1.2. Разработка эскиза общего вида и топологии печатной платы ручным способом Общие сведения

Топологическое конструирование печатных плат является одним из наиболее трудоемких процессов, выполняемых конструктором при разработке конструкции ЭВС.

Исходными данными для разработки являются:

а) электрическая принципиальная схема (Э3) (рис.1.2.1);

Рис. 1.2.1. Электрическая принципиальная схема

б) перечень элементов (табл.1.2.1).

При ручной разработке приняты следующие этапы конструирования:

1) анализ электрической принципиальной схемы;

2) расчет габаритных размеров ПП;

3) графическая, аппликационная или модельная компоновка узла;

4) разработка компоновочного эскиза;

5) расчет элементов ПП;

6) разработка эскиза ПП.

Таблица 1.2.1

Перечень элементов

Этап 1. Анализ электрической принципиальной схемы.

Анализ производится на основе схемы и перечня элементов с использованием справочника и включает:

а) определение назначения и функционирования схемы, например:

Схема электрическая логическая (вариант 1);

б) анализ элементной базы, например:

155ЛР1 – 2 элемента 2И-2ИЛИ-НЕ, один расширенный по ИЛИ;

155ЛА3 – 4 элемента 2И-НЕ и т.д. Условные графические обозначения (УГО) представлены на рис. 1.2.2.

в) изучение электрических параметров элементов;

г) выявление установочных и присоединительных размеров элементной базы (рис.1.2.3);

д) выявление критических элементов по тепловому режиму: интервал рабочих температур, ^оС: от -10 до +70.

Рис. 1.2.2. Условные графические обозначения

Этап 2. Расчет габаритных размеров ПП.

Для расчета габаритных размеров поле ПП делится на два участка: основной – для монтажа микросхем, вспомогательный – для монтажа остальных элементов (рис. 1.2.4).

Рис.1.2.3. Установочные и присоединительные размеры ИМС

Основной участок делят на зоны, в каждой из которых находится посадочное место под одну микросхему. Размеры посадочного места определяются по табл. 1.2.2 в зависимости от типа корпуса интегральной микросхемы (ИМС).

Таблица 1.2.2

Данные для определения размеров посадочного места микросхем

Продолжение табл.1.2.2

Координаты посадочного места задаются числами и буквами. Вспомогательный участок l_a (табл.1.2.3) предназначен для размещения электрического соединителя. Вспомогательный участок l_б предназначен для установки на ПП элементов контроля, ручек, съемников и т.п. Размеры этих участков зависят от установочных размеров выборочных элементов электрического монтажа модулей и конструктивных элементов контроля, а также типов корпусов ИМС (см. табл. 1.2.3).

Таблица 1.2.3

Данные для определения установочных размеров электрического соединителя

Продолжение табл.1.2.3

На участках l_б1 и l_б2 размещаются маркировка и другие вспомогательные надписи. Размеры участков l_б1 и l_б2 зависят от типа корпуса ИМС, толщины печатной платы и методов установки корпуса. Рекомендуемые значения l_б1 и l_б2 приведены в табл. 1.2.4.

Таблица 1.2.4

Таким образом, габаритный размер ПП определяется как

(1.2.1)

(1.2.2)

где l_y1 и l_x1- шаг установки ИМС по осям, мм; n_y, n_x – количество посадочных мест по осям.

Количество возможных размеров l_y и l_x и их сочетаний велико, до 100 мм можно применять любые размеры, кратные 2,5 мм; до 350 мм – кратные 5 мм; свыше 350 мм – кратные 10 мм. Соотношение сторон должно быть 1:1, 1:2, 1:4, 2:3, 2:5 и т.д.

Рис.1.2.4. Габаритные размеры ПП

Размеры плат и их толщина связаны так, как представлено в табл. 1.2.5.

Таблица 1.2.5

Этап 3. Графическая, аппликационная или модельная компоновка узла.

При разработке эскиза аппликационным методом на листе миллиметровой бумаги в масштабе 1:1, 2:1 или 4:1 обводят контуры ПП, тонкими линиями наносят координатную сетку. Шаг основной координатной сетки равен 2,5 мм, дополнительной – 1,25 мм. Линии координатной сетки нумеруют. Из плотной бумаги или картона изготавливают элементы согласно перечню элементов к заданной принципиальной электрической схеме в том же масштабе, что и контуры платы. При изготовлении аппликации необходимо пользоваться стандартами или ТУ на элементы «Установка навесных элементов на ПП».

При размещении элементов на ПП необходимо пользоваться следующими правилами:

- количество элементов должно быть меньше или равно количеству посадочных мест на плате:

N M, (1.2.3)

где N – количество элементов; М – количество посадочных мест;

- размещение элементов выполняется по критерию минимальной суммарной длины связей:

(1.2.4)

где J – количество связей проводников;

- должна быть соблюдена равномерность теплового поля по площади платы:

(1.2.5)

где Т_пл – тепловое поле платы; S – площадь платы.

Вырезанные контуры элементов размещают на поле ПП в соответствующие посадочные места. При этом группа элементов, имеющая наибольшее число внешних связей (в соответствии с электрической принципиальной схемой), размещается вблизи соединителя (разъема); группа элементов, имеющая наибольшее число связей с уже размещенной группой элементов, располагается рядом и т.д.

Размещение элементов выполняется при минимальных значениях длин связей, количества переходов печатных проводников со слоя на слой, паразитных связей. Кроме того, если возможно, необходимо выполнить равномерное распределение масс элементов по полю ПП с установкой элементов с большей массой вблизи мест крепления платы.

Этап 4. Разработка компоновочного эскиза.

После удачного размещения элементов на основном поле ПП выполняют трассировку (разводку) проводников в соответствии с принципиальной электрической схемой и обводят контуры элементов. В двусторонней плате проводники, расположенные на стороне пайки, обозначаются другим цветом или пунктиром.

При трассировке рекомендуется изображать все горизонтально расположенные фрагменты цепей на одной стороне платы, а вертикально расположенные – на другой. Проводники «земли» и «питания» должны находиться на разных сторонах ПП.

Полученный документ называется эскизом ПП. Компоновочный эскиз служит основой для разработки чертежа ПП и сборочного чертежа узла. На основании эскиза ПП можно выполнить расчеты элементов печатного монтажа, теплового режима, паразитной емкости, надежности.