6 . 3 . Монтаж типовых элементов замены и ячеек
Основной конструктивной единицей ЭВМ является ячейка, предназначенная для механического и электрического объединения элементов первого уровня. Она состоит из печатной платы, на одной или двух сторонах которой могут быть размещены ЭРЭ, ИС, микросборки. В зависимости от плотности компоновки навесных элементов и сложности их коммутации применяются ОПП, ДПП, МПП.
Рассмотрим конструктивно-технологические особенности ячейки.
Для монтажа элементов предусмотрены монтажные металлизированные отверстия круглой или прямоугольной формы, центры которых располагаются в узлах координатной сетки. Это требование предъявляется и к штыревым выводам. Если много выводов, то хотя бы один вывод должен располагаться в узле координатной сетки.
Диаметр металлизированного отверстия выбирается в зависимости от диаметра выводов навесных элементов.
Монтажное отверстие для плоского вывода выбирается по диаметру окружности, описанной вокруг сечения вывода.
Для обеспечения высокого качества пайки, надежности соединения различие между диаметрами вывода и отверстия должно состав лять:
диаметр вывода 0,4;0,6;0,8 ¦ 1,0;1,2;1,5;1,7
разница диаметров 0 ,4 ¦ 0 ,6
Не рекомендуется на одной плате иметь более 3 различающихся по диаметру отверстий. Если сборка плат автоматизирована, то требования еще более ужесточаются:
- расстояние между выводами и отверстиями ,2мм;
- предельное отклонение расстояний между центрами монтажных отверстий не должны быть больше, чем 0,1 мм;
- базовые отверстия для ориентации платы d=3,0 + ,05мм располагаются на одной из длинных сторон платы. Отклонения между центрами базовых отверстий не более +0,1 мм.
Допускается в качестве базовых отверстий использовать крепежные отверстия, если их точность и допуск на расположение соответствуют базовым отверстиям.
На платах ячеек устанавливают ИС различных серий, дискретные ЭРЭ, корпус а разъемов, крепежные и другие элементы. Ячейки, предназначенные для логических схем, содержат ИС от 10 до 150 шт. и небольшое количество ЭРЭ. Специальные ячейки, предназначенные для формирования, усиления сигналов, содержат преимущественно дискретные ЭРЭ, а также гибридные и полупроводниковые ИС.
Для повышения технологичности сборки рекомендуется использовать минимальное число разнотипных ЭРЭ, типоразмеров ИС; использовать элементы, не требующие дополнительного крепления на плате.
Рассмотрим размещение элементов на ПП.
Корпусные ИС размещают на ПП рядами или в шахматном порядке с шагом установки, кратным 2,5мм, и определяемым конструкцией корпусов, плотностью компоновки, температурными условиями и т.д.
Для ИС в корпусах с планарными выводами шаг установки может быть принят 1,25мм. Зазор между корпусами должны быть не менее 1,5мм. ИС со штыревыми выводами устанавливают с одной стороны, с планарными выводами с двух сторон.
Известны различные варианты установки ИС (рис. 6 . 5 ).
Эскиз корпуса Установка прокладка
A
B
1,6
C
2,5 1,0 1-3
0,5-1,5
Рис. 6 . 5 . Установка ИС
Установка ИС без зазора применяется, если под корпусом ИС нет проводников. Корпус держится на выводах или клеится.
Установка ИС с зазором или на изоляционную прокладку используется, если есть проводники. Для улучшения теплоотвода используются металлические прокладки, предварительно изолированные от платы.
Корпусы типов 1,2 (нарисованы, отличаются количеством выводов: 9 и 7) со штыревыми выводами не требуют предварительной формовки и поддаются легко автоматизации.
ИС с планарными выводами увеличивают плотность размещения, но автоматизация затруднена.
Варианты установки ЭРЭ также различны.
ЭРЭ располагают рядами с ориентацией по одной или двум координатам. Желательно элементы одного типа располагать в одном направлении.
Неупорядоченная установка ЭРЭ, наличие элементов с разными межвыводными расстояниями усложняется.
Расстояние между корпусами ЭРЭ не менее 1мм, по торцу не менее 1,5мм. Если автоматизированная установка, то нужна дополнительная площадь свободные зоны для размещения исполнительной головки.
Варианты установки определяются конструкцией корпусов, характером расположения выводов, их размерами.
ЭРЭ устанавливают без зазора между корпусом и платой; с зазором; с расположением выводов в монтажных отверстиях, расстояние между которыми меньше установочного размера.
В первом случае не должно быть печатных проводников, во втором прокладка толщиной 1-1,5мм, которую после подгибки и пайки выводов удаляют.
Полупроводниковые приборы (например, транзисторы) в круглых металлостеклянных корпусах устанавливают на плату, на прокладку, в специальный держатель.
Транзистор фиксируют путем приклеивания к плате (прокладке); выводы формуют так, чтобы расстояния между ними по координатной сетке были равны (или кратны) шагу . Различают два способа разводки печатного монтажа: прямая разводка и координатный способ разводки.
При первом способе разводки трассы прокладываются по наикратчайшему пути, связывающему коммутируемые точки. При этом в первую очередь прокладываются проводники, критичные к длине. Затем все остальные. Разводка проводников выполняется до тех пор, пока не будут проведены все.
Может быть и так, что некоторые проводники невозможно выполнить без пересечения с другими проводниками . Пять таких связей можно выполнить проводными (объемными). Если таких проводников более 5, то делается ДПП, на второй стороне располагают проводники, которые невозможно выполнить без пересечения.
