109

тивления имеет место при наличии отпечатков пальцев, загрязнений, остатков реактивов, при воздействии инфракрасного излучения, а также при повышенном влагопоглощении материала.

Электрическая прочность изоляции (напряжение пробоя) между элементами проводящего рисунка, зависящая от расстояния между ними, материала основания ПП, влажности, давления, должна обеспечить отсутствие пробоев как по объему, так и по поверхности диэлектрика при заданных значениях испытательного напряжения.

6.2. Технологическое проектирование печатных плат

6.2.1. Технологические требования к ПП

Технологические требования к ПП определяют условия сборки ячеек. К ним относятся такие, как:

паяемость — свойство паяемых материалов вступать в физикохимическое взаимодействие с расплавленным припоем с образованием качественного соединения контактной площадки с выводами Эри. При этом учитываются режимы пайки (температура и время), наличие флюсующей или восстановительной сред и качество подготовки поверхности;

прочность сцепления проводников с диэлектриком на поверхности и в отверстиях — одна из основных характеристик процесса металлизации;

устойчивость к перепайкам определяется количеством допустимых перепаек, которое должны выдержать контактные площадки с металлизированными отверстиями при ремонте: не менее четырех (МПП — трех) перепаек, без металлизированных отверстий — не менее трех (МПП — двух) перепаек;

пригодность к пайке — способность ПП сохранять паяемость в течение длительного времени (6... 12 месяцев);

ремонтопригодность и др.

6.2.2. Анализ электрической принципиальной схемы функционального узла

Анализ электрической принципиальной схемы проводят с точки зрения возможностей конструктивного исполнения или компоновки с учетом огра-

110

ничений (тепловых, электрических, магнитных и электромагнитных взаимовлияний ЭРИ).

По результатам анализа электрической принципиальной схемы функционального узла (ФУ) и элементной базы определяют:

конструкторскую сложность ФУ (насыщенность ПП ЭРИ);

параметр, определяющий конструкцию ПП (быстродействие, рассеиваемая мощность, частота и т. д.);

конструкцию ПП (ориентировочно);

форму монтажных отверстий;

форму контактных площадок (КП);

шаг координатной сетки.

Для решения компоновочных задач модуля 1 -го уровня необходим анализ электрической принципиальной схемы для определения схемотехнических особенностей, которые могут повлиять на компоновку ячейки и конструкцию ПП.

При анализе электрической принципиальной схемы необходимо определить:

1)назначение функционального узла (цифровой, аналоговый, аналогоцифровой), выполняемые функции, а также принцип работы. Например, аналоговая аппаратура обычно конструируется в виде линейки последовательных каскадов с минимальной длиной межкаскадных связей, и в ней не применяется максимально плотная компоновка ЭРИ для исключения самовозбуждения схемы, что также находит отражение в конструкции ПП (вытянутая форма ПП), в плотности печатного монтажа (невысокая), классе точности ПП, материале, методе изготовления ПП; изучение особенностей функционирования определяет связь разрабатываемого модуля и ПП с другими модулями;

2)параметры, влияющие и усложняющие компоновку ЭРИ, конструкцию модуля и ПП. К ним относятся:

диапазон рабочих частот — знание частотных характеристик позволяет определить ограничения на взаимное расположение элементов линий связи и компонентов, выбрать соответствующий материал основания ПП; например, для низкочастотных схем — стеклотекстолит; для высокочастотных

— фторопласт, полиамид и др.;

111

быстродействие — требования по быстродействию в цифровой ЭА;

высокая рассеиваемая мощность;

ширина полосы пропускания;

высокая чувствительность;

величины действующих напряжений и токов — для правильного выбора материала основания ПП, ее конструкции, класса точности ПП (ширины проводников и расстояния между проводниками, так как допустимое рабочее напряжение между двумя параллельными проводниками зависит от расстояния между ними, материала и условий эксплуатации;

все типы электрических цепей, так как каждая имеет свои конструктивные особенности:

цепи входа и выхода сигналов — входные и выходные печатные проводники не должны прокладываться рядом или параллельно друг другу, чтобы избежать возникновения паразитных обратных связей. С этой же целью проводники входных и выходных цепей, сведенных в систему для подсоединения к краевому соединителю, целесообразно разделить экранирующими проводниками или «земляными» выходами;

шины «земля» и «питание» должны иметь возможно более низкое сопротивление и использовать крайние контакты соединителей, а шину «земля», по которой текут суммарные токи, следует выполнять максимальной ширины; в МПП шины «земля» и «питание» должны находиться в разных (соседних) слоях одна над другой, при этом желательно, чтобы шина «земля» занимала в слое все свободное место;

сигнальные цепи — принять меры для исключения возникновения паразитных помех в результате перекрестных наводок между сигнальными линиями связи, искажения формы сигнала в линиях связи, наводок от внешних полей;

цепи импульсных и высокочастотных сигналов — обеспечить развязку по высоким частотам;

3)путь распространения полезного сигнала — так как при размещении компонентов, например, усилительных устройств, как правило, порядок размещения компонентов соответствует последовательности прохождения сигнала в электрической принципиальной схеме;

4)теплонагруженные ЭРИ, при этом:

112

рассчитывают величину тока в каждой цепи;

рассчитывают рассеиваемую ЭРИ мощность;

наиболее теплонагруженные ЭРИ равномерно размещают по ПП или по периферии ПП, выбирая соответствующий вариант установки ЭРИ на ПП;

5)ЭРИ, чувствительные к внешним электрическим, тепловым и другим взаимодействиям; выделяют наиболее критичные по электромагнитной совместимости ЭРИ и электромонтажные связи для установки экранов, развязывающих цепей и пр. Наибольшую опасность составляют емкостные и индуктивные помехи.

