ППУМРЭС Бобылкин / 1_5

1.5. Размеры печатных плат

Максимальные размеры печатных плат имеют много ограничений. Это касается и габаритов фотошаблонов, и возможностей сверлильных станков. Например, сверлильный станок фирмы Vero способен одновременно обрабатывать три ПП размерами 610x495 мм.

Для всех ПП ограничением могут стать гальванические ванны. Для многослойных ПП определяющим является прессовое оборудование. Аналогичные вопросы должны уточняться с конкретным производством. Известны МПП 600x600 мм, но и это не предел. Габариты печатных плат, выпускаемых отечественными производителями, достигают 545x450 мм.

Для каждого конкретного устройства размеры печатных плат зависят от его конструкции, которая диктует также и форму платы, точки крепления, зоны за­прета на установку элементов и на прокладку печатных проводников и т.д. Вот почему прием проектирования, когда в черновом варианте определяется площадь печатной платы, на которой можно физически разместить требуемые элементы, а затем компонуется устройство в целом, считается нормальным. Далее разрабатывается корпус, выбираются элементы крепления, места размещения соединителей и т.д., и только после этого конструируется печатная плата. Цикл длительный и трудоемкий, но он обеспечивает высокие показатели изделия.

В других случаях конструктор и разработчик, стремясь сократить сроки проектирования и сделать устройство более дешевым, определяют габариты платы ин­туитивно или прибегают к какому-либо из ранее примененных типоразмеров. Заметное уменьшение трудоемкости и стоимости изделия достигается за счет типовых плат. Кроме того, появляется возможность пользоваться покупными несущими элементами конструкции и другими типовыми деталями, тем более, что существенное сокращение сроков разработки и снижение стоимости изделия за счет введения типовых деталей привлекают внимание многих проектировщиков, в среде которых популярны размеры, регламентированные международными стандартами (некоторые зарубежные стандарты настолько распространены, что негласно приобрели статус международных). Применительно к печатным платам и соответственно несущим конструкциям в настоящее время широко используются два стандарта: международный МЭК 297 (IEC 297-3) на 19-дюймовые конструкции, совпадающий с известным национальным стандартом DIN 41494, и метрический МЭК 917 (IEC 917-2-2), который разработан недавно и должен со временем заменить дюймовый стандарт (DIN - Deutsches Institut fur Normung).

Ряд отечественных стандартов также содержит данные по размерам печатных плат и несущих конструкций, причем отдельные типоразмеры плат совпадают с приведенными выше международными стандартами.

Сначала о 19-дюймовом стандарте. Что касается цифры 19, то это ширина передней панели субблока (шасси, корпус блока), в котором размещаются ячейки (ТЭЗы, модули и т.д.). Единица построения вертикальных размеров в данном стандарте - 44,45 мм - называется 1U. Высота передних панелей субблоков кратна 1U. Величина 1U является также модулем приращения печатных плат по высоте.

По глубине приращение составляет 60 мм (несмотря на дюймовый стандарт) по горизонтали разбивка блоков кратна 5,08 мм (1ТЕ). Эта же величина определяет ширину ячеек. Например, ширина 4ТЕ - 20,32 мм.

Исходные (базовые) размеры печатных плат приняты равными 100x100 мм. Некоторые габариты плат, отвечающие стандарту IEC 297-3, представлены в табл. 1.3 и на рис. 1.2.

Жирным шрифтом в таблице выделены предпочтительные размеры – большинство фирм-изготовителей стандартных конструкций предлагает покупателям комплектующие детали и готовые изделия именно для этих типоразмеров ПП. Кстати, это могут быть не только печатные платы, но и листы изоляционного материала соответствующих параметров.

Таблица 1.3

Обозначение	Н, высота (мм)	L, длина (мм)
3U	100	100
		160
		220
		280
4U	144,45	100
		160
		220
		280
5U	188,9	100
		160
		220
		280
6U	233,35	100
		160
		220
		280

Рис. 1.2.

На рис. 1.3-1.5 представлены эскизы печатных плат и конструкции ячеек типоразмеров 3U и 6U.