Если же рисунок не может быть выполнен с использованием ДПП, то тогда вводится третий, четвертый и т.д. слой.
Во втором случае используются ортогональные направления проводников на разных сторонах платы. Для исключения пересечения проводника с другими проводниками в конструкцию вводятся переходные отверстия. Переходное отверстие переводит проводник на другую сторону платы, по которой трасса продолжается. Если возникла преграда, опять переходное отверстие и проводник переводится на первую сторону.
Такой способ позволяет реализовать на ДПП довольно сложную схему.
Недостаток удлинение проводников. При использовании любого способа разводки трассировка выполняется в определенном порядке как ближайшее приближение к прямой линии.
Трассировка может быть выполнена двояко. В первом случае разводятся проводники первой логической схемы, второй, третьей и т.д. При этом не принимаются во внимание расположение корпусов; в первую очередь разводятся входные-выходные цепи, затем разводятся связи между логическими элементами.
Во втором случае за основу берется компоновочная схема и принципиальная схема. Сначала входные-выходные цепи, а потом микросхемы ряд за рядом. Разводка микросхем начинается с ряда, который примыкает к контактным соединениям. В ряду микросхемы разводятся в строго определенной последовательности друг за другом.
После последней переходят к следующему ряду, т.е. ряд за рядом трассы заполняют печатную плату.
Трассировка для разных корпусов одинакова. Подход трассы к контактной площадке осуществляется под углом 900 или 450 . Трассировка может быть различна.
Примеры:
При трассировке нужно учесть следующее.
1. Корпуса микросхем располагаются таким образом, чтобы объединение одноименных выводов выполнялось поперечными или продольными трассами.
2. Первыми разводятся трассы, объединяющие наибольшее число корпусов, последними объединяющие две микросхемы.
3. По ходу выполнения трассировки плата заполняется и сложность выполнения связей растет. Поэтому подход к контактной площадке может быть получен многократным изменением направления трассы. Трасса-лесенка, но длина лесенки не должна превышать допустимую длину проводника.
Трассировка цепей питания и земли выполняется различными способами.
Выводы питания и земли у всех корпусов расположены одинаково, поэтому размещение цепей тоже будет одинаково.
Способы подвода трасс к выводам питания и земли микросхем должны обеспечивать максимум удобств для последующей разводки и зависят от формы выводов, расстояний между ними и т.д.
Различные варианты разводки цепей питания и земли (рис. 6 . 8 ).
1 вариант: первая ламель питание, последняя земля. От ламелей трассы проходят вдоль краев платы, микросхемы запитываются от трассы, проходящей вдоль ряда.
Рис. 6.8. Вариант разводки цепей питания и земли
2 вариант:разводка параллельно идущим трассам, но подвод с
использованием переходных отверстий.
Рис. 6 . 9 . Варианты разводки цепей питания
Трассы питания могут быть различными, но длина проводника должна быть минимальной.
Варианты подвода трасс приведены на рис. 6 . 10 .
Рис. 6 . 10 . Варианты развода трасс питания
6 . 4 . ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЭЗ
Технологический процесс разбивается на несколько этапов:
- подготовка навесных элементов;
- установка навесных элементов;
- получение контактных соединений с печатным монтажом;
- контроль монтажа и функциональных параметров ТЭЗ.
Подготовка навесных элементов включает в себя распаковку элементов, входной контроль, формовку, обрезку и лужение выводов, размещение элементов в технологической таре.
Входной контроль ИС и ЭРЭ осуществляется выборочно, для спецаппаратуры полностью.
Формовка это гибка выводов. Если процесс механизирован, то применяется инструмент (пуассоны, матрицы), рабочая часть которого соответствует форме выводов.
Лужение может быть до и после формовки методом погружения в расплавленный припой.
Установка навесных элементов на ПП заключается в подаче в зону установки, ориентации выводов относительно монтажных отверстий и фиксации ИС и ЭРЭ в требуемом положении.
Установка может выполняться вручную, механизированным или автоматизированным способом.
Вручную навесные элементы устанавливают в следующем порядке: резисторы, диоды, конденсаторы, ИС, транзисторы. После установки выводы подгибаются с другой стороны, фиксируя элементы. Если в схеме необходимо заменить элемент, то в соответствующие монтажные отверстия вставляются штыри, фиксируемые припоем, для сохранения печатного монтажа при последующей замене элементов.
ИС фиксируют подгибкой выводов, ИС с планарными выводами - приклеиванием к плате флюсом, липкой лентой.
При ручной установке необходимо предусмотреть отвод статического электричества от монтажника с помощью заземленного браслета.
Для избежания ошибок установки на ПП наносят номер и направление установки элемента. Выводы формуются так, чтобы можно было прочитать значение номинала элемента.
Механизированная установка ЭРЭ и ИС выполняются с помощью стола с двухкоординатным перемещением, устройства установки, механизма фиксации элементов, устройства позиционирования стола.
В состав последнего входят: шаблон с отверстиями, расположение которых соответствует порядку установки элементов, пантограф для перемещения и позиционирования монтажного стола. В магазине элементов располагаются кассеты этажерочного типа или лента с вклеенными элементами.
Принцип работы: ПП устанавливается на базовых штырях вручную. В соответствии с программой установки на ПП накладывается маска, открывающая доступ только к определенным элементам.
С помощью укладочной головки элементы устанавливаются.
Автоматизированная установка ИС и ЭРЭ выполняется на автоматах с ЧПУ. О т личие автоматическое позиционирование координатного стола.