6)пути возможных паразитных связей и наводок за счет гальванической связи элементов схемы через общее сопротивление источника электропитания;

7)допустимые уровни напряжений и токов, сигнала помехи на входах

ИЭТ;

8)напряжение и силу тока источников электропитания;

9)уровни логических нулей и единиц в цифровых ФУ.

По результатам анализа электрической принципиальной схемы заполняют таблицу и делают выводы.

Одновременно проводится анализ элементной базы ФУ.

6.2.3. Выбор типоразмера ПП

Ориентировочно площадь ПП на ранних стадиях проектирования и при разработке моноконструкции ячейки можно определить по следующей

n

формуле: S kS i 1S yi ,

где Syi — установочная площадь i-го ЭРИ;

kS — коэффициент, зависящий от назначения и условий эксплуатации аппара-

туры (kS = 1—3);

п — количество ЭРИ.

Расстояние между корпусами двух соседних ЭРИ на ПП должно быть не менее 1 мм, а расстояние по торцу — не менее 1,5 мм.

Метод проектирования моноконструкций применяется для создания ФУ, блоков, ЭА на основе оригинальной несущей конструкции в виде моноузла. Это увеличивает себестоимость, время проектирования, ограничивает воз-

113

можности типизации и унификации, но позволяет существенно улучшить технические параметры ЭА.

Зная площадь ПП, максимально допустимую длину проводника, задаваясь соотношением сторон ПП, можно определить ее размеры по ГОСТ 10317—79. Предельные отклонения на сопрягаемые размеры контура ПП и ГПК должны быть не выше 12-го квалитета, а на несопрягаемые — не выше 14-го квалите-

та по ГОСТ 25347—82.

6.2.4. Системы автоматизированного проектирования ПП

Система автоматизированного проектирования ПП представляет собой сложный комплекс программ, применяемый для автоматизации проектирования и подготовки производства ПП, начиная с прорисовки электрической принципиальной схемы, размещения ЭРИ, ПМК и других этапов, трассировки

Рис. 6.12. Классификация алгоритмов размещения ЭРИ на ПП

соединений и заканчивая выводом на печать конструкторской и технологической документации на ПП и разработкой управляющих файлов для сверлильных и фрезерных станков, фотоплоттеров, фотокоординатографов. Таким образом, САПР ПП представляют собой сквозные системы проектирования.

114

На рис. 6.12 и 6.13 представлена классификация алгоритмов размещения ЭРИ и алгоритмических методов трассировки соединений, которые используются в программном обеспечении различных САПР.

Основными требованиями, предъявляемыми к современным САПР ПП, являются:

полная русификация системы;

поддержка системы сквозного проектирования в реальном времени;

возможность адаптации к технологии проектирования и производства

ППна конкретном предприятии;

наличие отечественных и импортных баз данных ЭРИ и ПМК;

наличие интерфейса с технологическим оборудованием;

наличие автоматического размещения ЭРИ и ПМК и трассировки

ПП;

автоматизированный выпуск конструкторской документации в соответствии с ГОСТ 2.123—93;

115

возможность импорта/экспорта с другими САПР через список цепей и перечень элементов; расширение функциональности (проверка электромагнитной, термической совместимости и т. д.);

невысокая стоимость и др.

Рынок программного обеспечения для проектирования и подготовки производства ПП в настоящее время многообразен и постоянно расширяйся. Применение той или иной САПР ПП зависит от уровня решаемых задач, применяемого на предприятии технологического оборудования, от конструкции ПП и пр.

Вопросы для самопроверки по разделу 6

1.Перечислите типы ПП.

2.Какое назначение имеет координатная сетка на чертеже ПП? 3.От чего зависит выбор шага координатной сетки на чертеже ПП?

4.Каким образом влияют основные тенденции развития схемотехнических и конструктивных решений ЭА на конструкцию и технологию изготовления ПП?

5.Назовите основные электрические характеристики ПП.

6.Какова связь между увеличением степени интеграции ЭРИ и конструкцией ПП?

7.Назовите основные конструктивные характеристики ПП?

8.Чем вызвана необходимость кондуктивного теплоотвода от ПП?

9.Объясните назначение монтажных и переходных отверстий?

10.Что такое микроотверстие?

Заключение

Решение задач сокращения времени на технологическую подготовку производства и выпуска новых изделий, особенно малыми партиями, обеспечивает повышение их конкурентоспособности и дает возможность оперативного реагирования на изменения потребительского спроса. Это, в свою очередь, снижает как себестоимость изготовления новой продукции, так и время от появления новых конструкторских разработок до их внедрения в промышленные образцы.