Тем, кому интересна данная тема, добро пожаловать под кат…

Итак, для начала давайте определимся, что такое SMT.

Как говорит нам википедия, SMT (от англ. simultaneous multithreading) это одновременная многопоточность, т.е. несколько потоков выполняются одновременно, а не последовательно, как это происходит во «временно́й многопоточности».

Многие знают эту технологию под названием «Intel Hyper-Threading», про неё уже всё давно написано, но до сих пор я сталкиваюсь с тем что многие разработчики, и, тем более, обыватели не понимают в чём основная суть «одновременного» выполнения нескольких команд одним ядром процессора и какие проблемы это несёт.

Для начала поговорим про временну́ю многопоточность. До реализации технологии SMT в виде «Hyper-Threading» использовалась технология «временно́й многопоточности».

Тут всё просто, представим, что у нас есть один конвейер и один рабочий (Ядро ЦП), который выполняет операции над числами и записывает результат. Предположим, для этих операций ему нужна отвёртка и гаечный ключ. Операционная система (ОС) складывает нашему рабочему на конвейер по порядку одну операцию для отвёртки, а за ней одну операцию для гаечного ключа. Один рабочий в один момент времени может оперировать или только гаечным ключом или только отвёрткой. Таким образом, выкладывая разное количество разных блоков, ОС определяет приоритет выполнения тех или иных операций от разных приложений. Пропорцию одних блоков к другим мы можем указывать внутри ОС, когда указываем приоритет процесса. Именно это и делают все диспетчеры задач в т.ч. и «Windows Performance Station». Это приоритизирование распространяется далее на механизмы SMT и всю работу с конвейерами.

С появлением SMT ситуация становится чуть сложнее.

Представим конвейер и двух рабочих, у которых есть одна отвёртка и один гаечный ключ на двоих. При этом, каждый из них может оперировать либо только отвёрткой, либо только гаечным ключом. Один конвейер условно делится на две половинки вдоль. SMT позволяет сложить на такой конвейер сразу два числа, одно для работы с отвёрткой, а второе для работы с гаечным ключом, поэтому действия этих рабочих выглядят так:

Первый рабочий получает операцию для отвёртки, а второй, стоящий напротив, в тот же момент времени, операцию для гаечного ключа, после чего оба записывают результат.

Исходя из этого, когда на конвейере находится операция (A и B) с одной стороны и (D и E) с другой стороны - всё отлично, но при распараллеливании цепочки вычислений могут получиться две проблемы:

1. С одной стороны конвейера оказалось действие (A и B) = С, а с другой (D и E) = C,
т.е. нужно записать сначала одно значение C, а потом второе значение C, но не одновременно (конфликт по управлению).

2. С одной стороны конвейера оказалось действие (A и B) = C, а с другой (A и C) = D,
т.е. нужно сначала посчитать C, а потом посчитать D, но не одновременно (конфликт по данным).

Оба конфликта вызывают задержку выполнения инструкций и решаются последовательным выполнением команд. Чтобы уменьшить такие задержки были введены элементы процессора под названием предсказатель переходов и кэш процессора.

Предсказатель переходов, как понятно из названия, осуществляет предсказание:) Предсказывает он вероятность возникновения первой проблемы, когда разные преобразования должны произойти над одним числом.

В свою очередь, кэш процессора, необходим для быстрого решения второй проблемы, когда мы останавливаем решение выражения (A и C) = D и пишем в кэш результат выполнения (A и B) = C, после чего сразу вычисляем (A и C) = D.

Справедливости ради, стоит уточнить, что проблема распараллеливания конвейера появляется и у многоядерных процессоров без SMT, но у многоядерников не возникает момента простаивания процессора, когда на двоих рабочих одна отвёртка, т.к. в такой терминологии у каждого рабочего есть своя отвёртка и свой гаечный ключ.

Все эти пляски вокруг угадывания процессором того, как распараллелить текущие операции, приводят к серьёзным потерям энергии и к ощутимым фризам, когда происходит голодание разнотипных задач на ядрах с SMT.

Вообще, стоит держать в уме, что «Intel» разработала «Hyper-Threading» одновременно с созданием своих первых многоядерных процессоров «Xeon» и, по сути, эту технологию можно считать эдаким компромиссом когда ставится двойной конвейер на одно ядро.

С подачи маркетологов принято нахваливать то, как хорошо одно ядро может выполнять несколько задач одновременно и как повышается производительность «в некоторых сценариях использования», однако про проблемы, присущие концепции SMT принято умалчивать.

Изображение из видео:

Более точное изображение:

Какой вывод можно здесь сделать и что улучшить?

Особенность отображения загрузки логических ядер в ОС Windows вводит путаницу об информации реальной загруженности ядер с SMT. Если Вы видите, что два соседних ядера заняты ~50% это может означать две вещи:
1) оба ядра выполняют два параллельных расчёта и загружены на 50% (тут всё ок).
2) оба ядра выполняют один рассчёт попеременно (как если бы два рабочих через такт передавали друг-другу гаечный ключ).
Поэтому, если Вы видите, что все ядра Вашего процессора с SMT загружены на 50% и выше нагрузка не поднимается, скорее всего это значит, что утилизация процессора составляет 100% но он занят однотипной задачей, которую не может разделить для выполнения на SMT!

Вместе с очевидными плюсами, SMT приносит фризы в чувствительные для времени выполнения задачи (воспроизведение видео/музыки или FPS в играх). Именно поэтому, многие геймеры наблюдают падение FPS при включенном SMT/Hyper-Threading.

