Выбор и обоснование методов монтажа

3.5 Выбор и обоснование методов монтажа

Расчет элементов печатного рисунка обычно включает две основные стадии: конструкторско-технологический расчет параметров элементов и расчет электрических параметров. Наравне с электрическими параметрами печатных плат необходимо определить такие конструктивно-технологические параметры печатной платы, как ширина и шаг трассировки печатных проводников, диаметр контактных площадок, число проводников которое можно провести между двумя соседними отверстиями, диаметр отверстий на плате до и после металлизации.

При расчете элементов печатного монтажа следует учитывать технологические особенности производства, допуски на всевозможные отклонения значений параметров элементов печатного монтажа, установочных характеристик корпусов ИМС, требования по организации связей, вытекающие из схемы электронного функционального узла, а также перспективности выбранной технологии.

Исходные данные для конструкторско-технологического расчета элементов плат следующие: шаг координатной сетки по ГОСТ 10317-79 и равный 2,5 мм; допуски на отклонения размеров и координат элементов печатной платы от номинальных значений, зависящих от уровня технологии, материалов и оборудования; установочные характеристики навесных элементов.

Расстояние между центрами двух соседних отверстий на плате (контактных площадок) L условно делят на зоны:

а) контактной площадки;

б) печатного проводника;

в) зазора (между контактными площадками, печатными проводниками и контактными площадками и проводниками);

Понятие «зона печатного элемента» включает не только номинальное значение их размеров и координат, но и допуски на отклонение этих размеров от номинальных значений:

L = D + n × T + (n + 1) × S < k × A (3.5.1)

где D - ширина зоны контактной площадки;

T - ширина одного печатного проводника;

n - число проводников между двумя соседними контактными площадками;

S - ширина зазора между соседними печатными элементами;

A = 2,5 - шаг основной координатной сетки;

k -коэффициент шага основной координатной сетки.

С учетом допусков на размеры печатных элементов:

L = D_к + 2×d_т + n×(Т_п+2×d_т)+(n+1)×S_min < k×A (3.5.2)

где D_к - максимальный диаметр контактной площадки;

T_n - максимальная ширина печатного проводника;

d_m - величина максимального отклонения оси печатного проводника

(или центра контактной площадки) от номинального положения,

определяемая точностью изготовления фотооригинала и размер-

ной стабильностью фотошаблона;

S _min - предельная величина зазора, при которой еще гарантируется надежная изоляция печатных элементов друг от друга (S_min=0.15мм).

Диаметр контактной площадки не может быть меньше величины, обеспечивающей гарантированную ширину металла вокруг просверленного отверстия. С учетом возможного смещения центра отверстия относительно центра контактной площадки:

Dк = Dс + 2Bmi (3.5.3)

где Dс - диаметр зоны сверления с учетом допусков на смещение центра

отверстия;

В_min - минимальная ширина гарантированного пояска, принимаемая для

всех типов плат равной 0,1...0,15 мм.

Величина зоны сверления D_с складывается из диаметра отверстия и допусков на точность сверления, точность совмещения фотошаблонов (в случае ДПП), а также точность фотошаблонов:

D_с= d_o+2(d_т+d_с+d_o ) (3.5.4)

где d_o - диаметр отверстия до металлизации;

d_с - величина смещения фотошаблонов ДПП. Для всех типов плат со-

временная технология гарантирует не хуже d_с = 0,05 мм,

d_o - величина отклонения центра отверстия при сверлении. Определяется точностью оборудования и составляет при ручном сверлении

+0,2 мм, автоматизированном +0,05 мм.

Подставляя (3.6.4) в (3.6.3) имеем:

D_к=d_o+2В_min+2(d _т+d _с+d _o ) (3.5.5)

Выводы ИМС и других навесных радиоэлементов вставляют в металлизированные отверстия печатной платы. Для этого необходимо, чтобы диаметр отверстия после металлизации был равен:

d_m=d_в+2d_у (3.5.6)

где d_в - эквивалентный диаметр выводов ИМС, навесных радиоэлементов,

контактов разъема;

d_у - величина зазора, обеспечивающая установку выводов в отверстия

и их распайку (d_у= 0.07-0.15 мм ).

С учетом толщины слоя металлизации стенок отверстий:

d_o=d_m+2d_м (3.5.7)

где d_м - толщина слоя металла на стенках отверстия (d_м= 0.05 - 0.07 мм ).

