В цифровом синтезаторе частотно – модулированных сигналов используются микросхемы со штыревыми выводами. Микросхемы с такими выводами располагают только с одной стороны печатной платы. Это объясняется тем, что монтаж штыревых выводов, как правило, производят в сквозные металлизированные отверстия, причем концы выводов выступают на обратной стороне платы.

Корпуса микросхем на плате удерживаются припаянными выводами. Штыревые выводы удерживают корпус микросхемы достаточно прочно и выдерживают практически любые механические воздействия.

Установку микросхем в корпусах со штыревыми выводами на печатную плату производят с зазором или с прокладкой. Величину зазора рекомендуется выбирать в пределах 1-2 мм. В технически обоснованных случаях можно применять изоляционные прокладки, предварительно приклеивая их к поверхности.

3.4 Разработка, выбор и обоснование конструктивных составляющих синтезатора

В соответствии с техническим заданием на дипломное проектирование цифровой синтезатор частотно – модулированных сигналов представляет собой плату помещенную в корпус. Этот прибор должен позволять формировать л.ч.м. – сигналы и работать в составе л.ч.м. – ионозонда в качестве возбудителя передатчика.

Применение печатных плат, позволяет улучшить следующие параметры:

1) надежность элементов, узлов и ЭВС в целом;

2) технологичность, за счет автоматизации некоторых процессов сборки и монтажа;

3) плотность размещения элементов за счет уменьшения габаритов и массы;

4) быстродействие;

5) помехозащищенность элементов и схем.

Печатные платы (ПП) предназначены для электрического соединения элементов схемы между собой и в общем, случае представляют вырезанный по размеру материал основания, содержащий необходимые отверстия и проводящий рисунок, который может быть выполненкак на поверхности, так и в объеме основания (ГОСТ 20406-75).

В качестве материалов оснований печатных плат используются различные диэлектрики (ткань и бумага, пропитанные смолами, пластмассы, керамика, металлы, покрытые диэлектриком и т.д.). Проводящий рисунок на основании может быть получен обработкой фольгированных диэлектриков (субстрактивные методы), созданием металлических пленок при химическом и гальваническом осаждении металлов, нанесением пленок по тонкопленочной и толстопленочной технологии (полу аддитивные и аддитивные методы).

В зависимости от жесткости материала основания различают гибкие (ГПП) и жесткие печатные платы. Определен ряд значений толщины оснований печатных плат: гибких (0.1, 0.2, 0.4 мм) и жестких (0.8, 1.0, 1.5, 2.0, 3.0 мм). По конструктивному исполнению ПП классифицируются на односторонние печатные платы (ОПП), двусторонние (ДПП) и многослойные (МПП). По способу получения межслойных соединений различают платы с металлизированными отверстиями, выступающими выводами, открытыми контактными площадками и т.д.

При разработке печатных плат конструктору необходимо решить следующие задачи:

первая:

конструктивные: размещение элементов на печатной плате, посадочные элементы, контактирование, трассировка печатных проводников, минимизация количества слоев;

вторая:

схемотехнические (радиотехнические): расчет паразитных наводок, параметров линий связи;

третья:

теплотехнические: температурный режим печатной платы, теплоотвод;

четвертая:

технологические: выбор метода изготовления, защита;

Все эти задачи взаимосвязаны. Так, от выбора метода изготовления зависят точность размеров проводников и их электрические характеристики; от расположения печатных проводников - степень влияния их друг на друга.

В настоящее время известно более 40 различных технологических методов изготовления печатных плат. Метод изготовления печатных плат необходимо выбирать при эскизной компоновке аппаратуры, в процессе которой определяются основные габариты и размеры плат, требуемая для данных изделий ЭВС плотность монтажа.

Комбинированный метод.

Комбинированный метод изготовления печатных плат заключается в химическом травлении фольгированного диэлектрика с последующей металлизацией монтажных отверстий. Комбинированный способ позволяет получать проводники шириной 0,1 мм и менее с расстоянием между ними 0,2 - 0,3 мм. Существует несколько модификаций метода, отличающихся по отдельным операциям.

Конструирование печатных плат осуществляется ручным, полу автоматизированным и автоматизированным методами. Автоматизированный метод предусматривает кодирование исходных данных, размещение навесных изделий электронной техники (ИЭТ) и трассировку печатных проводников с использованием ЭВМ, что обеспечивает более высокую производительность при конструировании и разработке конструкторской документации.