Как я и написал ранее, приложение «Windows Performance Station» может сортировать блоки, выкладываемые на конвейер, ещё на этапе обработки задач ядром ОС. С помощью приоритетов и разделения процессов по ядрам процессора, можно выкладывать определённые блоки на конвейер в нужном количестве и класть разнотипные блоки для разных виртуальных ядер, чтобы не наступало голодание разнотипных задач. Именно для этой задачи динамического анализа в «Windows Performance Station» мы объединили нейросеть и диспетчер задач. В итоге, нейросеть анализирует задачу и раскладывает её в зависимости от полученных данных по разным правилам, благодаря чему, каждое ядро в паре SMT выполняет разные задачи.

Благодаря такому подходу, процессоры с SMT в Windows могут более эффективно работать с многозадачностью и многопоточными процессами. И именно поэтому нас весьма порадовало появление SMT в новых процессорах «AMD Ryzen».

Приложение «Windows Performance Station» бесплатное и не содержит рекламы, его можно скачать с нашего сайта по ссылке в спойлере:

Более подробно про Windows Performance Station можно прочитать в моей предыдущей статье

Большое спасибо всем, кто дочитал до конца.

Хорошая пайка хотя и не так важна, как правильно размещение радиоэлементов, но она тоже играет немалую роль. Поэтому мы рассмотрим SMD монтаж - что для него нужно и как его следует проводить в домашних условиях.

Запасаемся необходимым и проводим подготовку

Для качественной работы нам нужно иметь:

1. Припой.
2. Пинцет или плоскогубцы.
3. Паяльник.
4. Небольшую губку.
5. Бокорезы.

Для начала необходимо включить паяльник в розетку. Затем смочите водой губку. Когда паяльник нагреется до такой степени, чтобы он мог плавить припой, то необходимо покрыть им (припоем) жало. Затем протрите его влажной губкой. При этом следует избегать слишком длительного контакта, поскольку он чреват переохлаждением. Для удаления остатков старого припоя можно протирать жало об губку (а также чтобы поддерживать его в чистоте). Подготовка проводится и по отношению к радиодетали. Делается все с помощью пинцета или плоскогубцев. Для этого необходимо согнуть выводы радиодетали так, чтобы они без проблем могли войти в отверстия платы. Теперь давайте поговорим о том, как проводится монтаж SMD компонентов.

Начало работы с деталями

Первоначально необходимо компоненты вставить в отверстия на плате, которые предназначаются для них. При этом внимательно следите за тем, чтобы была соблюдена полярность. Особенно это важно для таких элементов, как электролитические конденсаторы и диоды. Затем следует немного развести выводы, чтобы деталь не выпадала из установленного места (но не перестарайтесь). Непосредственно перед тем как начинать пайку, не забудьте протереть жало губкой ещё раз. Теперь давайте рассмотрим, как происходит монтаж SMD в домашних условиях на этапе паяния.

Закрепление деталей

Необходимо расположить жало паяльника между платой и выводом, чтобы разогреть место, где будет проводиться пайка. Чтобы не вывести деталь из строя, это время не должно превышать 1-2 секунды. Затем можно подносить припой к месту пайки. Учитывайте, что на этом этапе на человека может брызнуть флюс, поэтому будьте внимательны. После того момента, когда требуемое количество припоя успеет расплавиться, необходимо отвести проволоку от места, где паяется деталь. Для его равномерного распределения необходимо жало паяльника подержать на протяжении секунды. Потом, не сдвигая деталь, необходимо убрать прибор. Пройдёт несколько мгновений, и место пайки остынет. Всё это время необходимо следить за тем, чтобы деталь не меняла свое местоположение. Излишки можно отрезать, используя бокорезы. Но смотрите за тем, чтобы не было повреждено место пайки.

Проверка качества работы

Посмотрите на получившийся поверхностный монтаж SMD:

1. В идеале должна быть соединена контактная площадь и вывод детали. При этом сама пайка должна обладать гладкой и блестящей поверхностью.
2. В случае получения сферической формы или наличия связи с соседними контактными площадками необходимо разогреть припой и удалить его излишки. Учитывайте, что после работы с ним на жале паяльника всегда есть его определённое количество.
3. При наличии матовой поверхности и царапин расплавьте припой ещё раз и, не сдвигая детали, дайте ему остыть. В случае необходимости можно добавить его ещё в небольшом количестве.

Для удаления остатков флюса с платы можно воспользоваться подходящим растворителем. Но эта операция не является обязательной, ведь его наличие не мешает и не сказывается на функционировании схемы. А теперь давайте уделим внимание теории пайки. Потом мы пройдёмся по особенностям каждого отдельного варианта.

Теория

Под пайкой понимают соединение определённых металлов с использованием других, более легкоплавких. В электронике для этого используют припой, в котором 40% свинца и 60% олова. Данный сплав становится жидким уже при 180 градусах. Современные припои выпускают как тонкие трубочки, которые уже заполнены специальной смолой, выполняющей функцию флюса. Нагретый припой может создавать внутреннее соединение, если выполнены такие условия:

1. Необходимо, чтобы были зачищены поверхности деталей, которые будут паяться. Для этого важно удалить все пленки оксидов, которые образовываются со временем.
2. Деталь должна в месте пайки нагреваться до температуры, которой достаточно, чтобы плавить припой. Определённые трудности здесь возникают, когда есть большая площадь с хорошей теплопроводностью. Ведь элементарно может не хватить мощности паяльника для нагрева места.
3. Необходимо позаботиться о защите от действия кислорода. Эту задачу может выполнить колофоний, который образует защитную пленку.