Подставим выражения (3.6.5), (3.6.6), (3.6.7) в (3.6.2), получим:

L=d_в+n×Т_п+(n+1)×S_min+2B_min+2[d_у+d_м+d_o+d_с+(n+2)×d_т] < k×A(4.5.8)

Анализ выражения дает следующее:

1.  Выражение (3.5.8) можно использовать не только для определения расстояния между отверстиями L, но и для расчетов, например для оценки ширины T_п, числа печатных проводников - n, которые можно проложить между двумя соседними выводами ИМС, шага трассировки печатных плат, определяемого выражением:

t_тр=T_п+2d_т+S (3.5.9)

2. Уравнение (3.5.8) позволяет также судить о влиянии каждого его члена на конструктивные параметры печатной платы. Поскольку допуски и предельные значения некоторых параметров зависят в первую очередь от уровня технологии, качества материалов и технологического оборудования, то выражение (3.5.8) позволяет формулировать требования к технологии, оборудованию и материалам.

3. Выражение (3.5.8) подтверждает возможность создание технологических запасов величин T_п, S_min и В_min. Источником этих запасов является разность k×A-L запасов между расчетными параметрами печатной платы, которая позволяет снизить брак при изготовлении печатных плат, повысить надежность и снизить требования к технологии. Величины, входящие в выражения (3.5.8) зависят от уровня технологии и культуры производства, состояния и параметров технологического оборудования. Эти параметры зависят от технологического уровня производства.

На практике в современных печатных платах применяют для ДПП шаг трассировки равный 1.25 мм. Размеры отверстий под выводы ИМС, навесных радиоэлементов, разъемов, а также переходных отверстий, как правило, одинаковы. Если принять, что максимальный диаметр вывода любого радиоэлемента d_в=0.6 мм, то размеры отверстий до металлизации d_o=0.8 мм, после металлизации d_m=0.7+0.1 мм. При этом минимальные размеры контактных площадок для ДПП D_к=1.2 мм. исходя из этого между двумя контактными площадками можно провести не более одного проводника, что обеспечит зазор между проводниками и контактными площадками 0,5 мм.

Конструкторско-технологический расчет ПП может производиться с учетом производственных погрешностей рисунка проводящих элементов, фотошаблонов, базирования, сверления и т.п., причем должны выдерживаться граничные значения основных параметров печатного монтажа для выбранного класса точности. На основе конструкторско-технологического расчета определяются: номинальные диаметры переходного и монтажного отверстий; диаметр контактной площадки; ширина проводников; расстояние между проводником и монтажным отверстием. Номинальные значения диаметра монтажного отверстия определяются по формуле:

d= d_э+½D d_н.о½ , (3.5.10)

где d_э - максимальное значение диметра вывода навесного элемента, устанавливаемого на печатную плату;

r - разность между минимальным значением диаметра отверстия и

максимальным значением диаметра (минимальный диаметр отвер-

стия лимитируется толщиной платы при условии качественной

металлизации отверстия);

D d_н.о - нижнее предельное отклонение номинального значения диаметра отверстия. Диаметры монтажных отверстий выбирают так, чтобы разность между минимальным значением диаметра отверстия была в пределах 0.1-0.5 мм (при автоматизированной установке ИЭТ - 0.4-0.5мм). Выбор значений диаметров осуществляется из ряда в диапазоне 0.4-3 мм с шагом 0.1 мм (ГОСТ 10317-79).

Номинальное значение ширины проводника t рассчитывается по формуле:

t = t_м.д+½D t_но½, (3.5.11)

где t_м.д - минимально допустимая ширина проводника, рассчитывают в

зависимости от токовой нагрузки (см. далее);

Расстояние между соседними элементами проводящего рисунка устанавливают в зависимости от электрических и конструкторско-технологических требований. Минимально допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка Sм.д выбирается из расчета обеспечения электрической прочности изоляции, а наименьшее номинальное расстояние определяют по формуле:

S= S_м.д+ D t_во , (3.5.12)

Расчет минимального расстояния для прокладки n-го количества проводников между двумя отверстиями с контактными площадками диаметрами D1 и D2 производят по формуле:

l=(D1+D2)/2+t× n+S×(n+1)+Tl, (3.5.13)

где n - количество проводников;

Tl - позиционный допуск расположения печатного проводника

(Tl=0.1мм).

Разработка печатной платы устройства с использованием САПР

Система PCAD 8.5 позволяет выполнять следующие проектные операции: создание символов элементов принципиальной электрической схемы и корпусов; графический ввод принципиальной электрической схемы и конструктивов плат проектируемого устройства; ручную и автоматическую трассировку печатных проводников произвольной ширины; автоматизированный контроль результатов проектирования ПП на соответствие принципиальной электрической схеме.

