Рекомендации для конструирования печатных плат | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №15 (149) апрель 2017 г.

Дата публикации: 14.04.2017

Статья просмотрена: 166 раз

Библиографическое описание:

Шнейдмиллер В. Р., Кузнецова Ю. Н. Рекомендации для конструирования печатных плат // Молодой ученый. — 2017. — №15. — С. 95-98. — URL https://moluch.ru/archive/149/41977/ (дата обращения: 21.06.2018).



На современном этапе развития науки и техники очевидно, что одним из основных инструментов в любой области проектирования РЭА является контроль, лежащий в основе построения всех процессов разработки объектов и систем.

В настоящее время активно продолжают развиваться традиционные пути повышения надежности РЭА — совершенствование технологических процессов и оборудования, методов и средств контроля и диагностики изделий, выбор элементной базы по критериям максимума надежности.

Одной из важных задач в настоящее время является повышение надежности печатных плат. Это связанно с тем, что печатные платы применяются практически во всех отраслях народного хозяйства, и потребность в них постоянно возрастает. Опережающие темпы развития микроэлектроники требуют непрерывного повышения их технического уровня, который определяется ростом плотности монтажа электрорадиоизделий, повышения требований к надежности, увеличением частоты следования импульсов. Обеспечение этих требований зависит от достижений в области конструирования и развития технологии производства печатных плат.

Разработка рекомендаций для конструирования печатных плат.

Разработка печатного узла (ПУ) (электронной платы печатного монтажа) и печатной платы (ПП) — единый процесс, поскольку, не сконструировав печатный узел, невозможно разработать печатную плату — деталь этого узла, и наоборот, без чертежа печатной платы невозможно полностью завершить оформление сборочного чертежа печатного узла.

Проектирование печатного узла и печатной платы ведется в несколько этапов.

  1. Формирование исходных данных на конструкторско-технологическое проектирование печатного узла или изучение и анализ технического задания (ТЗ) на изделие (печатный узел, блок, стойку), если таковое имеется.
  2. Выбор варианта конструктивного исполнения печатного узла.
  3. Выбор компоновочной структуры узла, вариантов установки электрорадиоизделий (ЭРИ) и поверхностно-монтируемых компонентов

(ПМК).

  1. Выбор типа конструкции ПП.
  2. Выбор класса точности и метода изготовления ПП.
  3. Выбор материала ПП.
  4. Разработка компоновочных эскизов ПУ и выбор габаритных размеров

ПП.

  1. Расчет элементов проводящего рисунка ПП.
  2. Размещение ЭРИ.
  3. Трассировка ПП.
  4. Поверочные расчеты.
  5. Окончательное оформление сборочного чертежа ПУ и чертежа.

Ниже представлены некоторые рекомендации для конструирования ПП.

Проводится анализ:

− назначение и область применения или объект установки электронной аппаратуры (ЭА), в состав которой входит разработанный печатный узел;

− условия эксплуатации, влияние воздействующих на ЭА факторов;

− назначение печатного узла (электронного модуля) и способ его крепления в модулях более высокого конструктивного уровня;

− электрическую принципиальную схему узла, его функциональную сложность; параметры, определяющие конструкцию узла и печатной платы (быстродействие, чувствительность, рассеиваемая мощность, частота и т. д.), его элементную базу.

Конструкция печатного узла (ячейки) — модуля первого уровня — в значительной степени связана с конструкцией блока, в который входит разрабатываемый узел.

Выбор варианта конструкции ячейки зависит:

− от общих требований к конструкции проектируемого изделия;

− от требований нормативно-технической документации на проектирование и изготовление изделий данной группы;

− от требований обеспечения технологичности конструкции узла. Различают рамочное и безрамочное исполнение печатного узла, с односторонним или двухсторонним расположением ЭРИ и/или ПМК на плате.

Металлические рамки (каркасы), окаймляющие плату по периметру, применяют для увеличения вибро- и ударопрочности конструкции. Моделью такой конструкции является пластина с жестким закреплением всех сторон. Такое решение находит применение в бортовой ЭА.

Широко применяется вариант закрепления с помощью направляющих вдоль двух противоположных сторон и электрического соединителя, расположенного вдоль третьей стороны. Моделью такой конструкции является пластина со свободным отпиранием противоположных сторон и жестким закреплением с третьей стороны.

Конструкция, масса, габариты ЭА, а также печатного узла и ПП во многом, если не полностью, определяются типом используемой элементной базы и способами ее монтажа.

При принятии решения об одностороннем или двухстороннем расположении ЭРИ и ПМК следует руководствоваться следующими соображениями.

Двухстороннее расположение ЭРИ и ПМК позволяет увеличить количество элементов на плате и упрощает разрешение проблемы, стоящей перед конструктором: чему отдать площадь на ПП — элементам или печатным проводникам?