Наиболее частые ошибки

Сейчас рассмотрим три самые частые ошибки, а также то, как их исправить:

1. Места пайки касаются кончиком жала паяльника. При этом подводится слишком мало тепла. Необходимо жало прикладывать таким образом, чтобы между жалом и местом пайки создавалась наибольшая площадь контакта. Тогда SMD монтаж получится качественным.
2. Используется слишком мало припоя и выдерживаются значительные временные промежутки. Когда начинается сам процесс, уже успевает испариться часть флюса. Припой не получает защитный слой, как результат - оксидная пленка. А как правильно совершать монтаж SMD в домашних условиях? Для этого профессионалы места пайки качаются одновременно и паяльником, и припоем.
3. Слишком ранний отвод жала от места пайки. Нагревать следует интенсивно и быстро.

Можно взять конденсатор для SMD монтажа и набить на нём руку.

Пайка свободных проводов

Сейчас мы будем проходить практику. Допустим, у нас есть светодиод и резистор. К ним нужно припаять кабель. При этом не используются монтажные платы, штифты и иные вспомогательные элементы. Для выполнения поставленной цели нужно выполнить такие операции:

1. Снимаем изоляцию с концов провода. Они должны быть чистыми, поскольку были защищены от влажности и кислорода.
2. Скручиваем отдельные проводки жилы. Этим предотвращается их последующее разлохмачивание.
3. Залуживаем концы проводов. Во время этого процесса необходимо разогретое жало подвести к проводу вместе с припоем (который должен равномерно распределиться по поверхности).
4. Укорачиваем выводы резистора и светодиода. Потом необходимо их залудить (независимо от того, старые или новые детали используются).
5. Удерживаем выводы параллельно и наносим небольшое количество припоя. Как только им будут равномерно заполнены промежутки, необходимо быстро отвести паяльник. Пока припой не затвердеет полностью, деталь трогать не нужно. Если это всё же произошло, то возникают микротрещины, которые негативно сказываются на механических и электрических свойствах соединения.

Пайка печатных плат

В данном случае необходимо прикладывать меньше усилий, нежели в предыдущем, поскольку здесь отверстия платы хорошо играют роль фиксатора для деталей. Но и здесь важен опыт. Часто результатом работы новичков является то, что схема начинает выглядеть как один большой и сплошной проводник. Но дело это несложное, поэтому после небольшой тренировки результат будет на достойном уровне.

Теперь давайте разберёмся, как происходит SMD монтаж в данном случае. Первоначально жало паяльника и припой одновременно подводят к месту пайки. Причем нагреваться должны и обрабатываемые выводы, и плата. Необходимо держать жало, пока припой равномерно не покроет всё место контакта. Затем его можно обвести по полукругу вокруг обрабатываемого места. При этом припой должен перемещаться во встречном направлении. Наблюдаем, чтобы он равномерно распределился на всей контактной площади. После этого убираем припой. И последний шаг - это быстрый отвод жала от места пайки. Ждём, пока припой приобретёт свою окончательную форму и застынет. Вот так в данном случае проводится монтаж SMD. при первых попытках будет выглядеть не ахти, а вот со временем можно научиться делать на таком уровне, что не отличишь и от заводского варианта.

Министерство образования и науки РФ

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

Кафедра радиоэлектронных технологий и экологического мониторинга (РЭТЭМ)

Отчет по летнему практическому заданию

Технология поверхностного монтажа.

Выполнил студент гр. 232-5

Кравченко К.В.

«__» ___________ 2005 г.

Принял проф. каф. РЭТЭМ:

Зиновьев Г. В.

«__» ___________ 2005 г.

Томск 2005 -

Введение.

Типы печатных плат.

1. Односторонние печатные платы.

   Двухсторонни печатные платы.

   Многослойные печатные платы.

   Гибкие печатные платы.

   Рельефные печатные платы.

   Высокоплотная печатные платы.

Сборка и монтаж элементов на печатные платы.

1. Типы SMT сборок.

   Нанесение припойной пасты.

   1. Выбор припойной пасты.

      Трафаретный метод нанесения припойной пасты.

      Дисперсный метод нанесения припоя.

Установка компонентов на плату.

1. Автоматическая установка компонентов.

   Ручная установка компонентов.

Поверхностно монтируемые компоненты.

1. Пайка волной припоя.

   Пайка расплавлением дозированного припоя с инфракрасным (ИК) нагревом.

   Пайка расплавлением дозированного припоя в парогазовой фазе (ПГФ).

   Лазерная пайка.

   Пайка в глухие отверстия.

Список использованной литературы.

Введение.

При современном развитии радиоэлектронной промышленности, особенно микроэлектронной и появлением больших интегральных схем (БИС) и сверхбольших интегральных схем (СБИС) стало очевидно, что прежние методы конструкции и монтажа печатных узлов радиоэлектронных устройств не могли обеспечить, те требования, которые предъявляли им, те же корпуса БИС и СБИС с числом выводом более 100 и шагом между ними менее 0,6 мм, поэтому был предложен новый метод, так называемого поверхностного монтажа, когда элементы располагаются не на штыревых выводах вставленных в соответствующие отверстия в печатной плате или припаянные к соответвующим лепесткам, а непосредственно к контактным площадкам на печатной плате, сформированными токоведущими дорожками. Это позволило не только добиться огромной миниатюризации собранных таким образом устройств, но и к значительному снижению массы и стоимости, т.к. данная технология подразумевает наличие полностью автоматизированного производства, практически без участия человеческой силы.