Особое значение при конструировании печатных плат имеет НТД: ГОСТы, ОСТы, СТП. В настоящее время их используется до несколькихдесятков. Однимииз основных документов являются: ГОСТ 23751-86 и ГОСТ 23752-79.ГОСТ 23751-86 устанавливает основные конструктивные параметры ПП (размеры печатных проводников, зазоров, контактных площадок, отверстий), позиционные допуски расположения элементов конструкций, электрические параметры. ГОСТ 23752-79 определяет требования к конструкции ПП и ее внешнему виду, к электрическим параметрам, к паяемости и перепайке, к устойчивости при климатических и механических воздействиях.

Печатные платы должны сохранять конструкцию, внешний вид и электрические параметры в пределах норм при климатических, механических, радиационных и других внешних и внутренних воздействиях. Поэтому, на первом этапе, по результатам изучения требований технического задания на проектирование изделия ЭВС в состав которого входят ПП (электронного модуля, печатного узла), выясняют те из них, которые могут определить конструкцию и технико-экономические характеристики ПП. Например, условия эксплуатации, хранения и транспортирования, условия сборки узлов, требования по ремонтопригодности, технологичности, стоимости.

При выборе типа печатной платы (ОПП, ДПП или МПП) обычно учитываются следующие факторы:

- возможность выполнения всех коммутационных соединений;

- возможность автоматизации процессов изготовления, контроля и при установке навесных ИЭТ;

- технико-экономические показатели как ПП, так и проектируемого изделия ЭВС, такие как, стоимость, габариты.

Возможность выполнения всех коммутационных соединений может быть приближенно оценена путем расчета трассировочной способности и количества слоев ПП. При выборе типа ПП следует учитывать, что двусторонние печатные платы имеют сравнительно низкие коммутационные возможности, но одновременно обладают низкой стоимостью и повышенной ремонтопригодностью. Многослойные печатные платы, имея высокие коммутационные способности, высокую помехозащищенность электрических цепей, обладают высокой стоимостью конструкции и низкой ремонтопригодностью.

Исходя из выше изложенного, а также анализируя схему электрическую принципиальную, можно заключить, что плата должна быть двухслойной. Это объясняется тем, что размеры платы не ограничены, число связей между элементами не очень большое. Так как в качестве навесных элементов используются интегральные схемы в корпусах с большим числом близко расположенных выводов, контактные площадки на печатной плате сближаются на столько, что между ними не возможно проложить необходимое число проводников. Исходя из особенностей технологического процесса изготовления печатных плат, можно провести всего лишь один проводник между выводами микросхем. Плата будет состоять из двух слоев. В каждом слое печатной платы группы проводников выполняют определенные функции: цепи питания, земли, сигнальные цепи. Введем в конструкцию платы на один слой питания и на второй слой земли. Это позволяет развязывать цепи питания по переменному току, а слой земли служит экраном от электромагнитных помех.

После выбора типа печатной платы приступают к выбору класса точности изготовления печатных плат. ГОСТ 23751-86 устанавливает пять классов точности выполнения размеров элементов ПП. Печатные платы 1 и 2 классов точности просты в исполнении, надежны в эксплуатации и имеют минимальную стоимость; 3 класса - требуют использования высококачественных материалов, более точного инструмента и оборудования. Обычно проводящий рисунок на основании ПП 1-3 классов может быть получен обработкой фольгированных диэлектриков субстрактивными методами. Печатные платы 4 и 5 классов требуют специальных материалов, дорогостоящего прецизионного оборудования и особых условий для изготовления ПП. Создание печатного рисунка обычно достигается здесь избирательным нанесением металлических пленок при химическом и гальваническом осаждении металлов, нанесении пленок по тонкопленочной и толстопленочной технологии (полуаддитивные и аддитивные методы). Класс точности определяет наименьшие номинальные значения основных размеров конструктивных элементов, такие как: ширина проводника, расстояние между центрами (осями) двух соседних проводников (контактных площадок), ширина гарантированного пояска металлизации контактной площадки и другие. Естественно, что выбор определенного класса точности на данной стадии конструирования должен быть в дальнейшем подтвержден соответствующими расчетами, вытекающими из требований к электрическим параметрам и надежности платы, а также из конструктивно-технологических и других соображений.

Толщину основания печатной платы Hп, в основном, определяют в зависимости от механических нагрузок на печатную плату и технологическими возможностями металлизации отверстий. Толщина печатной платы также зависит от конструктивных особенностей , а именно конструктивными особенностями разъема в который будет вставляться плата. Зазор между прижимными пружинами в разъеме составляет 1 мм , следовательно для надежного крепления Hп выберем равной 1,5 мм.

Выбор материала основания производят с учетом обеспечения электрических и физико-математических характеристик ПП в результате воздействия климатических факторов, механических нагрузок, агрессивных химических средств. В некоторых случаях в качестве материалов оснований печатных плат могут применяться нетрадиционные материалы: керамика, металлы с диэлектриками, композиционные и составные материалы [7]. Так как печатная плата двухслойная, то в качестве материала платы выберем стеклотекстолит СФ2 – 35 – 1,5.

