Разработка конструкции ПП. Предварительный расчет надежности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Конструкторско-технологическое проектирование печатной платы будем производить в порядке, описанном в [1]:

1) Для какого уровня модульности конструкции проектируется и изготавливается ПП:

· Для микросборки (МСБ) - 0-уровень.

· Для ячейки -1-й.

· Для объединительной платы (кросс-платы) - 2-й уровень модульности.

2) Принимается решение, какую конструкцию ЭА использовать: унифицированную или оригинальную.

3) Определяются требования, предъявляемые к ЭА данной группы.

Различают три класса ЭА по объекту установки: наземная, бортовая и морская.

Класс наземной ЭА состоит из: стационарной, возимой, бытовой ЭА.

Основными требованиями к бытовой ЭА являются: повышение технологичности конструкции с целью снижения стоимости, снижение габаритов и массы, модульный принцип конструирования, простота эксплуатации, массовый характер производства [1].

Печатные платы должны обеспечивать работоспособность при воздействии на них климатических условий одной из групп жесткости (таблица 1).

В зависимости от условий эксплуатации определяют по ГОСТ 23752-79 группу жесткости, которая предъявляет соответствующие требования к ПП, к материалу основания и необходимости применения дополнительной защиты.

Допустимые значения воздействующих факторов по группам жесткости

4) Определяются дестабилизирующие факторы, которые влияют на ЭА данной группы, способы защиты.

При анализе условий эксплуатации ЭА и влияния дестабилизирующих факторов определяют:

· какие дестабилизирующие факторы влияют на ЭА данной группы;

· какие деградационные процессы в ПП они вызывают;

· какие нужно применять способы защиты ПП от этого влияния.

Влияние дестабилизирующих факторов на ПП

Продолжение таблицы 2

5) Определяется, каким образом степень конструкторской сложности ФУ влияет на конструкцию ПП и технологию ее изготовления.

Конструкторская сложность ФУ оценивают числом активных элементов, числом выводов ПМК и связывают с выбором типа, конструкции и класса точности ПП.

При незначительной конструкторской сложности (от 8 до 12 ИМС) применяются двусторонние печатные платы (ДПП), при средней (30-60 ИМС) - ДПП или многослойные печатные платы (МПП), при высокой (свыше 50 ИМС) - МПП, т.к. увеличивается число внутрисхемных связей, а применение МПП повышает надежность ЭА, сокращая число разъемных соединений [1].

6) Определяются параметры ФУ, определяющие конструкцию ПП (быстродействие, рассеиваемая мощность, частота и др.).

7) Определяются электрорадиоизделия, которые применяются в данном ФУ: корпусные со штыревым или планарными выводами, бескорпусные, поверхностно-монтируемые компоненты (ПМК).

8) Определяется, какое конструктивно-технологическое решение и компоновочную структуру ячейки необходимо выбрать при монтаже данного ФУ.

Конструкция, масса, габариты ЭА, а также ячейки и ПП определяются типом используемой элементной базы и способа ее монтажа.

Возможны следующие конструктивно-технологические направления монтажа ячеек ЭА (таблица 3):

· Монтаж электрорадиоэлементов и корпусных ИМС - 1 и 2 варианты.

· Монтаж бескорпусных ИМС, больших интегральных схем (БИС)/сверхбольших интегральных схем (СБИС), микросборок на МПП - варианты 4, 5, 6, 7.

· Поверхностный монтаж - варианты 3 и8.

· Смешанный монтаж - варианты 9, 10.

Линейные графические модели компоновочных структур ячеек

Основные типы сборок:

· Тип 1 - ЭРИ установлены на верхнюю сторону ПП (сторона А).

· Тип 2 - ЭРИ установлены на обе стороны ПП (стороны А и В).

Для каждого типа сборки существует несколько классов.

Основные классы:

- класс А - ЭРИ монтируемого в отверстия;

- класс В-монтируются ПМК;

- класс С - смешанная сборка (монтируются ЭРИ в отверстия и ПМК).

Каждому типу сборок соответствует своя последовательность сборочно-монтажных операций:

· Тип 1А - Монтаж ЭРИ в отверстия, ЭРИ на стороне А ПП.

· Тип 1В - монтаж на поверхность, ПМК только на стороне А.

· Тип 2В - монтаж на поверхность, ПМК с обеих сторон А и В.

· Тип 1С - смешанный монтаж, ЭРИ в отверстия и ПМК на стороне А.

9) Определяется конструкция ПП.

Односторонняя печатная плата - ПП, на одной стороне которой выполнены элементы проводящего рисунка.

Двусторонняя печатная плата - ПП, на обеих сторонах которой выполнены элементы проводящего рисунка и все требуемые соединения, в соответствии с принципиальной схемой. Электрическая связь посредством металлизированных отверстий. ЭРИ размещают как на одной стороне, так и на обеих сторонах.

