4. Разработка и расчёт варианта компоновки печатной платы заданной эс.

От правильного размещения корпусов ИС на печатной плате конструктивной иерархии первого уровня зависят их габаритные размеры, масса, помехоустойчивость и т.д. Естественно, чем плотнее будут расположены корпуса ИС на печатной плате, тем жестче будет тепловой режим, помехи при работе, и наоборот, чем больше расстояние между корпусами ИС, тем не эффективней используется объем и длина электрических связей, следовательно, возникают помехи. Поэтому на установку ИС необходимо обращать серьезное внимание с учётом назначения электрического средства и режимов его работы.

Печатная плата (ПП) является конструктивно законченным элементом и служит для электрического и механического соединения различных электрорадиоэлементов (ЭРЭ), интегральных микросхем (ИМС) и электрических соединений (разъемы, розетки и т. п.), расположенных на ней.

Размещение ИС проводят с определенными требованиями по помехоустойчивости и в соответствии с шагом установки. Выбор шага установки ИС определяется из условий: назначения и эксплуатации ЭС. Вне зависимости от типа ИС шаг установки применяется равным: 2,5мм, 1,25мм, 0,625мм.

Микросхемы на печатной плате располагаются линейно в ряды или в шахматном порядке. Такое расположение ИС и ЭРЭ позволяет автоматизировать процесс сборки и монтажа.

Установка ИС на печатные платы производится в соответствии с ОСТом 4ГО.010.030- 97 «Установка навесных элементов на печатные платы».

Печатная плата содержит две зоны (Рис 2.):

1) зону установки ИС и ЭРЭ;

2) технологическую зону, которая в свою очередь делится на две части:

а) технологическая зона для установки (например: соединительного разъема (Х1) и экстрактора (Х2))

б) технологическая зона для направляющих и маркировки (У1,У2)

Установка ИС и ЭРЭ на технологических зонах запрещена.

Рис. 2 - Эскиз печатной платы.

ИС располагаются по рядам (линейно) расстояние между ними по торцам должно быть не менее 1,5 мм и по бокам не менее 1,2 мм. ИС располагаемые в зоне установки должны маркироваться координатным способом, то есть зона установки делится по координатам на области, где устанавливают ЭРЭ и ИС и они обозначаются по Х и У, такое разбиение на зоны позволяет быстро находить нужный ЭРЭ и ИС расположенные на печатной плате. (Рис 3.)

1
2
3
4
	а	б	в	г	д	е	ж	з	и	к

Рис 3. - Определение геометрических параметров печатной платы.

Таблица 2

Наименование	Тип	Кол-во	Размеры			Установочная площадь, Si	S∑i
			Длина	Ширина	Высота
Микросхема	К1401УД2А	1	19,5	7,5	5,1	152	152
Конденсаторы	К10-17	4	9	5,6	9,1	50,5	202
Резисторы	С2-23	13	6	2,3	2,3	18	234
	СП3-36	1	12	5,8	10	69,6	69,6
	СП3-19а	1	12	6	8	72	72
Диоды	КД503А	6	7,5	3	-	28,5	171
Светодиоды	АЛ310А	3	-	5	-	29	87

Итого S_схемы = 987,6

При конструировании ПП необходимо руководствоваться ГОСТ 10317-84, ГОСТ 23751-86. Наиболее предпочтительной конструкцией является прямоугольная форма ПП. Предварительно геометрические размеры ПП определяются исходя из количества ИС и ЭРЭ, размещаемых на плате, шага их установки и габаритных размеров разрабатываемого блока. Шаг установки ИС на плате определяется требуемой плотностью компоновки их, температурным режимом работы, сложностью электрической схемы и габаритными размерами корпусов ИС.

Согласно ГОСТ 10317-84 размеры каждой стороны ПП должны быть кратными:

2,5 мм — при длине до 100 мм;

5,0 мм — при длине до 350 мм;

10,0 мм — при длине более 350 мм.

Соотношение линейных размеров стороны ПП должно быть не более 4:1.

Поле ПП можно разделить на два участка: основной – для монтажа ИС и других ЭРЭ; вспомогательный – для монтажа электрических соединений, конструктивных элементов и маркировки платы.

Суммарную площадь S_∑ зоны установки ИС и ЭРЭ на печатную плату, можно определить по формуле:

S_∑ = S_схемы * k_s,

где S_схемы – установочная площадь всех элементов,

k_s – коэффициент, учитывающий шаг установки ЭРЭ и ИС на печатную плату. В связи с тем, что ЭС будит работать в нормальных условиях, и при работе будет происходить нагрев ЭРЭ и ИС, то для расчета суммарной площади установки ЭРЭ и ИС примем коэффициент пропорциональности равный 2.

S_∑ = 987,6 * 2= 1975,2

На плате должны быть предусмотрены вспомогательные участки x1, x2, y1, y2 технологической зоны для установки разъемов, маркировки, крепежных отверстий и направляющих (x1 = x2 = y1 = y2 = 10 мм). Исходя из ориентировочных размеров зоны установки ИС и ЭРЭ, шага установки элементов, вспомогательных участков, выбираем размеры сторон ПП:

l =70 мм.

b =60 мм.

Средний коэффициент k_З заполнения печатной платы можно определить по формуле:

k_З = S_схемы / S_∑ = 1975,2 / (70 * 60) = 0,66.

Коэффициент заполнения считается удовлетворительным. Пример заполнения печатной платы приведён на приложении Б. (Шаг сетки 2,5мм.)

Вывод: были рассчитаны параметры печатной платы для изготовления формирователя частоты. Размеры печатной платы:70×60. На данной плате будут размещены микросхемы и дискретные ЭРЭ с шагом сетки установки 2,5 мм. В результате расчета компоновки печатной платы был выбран оптимальный вариант компоновки, коэффициент заполнения 0.5 ≤ k ≤ 0.8.