Название: Конструирование РЭС (Н.С. Шляпников)

Жанр: Радиотехнический

Просмотров: 1587


3.1.3. проведение компоновочных работ

Процесс компоновки РЭА с печатным монтажом искусственно расчленяется на две подзадачи — оптимального размещения элементов и оптимальной трассировки. Задачей компоновки является разработка такого варианта расположения ЭРЭ на плате и такого рисунка печатных соединений, при котором устройство обеспечивало бы своему функциональному назначению и имело бы заданные параметры и характеристики. При этом рекомендуются следующие ограничения. При размещении

> обеспечение           минимума теплового градиента:     расположение теплонагруженных

ЭРЭ по периметру;

> повышение надежности ячеек: размещение более надежных элементов в местах наибольшей амплитуды виброускорений (в центре платы);

> повышение жесткости ПП — установка более тяжелых элементов ближе к точкам крепления;

> введение экранов и выделение для них места;

> определение рабочей площади ПП для размещения. При оптимальной трассировке:

> длина отдельных проводников;

> обеспечение минимума паразитных связей;

> учет эффекта длинных линий (формирование полосковых линий и их согласование);

> определение рабочей площади ПП для трассировки.

Размещение     навесных     элементов     рекомендуется     осуществлять следующим образом: принципиальная электрическая схема разбивается на функционально связанные группы, составляется таблица соединений, производится размещение навесных элементов в каждой группе; группа элементов, имеющая наибольшее количество внешних связей, размещается вблизи соединителя; группа элементов, имеющая наибольшее число связей с уже размещенной группой навесных элементов, размещается рядом и т.д. По ГОСТ 25751

— 83 необходимо выполнить рациональное размещение '- навесных элементов с учетом электрических связей и теплового режима с обеспечением минимальных значений длин связей, количества переходов печатных проводников со слоя на слой, паразитных связей между навесными элементами; кроме этого, если возможно, то целесообразно выполнить равномерное   распределение   масс   навесных   элементов   по   поверхности   платы      с установкой элементов с большей массой вблизи мест механического крепления платы.

При установке элементов на ПП рекомендуется учесть следующие  правила установки элементов:

> для обеспечения возможности групповой пайки все ЭРЭ устанавливаются только с одной стороны платы, исключая тем самым воздействия припоя на элементы;

> при установке элементов их выводы крепят в монтажных отверстиях платы, причем в каждом отверстии можно размещать лишь один вывод элемента;

> центры монтажных и переходных отверстий должны располагаться в узлах координатной сетки (то же рекомендуется и для крепежных отверстий);

> навесные двухвыводные элементы следует размещать на ПП параллельно линиям координатной сетки. Для удобства автоматизации процесса установки ЭРЭ на плату целесообразно располагать их рядами;

> должно соблюдаться определенное расстояние от корпуса элемента до места пайки,

регламентируемое ГОСТами или ТУ на данный элемент;

> расстояние между корпусами соседних ЭРЭ выбирают из условия лучшего теплоотвода и допустимой разности потенциалов (относительно выводов);

> конструктивные детали механического крепления (скобы, держатели, хомуты и др.) выбираются  из  числа  рекомендованных  или  конструируются  вновь  с  учетом механических перегрузок, действующих на изделие.

Рациональная компоновка ЭРЭ на ПП невозможна без творческого подхода, обдуманного выбора технического решения, построенного на разумных компромиссах между противоречивыми требованиями схемы, конструкции, условий эксплуатации, возможностями технологии и стоимостью.

Важно правильно оценить значимость (вес) каждого предъявляемого к конструкции требования. Очевидно, что для одной и той же схемы можно предложить несколько различных  вариантов  компоновки  (рис.3.6).  Учитывая  специфику  усилительных устройств, лучшим среди трех предложенных вариантов компоновки надо признать вариант III, т.к. здесь осуществлено максимальное разнесение входных и выходных цепей, проводники корпуса («Общ.») и питания («-6,5 В») дополнительно экранируют вход и выход. Второй вариант хуже не только с электрических, но и с технологических позиций: об этом свидетельствуют узкие места на плате. Наличие узких мест влечет за собой необходимость  занижения  ширины  печатных  проводников  и  контактных  площадок вокруг  монтажных  отверстий,  что  чревато  опасностью  отслаивания  их  от  платы  в процессе изготовления. Первый вариант (см. рис. 3.6) компоновки вообще неприемлем вследствие неправильной распайки выводов транзисторов. Из приведенного анализа различных вариантов компоновки простейшего функционального узла ясно, что нахождение оптимального компоновочного решения является весьма сложной задачей.

