать возможность установки различного числа элементов в различных сочетаниях. Существенное влияние на технические характеристики ЦАА, собираемой из отдельных ИМС и микросборок, оказывает вид конструктивного исполнения изделия, который, в свою очередь, определяет и выбор технологии изготовления коммутационной платы. В качестве примера рассмотрим ячейку, разработанную под 64-вывод-ные БИС. Она представляет собой многослойную полиимидную плату сквозной металлизации со смонтированными бескорпусными кристаллами, которая закреплена на жестком металлическом основании, обеспечивающем механическую прочность и теплоотвод. Коммутационная плата (основа ГИФУ) имеет на верхнем слое универсальные знакоместа, предназначенные для монтажа разновыводных кристаллов или дискретных элементов ( 1.5). Знакоместо имеет размер 11 х X 11 мм; на нем можно установить 64-выводную БИС, четыре 16-выводные СИС или дискретные элементы (резисторы, конденсаторы, транзисторы, диоды и др.).

ловые характеристики мощного транзистора, рассеивающего тепловую мощность 2,2 Вт, смонтированного на стек-лоэпоксидном основании размером 250 X 200 X 1,5 мм и металлическом основании такого же размера с диэлектрическим покрытием толщиной 0,2 см. Использование таких подложек для монтажа ИМС, особенно бескорпусных, избавляет от необходимости применения массогабаритных устройств теплоотвода, которые характерны для мощных

ЛШП Многослойная керамика Л\ногослон-ная плата на полинмпд-нон пленке Плача на металлическом основании с диэлектрическим покрытием Тонкопленочная плата на ситалле или полнкоре Толстопленочная плата на керамике

Коммутационные платы (чаще всего одно-или двухслойные) на металлическом основании с диэлектрической изоляцией имеют большое значение при формировании мощных схем. Основными технологическими вопросами при формировании таких плат является подбор пары «металл —диэлектрик» по ТКЛР, обеспечение необходимой адгезионной прочности сцепления диэлектрического слоя к металлу по всей поверхности платы, достижение хорошего качества покрытия на металле (отсутствие шероховатости, трещин и других дефектов поверхности, отрицательно влияющих на качество наносимых пленочных покрытий). Большое применение находят металлические пластины из стали, покрытые эпоксидной смолой или легкоплавким стеклом. Однако оптимальные показатели имеют подложки из анодированного алюминия (табл. 3.1). Чаще всего для оснований используется не чистый, сравнительно мягкий алюминий (например, марки АД-1), а механически прочные алюминиевые сплавы. Однако основные легирующие добавки в этих сплавах должны, как и алюминий, легко подвергаться анодному оксидированию. Сплавами, которые обеспечивают необходимую прочность пластины (не менее 20 ГПа), являются сплавы алюминия с магнием (типа АМГ). Кроме того, для доведения поверхности пластины до 13—14-го классов чистоты отработки (например, шлифовкой, полировкой или резкой алмазными кругами) с последующим анодированием второго рода сплавы должны иметь хорошую однородность структуры и состава по всей пластине. Поэтому большое содержание легирующих добавок магния нежелательно; оптимальным является использование сплава АМГ-3, который содержит 3,2—3,8 % магния, 0,3—0,6 % марганца и 0,5—• 0,8 % кремния. Для анодирования приемлемым является комбинированный электролит на основе щавелевой кислоты, с помощью которого получают менее рыхлые пленки с приемлемыми изоляционными свойствами по сравнению с сильнорастворяющим электролитом (на основе серной кислоты). Однако этот электролит в отличие от малорастворяющего (на основе сульфасалициловой кислоты) позволяет создавать большие толщины оксида (40—60 мкм) при плотности тока 1—2 А/дм2. Значительная плотность пор диэлектрика, присущая методу анодирования второго рода, является и положительным моментом — предохраняет от растрескивания слой А12О3 при повышении (понижении) температуры, когда возникают значительные ВН из-за большого различия в ТКЛР сплава алюминия и А12О3. Для того чтобы подложки выдерживали температуру 250—300° С, плотность

Ячейка, приведенная на 1.10, а, состоит из П-образного металлического основания, к которому приварен воздуховод прямоугольной формы ( 1.10,6). Ячейки объединяются в блоки с помощью шарнирного соединения. С одной стороны металлического основания к нему присоединяется печатная плата, с другой стороны устанавливаются платы БГИС. Соединения БГИС с печатной платой осуществляются микропроводом через прорези в металлическом основании.

Рассмотренные варианты конструкций ячеек на металлическом основании характерны для цифровой МЭА, отличающейся однородностью структуры, конструктивной и схемотехнической совместимостью элементной базы. Для ячеек аналоговой МЭА использование металлических конструкций имеет свою специфику. Так, для приемо-усилительных микроэлектронных устройств необходимыми условиями являются последовательное («в линию») расположение и многократное преобразование входного сигнала, высокая добротность, помехозащищенность и стабильность частотно-избирательных узлов. Распространены пенальные конструкции таких ячеек, имеющих удлиненный металлический корпус, служащий

Конструкции и элементная база частотно-избирательных и приемоусилительных устройств зависят от диапазона рабочих частот, т. е. от их применения (УВЧ, УПЧ, УНЧ). Конструкции радиоэлектронных ячеек высокой и промежуточной частот выполняются на основе бескорпусных микросборок, транзисторов и диодов, тонкопленочных индуктивностей и миниатюрных конденсаторов большой емкости ( 1.21). Дальнейшее усовершенствование конструкции ячеек аналоговых радиоэлектронных средств пошло по пути увеличения плотности компоновки бескорпусных активных и пленочных пассивных элементов и привело к созданию принципа «непрерывной микросхемы» ( 1.22), при котором бескорпусные микросборки располагаются на металлическом основании вплотную друг к другу, а коммутация между ними осуществляется приваркой коротких (3—