Рис. 1.3.

Рис. 1.4.

Рис. 1.5.

При необходимости конструктор всегда может разработать любой вариант изделия на основе типовых деталей, например ячейки высотой 4U или 5U.

Стандартная 19-дюймовая конструкция ячеек предполагает применение для типоразмеров 3U и 6U соединителей, соответствующих стандартам ITC 603-2 и DIN 41612.

В 19-дюймовом стандарте для коммутации ячеек используются объединительные платы (кросс-платы или МПП-2), выполненные в соответствии со стандартами на соединители (IEC 603-2 и DIN 41612) и со стандартом МЭК 297 (IEC 297-3). На рис.1.6 приведен эскиз объединительной платы для ячеек типоразмера 3U и 6U, причем здесь даны только основные размеры построения. Дело в том, что максимальная длина таких плат определяется из расчета установки 21 ячейки с шагом 20,32 мм. Но стандарт допускает построение плат меньшей длины и размещение ячеек с произвольным шагом, кратным 5,08 мм, в самых разных сочета­ниях, поэтому для объединительных плат нет строго определенных размеров. Каждый проектировщик вправе разработать собственную объединительную плату применительно к конкретной решаемой задаче. Кроме того, он может использовать какие угодно соединители (отвечающие требованиям стандартов IEC 603-21 и DIN 41612), свободно комбинируя их в пределах одной платы. На рис. 1.7 представлены разметки некоторых стандартных соединителей этой серии.

Метрический стандарт IEC 917-2-2. Этот стандарт появился значительно позже "дюймового", и его создатели попытались реализовать в нем многие новые решения, соответствующие требованиям современной аппаратуры. Здесь предусмотрена конструктивная преемственность со старым 19-дюймовым стандартом. В типовых шкафах допускается применение (даже одновременно) блоков (крейтов, шасси) обоих стандартов. А в блоки метрического стандарта можно встраивать переходные конструкции (субблоки), обеспечивающие установку стандартных "дюймовых" ячеек.

Основные размеры шкафов и блоков построены на базе модуля приращения 25 мм; для ячеек модуль равен 2,5 мм.

Рис. 1.6.

Некоторые размеры печатных плат приведены в табл. 1.4, а их конструкция – на рис. 1.8.

Длина печатных плат в принципе имеет приращение, кратное 25 мм, поэтому номенклатура ПП может быть расширена соответствующим образом.

На рис. 1.9 показаны варианты ячеек, построенных по метрическому стандарту. Соединители, соответствующие метрическому стандарту, должны иметь шаг выводов 2,5 мм. В данном случае метрический стандарт хорошо сочетается с многочисленными отечественными стандартными соединителями. На рис. 1.10 изображена регламентируемая стандартом IEC 917-2-2 сетка расположения выводов соединителей типа Telecombus с шагом контактов 2,5 мм, и в то же время более широкое применение находят соединители с шагом 2,0 мм (типа Futurebus).

Таблица 1.4

Обозначение	H, высота (мм)	L, длина (мм)
6SU	115	110
		160
		235
		285
12SU	265	110
		160
		235
		285
18SU	415	110
		160
		235
		285
24SU	565	110
		160
		235
		285

Рис. 1.7

Рис. 1.8

Рис. 1.9

Рис. 1.10

Отечественные разработчики могут с успехом использовать для ячеек метрического стандарта соединители СНП-34, СНП59 и ряд других, у которых шаг контактов составляет 2,5 мм. При конструировании метрических ячеек с отечественными (и любыми другими) следует принимать в расчет расстояние между печатной платой ячейки и привалочной поверхностью объединительной платы. Это расстояние для всех типоразмеров одинаково и равно 15,5 мм (по другим данным 15,65±0,55 мм) - см. рис. 1.9. На рис. 1.11 показан эскиз разметки ПП для установки соединителя СНП-59 на ячейке высотой 6SU.

