Разработка конструкции печатной платы

В этой части лабораторной работы можно познакомиться с методами и средствами разработки печатных плат.

Сведения из теории.

Печатные платы применяют практически на всех уровнях конструктивной иерархии: на нулевом - в качестве основания гибридных схем и микросборок, на первом и последующих - в качестве основания, механически и электрически объединяющего все элементы, входящие в электрическую принципиальную схему и ее узлов. При разработке конструкции печатных плат решаются следующие взаимосвязанные между собой задачи:

1) схемотехнические - трассировка печатных проводников, минимизация слоев и т.д.;

2) радиотехнические - расчет паразитных наводок, параметров линий связи и пр.;

3) теплотехнические - температурный режим работы ПП, теплоотводы;

4) конструктивные - размещение элементов на ПП, контактирование.;

5) технологические - выбор метода изготовления, защита и пр.

В конструкторском проектировании автоматизации подлежат схемно-топологический этап и этап выпуска конструкторской документации (КД). Цель схемно-топологического проектирования – поиск конструктивной реализации схемы ЭВМ или ее устройств при заданных параметрах конструктивных модулей.

Цель разработки КД – получение описания спроектированного объекта. Суть указанных этапов заключается в структурном синтезе соответствующих проектных решений. Структура объекта или системы – это совокупность составляющих его элементов и связей между ними. В общем виде задача структурного синтеза заключается в определении некоторого варианта структуры объекта.

При разработке КД синтезируют форму представления окончательного описания объекта. Информация, подлежащая преобразованию, является полной, правила преобразования – определенными.

Синтез конструктивной реализации схем ЭВМ – сложная задача, которая имеет высокую размерность. Различный характер преобразований описания объекта – схемы ЭВМ – обеспечивает возможность декомпозиции схемно-топологического проектирования на задачи:

• компоновки – определение схем всех конструктивных модулей;

• размещения – позиционирование элементов схем в монтажном пространстве этих модулей;

• трассировки – определение траекторий линий связи.

Многоуровневый принцип построения конструкции ЭВМ обеспечивает возможность распараллеливания части процесса схемно-топологического проектирования.

Например, задачу размещения можно решать раздельно (независимо) как для модулей одного уровня иерархии, так и для модулей разных уровней.

К началу проектирования печатных плат задача компоновки уже должна быть решена, поэтому будем рассматривать только задачи размещения и трассировки.

Для автоматизированного решения задач размещения и трассировки необходима разработка математической модели как структуры размещаемого объекта – схемы соединения элементов, так и монтажного пространства объекта размещения – конструктивного модуля.

Можно выделить следующие основные правила конструирования печатных плат.

1. Максимальный размер стороны ПП не должен превышать 500 мм. Это ограничение определяется требованиями прочности и плотности монтажа.

2. Соотношения размеров сторон ПП для упрощения компоновки блоков и унификации размеров ПП рекомендуются следующие: 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 3:2, 5:2 и т.д.

3. Выбор материала ПП, способа ее изготовления, класса плотности монтажа должны осуществляться на стадии эскизного проектирования, так как эти характеристики определяют многие электрические параметры устройства..

4. При разбиении схемы на слои следует стремиться к минимизации числа слоев. Это диктуется экономическими соображениями.

5. По краям платы следует предусматривать технологическую зону шириной 1,5-2,0 мм. Размещение установочных и других отверстий, а также печатных проводников в этой зоне не допускается.

6. Все отверстия должны располагаться в узлах координатной сетки. В крайнем случае, хотя бы первый вывод микросхемы должен располагаться в узле координатной сетки.

7. На печатной плате должен быть предусмотрен ориентирующий паз (или срезанный левый угол) или технологические базовые отверстия, необходимые для правильной ориентации платы.

8. Печатные проводники следует выполнять минимально короткими.

9. Прокладка рядом проводников входных и выходных цепей нежелательно во избежание паразитных наводок.

10. Проводники наиболее высокочастотных цепей прокладываются в первую очередь и имеют благодаря этому наиболее возможно короткую длину.

11. Заземляющие проводники следует изготовлять максимально широкими.

В общем виде процесс конструирования предусматривает выполнение следующего ряда работ:

• проведение анализа электрической принципиальной схемы на предмет выявления однотипных подсхем с целью уменьшения номенклатуры различных типов ЭРИ;

• выбор элементной базы;

• определение необходимого количества контактов электрического соединителя с учетом резерва 5-10 % от общего числа выводов на возможную модификацию;

• определение габаритов печатной платы;

• выбор проводниковых и изоляционных материалов;

• выполнение необходимых конструкторских расчетов;

• выбор способов защиты конструкции ЭМ1 от внутренних и внешних вредных воздействий;

• оформление конструкторской документации.

Основные указания по выполнению чертежа печатной платы:

1. Чертеж печатной платы следует выполнять в масштабе 1:1;2:1;4:1;5:1;10:1; при шаге координатной сетки 2,5 мм и не менее 4:1 при шаге 0,5. на чертеже указываются габаритные размеры платы, размеры на ширину печатного проводника, материал платы, метод изготовления.

2. На печатной плате должен быть предусмотрен «ключ», ориентировочный паз (или срезанный левый угол) и два технологических базовых отверстия, необходимых для правильной ориентации при изготовлении печатной платы.

3. При наличии полярности выводов у навесного элемента около его контура изображения на чертеже указывается знак (+,--).