В данном отчете я представляю материал, который был изучен мной по заданию на летнюю технологическую практику.

Типы печатных плат.

Появление печатных плат (ПП) в их современном виде совпадает с началом использования полупроводниковых приборов в качестве элементной базы электроники. Переход на печатный монтаж даже на уровне одно- и двухсторонние плат стал в свое время важнейшим этапом в развитии конструирования и технологии электронной аппаратуры.

Разработка очередных поколений элементной базы (интегральная, затем функциональная микроэлектроника), ужесточение требований к электронным устройствам, потребовали развития техники печатного монтажа и привели к созданию многослойных печатных плат (МПП), появлению гибких, рельефных печатных плат.

Многообразие сфер применения электроники обусловило совместное существование различных типов печатных плат:

Односторонние печатные платы;

Двухсторонние печатные платы;

Многослойные печатные платы;

Гибкие печатные платы;

Рельефные печатные платы (РПП);

Высокоплотная односторонняя печатная плата

Односторонние печатные платы.

Односторонние платы по-прежнему составляют значительную долю выпускаемых в мире печатных плат. В предыдущем десятилетии в США они составляли около 70% объема выпуска плат в количественном исчислении, однако, лишь около 10 % в стоимостном. В Великобритании такие платы составляют около четверти от объема всего производства.

Маршрут изготовления односторонних плат традиционно включает сверление, фотолитографию, травление медной фольги, защиту поверхности и подготовку к пайке, разделение заготовок. Стоимость односторонних плат составляет 0,1 - 0,2 от стоимости двухсторонних плат, это делает их вполне конкурентными, особенно в сфере бытовой электроники.

Отметим, однако, что для современных электронных устройств, даже бытового назначения, односторонние платы часто требуют контурного фрезерования, нанесения защитных маскирующих покрытий, их сборка ведется с посадкой кристаллов непосредственно на плату или поверхностным монтажом.

Пример такой платы в сборе, используемой в цифровом спидометре - альтиметре горного велосипеда, показан на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Пример односторонней печатной платы.

Типовые параметры плат:

Макс. размеры заготовки - 400 мм x 330 мм

Минимальный диаметр отверстия - 0,6-0,4 мм

Минимальная ширина проводника - 0,15 мм

Минимальный зазор - 0,15 мм

Толщина фольги - 36 мкм

Толщина платы - 0,4 - 1,6 мм

Двухсторонние печатные платы.

Двухсторонние платы составляют в настоящее время значительную долю объема выпуска плат, например, в Великобритании до 47 %. Не претендуя на однозначность оценок, а опираясь лишь на собственную статистику последних трех лет, можно оценить долю двухсторонних плат в российском производстве в 65 - 75%.

Столь значительное внимание разработчиков к этому виду плат объясняется своеобразным компромиссом между их относительно малой стоимостью и достаточно высокими возможностями. Технологический процесс изготовления двухсторонних плат, также как односторонних, является частью более общего процесса изготовления многослойных ПП. Однако для двухсторонних плат не требуется применять прессования слоев, значительно проще выполняется очистка отверстий после сверления.

Вместе с тем, для большинства двухсторонних плат за рубежом проектные нормы "проводник / зазор" составляют 0,25 / 0,25 мм (40% от объема выпуска), 0,2 / 0,2 мм (18%) и 0,15 / 0,15 мм (18%). Это позволяет использовать такие платы для изготовления широкого круга современных изделий, они вполне пригодны как для монтажа в отверстия, так и для поверхностного монтажа. Нередко на проводники двухсторонних плат наносится золотое покрытие, рисунок 1.2, а для металлизации отверстий используется серебро рисунок 1.3.

Рисунок 1.2 – Двухсторонняя печатная плата с золотым покрытием проводников.

Рисунок 1.3 – Двухсторонняя печатная плата с металлизироваными серебром отверстиями.

Типовые параметры двухсторонних плат:

Максимальные размеры заготовки - 300x250...500х500 мм;

Минимальный диаметр отверстия - 0.4...0,6 мм;

Минимальная ширина проводника - 0,15 мм;

Минимальный зазор - 0,15 мм;

Толщина фольги - 18..36 мкм;

Толщина платы - 0,4 - 2,0 мм;

Опираясь на опыт многих фирм занимающимся производством печатных плат, прототипы от отечественных заказчиков двухсторонних плат, можно констатировать, что запросы отечественных разработчиков удовлетворяются пока диапазоном проектных норм 0,2 / 0,2 - 0,3 / 0,3 мм, норма 0,15 / 0,15 мм встречается не более, чем в 10% случаев.

Отметим, что отечественные разработчики, точно также как их зарубежные коллеги, закладывают в технические задания на изготовление двухсторонних плат нанесение паяльной маски, маркировку, весьма часто - фрезерование плат по сложному контуру. Как правило, сборка таких плат предусматривает поверхностный монтаж компонентов.

Многослойные печатные платы.

Многослойные печатные платы (МПП) составляют две трети мирового производства печатных плат в ценовом исчислении, хотя в количественном выражении уступают одно- и двухсторонним платам.

По своей структуре МПП значительно сложнее двухсторонних плат. Они включают дополнительные экранные слои (земля и питание), а также несколько сигнальных слоев. На рисунке 1.4 представлена структурная схема многослойной печатной платы.