ячеек блоков на металлическом основании, покрытом слоем диэлектрика, с одним уровнем разводки поверх диэлектрика;

Платы на металлическом основании. В тех случаях, когда требуются хороший теплоотвод (источники питания), низкая

Толщина МПП определяется числом слоев и их толщиной. Обычно шины питания, шины с нулевым потенциалом и сигнальные шины (линии связи) располагаются в различных слоях, сигнальные — во внешних (там устанавливаются ЭРЭ и ИС), а шины питания и «земляные» шины — во внутренних слоях. Иногда наружные слои являются экранирующими; в этом случае в них выполняются окна для доступа к контактным площадкам на слоях, находящихся под экранирующими. Толщина ОПП определяется прочностью и жесткостью, а для ДПП и МПП с металлизацией сквозных отверстий (с целью облегчения гальванического меднения отверстий) требуется, чтобы отношение диаметра отверстий к толщине платы было не менее 0,4 для плат первого класса плотности и 0,33 для плат второго и третьего классов плотности. Толщина гибких печатных кабелей 0,06...0,3 мм; плат типа ОПП и ДПП-—0,8; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0 мм. Наибольшее распространение получили платы толщиной 1,0 и 1,5 мм. Толщина плат на металлическом основании 0,8 мм.

2. В какую сторону направлен постоянный электрический ток в металлическом проводнике относительно направления движения носителей заряда?

Может ли существовать электрическое поле в металлическом проводнике? Может 64

На проводник с током, находящийся в магнитном поле ( 3.16), действует сила. Так как ток в металлическом проводнике обусловлен движением электронов, то силу, дейстеующую на проводник, можно рассматривать как сумму сил, действующих на все электроны проводника длиной /. В результате получаем соотношение F = F0nlS, где FO — сила Лоренца, действующая на электрон; п — концентрации электронов (число электронов в единице объема); /, S — длина и площадь поперечного сечения проводника.

Свободные электроны в металлическом проводнике или ионы в электролите находятся в состоянии беспорядочного движения. Количество электричества или заряд, который переносится при этом через любое поперечное сечение проводника, в среднем равен нулю.

Указанные явления находят свое подтверждение и с точки зрения волновой природы электронов. Электронные волны, распространяясь в проводниковом материале, частично теряют свою энергию на дефектах кристаллической решетки проводника, размеры которых соизмеримы с четвертью длины электронной волны. Так как длина волны в металлическом проводнике составляет 0,5 нм (0,5- 10~9 м), то имеющиеся в нем даже микродефекты создают значительное рассеяние энергии, что приводит к уменьшению подвижности электронов и, следовательно, к снижению а.

Разрыв проводника в результате электродиффузии объясняется следующим. В сплошном металлическом проводнике на термически возбужденный ион металла в узле решетки действует сила, направленная навстречу электронному потоку (действие приложенного к проводнику электрического поля), и сила, действующая по направлению электронного потока («электронный ветер»), которая появляется за счет обмена импульсами при столкновении электронов проводимости и возбужденных ионов металла. Вследствие экранирующего влияния электронов сила, с которой электрическое поле действует на ион, невелика; поэтому преобладающей является сила «электронного ветра». В результате возбужденные ионы имеют большую вероятность перейти в вакансию по движению электронов, чем против движения, т. е. ионы металла перемещаются ,к положительному концу проводника, а вакансии — к отрицательному. При этом вакансии скапливаются в виде пустот, а ионы образуют усы, бугры и т. п.

Разрыв проводника в результате электродиффузии объясняется следующим. В сплошном металлическом проводнике на термически возбужденный ион металла в узле решетки действует сила, направленная навстречу электронному потоку (действие приложенного к проводнику электрического поля), и сила, действующая по направлению электронного потока («электронный ветер»), которая появляется за счет обмена импульсами при столкновении электронов проводимости и возбужденных ионов металла. Вследствие экранирующего влияния электронов сила, с которой электрическое поле действует на ион, невелика; поэтому преобладающей является сила «электронного ветра». В результате возбужденные ионы имеют большую вероятность перейти в вакансию по движению электронов, чем против движения, т. е. ионы металла перемещаются ,к положительному концу проводника, а вакансии — к отрицательному. При этом вакансии скапливаются в виде пустот, а ионы образуют усы, бугры и т. п.

Электростатическое поле внутри проводника отсутствует. В металлическом проводнике, например в пластине, помещенной во внешнее электрическое поле ( 1-14) с напряженностью gBH, свободные электроны под действием поля будут перемещаться в направлении, противополож-

В металлическом проводнике под действием приложенного к нему электрического напряжения движение свободных электронов упорядочивается и они дрейфуют в направлении, противоположном направлению электрического поля, т. е. в проводнике возникает ток.

длины электронной волны. Нарушения меньших размеров не вызывают заметного рассеяния волн. В металлическом проводнике, где длина волны электрона около 0,5 нм, микродефекты создают значительное рассеяние, уменьшающее подвижность электронов, и, следовательно, приводит к росту р материала.

Температурный коэффициент удельного сопротивления металлов. Число носителей заряда (концентрация свободных электронов) в металлическом проводнике при повышении температуры практически остается неизменным. Однако вследствие усилений колебаний узлов кристаллической решетки с ростом температуры появляется все больше и больше препятствий на пути направленного движения свободных электронов под действием электрического поля, т. е. уменьшается средняя длина свободного пробега электрона К, уменьшается подвижность электронов и, как следствие, уменьшается удельная проводимость металлов и возрастает удельное сопротивление ( 7-2). Иными словами, температурный коэффициент (см. стр. 39) удельного сопротивления металлов (кельвин в минус первой степени)