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.
2. 3.
4.
5.
A fúrófájl a kész furatátmérőt tartalmazza A furatok 0.05 mm –es értékekre lesznek kerekítve Külön fúrófájlok a fémezett és nem fémezett furatokhoz, ha nem lehet akkor jelölni a szerszám méreteknél. Ha nem eldönthető, hogy PTH/NPTH: 1 réteg: minden furat NPTH 2 és több réteg: PTH 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. 8.
9.
A furatoknak nem szabad fedésben lennie a kártyakontúrral Ne készítsen fedésben lévő furatokat. A minimum furat-furat távolság 0.25mm (10mil). Ezt a fúrószerszámok szélétőlszéléig mérjük. 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
Passzív alkatrészek
Félvezetők
diszkrét félvezetők diódák Aktív alkatrészek tranzisztorok - integrált áramkörök Egyéb (rezgőkvarc, mechanikus alkatrészek, stb.) -
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 E12,
érték, tűrés, teljesítmény, Umax
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 ezüst arany fekete barna piros narancs sárga zöld kék lila szürke fehér
Szorzósáv Tűr éssáv Ω ±%
Értéksávok
1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
x10-2 = 10m x10-1 = 100m x100 = 1 x101 = 10 x102 = 100 x103 = 1k x104 = 10k x105 = 100k x106 = 1M x107 = 10M x108 = 100M x109 = 1G
10 5 1 2
0,5 0,25 0,1
Változtatható értékű ellenállások
Potenciométerek
• Mechanikus állítás • Hengeres vagy tömb test, alul lábkivezetéssel elején állítóegységgel • Huzal, szénréteg • Szabványos értékek, tűrés, terhelhetőség
Változtatható értékű ellenállások Trimmerpotenciométerek • Mechanikus állítás • Hengeres test, alul lábkivezetéssel elején/tetején állítóegységgel • Szabványos értékek, tűrés, terhelhetőség
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
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
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
Áttekintés Diszkrét
félvezetők Diódák Tranzisztorok Integrált áramkörök Tokozások fajtái
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-220 TO-92 TO-247, stb.
TO-39 TO-3
TO-92
TO-32
TO-220AB
TO-247
TO-251 TO-220 mod TO-264
TO-218
SM tranzisztorok •Általában három kivezetés SOT=Small Outline Transistor
• Tokozások:
SOT-23 SOT-223
SOT-490, stb.
Tranzisztorok
Integrált áramkörök Felépítés: • 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
