--I семестр-- / Лекции / ktop_l

Лекции по КТОП

2) фольгированный стеклотекстолит повышенной нагреваемости толщиной 0,5-

Змм;

3) фольгированный гитенакс толщиной 1,5-Змм, но он не влагостоек, применяется в основном в бытовой аппаратуре. Производится вырубка платы и вскрытие отверстий.

3.8. Изготовление монтажа

Процесс изготовления платы состоит в основном из двух операций:

1) создание изображения печатных проводников путем копирования с

негатива или с позитива на светочувствительный слой или печатание изображения краской через трафарет;

2) создание токопроводящего слоя на ее основании. Существует 3 метода: 1) химический - при котором происходит вытравливание незащищенных

участков фольги; 2) электрохимический - способ, при котором методом химического осаждения

создается слой металла толщиной 1-2 микрона, который затем наращивается гальваническим способом до нужной толщины. Одновременно металлизируют стенки отверстий, которые используют как перемычки для соединения проводников на разных сторонах платы;

3) комбинированный метод - это сочетание первых двух. Проводники получают травлением, а отверстия электрохимическим

способом.

Чтобы припаять к печатному проводнику провод или вывод элемента на плате делают контактную площадку. Для печатных проводников на наружных слоях допускается плотность тока 20А/мм2, а на внутренних слоях МПП до 15А/мм2. Допустимое напряжение

между двумя идущими рядом проводниками зависит от зазора между ними и материала диэлектрика:

-зазор 0,2мм - и=25В;

-0,3мм - и=50В;

16

71 / 99

Лекции по КТОП

-1мм - и=250В;

-2,5мм - и=500В.

На внутренних слоях МПП допускается напряжение 250В. Чертежи печатной платы делают на бумаге с координатной сеткой с шагом 2,5 и 1,25мм (в зависимости от типа выводов элементов). Отверстия под выводы должны располагаться в углах координатной сетки и расстояние между краями отверстий должно быть не менее толщины платы. Проводники следует размещать параллельно линиям координатной сетки. При выпуске документации

любым способом на печатную плату делается таблица цепей для проверки ПП на установках автоматизированного контроля.

3.9. Установка радиоэлементов

Установка радиоэлементов является определяющим: помехоустойчивости схемы, тепловых режимов блока и аппарата. Элементы со штырьевыми выводами нужно устанавливать на плату с одной стороны, для плат с односторонней фольгой со стороны, где нет фольги. Это дает возможность применить прогрессивный способ пайки "волной припоя". Элементы с планарными выводами можно разместить с обеих сторон платы один против другого. А навесные элементы располагаются на плате, используя места для установки корпусных элементов.

Для всех типов элементов строго ограничено ОТУ и ТУ минимальное расстояние от корпуса,

на котором можно производить сгибание вывода и минимальное расстояние до места приложения паяльника. БИС устанавливают на металлическую несущую раму, выполняющую заодно роль теплоотвода или на индивидуальные прокладки толщиной 0,5- 1,5мм, или специальные разъемы. Тепловыделяющую или мощную ИС устанавливают на теплоотводящие шины. При механизированной сборке краевые поля на плате должны быть не менее 5мм - это расстояние от края платы до первого ряда выводов, а краевое поле под разъем - 12мм. Корпусные микросхемы располагают на плате геометрически правильными рядами с шагом 2,5 или 1,25мм с учетом краевых

17

72 / 99

Лекции по КТОП

полей. Первый вывод корпуса первой микросхемы совмещается с первой контактной площадкой, которая имеет ключ (монтажный кусочек провода). При расстановке элементов должна быть предусмотрена возможность конвекции воздуха около элементов, которые выделяют тепло. При установке транзисторов, в аппаратуре работающей при ударах и вибрации, корпус его должен быть приклеен к плате.

3.10. Пайка

Есть 3 метода в зависимости от типа производства. Очень широко распространен первый - пайка "волной припоя" ПОС для односторонних плат. Второй - сваркой на специальных автоматах - это одиночная сварка или групповая для планарных выводов. Третий - маломощным паяльником с заземлением. После контроля платы на работоспособность ее покрывают защитным лаком до пяти слоев с промежуточной сушкой.