В целях упрощения процесса компоновки рекомендуется применять аппликационный метод. Он состоит в том, что расстановку ЭРЭ на ПП осуществляют за счет перемещения проекций элементов, вырезанных из плотной бумаги, картона на листе бумаги с расчерченной координатной сеткой. Результат компоновки удобнее всего представить в виде компоновочного эскиза (см. рис. 3.6),по нему нетрудно в дальнейшем оформить чертежи   платы   и   сборки   узла.   ЭРЭ   нужно   распределить   на   плате   относительно равномерно и по возможности более плотно, стремясь к уменьшению габарита платы. Получившиеся размеры платы необходимо скорректировать и привести в соответствие с ГОСТ 10317 — 79*.

Можно количественно оценить некоторые компоновочные параметры:

плотность

упаковки        

 

коэффициент использования площади платы       

 

коэффициент заполнения объема блока    

где N - количество ЭРЭ, установленных на плате; Si, Vi соответственно установочная площадь и установочный объем i -го элемента схемы; а, Ь, с — соответственно длина, ширина и высота на печатной плате.

 

 

 

 

Рис.3.6. Пример компоновочного эскиза

 

 

 

Рис.3.6. Пример компоновочного эскиза (продолжение)

 

При  увеличении  плотности  упаковки  РЭА  не  следует  забывать,  что полупроводниковые элементы и микросхемы необходимо размещать как можно дальше от мощных тепловыводящих элементов и от элементов, являющихся источниками переменных и постоянных магнитных полей (трансформаторы, дроссели и др.).

Окончательное выяснение качества и рациональности компоновки может быть проверено макетированием.

Компоновку (размещение) элементов проводящего рисунка целесообразно проводить, используя канальные алгоритмы трассировки. Для выполнения трассировки по этому методу необходимо вычертить эскиз ПП в масштабе 4:1 на прозрачной пленке или кальке, нанести на него с двух сторон координатную сетку и обозначить посадочные места. Качество трассировки значительно повышается, если перед трассировкой по результатам размещения было выполнено построение ортогональных минимальных деревьев и получена таблица соединений. Пользуясь этой таблицей, сначала выполняют трассировку цепей простой конфигурации, реализуемых без перехода из канала в канал, а затем проводятся  отрезки  трасс,  подходящие  к  контактам  модулей.  Далее  производится

распределение фрагментов трасс по горизонтальным каналам. Сановным критерием служит такое назначение фрагмента магистрали, при котором возникает минимальное количество конфликтных ситуаций. Если трасса соединяет контакты микросхем, расположенные с одной стороны канала, то ей выделяется ближайшая с этой стороны магистраль.    Основным ограничением при распределении фрагментов трасс по магистралям является пропускная способность канала. Если в канале имеются участки, где число фрагментов трасс больше числа магистралей, то необходимо скорректировать размещение. Если трасса соединяет контакты микросхем, к которым подходят различные горизонтальные каналы, то соединения проведенных ранее горизонтальных отрезков осуществляются в вертикальных каналах. Эти две операции повторяются до тех пор, пока все трассы не будут разведены.

На расположение элементов печатного монтажа действует ряд ограничений, связанных с технологическими особенностями производства и обеспечением необходимых электрических параметров схемы электрической принципиальной.

Форма печатных проводников и их взаимное расположение оказывают значительное влияние на электрические параметры схемы, поэтому при разработке высокочастотных схем, импульсных и частотно-зависимых схем необходимо тщательно исследовать взаимное расположение проводников.

Печатные проводники рекомендуется выполнять одинаковой ширины по нормам для свободного места на всем их протяжении. Сужать проводники до минимального значения следует только в узком месте на возможно меньшей длине. Проводники шириной более 5 мм, расположенные на 1111 со стороны пайки и на внутренних слоях МПП, выполняют в соответствии с

рекомендациями для конструирования экрана (ГОСТ 25751 — 83).

При компоновке печатного монтажа проводники следует располагать равномерно по полной площади ПП с учетом следующих требований:

^ параллельно линии координатной сетки или под углом, кратным 15°;

> как можно более короткими;

> параллельно направлению движения волны припоя или под углом к нему не более

30° со стороны пайки, если проводящий рисунок не покрывают защитной маской;

> во взаимно перпендикулярных направлениях на соседних проводящих слоях ПП;

> перпендикулярно касательной к контуру контактной площадки.

 

В целях уменьшения сложности проводящего рисунка допускается применение перемычек в количестве не более 5\% от общего числа печатных проводников. Экраны выполняют в одной плоскости с проводящим рисунком или как самостоятельно проводящие слои. Все экраны выполняют с вырезами. Площадь вырезов должна быть не менее 50\% общей площади экрана. Форма вырезов произвольная, определяется конструктором.