Рис. 1.11

Представляет определенный интерес типоразмер метрического стандарта 11SU. Эта плата по габаритам очень близка к 6U "дюймового" стандарта, и на ней могут быть установлены два отечественных соединителя СНП-59, что делает ее метри­ческим аналогом "дюймовой" ячейки. Эскиз такой платы Вы видите на рис. 1.12.

Ряд отечественных стандартов регламентирует конструктивные параметры радиоэлектронной аппаратуры, в том числе размеры и конструкции ячеек (ТЭЗ, БНК-1).

ГОСТ 28601.3-90 включает в себя параметры ячеек и печатных плат, соответствующих стандарту МЭК 297 (IEC 297-3). Поэтому, используя импортную 19-дюймовую конструкцию, Вы можете быть спокойны - она отвечает отечественному стандарту.

Рис. 1.12

Два отраслевых стандарта ОСТ 107.460084.100-87 и ОСТ 107.460084.101-88 распространяются на базовые несущие конструкции трех уровней (в том числе на ячейки и печатные платы ячеек).

Размеры печатных плат ячеек (в стандарте - БНК-1), вошедшие в указанные ГОСТы, приведены в табл. 1.5.

Таблица 1.5

Обозначение	H, высота (мм)	L, длина (мм)
ЯУ.01.1.1	170	75
		150
		200
		280
	240	150
ЯУ3.01.2.2	360	200

Обозначение у БНК-1 довольно сложное и к тому же зависит от условий эксплуатации. В табл. 1.5 для примера записаны варианты обозначений двух ячеек.

Стандартные ячейки рассчитаны на использование соединителей СНП-34, ГРПП72, Онп-ВС-53-224/160х17-В50Б и некоторых других, имеющих шаг выводов 2,5 или 3,75 мм.

Большую номенклатуру размеров ячеек (и печатных плат) содержит ГОСТ 26.765.12-86 (см. табл. 1.6). Он частично повторяет типоразмеры из более ранних отечественных стандартов. Строгой системы размеров в данном стандарте нет. Кроме того, ячейки, собранные здесь, построены с применением различных соединителей (по количеству контактов, размерам и конструкции).

ГОСТ 26765.20-91 является в некотором роде преемником предыдущего стандарта. Здесь впервые делается попытка применить координационные размеры, как в метрическом стандарте IEC 917-2-2. Для ячеек (печатных плат) установлены размеры по высоте (Н): 115, 170, 265, 365, 415 и 565 мм. Длина ячеек и соответственно печатных плат (L), как сказано в ГОСТе, определяется глубиной блока (каркаса). Последние, в свою очередь, имеют 10 типоразмеров с глубиной от 115 до 450 мм и габаритами, кратными 25 мм. Таким образом, конкретный размер печатной платы должен назначаться разработчиком или конструктором, а из-за отсутствия в ГОСТе размеров построения блоков (каркасов) допускается применение фактически любых по глубине (L) плат.

Таблица 1.6

H, высота (мм)	L, длина (мм)
140	280
160	220
	280
170	75
	110
	150
	200
	220
	240
	280
	320
	150
240	160
280	150
300	160
	150
360	200
	280
390	240
	280

Базовые конструкции освоены отечественными производителями, но широко­го распространения не получили из-за расхождения почти по всем параметрам с международными стандартами и полного отсутствия инвариантности. Другими словами, эти конструкции не имеют вариантов, построенных по модульному принципу, как это принято в международных стандартах, что сильно ограничивает их применение. Прокрустово ложе, в которое разработчики отечественных стандартов пытались втиснуть всех пользователей, оказалось тесным для развивающейся электронной техники.

Как отмечалось выше, у большинства многоконтактных соединителей шаг контактов равен 2,54 или 2,5 мм. В настоящее время появились соединители с более мелки­ми шагами контактов (1,25; 2 мм и др.). Один из таких соединителей (с шагом 2 мм), именуемый Compact PCI, сильно отличается от привычных конструкций, выполнен­ных по строгим правилам классического машиностроения. Он не требует пайки, не имеет цельного корпуса и привычных ловителей. Соединитель применен в ячейках с размерами 6U по IEC 603-2, чертеж которых показан на рис. 1.13.