3.11. Многослойные печатные платы (МПП)

Их применение позволяет увеличить плотность монтажа и сократить длину соединительных линий. Любая МПП состоит из нескольких печатных слоев спрессованных с использованием

изоляционных прокладок методом попарного прессования или металлизации сквозных отверстий:

1) попарное прессование. Используется двухсторонний диэлектрик. Надо иметь две заготовки, на каждой из которых разводят монтаж, и металлизированные отверстия, которые соединяют монтаж с фольгой с другой стороны. Затем эти две заготовки спрессовывают печатью внутрь, изолировав прокладкой. Заготовка имеет по обе стороны сплошную фольгу с металлизированными отверстиями, которые соединяют фольгу с печатью на ближайшем слое. После этого выполняют монтаж на наружных слоях и металлизирование отверстий, которые соединяют проводники на наружных слоях. Каждое отверстие на любом слое имеет контактные площадки.

18

73 / 99

Лекции по КТОП

Недостаток метода в том, что можно получить только 4-х слойную плату. Установка элементов на внешних слоях делается обычным способом; 2) метод металлизации сквозных отверстий. При этом методе заготовки выполняют из

двухстороннего фольгированного диэлектрика без отверстий. В местах, где нужно сделать электрические соединения, делают контактные площадки, которые располагают одну над другой. Потом набор заготовок прессуют с прокладками из стеклоткани, а на наружных слоях

химическим способом разводят печатный монтаж и делают сквозные металлизированные отверстия, которые соединяют площадки во всех слоях в зоне этих отверстий.

Число слоев может быть любым (до 10 слоев). Это сложный процесс и требует очень точного совпадения слоев. Для этого по краям платы за ее габаритами делают отверстия, в которые вставляют направляющие штыри, а потом их отрезают. На больших европлатах такие отверстия делают и в середине платы. Стоимость МПП примерно в 10 раз больше ОПП.

Недостатки:

1)более низкая надежность из-за большого числа внутренних контактов;

2)трудоемкость внесения изменений, т.к. практически нужно менять

фотошаблоны внутренних слоев;

3) низкая ремонтопригодность.

Поэтому применение МПП следует всячески ограничивать и делать там, где разводка обычным способом невозможна.

19

74 / 99

Лекции по КТОП

Недостаток метода в том, что можно получить только 4-х слойную плату. Установка элементов на внешних слоях делается обычным способом; 2) метод металлизации сквозных отверстий. При этом методе заготовки выполняют из

двухстороннего фольгированного диэлектрика без отверстий. В местах, где нужно сделать электрические соединения, делают контактные площадки, которые располагают одну над другой. Потом набор заготовок прессуют с прокладками из стеклоткани, а на наружных слоях

химическим способом разводят печатный монтаж и делают сквозные металлизированные отверстия, которые соединяют площадки во всех слоях в зоне этих отверстий.

Число слоев может быть любым (до 10 слоев). Это сложный процесс и требует очень точного совпадения слоев. Для этого по краям платы за ее габаритами делают отверстия, в которые вставляют направляющие штыри, а потом их отрезают. На больших европлатах такие отверстия делают и в середине платы. Стоимость МПП примерно в Юраз больше ОПП.

Недостатки:

1)более низкая надежность из-за большого числа внутренних контактов;

2)трудоемкость внесения изменений, т.к. практически нужно менять

фотошаблоны внутренних слоев;

3) низкая ремонтопригодность.

Поэтому применение МПП следует всячески ограничивать и делать там, где разводка обычным способом невозможна.

19

75 / 99

Лекции по КТОП

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.http://www.beda.stup.ac.ru/UMM7KTOP/l/ktop 1 .htm#ktl

2.http://cyberpage.narod.ni/fr_mam.htm

3.http://www.tu.edu.te.ua/oop/ktopl.htm

4.http://ziss.stup.ac.ru/UMM/KTOP/Info.html

Выбор инструментальных средств для проектирования печатных плат

Основным из ключевых вопросов в организации интегральной системы автоматизированного проектирования и производства электронновычислительной техники является выбор EDA-инструментов. Основными факторами при выборе базового EDA-инструмента являются:

1.Возможность решения широкого спектра задач конструирования печатных плат электронно-вычислительной техники.

2.Наличие интерфейса между выбираемым инструментальным средством и используемым на предприятии.

3.Возможность выполнения проекта для существующих и перспективных технологий производства электронно-вычислительной техники, включая проектирование заказных интегральных схем и технологию с поверхностно монтируемым компонентом.

4.Использование уже имеющихся локальных сетей.