Для обеспечения коммутации между слоями МПП применяются межслойные переходы (vias) и микропереходы (microvias).

Межслойные переходы могут выполняться в виде сквозных отверстий, соединяющих внешние слои между собой и с внутренними слоями, применяются также глухие и скрытые переходы.

Глухой переход - это соединительный металлизированный канал, видимый только с верхней или нижней стороны платы. Скрытые же переходы используются для соединения между собой внутренних слоев платы. Их применение позволяет значительно упростить разводку плат, например, 12-слойную конструкцию МПП можно свести к эквивалентной 8-слойной. коммутации.

Рисунок 1.4 – Структура многослойной печатной платы.

Специально для поверхностного монтажа разработаны микропереходы, соединяющие между собой контактные площадки и сигнальные слои.

Для изготовления МПП производится соединение нескольких ламинированных фольгой диэлектриков между собой, для чего используются склеивающие прокладки - препреги. Поэтому толщина МПП растет непропорционально быстро с ростом числа сигнальных слоев.

Рисунок 1.6

В связи с этим необходимо учитывать большое соотношение толщины платы к диаметру сквозных отверстий. Например, для МПП с диаметром отверстий 0,4 мм и толщиной 4 мм это соотношение равно 10:1, что является весьма жестким параметром для процесса сквозной металлизации отверстий.

Тем не менее, даже учитывая трудности с металлизацией узких сквозных отверстий, изготовители МПП предпочитают достигать высокой плотности монтажа за счет большего числа относительно дешевых слоев, нежели меньшим числом высокоплотных но, соответственно, более дорогих слоев.

В современных МПП широко применяется поверхностный монтаж всех видов современных интегральных схем, включая, как это показано на рисунке, бескорпусных схем, заливаемых компаундом после разварки выводов.

Рисунок 1.7 – Пример разтолщинки 8-слойной печатной платы.

Гибкие печатные платы.

Использование гибких диэлектрических материалов для изготовления печатных плат дает как разработчику, так и пользователю электронных устройств ряд уникальных возможностей. Это прежде всего - уменьшение размеров и веса конструкции, повышение эффективности сборки, повышение электрических характеристик, теплоотдачи и в целом надежности.

Если учесть основное свойство таких плат - динамическую гибкость - становится понятным все возрастающий объем применения таких плат в автомобилях, бытовой технике, медицине, в оборонной и аэрокосмической технике, компьютерах, в системах промышленного контроля и бортовых системах.

Гибкие печатные платы (ГПП) изготавливаются на полиимидной или лавсановой пленке и поэтому могут легко деформироваться даже после формирования проводящего рисунка. Большая часть конструкций гибких ПП аналогична конструкциям печатных плат на жесткой основе.

Односторонние ГПП - наиболее распространены в этом классе плат, поскольку проявляют наилучшую динамическую гибкость. Контактные площадки таких плат расположены с одной стороны, в качестве материала проводящей фольги чаще всего используется медь.

Односторонние ГПП с двухсторонним доступом имеют один проводящий слой, контактные площадки к которому выполнены с обеих сторон платы.

Двухсторонние ГПП имеют два проводящих слоя, которые могут быть соединены сквозными металлизированными переходами (на рисунке проводники нижнего слоя идут перпендикулярно проводникам верхнего слоя). Платы этого типа обеспечивают высокую плотность монтажа, часто применяются в электронных устройствах с контролируемым полным сопротивлением (импедансом) плат.

Многослойные ГПП содержат не менее трех проводящих слоев, соединенных металлизированными отверстиями, которые обеспечивают межслойное соединение. В таких платах проще реализовывать высокую плотность монтажа, поскольку не требуется обеспечивать большие значения соотношений "высота/диаметр отверстия". Прогнозируется применение таких ГПП для сборки на них многокристальных интегральных схем.

Жестко-гибкие ПП являются гибридными конструкциями и содержат как жесткие, так и гибкие основания, скрепленные между собой в единую сборку и электрически соединенные металлизированными отверстиями. Наиболее распространены в изделиях оборонной техники, однако расширяется их применение и в промышленной электронике.

ГПП с местным ужесточением (укреплением) .В таких платах возможно размещение внутри гибкой основы жестких металлических деталей. Получаются многоэтапным процессом фотолитографии и травления.

Рельефные печатные платы (РПП).

Конструкция и технология изготовления РПП существенно отличаются от традиционных двухсторонних (ДПП) и многослойных (МПП) плат. Заметим, что авторами большинства конструкций и технологий РПП в нашей стране являются А.В. Богданов и Ю.А. Богданов.

РПП (рисунок 1.8) представляет собой диэлектрическое основание, в которое углублены медные проводники, выполненные в виде металлизированных канавок, и сквозные металлизированные отверстия, имеющие форму двух сходящихся конусов. Такие канавки и отверстия заполняются припоем. Обычно РПП имеют два проводящих и один изоляционный слой.

Рисунок 1.8 – Рельефная печатная плата.

Как видно из рисунка 1.9, элементы проводящего рисунка могут быть следующих видов:

прямолинейные проводники на первом и втором слоях; переходные металлизированные отверстия (для электрического соединения элементов рисунка на проводящих слоях);

сквозные монтажные металлизированные отверстия (для монтажа штыревых выводов электронных компонентов;

металлизированные ламели (для монтажа планарных выводов электронных компонентов;

глухие монтажные металлизированные отверстия (для монтажа планарных выводов электронных компонентов, формованных для пайки встык).

