ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА

Полезная модель относится к радиотехнике (микроэлектронике), в частности к электронным печатным платам, используемым в космическом бортовом оборудовании.
11
12
В настоящее время изготавливаются печатные платы из фольгированных стеклотекстолитов марок СФ-1Н-35Г СФ-2Н-35Г СФ-1Н-50Г СФ-2Н-50Г (ГОСТ 10316-78). Указанные материалы в исходном состоянии (в соответствии с указанным ГОСТом) имеют удельное объемное электрическое сопротивление не менее чем 10 Ом·м и поверхностное сопротивление не менее чем 10 Ом. Эти материалы являются композиционными и состоят из нескольких листов стеклоткани толщиной 100мкм, пропитанных отвержденными эпоксидно-диановыми или полиэфирными смолами.
Недостатками известных плат являются: увеличение удельного объемного электрического сопротивления в 10…15 раз при выдержке образцов в вакууме при комнатной температуре в течение 96 часов и возникновение электростатических разрядов (ЭСР) в промежутках между печатными проводниками при облучении даже исходных образцов стеклотекстолитов электронами с энергией 20…50 кэВ. Такие электростатические разряды регистрируются на космических аппаратах, при их работе на геостационарной или высокоэллиптических орбитах. При этом эффект электризации печатных плат с последующими электростатическими разрядами приводит к необратимым отказам активных полупроводниковых элементов: транзисторов, микросхем, диодов и др. и выход из строя бортовой радиоэлектронной аппаратуры (БРЭА).
-9
-1
-1
-11
-1
-1
Возможной мерой защиты от этого поражающего фактора является исключение возможности возникновения таких разрядов. Печатные платы электронных блоков космических аппаратов, выполненные из диэлектрических материалов, должны обладать оптимальной величиной темновой проводимости. С одной стороны, материал печатной платы должен оставаться диэлектриком, не допускающим значительных паразитных токов утечки, а с другой стороны, электропроводность этого материала должна быть достаточной для быстрой релаксации объемных зарядов и исключения электроразрядных явлений. Поскольку сток зарядов на электроды обеспечивается за счет объемной электропроводности, увеличивая удельную электропроводность диэлектрического материала, можно добиться полного устранения его заряжения и исключения, таким образом, электростатических разрядов в печатной плате. Темновая электропроводность такого материала должна составлять величину порядка 10 Омм. Для сравнения, электропроводность стеклотекстолита высоковольтного марки СТЭФ-1, который используется для изготовления печатных плат, составляет 10 Омм. Однако это величина электропроводности стеклотекстолита в условиях земной атмосферы с определенной влажностью. В условиях космического вакуума и термоциклирования электропроводность композиционных материалов подобных стеклотекстолиту увеличивается примерно на два порядка за счет газовыделения в вакуум низкомолекулярных соединений, в том числе молекул воды. Поэтому повышенная темновая электропроводность диэлектрических материалов для печатных плат должна обеспечиваться не за счет низкомолекулярных примесей и воды, а за счет прочно связанных с полимерной матрицей специальных добавок и наполнителей.
9
9
Задачей полезной модели является устранение указанных выше недостатков известных печатных плат. Технический результат заключается в снижении вероятности возникновения электростатических разрядов между диэлектриком и проводниками печатных плат, используемых в бортовом космическом оборудовании, за счет снижения удельного объемного электрического сопротивления композиционного диэлектрика печатной платы до величины (0.5·10÷2·10) Ом·м. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что печатная плата содержит диэлектрическую подложку из композиционного диэлектрического материала, включающего стеклоткань и связующую полимерную смолу, и сформированные на ней электропроводящие дорожки, причем по объему связующей полимерной смолы равномерно распределены частицы сажи с размером от 50 до 100 нм и общей массой 3.1÷5.5% от массы связующей полимерной смолы.
На чертеже представлен общий вид предлагаемой печатной платы.
Печатная плата представляет собой диэлектрическую подложку 1 и сформированные на ней электропроводящие дорожки 2. Подложка 1 выполнена из композиционного диэлектрического материала, включающего стеклоткань 3 и связующую полимерную смолу 4. По объему связующей полимерной смолы 4 равномерно распределены частицы 5 сажи с размером от 50 до 100 нм и общей массой 3.1÷5.5% от массы связующей полимерной смолы. Подложка такого состава имеет удельное объемное электрическое сопротивление 0.5·109÷2·109 Ом·м. Подложка такого состава имеет удельное объемное электрическое сопротивление (0.5·109÷2·109) Ом·м. Выбор сажи с размером частиц от 50 до 100 нм в качестве модифицирующей добавки обусловлен тем, что частицы сажи (или других модификаций углерода, таких как фуллерены или нанотрубки) размером менее 50 нм имеют тенденцию к образованию крупных конгломератов состоящих из большого числа таких частиц. Это приводит к невоспроизводимости свойств композиционных материалов с такими добавками. В частности удельное объемное электрическое сопротивление таких материалов будет зависеть не только от концентрации наполнителя, но и от условий и времени перемешивания компонентов, от температуры и влажности в помещении где осуществляется технологический процесс и т.д. Если же размеры частиц сажи превышают 100 нм, то в этом случае необходимо увеличивать концентрацию этих частиц для преодоления перколяционного барьера и получения требуемой величины удельного объемного электрического сопротивления. Увеличение концентрации приводит к недопустимому увеличению диэлектрической проницаемости композиционного материала.
Выполненные нами экспериментальные исследования показали, что применение в качестве наполнителя просеянной сажи с размером частиц (50…100) нм позволяет получить композиционный материал с требуемыми электрофизическими характеристиками, а технологический процесс получения такого композита является воспроизводимым.
9
9
Проведенные экспериментальные исследования цифрового устройства (мультивибратора), изготовленного на макетных образцах печатных плат, диэлектрические подложки которых имели различные значения удельного объемного электрического сопротивления, показали следующее. Снижение величины удельного объемного электрического сопротивления до 0.5·10Ом·м не оказывает влияния на рабочие характеристики мультивибратора. Дальнейшее снижение величины удельного объемного электрического сопротивления приводит к изменению частоты генерации, уменьшению амплитуды выходного сигнала и увеличению длительности фронтов генерируемого меандра. При увеличении величины удельного объемного электрического сопротивления более 2·10 Ом·м наблюдаются возникновение ЭСР между диэлектриком печатной платы и печатными проводниками.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет исключить возможность возникновения электростатических разрядов в печатной плате, используемой в бортовом космическом оборудовании, не ухудшая ее рабочие характеристики.