Печатные контакты переключателей располагают произвольно на любом участке полезной площади ПП. Размеры и взаимное расположение площади печатных контактов определяет конструкция переключателя. Концевые печатные контакты располагают на краю ПП, размеры которых определяют из технических условий на гребенчатый соединитель.

Металлизированные отверстия должны иметь контактные площадки с двух сторон ПП. На внутренних слоях МПП контактные площадки должны быть у тех отверстий, которые связаны электрически с проводящим рисунком данного слоя.

Неметаллизированные монтажные отверстия следует располагать в зоне контактной площадки. Контактные площадки могут иметь произвольную форму, предпочтительной является круглая. Контактная площадка, предназначенная под установку первого вывода многовыводного элемента, должна иметь форму, отличную от остальных. Контактные площадки на проводниках и экранах рекомендуется выполнять в соответствии с рис. 3.7. Контактные площадки для автоматического контроля и диагностики следует выполнить

круглой формы диаметром не менее 2 мм и располагать в узлах координатной сетки с шагом 2,5 мм в свободных местах в шахматном порядке так, чтобы расстояние между центрами контактных площадок, лежащих на одной линии, и координатной сетки было кратно 5, а расстояние между центрами контактных площадок, лежащих на соседних линиях координатной сетки, равно 2,5.

 

 

 

 

 
Рис.3.7.                                                                                                

 

Центры монтажных отверстий под неформуемые выводы многовыводных элементов, межцентровые расстояния которых не кратны шагу координатной сетки, следует располагать таким образом, чтобы в узле координатной сетки находился центр по крайней мере одного из монтажных отверстий, центры монтажных отверстий под остальные выводы располагать в соответствии с требованиями   конструкции   устанавливаемого элемента.      Взаимное расположение монтажных отверстий под выводы навесных элементов должно соответствовать ОСТ 4 ГО.010.030 — 81; ОСТ 4.091.121 — 79; ОСТ

5.070.010—78.

 

Размеры и конфигурацию крепежных и других конструктивных отверстий, например для корпуса навесных элементов, выбирают по ГОСТ 11284 — 75 в зависимости от требований конструкции устанавливаемого элемента. Не рекомендуется использовать более трех различных диаметров монтажных отверстий. Все отверстия на ПП выполняют без зенковок. Допускается у металлизированных отверстий 1111 притупление острых кромок и частичное затягивание фольги в неметаллизированные отверстия. При расчете диаметра  контактной  площадки  наличие   притупления   кромок  не   учитывают.  Все печатные контакты на плате должны иметь износоустойчивое покрытие, которое указывают на чертеже.

 

Конструктивные  покрытия

Стабильность электрических, механических и других параметров ПП может быть обеспечена применением металлических и неметаллических конструктивных покрытий.

Конструктивные покрытия выбирают по ОСТ 4.Г0.024.000. Вид и толщину покрытия

указывают в чертеже. В качестве конструктивных покрытий рекомендуется использовать металлы и сплавы, приведенные в табл. 3.6.

Неметаллическое конструктивное покрытие используют в следующих случаях: для сохранения паяемости; для защиты проводников и поверхности основания ПП от воздействия припоя; для защиты элементов проводящего слоя.

Таблица 3.6

 

Покрытие

Толщина,

мкм

Назначение покрытия

Сплав «Розе» Сплав олово-свинец

4...10 9...12

Защита от коррозии, улучшение способности к пайке

Тоже

Сплав олово-кобальт

9...I2

Тоже

Серебрение

б... 12

Улучшение электропроводности и повышение износоустойчивости переключателей и концевых контактов соединителей

Сплав серебро-сурьма

6...12

Тоже

Золотое

0,5...2,5

Снижение переходного сопротивления и повышение помехоустойчивости

Палладиевое

1...5

Повышение износоустойчивости концевых контактов и переключателей

Никелевое

3...6

Придание поверхности переключателей твердости; используется в качестве подслоя под палладиевое покрытие

 

 

Для сохранности паяемости используют спирто- и ацетоноканифольные лаки.  Данное покрытие является технологическим, его в чертеже не указывают. Для зашиты проводников и поверхности основания платы от воздействия припоя используют резистивные маски на основе эпоксидных смол, сухого пленочного резиста, холодных эмалей, оксидных пленок. Для защиты элементов проводящего рисунка от замыкания навесными эле-

ментами используют прокладочные стеклоткани, гегинаксы и другие изоляционные материалы.