Программный комплекс PCAD включает в себя взаимосвязанные пакеты программ, образующих систему сквозного проектирования ПП электронной аппаратуры. В ее состав входят следующие программы [7]:

Schematic Editor – графический ввод и редактирование принципиальной электрической схемы;

Symbol Editor – графический ввод и редактирование символов радиоэлектронных компонентов на принципиальных схемах;

PCB Editor – графический ввод и редактирование конструктивов ПП, автоматическое или ручное размещение компонентов на плате;

Part Editor – графический ввод и редактирование корпусов компонентов РЭА и стеков контактных площадок.

Графический редактор принципиальных схем и символов компонентов имеет два режима: Schematic Editor и Symbol Editor. После загрузки графического редактора экран дисплея форматируется и разбивается на несколько зон. Зона меню подкоманд, предназначенная для команд графического редактора, расположена справа от окна и внизу под ним. Команды выбираются щелчком левой кнопки мыши. Расположенные справа команды имеют подкоманды, список которых выводится на экран после выбора основной команды.

В схемном графическом редакторе полная информация о чертеже заносится в 18слоев, устанавливаемых по умолчанию. На каждой фазе работы с графическим редактором необходима не вся имеющаяся информация, поэтому часть слоев делают невидимыми. Информация о слоях выводится по команде View Layer. Всего слоев поддерживается до 100. Слои могут быть окрашены в любой из 16 цветов. Каждый слой имеет одно из трех состояний: OFF – слой невидим и недоступен, ON – слой видим но недоступен, ABL – слой видим и может стать активным.

Также отличительной особенностью PCAD является использование атрибутов. Атрибуты состоят из двух частей: ключевого слоя и значения, разделенных знаком равенства “=”. Ключевое слово должно начинаться с буквы и иметь длину до 23 символов. Значение атрибута представляет собой последовательность чисел или текстовых переменных, разделенных запятыми. После вода атрибута ключевое слово и знак равенства становятся невидимыми на экране.

При использовании атрибутов можно значительно облегчить работу со схемой. В частности можно использовать автоматическое создание корпусов компонентов, автоматическое присвоение имени цепи и др [7].

Для дискретных компонентов не должны присутствовать имена и номера выводов на схеме. Имя дискретного компонента не слое DEVICE не наносится. Номера выводов по команде Enter/Packing Data наносят на слое ATTR2, который в дальнейшей работе выключают.

Для резисторов дополнительно следует указать атрибут RVALUE=<номинал>. Он необходим для диагностики ошибок, связанных с отсутствием резистора в цепях для микросхем с открытым коллектором.

Для дискретных компонентов целесообразно создавать два УГО: для вертикального и горизонтального расположения на схеме.

Основным инструментом при автоматической трассировке ПП в пакете PCAD является файл стратегии. Поэтому опишем некоторые его основные установки для объяснения нашего способа разводки.

После выбора пункта Routing Parameters в основном меню программы Autorouter на экране появится меню, в котором можно устанавливать параметры.

Приведем основные из них:

- первоначально устанавливаем метрическую систему измерения, т.к. все наши элементы рисовались в ней;

- устанавливаем основную координатную сетку шагом 1,25 мм, что соответствует технологическим требованиям;

- устанавливаем количество слоев для трассировки - четыре;

- устанавливаем тип трассировки – наиболее целесообразным является тип Steiner, которая позволяет выполнять Т-образные соединения и другие соединения, которые минимизируют расстояния между точками;

- устанавливаем порядок трассировки – по рекомендациям авторов ставим порядок Short-Long, т.е. сначала будут трассироваться короткие цепи, а затем – длинные. Это дает меньшее количество не разведенных цепей;

- на первоначальном этапе произведем отключение диагональной трассировки, т.к. она может дать несоблюдение допустимых зазоров, однако после первого этапа трассировки окажется, что зазоры соблюдаются, то можно установить Diagonal Routing и повторить трассировку, что, возможно, даст улучшение;

- проведем включение режима минимизации количества переходных отверстий, сделав установку Via minimization;

- установим режим сглаживания углов Perform Beveling. В этом случае будет производиться замена прямоугольных изгибов проводников, где это возможно на изгибы под углом 45°. Установим здесь параметр During+After, т.к. он наиболее эффективный;

- установим параметр Jog Elimination который осуществляет ликвидацию выступов печатных проводников. Процедура заключается в том, что: 1. Ликвидируются выступы, остающиеся после перемещения переходных отверстий; 2. Два или более сегмента проводника заменяются по возможности одним сегментом.

