Конструирование печатной платы
Неавтоматизированная разработка одно- и двусторонних ПП включает в себя (рис.2.2.) ряд выполняемых последовательно операций и решений, принимаемых в зависимости от результатов, полученных после выполнения некоторых операций.
|
| Рис. 2.2. Этапы разработки одно- и двухсторонних ПП |
Как видно из структурной схемы алгоритма, при благоприятном стечении обстоятельств (простая электрическая схема, конструктор имеет опыт разработки ПП и др.) конструирование включает последовательное выполнение операций и цель достигается кратчайшим путем. Если же электрическая схема сложная, конструктор не имеет опыта, некоторые операции выполнены некачественно и т.п., разработка усложняется за счет повторного или даже многократного выполнения некоторых операций, вводимых директивами алгоритма.
Структурная схема в компактной форме указывает путь, по которому конструктор должен следовать при разработке ПП. Конструирование расчленено на ряд относительно простых операций, что ускоряет разработку.
Рассмотрим основные из перечисленных на структурной схеме операций.
3. Анализ принципиальной электрической схемы имеет целью:
а) установить возможность объединения выводов в единую зону электрического присоединения;
б) определить порядок расположения печатных проводников в указанной зоне;
в) выявить сильноточные линии электрической связи и составить перечень таких линий;
г) ознакомиться с габаритными чертежами, входящими в схему ЭРЭ, при необходимости сделать их эскизы, которые понадобятся для графического преобразования (реконфигурации) схемы и размещения ЭРЭ на ПП;
д) наметить способы установки ЭРЭ на ПП (вертикально или горизонтально, выводами вверх или вниз и т.п.);
е) наметить места расположения контрольных точек около ЭРЭ или на краю ПП.
Перед тем, как перейти к выполнению следующих операций, необходимо произвести реконфигурацию схемы. Последовательность и правила реконфигурации:
а) электрические связи между ЭРЭ на схеме показывают линиями;
б) на условном обозначении ЭРЭ с тремя и более выводами расположение выводов приводят в соответствие с таковыми на установленном на ПП элементе, если на выводы глядеть со стороны печатных проводников;
в) устраняют все пересечения, которые могут быть ликвидированы путем графической деформации схемы; переносом обозначений ЭРЭ, поворотом их добиваются минимума числа пересечений линий электрической связи;
г) линии внешних связей группируют за пределами схемы, на стороне приемлемой для размещения зоны электрического присоединения;
д) оставшиеся пересечения устраняют, провод линии связи через ЭРЭ или их выводы; изображения ЭРЭ при необходимости деформируют: резисторы удлиняют, обкладки конденсатора раздвигают и т.п.
е) если пересечение не может быть устранено или устраняется пересечением большого числа ЭРЭ, его отмечают П–образным переходом.
Заметим, что преобразованная схема является рабочим инструментом конструктора, в состав документации она не включается и поэтому требования ГОСТа на нее не распространяются.
1. Конструирование элементов печатного рисунка состоит в определении ширины проводников, формы и размеров контактных площадок. Ширину печатных проводников в узких местах следует рассчитывать, принимая плотность тока 45 – 50 А/мм2, толщину фольги 50 мкм. Элементы печатного рисунка на чертеже показывают упрощенно.
2. Диаметр монтажного отверстия d0 выбирают из таких условий: если диаметр вывода dв>1 мм, то d0= [dв+ (0,3 ¸0,4)] мм; если dв≤1 мм, тоd0=[dв+(0,2¸0,3)] мм. Для выводов, мало отличающихся по толщине, монтажные отверстия делают одинаковыми, соответствующими наиболее толстым из объединяемых в группу выводам, сводя тем самым номенклатуру диаметров к двум-трем размерам.
Для печатных проводников на наружных слоях допускается плотность тока 20А/мм2, а на внутренних слоях МПП до 15А/мм2. Допустимое напряжение между двумя идущими рядом проводниками зависит от зазора между ними и материала диэлектрика:
- зазор 0,2мм - U=25B;
- 0,3мм - U=50B;
- 1мм - U=250B;
- 2,5мм - U=500B.
На внутренних слоях МПП допускается напряжение 250В. Чертежи печатной платы делают на бумаге с координатной сеткой с шагом 2,5 и 1,25мм (в зависимости от типа выводов элементов). Отверстия под выводы должны располагаться в углах координатной сетки и расстояние между краями отверстий должно быть не менее толщины платы. Проводники следует размещать параллельно линиям координатной сетки. При выпуске документации любым способом на печатную плату делается таблица цепей для проверки ПП на установках автоматизированного контроля.
Установка радиоэлементов
Установка радиоэлементов является определяющим: помехоустойчивости схемы, тепловых режимов блока и аппарата. Элементы со штырьевыми выводами нужно устанавливать на плату с одной стороны, для плат с односторонней фольгой со стороны, где нет фольги. Это дает возможность применить прогрессивный способ пайки "волной припоя". Элементы с планарными выводами можно разместить с обеих сторон платы один против другого. А навесные элементы располагаются на плате, используя места для установки корпусных элементов.