Плата в таком случае оказывается более насыщенной компонентами. Однако это не приводит к значительному увеличению объемной плотности компоновки блока, т. к. расстояние между соседними платами при двухстороннем расположении ЭРИ и ПМК увеличивается.

Основными критериями при выборе класса точности ПП являются:

− конструкторская сложность — степень насыщенности поверхности ПП ЭРИ при традиционной элементной базе или число выводов ПМК и шаг их расположения;

− элементная база (дискретные ЭРЭ, ИМС, МСБ, ПМК, бескорпусные ИЭТ);

− тип, число и шаг выводов ЭРИ (штыревые, планарные, безвыводные, j — образные, матричные и пр.);

− быстродействие;

− надежность;

− массогабаритные характеристики;

− стоимость;

− условия эксплуатации;

− максимальные ток и напряжение;

− уровень технологического оснащения конкретного производства.

ПП 1 и 2 классов точности наиболее просты в исполнении, надежны в эксплуатации и имеют минимальную стоимость; для ПП 3 класса точности необходимо использовать высококачественные материалы, более точный инструмент и оборудование; для ПП 4 и 5 классов — специальные материалы, прецизионное оборудование, особые условия при изготовлении.

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;

− объект, на котором устанавливается ЭА;

− быстродействие (частотный спектр сигналов, передаваемых в пределах платы);

− климатические условия эксплуатации;

− стоимость;

− экологическая чистота и безопасность материала для человека и окружающей среды.

В практике проектирования ЭА в качестве материалов основания ПП наибольшее распространение получили следующие фольгированные и нефольгированные диэлектрики:

− гетинакс;

− стеклотекстолит;

− полиимид.

Реже используются лавсан (полиэтилентерефталат) и фторопласт.

Номинальный диаметр d монтажных металлизированных и неметаллизированных отверстий устанавливают из следующего соотношения:

где dно — нижнее предельное отклонение диаметра отверстия (определяется по табл. 6); dэ максимальное значение диаметра вывода ЭРИ, устанавливаемого на ПП (для прямоугольного вывода за диаметр принимается диагональ его сечения); r разность (гарантированный зазор) между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным диаметром вывода устанавливаемого ЭРИ; ее выбирают в пределах 0,1…0,4 мм при ручной установке ЭРИ и в пределах 0,4…0,5 мм — при автоматической).

Расчетное значение d следует округлить в сторону увеличения до целых десятых долей миллиметра из ряда предпочтительных диаметров отверстий: 0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5 мм.

Проводниковые материалы для изготовления ГПП, ГПК и ГЖП.

Проводниковый материал должен обладать: малым удельным электрическим сопротивлением; значительным относительным удлинением (δ ≥ 6 %); большим пределом прочности при растяжении и разрыве (σ ≥ 20 кг/мм2); устойчивостью к перегибам; качественной поверхностью без раковин и включений и др. Важную роль в механической прочности и гибкости ГПП, ГПК и ГЖП имеет сорт меди. Наиболее широко применяется медная (катаная и электролитическая) фольга. Самую высокую износостойкость и формообразующую способность имеет катаная и отожженная медная фольга (дорогостоящая), которую применяют в условиях работы при постоянном изгибе (динамический режим). Катаная медная фольга обладает большей гибкостью, способностью к перегибам, так как ее относительное удлинение в 5–6 раз больше, чем у электролитической фольги. Преимуществом катаной медной фольги является также способность к механической обработке без расслоения, а к недостаткам следует отнести наличие раковин, что исключает ее применение без дополнительных гальванических покрытий при изготовлении проводников шириной порядка 0,1 мм. Если гибкость необходима только при сборке ЭА, то используют тянутую при высокой температуре или электролитическую недорогую медную фольгу. Электролитическая медная фольга применяется при изготовлении ГПК с высокой плотностью рисунка проводников. Она обладает более высокой разрешающей способностью при травлении меди с пробельных мест по сравнению с катаной. Кроме медной фольги в спецаппаратуре используют никелевую, алюминиевую, нихромную, железоникелевую и другую фольгу, покрытую электрохимически осажденным олово-свинцом, золотом, никелем и другими металлами, которые обладают высокой прочностью, устойчивостью к перегибам, сравнимой с катаной медной фольгой, но имеют более высокое удельное сопротивление.

Защитные покрытия ГПП, ГПК иГЖП.

Защитные покрытия — диэлектрические покрытия, которые применяют для защиты от внешних воздействий и обеспечения электрической изоляции печатных проводников на ГПК и гибких участках ГЖП. Защитные покрытия ГПК необходимы: для защиты от коррозии; для исключения коротких замыканий; для предупреждения непреднамеренного контакта проводников ГПК с металлическими деталями ЭА; для повышения прочности ГПК; для повышения устойчивости к перегибам.