На этом заканчивается установка основных параметров трассировки, и переходим к установке дополнительных параметров.

Войдя в режим Detailed Routing Parameters, у нас есть возможность произвести следующие установки:

- установим тип переходных отверстий (Via Type) Through который позволит создавать сквозные переходные отверстия;

- далее необходимо установить параметр Via Sites который определяет размещение переходных отверстий. Произведем установку All Grid Points, что предоставит возможность располагать переходные отверстия во всех точках координатной сетки;

- разрешим размещение переходных отверстий на всей плате, произведя установку в пункте Via Lattice Region параметра Entire Board;

- установим размеры области поиска пути для трассы в пункте Route Search Area Size. Следуя указаниям авторов, установим в этом пункте значение 3;

- определим число основных проходов алгоритма “лабиринт”– Number of Maze Router Passes. В связи с тем, что уже на третьем проходе размер области поиска увеличен в 4 раза, то установим количество проходов равное 3;

- произведем открытие всей площади платы для трассировки, на последнем проходе установив параметр Full Board;

- согласно технологическим требованиям и, исходя из коэффициента заполнения, установим минимальное расстояние трасс от края платы равное 0,5;

- в следующем окне установим только параметр Even Distribution, который позволит равномерно распределять проводники на всех парах слоев. При отсутствии этой установки, будет поставлено значительно больше переходных отверстий, и проводники будут располагаться неравномерно.

Перейдем к установке параметров алгоритма Rip-Up. Этот параметр позволяет управлять наиболее мощным средством программы.

Произведем установку следующих пунктов:

- установим количество проходов каждого алгоритма трассировки. Пункт Normal трогать не будем, т.к. там уже находится значение установленное ранее. В пункте Rip-Up установим количество проходов равное 10. В пункте Optimize установим количество попыток переразвести связи равное 10;

- включим режим уплотнения трасс Trace Hugging, что дает нам уплотнение трасс и экономию пространства на ПП;

- отключим режим Penalize Corners уменьшающий количество изгибов проводника, т.к. он вступает в противоречие с предыдущим режимом.

Остальные установки оставим без изменений.

Произведем определение контактных площадок. Этим пунктом мы зададим размет и форму контактных площадок.

В соответствии с рассчитанными ранее параметрами площадок под контакты и переходные отверстия произведем установки. Так же надо установить отключение проводимости во внутреннем слое и установить расположение контактных площадок в узлах координатной сетки.

Определим правила прокладки проводников.

В этом пункте алгоритма воспользуемся ранее рассчитанными параметрами проводников и внесли их в данный пункт.

Определим классы цепей.

Этот раздел позволяет задать определенные цепи, которые будут разводиться особым способом.

Здесь осуществляется ввод параметров цепей питания и земли. Установим для этих цепей высокий приоритет.

Произведем описание слоев.

В этом пункте можно задать количество трассируемых слоев отличных от общего количества слоев ПП, задать предпочтительное направление трассировки для каждого из трассируемых слоев.

Далее проведем заполнение таблицы слоев, в которой каждому слою укажем направление разводки.

Перейдем к конструктору контактных площадок. В данном пункте произведем только установку имен файлов входной базы данных ПП, входной файл стратегии трассировки и имя проекта. От внесения изменений можно отказаться, нажав Exit.

Таким образом, мы провели конфигурирование файла стратегии. Оттрассировав плату по данной стратегии, мы получим плату соответствующую нашим расчетным данным.

После того, как мы развели плату, необходимо оформить ее как чертеж в соответствии с требованиями [6]. Система PCAD не позволяет полностью провести оформительскую работу, и поэтому воспользуемся системой AutoCAD. Для того чтобы AutoCAD смог прочитать чертежи слоев и печатной платы преобразуем файлы с расширением “.pcb” в файлы формата “.dxf”. сделать это можно воспользовавшись функцией PCAD.

После создания базы данных принципиальной электрической схемы целесообразно с помощью программы Electrical Rules Check (PC-Erc) выявить синтаксические ошибки, исправить их и затем приступить к моделированию или разработке ПП.

Выходным файлом программы PC-Erc служит файл списка электрических связей (.nlt) или (.xnl). Результаты проверки заносятся в текстовый файл с расширением .erc. Программа вызывается в разделе Schematic Tools.