С целью обеспечения стабильности параметров печатных плат, обеспечения паяемости, защиты от коррозии, применяют конструктивные металлические покрытия. Материалами таких покрытий обычно являются следующие: сплав Розе (1.5-3 мкм), сплав О-С (9-15 мкм), серебро-сурьма (6-12 мкм), палладий (1-5 мкм), никель (3-6 мкм), медь (25-30 мкм) и другие. В нашем случае мы выбрали сплав Розе.

Для защиты печатных проводников и поверхности основания печатной платы от воздействия припоя, для защиты элементов проводящего рисунка от замыкания навесными элементами возможно применение диэлектрических защитных покрытий на основе эпоксидных и других смол, лаков, эмалей, сухих пленочных резистор [7].

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 = Dк + 2×dт + n×(Тп+2×dт)+(n+1)×Smin < k×A (3.5.2)

где Dк - максимальный диаметр контактной площадки;

Tn - максимальная ширина печатного проводника;

dm - 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 (Smin=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;

Вmin - минимальная ширина гарантированного пояска, принимаемая для

всех типов плат равной 0,1...0,15 мм.

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

Dс= do+2(dт+dс+do ) (3.5.4)

где do - диаметр отверстия до металлизации;

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

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

do - 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:

Dк=do+2Вmin+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:

dm=dв+2dу (3.5.6)

где dв - эквивалентный диаметр выводов ИМС, навесных радиоэлементов,

контактов разъема;

dу - величина зазора, обеспечивающая установку выводов в отверстия

и их распайку (dу = 0.07-0.15 мм ).

С учетом толщины слоя металлизации стенок отверстий:

do=dm+2dм (3.5.7)

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

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

L=dв+n×Тп+(n+1)×Smin+2Bmin+2[dу+dм+do+dс+(n+2)×dт] < 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 Tп, числа печатных проводников - n, которые можно проложить между двумя соседними выводами ИМС, шага трассировки печатных плат, определяемого выражением:

tтр=Tп+2dт+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 Tп, Smin и Вmin. 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 dв=0.6 мм, то размеры отверстий до металлизации do=0.8 мм, после металлизации dm=0.7+0.1 мм. При этом минимальные размеры контактных площадок для ДПП Dк=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= dэ+½D dн.о½ , (3.5.10)

где dэ - 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 dн.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 = tм.д+½D tно½, (3.5.11)

где tм.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= Sм.д+ D tво , (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.

3.6 Защита конструкции синтезатора от внешних и внутренних дестабилизирующих факторов

Защита конструкции проектируемого устройства от внешней среды

В процессе эксплуатации ЭВА под влиянием внешней среды происходит разрушение металлов и сплавов. Это явление называется коррозией. Оно заключается в окислении металла и превращении его в соответствующее химическое соединение.

Для защиты металлов конструкции от коррозии, получения требуемой декоративной отделки или придания поверхностному слою необходимых свойств применяются различные виды покрытий [12].

Покрытия подразделяются по назначению на три группы:

n Защитные

n защитно-декоративные

n специальные

Защитные покрытия предназначаются для защиты основного материала деталей от коррозии и других процессов, вызывающих выход аппаратуры из строя.

Защитно-декоративные покрытия используются для защиты от вредного влияния окружающей среды деталей, требующих красивой внешней отделки.

Специальные покрытия придают поверхности деталей особые свойства или защищают основной материал деталей от влияния особых сред.

В зависимости от способа получения покрытия и материала различают металлические и неметаллические покрытия.

К металлическим относятся следующие покрытия: гальванические, нанесенные горячим способом, диффузионные и металлические на диэлектриках.

К неметаллическим относятся покрытия эмалями, лаками, грунтовками. К ним же можно отнести и противокоррозионные покрытия пластмассами.

Покрытия выбираются в зависимости от функционального назначения деталей, материала, способа изготовления и условий дальнейшей эксплуатации.

Специальные покрытия обладают следующими свойствами: улучшение светопоглащающей или отражательной способности поверхности, улучшение электропроводности, а также многими другими.

Гальванические покрытия представляют собой пленки, осаждаемые на металле при выделении из растворов солей металлов под действием электрического тока. Вследствие этого, деталь покрывается чистыми металлами и сплавами.

Химическое покрытие представляет пленку определенного химического состава, которая образуется на поверхности металла в результате действия на него химических реагентов. Наибольшее распространение получили окисные и фосфатные пленки.

