Конструкторско-технологическое проектирование печатных плат (пп)
Структурная схема конструкторско-технологического проектирования пп
Процесс миниатюризации ЭА, постоянный рост функциональной и конструкторской сложности ЭРИ, выраженный в количестве активных элементов схемы, приходящихся на 1 мм2 площади подложки, и в увеличении числа выводов ИЭТ (до 1000 выводов и более), массовый переход от технологии сквозных металлизированных отверстий на технологию поверхностного монтажа: BGA-технологии, технологию chip-on-board, chip-on-chip, chip-on-package и другие требует повышения трассировочных возможностей ПП. Это может быть обеспечено резким увеличением плотности компоновки, плотности печатного монтажа, повышением класса точности ПП, уменьшением ширины проводников и расстояний между ними с одновременным повышением требований к их точности, увеличением числа слоев МПП, числа переходных отверстий при постоянном уменьшении их диаметров, разработки новых конструкций ПП с глухими («слепыми») и скрытыми микроотверстиями и технологий их изготовления. Все это делает актуальными вопросы конструкторско-технологического проектирования ПП. Характерной тенденцией в настоящее время является тесная взаимосвязь элементной базы с конструкцией и технологией изготовления ПП, которые должны обеспечить все возрастающие требования по быстродействию, помехозащищенности, диапазону рабочих частот ЭА, поэтому необходимо тесное взаимодействие проектировщиков, конструкторов, технологов по изготовлению ПП и сборки модулей 1-го уровня (ячейки).
Структурная схема конструкторско-технологического проектирования ПП представлена на рисунке 2.2.1.1.
Рисунок 2.2.1.1 – Структурная схема конструкторско-технологического проектирования
Вопросы проектирования, конструирования и технологии изготовления ПП должны решаться в тесной взаимосвязи, так как для того чтобы обеспечить функционирование ЭА необходимы не только схемотехнические решения, функциональная точность, надежность, но и учет влияния внешней среды, конструктивных, эксплуатационных факторов, многофакторного процесса изготовления ПП, связи требований к конструкции ПП с технологическими возможностями различных методов их изготовления, и т. п. При проектировании ПП также необходима ориентация на определенную технологическую базу (на конкретное производство).
Исходные данные при конструкторско-технологическом проектировании ПП и модулей 1-го уровня определяются в соответствии с конструкцией модулей более высокого конструктивного уровня (уровня разукрупнения), например, блока, при этом требования и конструкторско-технологические ограничения на ПП должны соответствовать требованиям ТЗ на изделие. Поэтому в ТЗ на конструкторско-технологическое проектирование ПП указывают:
Назначение, область применения и группу ЭА, для которой разрабатывается ПП и модуль 1-го уровня, по объекту установки: например, бортовая ЭВМ, устройство управления ТП и т. п.;
Условия эксплуатации, хранения, транспортировки, группу жесткости работы ЭА:
Механические воздействия (вибрации, удары, линейные ускорения и др.);
климатические воздействия (температура окружающей среды, влажность, атмосферное давление);
Специальные воздействия (плесневые грибы, грызуны и др.);
Электрическую принципиальную схему функционального узла (ФУ), для которого разрабатывается ПП, с перечнем элементов:
Элементная база;
Электрические параметры и параметры, влияющие на конструкцию ПП (максимальный ток, напряжение, диапазон частот, рассеиваемая мощность, быстродействие, коэффициент усиления сигнала и др.);
Установочные площади или варианты установки ЭРИ: ЭРЭ, ИМС, МСБ, БИС, СБИС и ПМК;
Способ закрепления ПП в модулях более высокого конструктивного уровня;
Конструкторско-технологические ограничения, которые задаются в соответствии со стандартами на данный класс ЭА, размерами конструкции аналога или специальными ограничениями и пр.
В производстве ЭА ПП выполняют функции несущей конструкции и коммутационной схемы. К ним предъявляются те же требования, что и к конструкции ЭА: максимальная надежность при выполнении технических требований в заданных условиях эксплуатации, минимальная масса и габариты, максимальное быстродействие, (обеспечение минимальной задержки и искажения сигналов), минимальная себестоимость, минимальная потребляемая мощность (обеспечение необходимой теплопроводности), максимальная плотность проводящего рисунка, защищенность от внешних воздействий, ремонтопригодность, технологичность и пр.
Назначение ЭА, объект, на который она устанавливается, условия эксплуатации, элементная база, быстродействие и другие параметры обусловливают определенные требования к конструкции и технологии изготовления ПП.
Последовательность конструкторско-технологического проектирования ПП установлена нормативной документацией и включает следующие этапы:
Изучение и анализ ТЗ на изделие (печатный узел, модуль 1-го уровня, ЭА), в состав которой входит разрабатываемая ПП:
анализ назначения и объекта установки ЭА;
анализ условий эксплуатации и группы жесткости ЭА;
анализ электрической принципиальной схемы и элементной базы.
Выбор типа конструкции блока и варианта конструктивного исполнения модуля 1-го уровня (ячейки);
Выбор компоновочной структуры ячеек ЭА;
Выбор типа конструкции ПП;
Выбор класса точности ПП;
Выбор метода изготовления ПП;
Выбор материала ПП;
Разработка компоновочных эскизов ячейки и выбор габаритных размеров ПП:
Выбор типоразмера ПП;
Компоновка конструкторско-технологических зон на ПП для установки ЭРИ, элементов электрического соединения, контроля, крепления и фиксации ячеек;
Размещение ЭРИ на ПП;
Выбор элементов электрического соединения;
Выбор элементов контроля функционирования, ручек и съемников;
Выбор элементов фиксации ячейки в модулях более высокого конструктивного уровня;
Выбор дополнительных элементов крепления ячейки;
Определение толщины ПП;
Определение числа слоев и толщины МПП.
Расчет элементов проводящего рисунка;
САПР;
Поверочные расчеты;
Подготовка разработанного проекта к производству ПП.