Конструирование печатной платы

Неавтоматизированная разработка одно- и двусторонних ПП включает в себя ряд выполняемых последовательно операций и решений, принимаемых в зависимости от результатов, полученных после выполнения некоторых операций (рис. 12) .

Как видно из структурной схемы алгоритма, при благоприятном стечении обстоятельств (простая электрическая схема и др.) конструирование включает последовательное выполнение операций, и цель достигается кратчайшим путем. Если же электрическая схема сложная, разработчик не имеет опыта, некоторые предыдущие операции выполнены некачественно и т. п., разработка усложняется за счет повторного или даже многократного выполнения некоторых операций, вводимых директивами алгоритма.

Структурная схема в компактной форме указывает путь, по которому конструктор должен следовать при разработке ПП. Конструирование расчленено на ряд относительно простых операций, что ускоряет разработку.

Рассмотрим основные из перечисленных на структурной схеме операций.

1. Анализ принципиальной электрической схемы имеет целью:

а) установить возможность объединения выводов в единую зону электрического присоединения;

б) определить порядок расположения печатных проводников в указанной зоне;

в) выявить сильноточные линии электрической связи и составить перечень таких линий;

г) ознакомиться с габаритными чертежами, входящими в схему ЭРЭ, при необходимости сделать их эскизы, которые понадобятся для графического преобразования (реконфигурации) схемы и размещения ЭРЭ на ПП;

д) наметить способы установки ЭРЭ на ПП (вертикально или горизонтально, выводами вверх или вниз и т. п.);

е) наметить места расположения контрольных точек около ЭРЭ или на краю ПП.

Перед тем как перейти к выполнению следующих операций, необходимо произвести реконфигурацию схемы.

Последовательность и правила реконфигурации:

а) электрические связи между ЭРЭ на схеме показывают линиями;

б) на условном обозначении ЭРЭ с тремя и более выводами расположение выводов приводят в соответствие с таковыми на установленном на ПП элементе, если на выводы глядеть со стороны печатных проводников;

в) устраняют все пересечения, которые могут быть ликвидированы путем графической деформации схемы; переносом обозначений ЭРЭ, поворотом их добиваются минимума числа пересечений линий электрической связи;

г) линии внешних связей группируют за пределами схемы, на стороне наиболее приемлемой для размещения зоны электрического присоединения;

д) оставшиеся пересечения устраняют, проводя линии связи через ЭРЭ или их выводы; изображения ЭРЭ при необходимости деформируют: резисторы удлиняют, обкладки конденсаторов раздвигают и т. п.;

е) если пересечение не может быть устранено или устраняется пересечением большого числа ЭРЭ, его отмечают П-образным переходом.

Преобразованная схема является рабочим инструментом конструктора, в состав документации она не включается и поэтому требования ГОСТа на нее не распространяются.

Реконфигурация принципиальной схемы дает возможность:

а) устранить мнимые и выявить реальные пересечения, которые не были показаны на принципиальной схеме;

б) наметить конкретные пути устранения пересечений на ПП;

в) получить приближенное взаимное расположение ЭРЭ на ПП.

Реконфигурацию необходимо проводить последовательно, с тщательной проверкой правильности преобразований.

2. Электрически печатный узел присоединяют к блоку через электрический соединитель, если требуется его быстрая замена (способ характерен для сложного ЭУ), или без соединения. В обоих случаях на ПП должна быть создана зона электрического присоединения с расположенными в ней отверстиями, контактными площадками для электрического соединителя или для монтажа жгута проводов, плоского кабеля.

Для предотвращения отрыва контактных площадок монтажными проводами монтажные отверстия зоны необходимо армировать пистонами, в которые впаивают провода.

3. Элементы на ПП размещают, руководствуясь преобразованной принципиальной схемой. Наиболее быстро и просто в условиях студенческого проектирования ЭРЭ можно разместить, применяя макетирование с темплетами. Темплеты вырезают из картона, на одной стороне которого наклеена миллиметровая бумага. Темплетами придают форму прямоугольников и квадратов, размеры которых соответствуют габаритным и установочным размерам ЭРЭ в масштабе 2:1. На лицевой стороне темплета изображают упрощенно корпус и выводы ЭРЭ, указывают его позиционное обозначение, диаметр выводов.

Темплеты раскладывают на листе тетрадной бумаги, линованной в клетку со стороной 5мм, на котором выделена монтажная зона. Добившись приемлемого размещения, темплеты по очереди убирают с листа, предварительно обведя их контуры карандашом, монтажные отверстия отмечают кружками диаметром 4мм и на месте темплетов проставляют позиционные обозначения ЭРЭ.

4. Соединения на чертеже выполняют отрезками прямых линий, параллельными осями координат или составляющими с ними угол, кратный 15°, и проходящими через центры монтажных отверстий.

При трассировке уточняют взаимное положение ЭРЭ, добиваясь равномерной плотности печатных проводников. Если разрабатывается двусторонняя ПП, то на компоновочном чертеже соединения выполняют своим цветом для каждого печатного слоя.

Не следует, если это возможно, создавать на плате узкие места - участки, на которых ширина печатных проводников и зазоры между ними минимально допустимые, но также нерационально оставлять обширные участки, не занятые ни проводящим рисунком, ни ЭРЭ. Миниатюрность, технологичность, надежность - основные качества любой ПП.

5. Конструирование элементов печатного рисунка состоит в определении ширины проводников, формы и размеров контактных площадок. Ширину печатных проводников в узких местах следует рассчитывать, принимая плотность тока 45—50 А/мм², толщину фольги 50 мкм. Элементы печатного рисунка на чертеже показывают упрощенно.

7. Диаметр монтажного отверстия d₀ выбирают из таких условий: если диаметр вывода d_в>1мм, то d₀=[d_в+(0,3¸0,4)]мм; если d_в<1мм, то d₀ =[d_в+ (0,2¸0,3)]мм. Для выводов, мало отличающихся по толщине, монтажные отверстия делают одинаковыми, соответствующими наиболее толстым из объединяемых в группу выводам, сводя тем самым номенклатуру диаметров к двум-трем размерам.

Монтажное отверстие на чертеже показывают условным знаком (диаметр знака 2мм при масштабе 1:1), обозначающим его диаметр d₀ .

Хорошая проверка разработанной ПП - сопоставление количества выводов ЭРЭ и внешних выводов на принципиальной схеме с количеством монтажных отверстий на ПП. Их совпадение показывает, что неустановленных ЭРЭ нет и все внешние выводы предусмотрены.

8. Конструкция элементов крепления ПП к блоку зависит от способа ее электрического присоединения. При наличии электрического соединителя ПП устанавливают в направляющих пазах и фиксируют защелками, что позволяет при необходимости быстро ее заменить. Если электрически ПП соединяют с блоком пайкой, то обычно ее крепят к нему винтами.

9. Внешние размеры платы должны соответствовать нормальным линейным размерам.