Проводники прямолинейны и параллельны осям Х и У, что связано с особенностью технологического оборудования изготовления канавок.

Рисунок 1.9 – Рисунок проводящих элементов.

Характеристики рельефных плат.

Диаметр переходных металлизированных отверстий на поверхности диэлектрического основания не превышает ширины проводника. При этом контактные площадки вокруг переходных отверстий отсутствуют. Это обеспечивает возможность установки переходов в шаге трассировки (в соседних дискретах трассировки) без всяких ограничений. Обычно трассировка РПП проводится в строго ортогональной системе, что означает проведение горизонтальных проводников на одном проводящем слое, а вертикальных проводников - на другом. Это обеспечивает большие трассировочные возможности, чем при других системах, но при этом появляется большое число переходов. Однако для РПП, в отличие от любых других, переходы повышают, а не понижают надежность платы.

Рисунок 1.10 – Основные размеры РПП.

Основным параметром конструкции РПП, определяющим другие ее параметры, является минимальный шаг трассировки minH. Здесь существенно использование переменного шага трассировки. Первоначально это диктовалось применяемым технологическим оборудованием, обеспечивавшим перемещение с дискретностью 10 мкм. В дальнейшем обнаружилось, что это повышает трассировочные возможности за счет симметричного прохождения трасс через большинство монтажных точек. Кроме того, переменный шаг позволяет повысить технологичность путем смещения центров переходных отверстий от краев монтажных точек.

На рисунок 1.11 приведены варианты используемых постоянных и переменных шагов трассировки для РПП с микросхемами, имеющими следующие типы и шаги внешних выводов: штыревые - 2,5 мм, планарные - 1,25 мм и планарные - 1,0 мм.

Рисунок 1.11 - Варианты используемых постоянных и переменных шагов трассировки.

В таблице 1 приведены типовые значения конструктивных параметров РПП для minH рис 3. И таблицы видно, что особенностью РПП является их малая толщина по сравнению с ПП. Это в сочетании с насыщенностью металлом диэлектрического основания обеспечивает хорошую теплопроводность. Сечение меди в канавках обеспечивает погонное сопротивление 3-3,5 Ом/м и предельный ток по проводнику 300-400 мА. Эти параметры следует принимать во внимание при проектировании цепей питания, а так же сильноточных сигнальных цепей.

Таблица 1 - Типовые значения конструктивных параметров РПП.

Малый шаг трассировки в сочетании с переходными отверстиями в шаге трассировки обеспечивает высокие трассировочные возможности РПП.

Сравнение технологических и стоимостных характеристик рельефной и многослойной печатной платы:

Трассировочная способность

Плотность размещения элементов на РПП эквивалентна 6-8 слоям МПП. Например, между выводами стандартного DIP корпуса можно проводить до 5 проводников. Высокая трассировочная способность объясняется, в частности тем, что переходные отверстия могут быть расположены в шаге проводников.

Электрические характеристики

Так как поперечное сечение проводника РПП имеет форму трапеции, то по постоянному току его сопротивление в 1,5 раза меньше, чем у плоских проводников. Характеристики по переменному току у РПП и МПП существенно не отличаются.

Механические характеристики

РПП - принципиально тонкая плата (0,8 мм). Поэтому для установки массивных элементов или для плат большого размера требуется механическая арматура. Но, с другой стороны, РПП очень устойчивы к изгибу. Для РПП не страшны прогибы до 40-50%.

Изготовление ламелей

РПП - тонкие платы, поэтому прямое изготовление ламелей для разъемов типа ISA-РС может не обеспечить достаточно надежного контакта. Для решения указанной проблемы имеется специальный технологический прием, позволяющий получить в районе ламелей удвоенную толщину (1,5 мм), чем и обеспечивается надежное соединение.

Стойкость к воздействию внешних факторов

РПП ничем не уступают по стойкости к воздействию внешних факторов традиционным платам. Более того, металлизация РПП выполняется из химически однородной меди и для РПП проблема контакта в области переходного отверстия отсутствует.

Поддержка САПР

Система изготовления РПП совместима практически с любой САПР: PCAD 4.5 .. 8.5 и др.

Серийноспособность

Изготовление РПП не предполагает какой-либо особенной подготовки производства (фотошаблоны, матрицы). Время изготовления платы средней степени сложности составляет 48 часов. Стоимость РПП заметно ниже стоимости многослойных плат для малых серий до 100 - 1000 шт. Однако при увеличении количества стоимость снижается не столь существенно как для многослойных или двусторонних плат. Поэтому изготовление партий РПП более 10000 должно быть тщательно экономически обосновано.

Стоимостные характеристики

При сравнении восьмислойной МПП с РП по средним показателям стоимости получается уменьшение:

для методы фрезерования - приблизительно в 16 раз;

для метода прессования - приблизительно в 36 раз;

для метода литья - приблизительно в 100 раз.

Высокоплотные печатные платы.

Пример высокоплотной печатной платы представлен на рисунке 1.13

Сборка и монтаж элементов на печатные платы.

Особенностью современного производства электронных устройств является все более широкое применение больших и сверхбольших интегральных схем (БИС и СБИС). При этом существенно возрастает количество выводов каждой схемы, расстояния между выводами уменьшаются с 2,5 мм до 0,625 мм и менее.

Установка многовыводных корпусов БИС И СБИС на печатные платы технически и экономически более эффективна не в сквозные отверстия, а на контактные площадки, расположенные на поверхности печатных плат.

