5.Методические указания к выполнению работы

Рост сложности конструкции радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) неизбежно ведет к повышению плотности электрического монтажа печатных плат (ПП) и электрических связей между составляющими аппаратуру элементами.

Увеличение числа и типов элементов, количества выводов корпусов ИС усложняет электрические схемы РЭА, увеличивает количество и число межсоединений электрических проводников на ПП.

Принципиально задача размещения элементов и проводников между ними может быть решена вручную. Однако для этого потребуется много конструкторов, длительное время трассировки проводников, скрупулезная проверка и исключение ошибок. Задача еще более усложняется, если учитывать (а это, как правило, необходимо делать) специфичность отдельных проводников, например, их чувствительность к перекрестным помехам, необходимость выполнения минимальной длины и др.

Приступая к разработке ПП, конструктор должен придерживаться правил и положений, рекомендуемых стандар­тами, нормалями, руководящими техническими материалами: выбора габаритных размеров плат, числа слоев, параметров печатных проводников и элементов, техники выполнения ри­сунка печатного монтажа. Некоторые из этих правил следующие:

1. Максимальный размер стороны печатной платы, как однослойной, так и многослойной, не должен превышать 500 мм. Это ограничение определяется требованиями прочности и плот­ностью монтажа: чем больше плата, тем меньше плотность монтажа. На практике обычно печатные платы со стороной до 100 толщен материала диэлектрика изготовляют без до­полнительных деталей, повышающих жесткость. Для плат с большими размерами предусматривают специальные меры повышения жесткости (дополнительные точки крепления в устройстве, введение ребер жесткости и т. д.).

2. Соотношения размеров сторон печатной платы для упрощения компоновки блоков и унификации размеров печатных плат рекомендуются 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 3:2, 5:2 и т. д.,

3. Целесообразно с целью максимального использования, физического объема конструкции ЭВМ и упрощения ее изготовления разрабатывать печатные платы прямоугольной формы (другие формы печатных плат допускаются только при разработке ЭВМ специальной формы).

4. Выбор материала печатной платы и способа ее изготовления должен осуществляться на стадии эскизного проектирования наряду с установлением класса печатного монтажа так как оказывает существенное влияние на конструкторском" технологические, эксплуатационные и технико-экономические характеристики разрабатываемой ЭВМ (таблица 1).

Т аблица 1.

5. При разбиении принципиальной электрической схемы по слоям следует стремиться к минимизации числа слоев. Это диктуется чисто экономическими соображениями. Одно- и дву­сторонние печатные платы значительно дешевле многослойных, однако обладают сравнительно меньшей плотностью монтажа, низкой помехоустойчивостью и т. д. Поэтому в ряде случаев целесообразней использование печатных плат с небольшим числом слоев. Каждый слой должен нести определенную функциональную нагрузку (например, слой цепей питания, слой сигнальных цепей и т. д.).

Стоимость многослойной печатной платы от увеличения числа сдоев находится не в прямой пропорциональной за­висимости. Например, стоимость пяти- и десятислойных пе­чатных плат, изготовленных методом металлизации сквозных отверстий, отличается на 30-40%.

6. Проектирование многослойных печатных плат для ЭВМ может быть проведено двумя способами. Первый, обеспечивающий наибольшую плотность компоновки, заключается в раз­работке топологии отдельно каждого слоя платы. При этом возрастает номенклатура фотошаблонов, удорожается процесс изготовления плат и ЭВМ в целом. При втором способе отдельные слои всех типов плат, применяемых в ЭВМ, вы­полняют идентичными (например, слой подводки питания, слой заземления, слой экранирования), а остальные—по от­дельным шаблонам. Этот способ удешевляет процесс изго­товления печатных плат, несколько снижая плотность меж­соединений.

Целесообразно для бортовых и специализированных ЭВМ применять многослойные печатные платы, изготовленные по первому способу, а для больших стационарных — по второму.

7. Для вычерчивания взаимного расположения печатных проводников, печатных элементов, контактных площадок, мон­тажных и контактных отверстий и т. д. надо использовать координатную сетку в прямоугольной или полярной системе координат. Шаг координатной сетки в прямоугольной системе координат должен быть равен 2,5 мм (основной) и 0,5 мм (дополнительный). Применение того и другого шага коорди­натной сетки на чертеже одной платы недопустимо. Начало координат рекомендуется устанавливать в левом нижнем углу платы или в центре левого нижнего крепежного или техно­логического отверстия. Координатную сетку наносят сплош­ными тонкими линиями.

8. 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. Все отверстия должны располагаться в узлах координатной сетки. В том случае, если шаг распо­ложения выводов микросхем не соответствует шагу коорди­натной сетки, одно из отверстий под вывод (желательно первый) микросхемы должно обязательно располагаться в узле координатной сетки.

9. Для правильной ориентации микросхем при их установке на печатную плату на последней должны быть предусмотрены «ключи», определяющие положение первого вывода микросхемы.