В появившемся меню необходимо установить контроль всех параметров на наличие ошибок.

В выходном файле приводится список количества ошибок каждого вида и их подробное описание:

Floating Pins – неподключенные связи. Это связано с тем, что в компонентах задействованы не все выводы;

Nets With One or No Connections – это связано с тем, что при проверке не учитывались атрибуты компонентов (PWGD);

Nets With No input/output Pins – цепи которые не соединены с входами/выходами. Связано с наличием в схеме аналоговых элементов;

Nets With No Pull-Up Resistor – цепи подключенные к “открытому коллектору”;

Components With All Input Pins Tied to Gather – компоненты у которых соединяются входы

После проведения трассировки ПП целесообразно провести сравнение двух списков электрических связей с целью выявления в них различий с помощью программы Netlist Comparison. Среди предложенных способов проверки, целесообразнее выбрать сравнение списка связей, один из которых извлечен из файла .sch, а другой – из файла .pcb [6].

Выходной файл содержит следующую информацию:

Number of Gates (Parts) – общее количество компонентов в каждом списке;

Number of Nets - общее количество цепей в каждом списке;

Number of Suspect Nets – общее количество цепей каждого списка, которые не согласуются с цепями другого списка;

Number of Spare (Parts) – общее количество компонентов которые не соединяются ни с одной цепью в каждом списке;

Number of Floating Nets – общее количество цепей которые не соединяются ни с одним компонентом в каждом списке.

После этого приводится полная информация о сравниваемых списках.

Теперь осуществим проверку платы на соответствие ее требуемому классу точности [6].

Утилита Design Rules Check (PC-DRC) проверяет разведенную базу данных ПП и выявляет не разведенные проводники, нарушение технологических требований к проектированию ПП.

Программа PC-DRC вводит в базу данных ПП новые слои $CONT, $DRC и $ATT, на которых отмечаются ошибки.

После загрузки утилиты, для редактирования технологических ограничений, на панели Rule Name выбирается имя правила проверки из списка. Для создания нового правила следует выбрать команду ADD, ввести имя правила и затем задать минимальные размеры и зазоры для компонентов.

После выполнения утилита создает файл с расширением .drc, в котором будет отчет по каждому из проверяемых слоев. Плата подходит по технологическим требованиям, если в процессе проверки не было найдено ни одной ошибки.

Похожие работы

Автоматизированные системы обработки информации и управления

Скачать

326231

12

0

... рисунков в формате А0-А1 со скоростью 10-30 мм/с. Фотонаборный аппарат Фотонаборный аппарат можно увидеть только в солидной полиграфической фирме. Он отличается своим высоким разрешением. Для обработки информации фотонаборный аппарат оборудуется процессором растрового изображения RIP, который функционирует как интерпретатор PostScript в растровое изображение. В отличие от лазерного принтера в ...

Измеритель коэффициента шума

Скачать

119959

17

32

... – 3 0,1; 0,2; 0,4; 1; 2; 4 N8974A 0,01 – 6.7 0,1; 0,2; 0,4; 1; 2; 4 N8975A 0,01 – 26.5 0,1; 0,2; 0,4; 1; 2; 4 Таблица 4.3 - Технические особенности ИКШ серии NFА Структурная схема измерителя коэффициента шума N8973A представлена на рисунке 4.4. Рисунок 4.4 - Структурная схема ИКШ N8973A В преобразователе частот (блок радиоприемного тракта) спектр входного сигнала сначала ...

Информатика и программное обеспечение ПЭВМ

Скачать

448518

14

55

... также невысока и обычно составляет около 100 кбайт/с. НКМЛ могут использовать локальные интерфейсы SCSI. Лекция 3. Программное обеспечение ПЭВМ 3.1 Общая характеристика и состав программного обеспечения 3.1.1 Состав и назначение программного обеспечения Процесс взаимодействия человека с компьютером организуется устройством управления в соответствии с той программой, которую пользователь ...

Мультимедиа

Скачать

103748

0

0

... в видео карты. Дальше рассматривается подробно и в отдельности об устройстве и характеристиках звуковых карт, видео карт и CD-ROM приводах. Аппаратные средства мультимедиа: ·     Средства звукозаписи; ·     Звуковоспроизведении; ·     Манипуляторы; ·     Средства «виртуальной реальности»; ·     Носители информации (CD-ROM); ·     Средства передачи; ·     Средства записи; ·     Обработки ...