Этим объясняется все боле широкий переход от монтажа компонентов в отверстия (PTH - Plated Through Hole) к технологии поверхностного монтажа (SMT - Surface Mount Technology).

Вместе с тем, в в настоящее время в большинстве серийных электронных блоков применяют как поверхностный монтаж, так и монтаж в отверстия. Это связано с тем, что конструкции ряда компонентов не пригодны для поверхностного монтажа. Кроме того, в устройствах, работающих в условиях ударных и вибрационных перегрузок, предпочитают монтаж в отверстия из-за более надежного крепления компонентов.

Процесс монтажа элементов на РП существенно не отличается от стандартных процессов. Возможен монтаж в отверстия и на поверхность с применением ручной пайки, пайки волной, пайки в инфракрасных и конвекционных печах. Единственное, что нужно учесть при формовке и установке элементов - это то, что монтажные ламели заглублены на 0,1 мм относительно поверхности платы.

Типы SMT сборок.

Surface-Mount Technology (SMT) - технология поверхностного монтажа.

В электронной промышленности существует шесть общих типов SMT сборки, каждому из которых соответствует свой порядок производства. Когда разработчик выбирает тип сборки, его целью должна быть минимизация числа операций, так как каждая операция может увеличивать промышленную стоимость. Существует специальный стандарт, в котором представлены основные виды сборок, разбитые по классам.

SMC и IPC документация по поверхностному монтажу на платы, IPC-7070, J-STD-013 и National Technology Roadmap for Electronic Interconnections включают следующие классификацию следующих схемы поверхностного монтажа:

Тип 1 - монтируемые компоненты установлены только на верхнюю сторону или interconnecting structure

Тип 2 - монтируемые компоненты установлены на обе стороны платы или interconnecting structure

Класс А - только through-hole (монтируемые в отверстия) компоненты

Класс В - только поверхностно монтируемые компоненты (SMD)

Класс С - смешанная: монтируемые в отверстия и поверхностно монтируемы компоненты

Класс Х - комплексно-смешанная сборка: through-hole, SMD, fine pitch, BGA

Класс Y - комплексно-смешанная сборка: through-hole, surface mount, Ultra fine pitch, CSP

Класс Z - комплексно-смешанная сборка: through-hole, Ultra fine pitch, COB, Flip Chip, TCP

Операции используемы при различных типах сборки:

Нанесение пасты и установка SMT компонентов на верхнюю сторону платы.

Нанесение пасты и установка SMT на нижнюю сторону платы.

Нанесение клея и установка SMT компонентов на нижнюю сторону платы с последующем его высыханием.

Автоматическая установка DIP компонентов.

Автоматическая установка координатных компонентов (такие как светодиоды и т.п.).

Ручная установка других компонентов.

Пайка волной или пайка инфракрасным излучением.

Промывка плат.

Ручная пайка компонентов.

Ниже будут рассмотрены основные варианты размещения компонентов на плате, применяемые разработчиками. Варианты, где используются корпуса компонентов типа: Ultra fine pitch, COB, Flip Chip, TCP пока не рассматриваются, так как российскими разработчиками печатных плат они почти не используются.

Тип 1В: SMT Только верхняя сторона

Этот тип не является общим так как большинство разработок требует некоторых DIP компонентов. Его называют IPC Type 1B.

Порядок проведения процесса: нанесение припойной пасты, установка компонентов, пайка, промывка.

Тип 2B: SMT Верхние и нижние стороны

На нижней стороне платы размещаются чип-резисторы и другие компоненты небольших размеров. При использовании пайки волной, они будут повторно оплавляться за счет верхнего (побочного) потока волны припоя. При размещение больших компонентов с обеих сторон, типа PLCC, увеличивают издержки производства, потому что компоненты нижней стороны должны устанавливаться на специальный токопроводящий клей. Данный тип называется IPC Type 2B.

Порядок проведения процесса:

нанесение припойной пасты, установка компонентов, пайка, промывка нижней стороны;

нанесение припойной пасты на верхнюю сторону печатной платы, установка компонентов, повторная пайка, промывка верхней стороны.

Весь модельный ряд манипуляторов серии ХМР предназначен для установки стандартных компонентов повер...

Модели серии XMP-300 применяются для установки стандартных компонентов для поверхностного монтажа в условиях прототипного и мелкосерийного производства.

Базовая система имеет антистатическое исполнение и состоит из держателя платы,...

Цена со скидкой, действительно до 30.04.2019
Товар в наличии на складе

Автомат Quadra DVC EVO является продолжением модельного ряда бюджетных установщиков QUADRA, которые...

Автомат для установки компонентов поверхностного монтажа Quadra DVC EVO является продолжением модельного ряда бюджетных установщиков QUADRA, которые уже 18 лет поставляются на российский рынок и хорошо известны российским производителям электроники. ...

Автомат для установки компонентов поверхностного монтажа с мелким шагом.

Автомат Quadra Membrane предназначен для сборки гибких печатных плат и мембранных клавиатур в условиях мелко и среднесерийного производства. Автомат оснащен вакуумным рабочим столом, что позволяет надежно фиксировать гибкие подложки и предотвращает...

Автомат RS-1 представляет собой универсальное решение для достижения высокой точности и производител...

МОДЕЛЬ 2017 года

Новейший интеллектуальный высокоточный модульный автомат для установки SMT компонентов RS-1 оснащен одной головкой с восемью вакуумными наконечниками и лазерной системой центрирования. Улучшенная лазерная система...

Автомат установщик SMD компонентов и светодиодов с возможностью сборки ПП больших размеров до 1500х3...