Для всех типов элементов строго ограничено ОТУ и ТУ минимальное расстояние от корпуса, на котором можно производить сгибание вывода и минимальное расстояние до места приложения паяльника. БИС устанавливают на металлическую несущую раму, выполняющую заодно роль теплоотвода или на индивидуальные прокладки толщиной 0,5-1,5мм, или специальные разъемы. Тепловыделяющую или мощную ИС устанавливают на теплоотводящие шины.
При механизированной сборке краевые поля на плате должны быть не менее 5мм - это расстояние от края платы до первого ряда выводов, а краевое поле под разъем - 12мм. Корпусные микросхемы располагают на плате геометрически правильными рядами с шагом 2,5 или 1,25мм с учетом краевых полей. Первый вывод корпуса первой микросхемы совмещается с первой контактной площадкой, которая имеет ключ (монтажный кусочек провода). При расстановке элементов должна быть предусмотрена возможность конвекции воздуха около элементов, которые выделяют тепло. При установке транзисторов, в аппаратуре работающей при ударах и вибрации, корпус его должен быть приклеен к плате.
3.10. Пайка
Есть 3 метода в зависимости от типа производства. Очень широко распространен первый - пайка "волной припоя" ПОС для односторонних плат.
Второй - сваркой на специальных автоматах - это одиночная сварка или групповая для планарных выводов.
Третий - маломощным паяльником с заземлением.
После контроля платы на работоспособность ее покрывают защитным лаком до пяти слоев с промежуточной сушкой.
3.11. Многослойные печатные платы (МПП)
Их применение позволяет увеличить плотность монтажа и сократить длину соединительных линий. Любая МПП состоит из нескольких печатных слоев спрессованных с использованием изоляционных прокладок методом попарного прессования или металлизации сквозных отверстий:
1) попарное прессование. Используется двухсторонний диэлектрик. Надо иметь две заготовки, на каждой из которых разводят монтаж, и металлизированные отверстия, которые соединяют монтаж с фольгой с другой стороны. Затем эти две заготовки спрессовывают печатью внутрь, изолировав прокладкой. Заготовка имеет по обе стороны сплошную фольгу с металлизированными отверстиями, которые соединяют фольгу с печатью на ближайшем слое. После этого выполняют монтаж на наружных слоях и металлизирование отверстий, которые соединяют проводники на наружных слоях. Каждое отверстие на любом слое имеет контактные площадки. Недостаток метода в том, что можно получить только 4х слойную плату. Установка элементов на внешних слоях делается обычным способом;
2) метод металлизации сквозных отверстий. При этом методе заготовки выполняют из двухстороннего фольгированного диэлектрика без отверстий. В местах, где нужно сделать электрические соединения, делают контактные площадки, которые располагают одну над другой. Потом набор заготовок прессуют с прокладками из стеклоткани, а на наружных слоях химическим способом разводят печатный монтаж и делают сквозные металлизированные отверстия, которые соединяют площадки во всех слоях в зоне этих отверстий.
Число слоев может быть любым (до 10 слоев). Это сложный процесс и требует очень точного совпадения слоев. Для этого по краям платы за ее габаритами делают отверстия, в которые вставляют направляющие штыри, а потом их отрезают. На больших европлатах такие отверстия делают и в середине платы. Стоимость МПП примерно в 10раз больше ОПП.
Недостатки:
1) более низкая надежность из-за большого числа внутренних контактов;
2) трудоемкость внесения изменений, т.к. практически нужно менять фотошаблоны внутренних слоев;
3) низкая ремонтопригодность.
Поэтому применение МПП следует всячески ограничивать и делать там, где разводка обычным способом невозможна.
5. УНИФИКАЦИЯ И СТАНДАРТИЗАЦИЯ
Количественные показатели унификации и стандартизации задаются в ТЗ в виде коэффициентов, оценивающих насыщенность аппаратуры разного рода составными частями. Для этого все составные части классифицируются следующим образом:
1) С - стандартное изделие, выполненное по ГОСТ и ОСТ и на которое имеются ссылки в спецификации;
2) У - унифицированные изделия, которые разработаны вновь, но включены в ОСТ или СТП как детали базовых конструкций и сами детали базовых конструкций;
3) З - заимствованные с других разработок;
4) П - прочие или покупные;
5) О - оригинальные, разработанные для данной аппаратуры.
С учетом этого КСиУ задаются следующие коэффициенты:
1) коэффициент применяемости Кпр, который характеризует насыщенность аппаратуры изделиями общего применения по отношению к оригинальному.
 ,
|
где n - обще число составных частей, n0 - число оригинальных составных частей.
2) коэффициент повторяемости Кп - характеризует внутрипроектную унификацию, т.е. повторяемость составных частей внутри данного аппарата.
 ,
|
где N - общее количество деталей, NT - количество типов деталей.
Поскольку эти коэффициенты нормативны при разработке необходимо:
а) применять оригинальные детали, узлы, субблоки только при невозможности использовать детали общего применения - контроль разработки новых деталей;
б) разрабатываются на каждую разработку ограничительные перечни элементов и приборов.