10. Конденсаторы, резисторы и другие навесные элементы следует располагать параллельно координатной сетке. Рассто­яние между их корпусами должно быть не менее 1 мм, а расстояния между ними по торцу—не менее 1,5 мм.

11. Координаты монтажных отверстий можно задавать: а) нумерацией отверстий с занесением размеров их координат по осям х и у в миллиметрах в таблицу; б) указанием раз­меров координат за пределами рисунка печатной платы; в) нумерацией линий координатной сетки.

12. Диаметры монтажных отверстий необходимо принимать

равными 0,5; 0,8; 1,0; 1,3; 1,5; 1,8; 2,0; 2,4 мм. Обычно диаметр отверстия берут больше диаметра вывода на 0,5 мм, так как при этом обеспечивается наиболее полное заполнение его припоем при пайке. Отверстия под выводы микросхем и на­весных деталей зенкуют с обеих сторон платы. Установочные, проходные и технологические отверстия не зенкуют. Отверстия под выводы микросхем и навесных деталей и отверстия, соединенные печатными проводниками, должны иметь кон­тактные площадки, диаметры которых могут не менее чем на 1 мм превышать диаметр зенковки. Установочные, проход­ные и технологические отверстия контактных площадок не имеют.

13. На печатных платах должен быть предусмотрен ориен­тирующий паз (или срезанный левый угол) или технологи­ческие базовые отверстия, необходимые для правильной ориен­тации при изготовлении двусторонней печатной платы.

14. Печатные проводники не должны иметь резких пере­гибов и острых углов. Переходы при разветвленном провод­нике или переходы проводника к контактной площадке не­обходимо изготовлять плавными с радиусом закругления не менее 2 мм.

15. Печатные проводники, ширина которых на чертеже не превышает 1 мм, надо изображать сплошной утолщенной линией. Контактные площадки, примыкающие к таким про­водникам, не штриховать.

16. Печатные проводники по возможности следует выполнять минимально короткими. При изготовлении особо длинных печатных проводников (l_n>200 мм) целесообразно предусматри­вать дополнительные монтажные площадки и отверстия.

17. Ширину печатных проводников и расстояние между ними следует устанавливать после проведения соответствующих расчетов.

18. Прокладка рядом входных и выходных печатных про­водников схемы одного печатного проводника параллельно другому, аналогичному, проводнику на той или на иной стороне платы не рекомендуется во избежание возникновения паразитных наводок.

19. Проводники входных высокочастотных цепей должны прокладываться в первую очередь и быть максимально ко­роткими.

20. Печатный проводник, проходящий между двумя близ­лежащими монтажными площадками или любыми отверстиями, следует располагать так, чтобы его ось была перпендикулярна линии, соединяющей центры отверстий.

21. Проводники шириной до 2 мм можно располагать с обеих сторон печатной платы, проводники шириной от 2 до 5 мм—со стороны установки микросхем.

22. Заземляющие проводники, по которым протекают сум­марные токи всех цепей, следует изготовлять максимально широкими.

23. Для уменьшения паразитной емкостной связи между печатными проводниками иногда надо экранировать печатную схему, причем экран должен иметь максимально возможную ширину и быть не сплошным, а сетчатым [ячейки сетки должны располагаться с шагом 2—5 мм и быть круглыми диаметром 3—4 мм или продолговатыми с закругленными краями размерами (0,5 —1,5) X (3 — 5) мм]. При попадании в зону экрана отверстий, предназначенных под выводы навесных деталей или микросхем, около каждого из них на расстоянии 1 мм от его кромки в экране предусматриваются 2—4 сек­торных выреза шириной 1—1,5 мм, располагаемых по окруж­ности, или кольцевой вырез той же ширины.

24. При трассировке проводников необходимо избегать боль­ших площадей, покрытых медью. Во время операции пайки волной припоя в этих местах будет скапливаться припой. Если необходимо иметь большие поверхности меди, то надо предусмотреть ромбовидный или перекрестно-штриховой ри­сунок на медной поверхности.

25. Число отверстий различных диаметров следует сводить к минимуму. Чем меньше это число, тем меньше труда потребуется в изготовлении печатной платы.

26. С краев печатной платы следует снимать фаски. Между печатным соединительным контактом разъема и краем фаски должно быть расстояние не менее 0,8 мм.

На рис. 2 приведен фрагмент чертежа наружного слоя печатной платы с разметкой под микросхемы в корпусах с планарными выводами. Шаг координатной сетки 0.5 мм.

На плате используется печатный разъем (в правом нижнем углу), окружностями небольшого диаметра условно обозначены металлизированные отверстия с зенковкой и контактными площадками.

С учетом вышеизложенного трассировку проводников ПП в одной, двух или нескольких плоскостях (для одно-, двух- и многослойных печатных плат) представляет собой сложную математическую и инженерную задачу, решение которой на современном этапе развития техники невозможно без использования мощных вычислительных средств.

На рис. 3 приводится схема автоматизированного проектирования печатных плат.

Для выполнения настоящей лабораторной работы предлагается для проектирования трассировки ПП использовать систему P-CAD 2000, установленную на персональном компьютере.