Автомат предназначен для монтажа на ПП SMD компонентов, SMD светодиодов и оптических линз. Специальная конструкция конвейерной системы автомата обеспечивает сборку печатных плат больших размеров до 1500х360 мм.

Для установки компонентов помимо...

КЕ-3010AL является новым автоматом в современном поколении машин фирмы JUKI, для установки компонент...

Автомат для установки компонентов поверхностного монтажа KE-3010AL является автоматом балочного типа и оснащен одной головкой с лазерной системой центрирования и шестью вакуумными наконечниками. Автомат осуществляет одновременный захват шести компонентов...

КЕ-3020VAL является новым автоматом в современном поколении машин фирмы JUKI, для установки компонен...

Автомат для установки компонентов поверхностного монтажа KE-3020VAL является автоматом балочного типа и оснащен одной головкой с лазерной системой центрирования и шестью вакуумными наконечниками и одной головкой с одним вакуумным наконечником с системой...

FX-3RA является новым автоматом в поколении высокопроизводительных машин фирмы JUKI для установки ко...

Высокопроизводительный автомат для установки компонентов поверхностного монтажа FX-3RA является новым автоматом в поколении высокопроизводительных машин фирмы JUKI, для установки компонентов поверхностного монтажа. FX-3RA оснащен четырьмя головками...

Универсальный автомат для установки SMT компонентов RX-6 является новым автоматом в поколении высоко...

Высокопроизводительный универсальный автомат для установки SMT компонентов RX-6 оснащен двумя головками (по шесть наконечников на каждой), с лазерной системой центрирования. Лазерная система центрирования автомата позволяет осуществлять 3D измерения...

RX-7 является компактной высокопроизводительной системой для установки компонентов поверхностного мо...

Компактный высокопроизводительный автомат для установки SMT компонентов оснащен двумя высокоскоростными роторными головками с 16-ю наконечниками на каждой и высокоскоростной системой видео центрирования. Головки закреплены на двух балках и могут...

ООО «Совтест» предлагает широкий выбор различных типов питателей для автоматов производства фирмы JU...

1. Ленточные питатели для компонентов в лентах шириной от 8 мм до 72 мм (механические)

2. Ленточные питатели для компонентов в лентах шириной от 8 мм до 72 мм (электронные)

3. Одиночные пенальные питатели регулируются по ширине...

Поверхностный монтаж печатных плат (SMT)

Поверхностный монтаж (или SMT технология) становится всё более распространённым способом сборки электронных узлов на печатных платах. В отличие от традиционных методов монтажа, когда элементы вставлялись в отверстия на печатных платах, поверхностный монтаж предполагает установку компонентов на контактные площадки. Это значительно упрощает процесс. А использование автоматических установщиков позволяет заметно его ускорить, и к тому же повысить производительность.

Рис.1. Пример установки компонентов при разных способах монтажа

5 весомых преимуществ

Поверхностный монтаж печатных плат обладает рядом конструкторских и технологических преимуществ.

1. Миниатюризация печатных узлов. Для поверхностного монтажа можно использовать компоненты, имеющие меньший вес, чем те, что применялись для монтажа в отверстия. Кроме того, SMT монтаж предполагает установку компонентов с двух сторон платы. То есть размер самой платы можно сделать меньше и, как следствие, уменьшить габариты всего печатного узла.

2. Снижение трудоемкости операций. Больше нет необходимости подготавливать выводы перед монтажом и устанавливать их в отверстия. Всё гораздо проще – компоненты фиксируются паяльной пастой или клеем и выравниваются при пайке, причем делают это не люди, а автоматизированные системы. Скорость монтажа при этом возрастает в разы.

3. Улучшение качества передачи сигналов. За счет более плотного размещения компонентов (с двух сторон) и сокращения длины выводов значительно улучшаются электрические характеристики печатных плат.

4. Улучшение ремонтопригодности. Поверхностный монтаж печатных плат позволяет в случае необходимости быстро снимать и переустанавливать компоненты без повреждений. Для этого не требуется равномерно прогревать припой внутри отверстия для извлечения элемента, затем вычищать этот припой. При SMT монтаже достаточно нагреть поверхность с помощью горячего воздуха или азота.

5. Снижение себестоимости. За счет уменьшения размеров печатных плат сокращается расход используемых материалов. Снижаются затраты на упаковку. А полная автоматизация процесса не только повышает производительность, но и снижает риск брака. Таким образом, сокращаются издержки из-за «человеческого фактора».

Необходимое оборудование

Для того, чтобы поверхностный монтаж печатных плат был высокого уровня и соответствовал всем стандартам качества, необходимо специализированное оборудование - автоматические установщики SMD компонентов. Их можно условно разделить на три группы:

Таким образом, в выборе оборудования производитель может ориентироваться исключительно на свою сферу применения. Кому-то нужен установщик для мелкосерийного производства, кому-то - для крупносерийного. Но стоит отметить, что автоматические установщики SMD компонентов, в любом случае, имеют существенные преимущества перед ручным производством:

• большая скорость установки компонентов;
• простые режимы программирования;
• надежность и простота в эксплуатации;
• высокая точность работы;
• совместимость с ПК.

Рис.2. SMD компоненты для поверхностного монтажа печатных плат

Автоматизация процесса установки SMD компонентов стала возможной, благодаря их корпусной структуре. И на сегодняшний день практически все автоматические установщики, осуществляющие поверхностный монтаж печатных плат, могут работать с любыми типами SMD компонентов.