5.Наличие интерфейса с EDA-инструментами, используемыми другими зарубежными научными центрами, с которыми имеются совместные проекты.

6.Стоимость выбираемого инструмента.

Решение задач проектирования печатных плат электронновычислительной техники современным EDA-инструментом

Применение сверхбольших интегральных схем с высокими тактовыми частотами и технологии с поверхностно монтируемым компонентом привело к необходимости решать новый спектр задач, включая: временные задержки сигналов, эффекты их взаимодействия при отражении, искажение фронтов тактовых импульсов, рассеиваемая мощность, температурный градиент печатной платы, электромагнитное излучение – расчет и учет влияния указанных параметров на размещение компонентов, трассировку соединений на плате.

Процедура размещения и трассировки с учетом эффектов искажения сигналов

При работе в наносекундном диапазоне цифровые сигналы по своей форме приближаются к аналоговым, что может отрицательно сказаться на функционировании разрабатываемых устройств. При анализе искажения сигналов необходимо учитывать временные задержки при их передаче, паразитные положительные и отрицательные выбросы, перекрестные помехи, «звон» на сигнальных шинах и шинах питания, и случайное превышение логических порогов. Причинами этих искажений являются паразитные цепи, обусловленные

76 / 99

Лекции по КТОП

конструктивными особенностями корпусов компонентов, разъемов, собственной и взаимной емкостью и индуктивностью проводников и металлизированных отверстий многослойных печатных плат, а также отсутствие согласования выходного сопротивления передающего устройства с нагрузочным, включая волновое сопротивление печатного проводника. Так как печатная плата является трехмерной конструкцией, то EDA-инструменты должны вычислять вышеуказанные параметры в трехмерном пространстве. Таким образом, процедуры размещения трассировки должны выполняться в зависимости от результатов временного анализа сигналов, зависящих от топологии передающих линий и моделей, монтируемых на плате компонентов. Существует два подхода к решению этой задачи:

1.Синтез межсоединений.

2.Итеративный процесс трассировки. Синтезатор состоит из четырех модулей:

-модуль исходных правил, задающий временные соотношения и допустимые искажения сигналов;

-иерархический планировщик, осуществляющий размещение компонентов и их групп в зависимости от исходных правил;

-инструмент анализа сигналов;

-трассировщик, использующий информацию от трех предыдущих модулей. Список исходных правил включает: допустимые величины временных задержек сигналов, искажение фронтов импульсов, времен установки перекрестных помех, положительных и отрицательных выбросов на фоне импульсного сигнала, «звона» на сигнальных шинах и шинах питания. Все исходные данные о проекте вводятся в редакторе применяемого EDA-инструмента или в известном формате HDL. Синтезатор межсоединений анализирует описание схемы и ограничения и определяет пути трассировки. При этом выполняется моделирование, основанное на решении нелинейных уравнений передающих линий. Иерархический планировщик может группировать компоненты в соответствии с заданными требованиями. При замене компонента осуществляется перерасчет временных параметров всех сигналов и сообщается о нарушениях, если они появляются. Для моделирования искажения сигналов на печатной плате требуются модели входных, выходных буферов, передающих и принимающих следующих по печатным проводникам сигналов. На практике используются два формата описания этих моделей: SPICE-формат и IBIS, или формат поведенческого описания. На сегодня компании, выпускающие интегральные схемы, сразу предлагают SPICE-модели выпускаемых схем. Применение SPICE-моделей в случае, когда приходится работать с сотнями и тысячами входных и выходных буферов связано с большими затратами машинного времени, поэтому наибольшее распространение получили модели в IBIS-формате, основанные на вольтамперных параметрах устройств данных об изменении сигнала на входе и информации об упаковке элементов на уровне выводов.

На сегодня компания Mentor Graphics предлагает 8700 IBIS-моделей компонентов, которые используются почти всеми производителями EDAинструментов. Если в библиотеке пользователя отсутствует та или иная модель, он может создать ее сам и проверить синтаксис с помощью инструментальных средств редактирования IBIS-моделей.

Анализ электромагнитного излучения высокочастотных электронных устройств

77 / 99

Лекции по КТОП

Уровень электромагнитного излучения зависит от тактовой частоты. Существуют две модели электромагнитного излучения:

1.Дифференциальная модель электромагнитного излучения обусловлена наличием петель на плате. Эти петли образуются сигналом, протекающим от контакта-передатчика по печатному проводнику к контакту-приемнику и обратно по земляному проводу. Это излучение возможно минимизировать за счет конструирования земляного проводника минимально возможной длины.