Многослойная печатная плата - ПП, состоящая из чередующихся слоев изоляции с проводящими рисунками на двух и более слоях. Электрическая связь между слоями выполняется спец. объемными деталями, печатными элементами или химико-гальваническими отверстиями [1].

При выборе типа конструкции ПП учитывают:

· Тип элементной базы.

· Вариант компоновочной структуры ячейки.

· Возможность выполнения всех коммутационных соединений.

Основные типы печатных плат представлены на рисунке.

Типы печатных плат

a - односторонняя печатная плата; b-двусторонняя печатная плата; c-многослойная печатная плата

10) Определяется форма монтажных отверстий.

Монтажные отверстия - отверстия для установки электрорадиоизделий.

Переходные отверстия - отверстия для электрической связи между слоями или сторонами ПП. Различают:

· сквозные металлизированные отверстия, обеспечивающие электрическую связь между сторонами ПП и внутренними слоями МПП;

· сквозные металлизированные (скрытые или межслойные переходы) отверстия, обеспечивающие контакт между внутренними слоями;

· несквозные отверстия, создающие контакт между наружным и одним из внутренних слоев;

· несквозные микропереходные отверстия.

11) Определяется форма контактных площадок (КП).

Размер и форма контактных площадок в наружных, внутренних сигнальных слоях и в слоях земли и питания может быть различной (круглая, прямоугольная, квадратная и др.). Форма контактных площадок в наружных слоях определяется:

· формой выводов ЭРИ (круглое или прямоугольное сечение выводов, шариковые выводы, безвыводные компоненты);

· элементной базой (традиционные или поверхностно-монтируемые компоненты);

· характером расположения выводов (радиально-перпендикулярно плоскости монтажа, аксиально-параллельно плоскости монтажа);

· жесткостью выводов;

· способом соединения выводов электрорадиоэлементов с контактными площадками (в отверстия пайкой, внахлест к контактным площадкам пайкой или сваркой);

· метод изготовления ПП.

12) Определяется шаг координатной сетки.

Координатная сетка - ортогональная сетка, определяющая места расположения соединений ЭРИ с ПП.

Шаг координатной сетки - расстояние между двумя соседними параллельными линиями координатной сетки [1].

13) Определяются ЭРИ, которые рассеивают значительную мощность.

14) Определяется тип конструкции ПП.

15) Определяется класс точности ПП.

ГОСТ 23751-86 устанавливает пять классов точности выполнения элементов конструкции ПП (таблица 4).

Основными критериями при выборе класса точности ПП являются:

· Конструкторская сложность ФУ.

· Элементная база.

· Тип, число, шаг выводов электрорадиоизделий.

· Быстродействие.

· Надежность.

· Максимальные ток и напряжение.

Область применения и технологическое обоснование классов точности ПП

печатный жесткость технологический плата

Классы точности ПП, характеризуются номинальными значениями основных параметров (таблица):

· минимальным допустимым значением номинальной ширины проводника (t);

· расстоянием между проводниками (S);

· расстоянием от края просверленного отверстия до края контактной площадки, ширины контактной площадки (b);

· отношением диаметра отверстия к толщине ПП (г);

· допусками на ширину печатного проводника, контактной площадки, концевого печатного контакта (t);

· взаимное расположение соседних элементов проводящего рисунка ().

Наименьшие номинальные значения основных параметров для классов точности ПП

16) Определяется метод изготовления ПП.

Выбрав тип конструкции и класс точности ПП, зная элементную базу и конструкторскую сложность, определяют по таблице 6 метод изготовления ПП [1].

Обобщенные характеристики ПП и методы ее изготовления

17) Определяется конструкция печатных проводников.

18) Определяются габаритные размеры ПП.

19) Выбирается материал основания ПП.

При выборе материала основания ПП особого внимания требуют:

* Предполагаемое механическое воздействие (вибрации, удары, линейные ускорения);

* класс точности ПП (ширина проводников, расстояние между проводниками);

* реализуемые печатным узлом электрические функции.

Чаще используют фольгированные материалы с толщиной фольги 35 и 50 мкм [1].

20) Рассчитываются элементы проводящего рисунка ПП:

· Определить диаметр монтажных отверстий.

· Расстояние от края ПП до элементов печатного рисунка.

· Расстояние от края паза, выреза, неметализированного отверстия до элементов печатного рисунка.

· Ширину печатных проводников.

· Диаметр контактных площадок.

· Наименьший номинальный диаметр контактных площадок для узкого места.

· Расстояние между соседними элементами проводящего рисунка.

· Наименьшее номинальное расстояние между центрами двух неметаллизированных отверстий.

· Наименьшее номинальное расстояние для прокладки n-го количества проводников между двумя отверстиями с контактными площадками.

21) Производится предварительный расчет надежности.

Размещено на Allbest.ru