Лакокрасочные покрытия основаны на образовании пленки из органического вещества и пигмента, определяющего цвет покрытия. Эти покрытия, нанесенные на поверхность металла в виде одного или нескольких слоев эмали или лака, после высыхания образуют защитно-декоративные непрерывные пленки. Выбор лакокрасочного покрытия определяется условиями эксплуатации, материалом покрываемого изделия, качеством и цветом его поверхности, требуемой точности покрытия, допустимой температурой сушки изделия.

Исходя из вышеуказанных требований и разновидности покрытия можно сделать вывод о том, что для нашего устройства, в качестве защитного покрытия можно выбрать лакокрасочное покрытие лаком УР-231 ГОСТ 9754-76. Оно применяется для деталей, эксплуатируемых на открытом воздухе умеренного климата, а также в промышленной атмосфере.

Проблема обеспечения электрической прочности ЭВА, особенно актуальна для элементов в интегральном исполнении и печатных плат, где зазоры между токоведущими дорожками малы и напряженность электрического поля может достигать больших значений при небольших напряжениях. Кроме того, пробивное напряжение снижается при повышении температуры диэлектрика, при сорбции влаги пылью и полимерными материалами.

Явление образования, под действием электрического поля проводящего канала в диэлектрике, называется электрическим пробоем. У твердых диэлектриков кроме пробоя по объему, возможен пробой по поверхности в окружающей среде. напряжение такого пробоя зависит от природы окружающей диэлектрик Среды, содержания влаги, формы проводников, наличия загрязнения на поверхности диэлектрика и наличия веществ, способных поглощать влагу (например, разнообразные пыли). Для повышения пробивного напряжения платы покрывают лаком, исключают острые углы при трассировке печатных проводников, производят сушку плат перед нанесением лака, следят за содержанием пыли и влаги в газовой среде технологических помещений, увеличивают пробивной промежуток благодаря установке дополнительных ребер (высоковольтных изоляторов).

Обеспечение электрической прочности тесно связано с проблемой влагозащиты. На выбор способа влагозащиты большое влияние оказывает объем производства.

Расчет конструкции на виброзащищенность

Для того чтобы проверить насколько хорошо защищено проектируемое устройство от механических воздействий, необходимо провести расчет собственной частоты вибраций платы. В данном случае плата является единственной колебательной системой. Жесткость платы зависит от материала, формы, геометрических размеров и способа закрепления.

Печатная плата имеет прямоугольную форму следующих размеров:

axbxh=280 мм x 150 мм x 1.5 мм

При расчете собственной частоты вибрации печатной платы используют следующие допущения:

плата представляется в виде модели распределенными массами и упругими демпфирующими связями;

ЭРЭ на плате располагаются равномерно на ее поверхности;

плата с элементами принимается за тонкую пластину, так как b/h<0,1, толщина платы принимается постоянной, h = const;

материал платы однородный, идеально упругий, изотропный;

возникающие изгибные деформации малы по сравнению с толщиной платы;

при изгибе платы нейтральный слой не подвергается деформации растяжения (сжатия).

Для пластин с четырьмя точками крепления частота собственных колебаний платы, определяется по формуле:

, (6.2.1)

где a = 0,28 м. длинна платы;

b = 0,15 м. ширина платы;

цилиндрическая жесткость платы, ;

;

распределенная по площади масса платы и элементов, .

Цилиндрическая жесткость платы определяется по формуле:

(6.2.2)

где - модуль упругости материала платы;

- толщина платы;

- коэффициент Пуассона.

(6.2.3)

Распределенная по площади масса платы и элементов определяется из выражения:

, (6.2.4)

где - удельная плотность материала платы;

- масса элементов, установленных на плате, .

, (6.2.5)

где - масса i - го элемента, установленного на плате, ;

n = 40 - количество элементов, установленных на плате.

Воспользовавшись справочными данными получим mэ = 104,2´10 –3 кг. следовательно,

Подставляя найденные величины в формулу (6.2.1), определим минимальную частоту собственных колебаний платы. Она будет минимальной при , .

В результате механических воздействий печатная плата подвержена усталостному разрушению, в особенности при возникновении механического резонанса.

Чаще всего усталостные отказы проявляются в виде обрыва проводников, разрушения паяных соединений, нарушения контактов в разъемах.

Подобные разрушения можно предотвратить, если обеспечить выполнение условия:

(6.2.6)

где - минимальная частота собственных колебаний платы;

- ускорение свободного падения, g = 9,8м/c2;

- безразмерная постоянная, выбираемая в зависимости от частоты собственных колебаний и воздействующих ускорений.

- максимальные вибрационные перегрузки, выраженные в единицах g.

Следовательно,

¦min 85Гц

Значит, проектируемая плата будет иметь достаточную усталостную прочность при гармонических вибрациях.

Определим эффективность виброзащиты по формуле:

, (6.2.7)

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6