2.Обычная модель, обусловлена падением напряжения на печатном проводнике за счет токов утечки, обусловленных паразитной емкостью проводника.

Всегодняшних EDA-инструментах используется следующая методология точного расчета электромагнитного излучения печатной платы:

1. Анализ поперечного сечения печатных проводников и разработка моделей передающих линий.

2. Создание модели цепи для каждой трассы.

3. Расчет сигналов трассы.

4. Преобразование временной зависимости рассчитанных сигналов в частотную для получения соответственного спектра.

5. Использование теории антенны для вычисления электрического поля на заданном расстоянии от печатной платы.

Стоимость такого инструмента до 50 000$.

78 / 99

Лекции по КТОП

Лекция 4.

Алгоритмы покрытия.

В основе построения большинства алгоритмом покрытия используется идея выделения из заданной функциональной схемы подсхем (групп максимально связанных между собой логических элементов), перебора всех или достаточно большого их числа и проверки на совпадение логических функций элементов подсхем и компонентов модулей, используемого набора. Подсхема закрепляется затем модулем, в состав которого входит наибольшее количество ее логических функций. Процесс продолжается до полного распределения элементов функциональной схемы по модулям.

Рассмотрим эвристический алгоритм, являющийся типичным для приближенных алгоритмов покрытия, используемых в системах проектирования РЭА. Исходная функциональная схема представляется множеством связанных между собой логических элементов

М={m1,m2,…,mn},

каждый из которых mi M реализует некоторую функцию ψi (И, ИЛИ, НЕ,

исключающее ИЛИ, запоминание и т.д.) а их множество М определяет совокупность всех логических операций выполняемых в схеме.

Ψ=U Ψi = {Ψ1, Ψ2,…, Ψn}

Имеется ограниченный набор типов модулей

N={n1,n2,…,ne},

на базе которого необходимо выполнить заданную схему. Каждый модуль n j N реализует одну или несколько логических операций

ϕj = {ϕ ( j)1,ϕ( j)2,Κ ,ϕ( j)s },

аполный набор модулей N определяет совокупность всех логических операций

ϕj =Uj ϕj ={ϕ1* ,ϕ *2 ,ϕ *3 },

которые могут быть получены с их помощью. При этом могут иметь место два случая:

1) ϕ Φ , т.е. для каждого элемента функциональной схемы существует

соответствующий аналог среди компонентов набора модулей; 2) ϕ Φ , т.е. компоненты набора модулей реализуют не все функциональные

схемы.

В первом случае, функциональную схему устройства можно полностью покрыть модулями заданного набора, во втором – требуется доработка покрытия, связанная с подбором дополнительных модулей, позволяющих покрыть элементы из подмножества Mr M , выполняющие операцию ϕ\Ф, при этом процесс покрытия схемы разбивается на два этапа:

1)предварительный

2)окончательный

Алгоритм предварительного покрытия работает следующим образом:

23

79 / 99

Лекции по КТОП

1.Из списка элементов схемы, подлежащих покрытию, выбирают очередной элемент mi M . Если список пуст, то переходим к пункту 8.

2.Определяем все логические элементы mq M из числа непокрытых, связанные с mi и формируем множество Мi = mi U mq.

3.Производим сравнение функции ϕh, реализуемых в каждой из конструктивных модулей nk N и логических функций

Выбираем модуль nq N , для которого

ϕi ∩ϕq = max[ϕi ∩ϕh],

если таких модулей несколько, то выбираем модуль наименьшей стоимости. Если при пересечении этих множеств образуется пустое множество ϕi ∩ϕq = 0, то переходим к пункту 7.

4.Если эти множества равны (ϕi ∩ϕq), то переходим к пункту 6.

5.Из Mi удаляем элементы mt Mi , наименее связанные с оставшимися и выполняющие операции ϕi \ ϕq . Получаем множество элементов M q Mi , которые целесообразно скомпоновать в едином корпусе nq.

6.Закрепляем все выбранные логические элементы за модулем nq и переходим к пункту 1.

7.Составляем список элементов функциональной схемы, которые не могут быть реализованы с помощью заданного набора модулей (требуется доработка). Переходим к пункту 1.

8.Конец работы алгоритма.

Для улучшения полученного результата осуществляют парные перестановки однотипных логических элементов различных модулей.

24

80 / 99