Для защиты от внешних воздействий ГПП, ГПК и ГЖП применяют полиимидные пленки с односторонним или двухсторонним адгезионным покрытием и защитной пленкой. Эти материалы марок ПА, АПТ и ПАМ обладают хорошей адгезией, теплостойкостью, электроизоляционными свойствами, эластичностью, возможностью использовать при травлении адгезива щелочные травители, используемые при травлении полиимида. Для защиты ГПК от внешних воздействий применяется пленка с адгезионным слоем марки ПЭТ-А (наносится валковым ламинированием или прессованием), а также покрывная полиимидная пленка ППП. Желательно, чтобы покрывная пленка ГПК была выполнена из того же материала, что и ГПК. Покрывная пленка наносится при температуре 471 K и давлении 7 · 105 Па. Возможно нанесение на ГПК вместо покрывной пленки нескольких слоев лака или эмали (жидкие полиуретаны, акрилаты, акрил-эпоксиды).

Литература:

  1. Н. К. Юрков, В. Б. Алмаметов, А. В. Григорьев, И.И Кочегаров. Методы обнаружения и локализации латентных технологических дефектов. — Пенза: ПГУ, 2013. — 184 с.
  2. В. Б. Алмаметов, И. И. Кочегаров. Информационные технологии проектирования. Методология разработки и проектирования РЭС. — Пенза: ПГУ, 2013. — 76 с.
  3. Л. А. Брусницына, Е. И. Степановских. Технология изготовления печатных плат. — Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2015. — 200 с.
Основные термины (генерируются автоматически): печатный узел, печатная плата, двухстороннее расположение ЭРИ, элементная база, покрывная пленка, плат, катаная медная фольга, сборочный чертеж, жесткое закрепление, ЭРИ.


Похожие статьи

Методика проектирования помехоустойчивых высокоскоростных...

Программные средства теплофизического проектирования печатных плат электронной аппаратуры. Проектирование прецизионных помехоустойчивых импульсных усилителей токовых сигналов для магнитострикционных преобразователей.

Анализ температурного профиля пайки оплавлением

Поверхностный монтаж печатных плат появился в

преимущества технологии поверхностного монтажа печатных плат проявляются благодаря комплексу особенностей элементной базы, методов конструирования и технологических приемов изготовления печатных узлов.

Способы сохранения целостности ВЧ-сигнала в печатном...

В многослойных печатных платах толщина самой платы становится сравнимой с длиной волны сигнала. В связи с этим важно соблюдать согласование слоев, приведя импеданс отверстия к 50 Ом.

Программные средства теплофизического проектирования...

Проведён анализ существующих средств теплофизического проектирования печатных плат электронной аппаратуры.

- определение тепловых режимов работы всех электрорадио изделий (ЭРИ) и материалов несущих конструкций и внесение изменений в конструкцию с...

Моделирование и разработка печатной платы усилителя НЧ на...

В программе Ares для работы с печатными двухсторонними платами необходимо на рабочей области обозначить расположение и размер печатной платы при помощи инструмента «Zone mode», на панели инструментов.

Разработка технологии автоматизации процесса монтажа...

Библиографическое описание: Клеветов Д. В. Разработка технологии автоматизации процесса монтажа печатных плат с применением механизмов с

В связи с тем, что сборочные операции, как правило, являются завершающим этапом производственного цикла изделий...

Основные возможности САПР Altium Designer | Статья в журнале...

- технология подготовки монтажного поля печатной платы, установления структуры слоев платы, правил выполнения печатного монтажа, импорта описания схемы (Netlist) из схемного редактора

Дальнейшее развитие инновационных аппликаций, основанных на...

Основной интерес дизайнеров вызывает возможность построения на базе обратного

В случае их крепления на пьезокерамическом кольце при помощи пайки появляется дополнительный узел проблем, связанных с

Печатно-технические свойства печатных красок, основанных на...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Методика проектирования помехоустойчивых высокоскоростных...

Программные средства теплофизического проектирования печатных плат электронной аппаратуры. Проектирование прецизионных помехоустойчивых импульсных усилителей токовых сигналов для магнитострикционных преобразователей.

Анализ температурного профиля пайки оплавлением

Поверхностный монтаж печатных плат появился в

преимущества технологии поверхностного монтажа печатных плат проявляются благодаря комплексу особенностей элементной базы, методов конструирования и технологических приемов изготовления печатных узлов.

Способы сохранения целостности ВЧ-сигнала в печатном...

В многослойных печатных платах толщина самой платы становится сравнимой с длиной волны сигнала. В связи с этим важно соблюдать согласование слоев, приведя импеданс отверстия к 50 Ом.

Программные средства теплофизического проектирования...

Проведён анализ существующих средств теплофизического проектирования печатных плат электронной аппаратуры.

- определение тепловых режимов работы всех электрорадио изделий (ЭРИ) и материалов несущих конструкций и внесение изменений в конструкцию с...

Моделирование и разработка печатной платы усилителя НЧ на...

В программе Ares для работы с печатными двухсторонними платами необходимо на рабочей области обозначить расположение и размер печатной платы при помощи инструмента «Zone mode», на панели инструментов.

Разработка технологии автоматизации процесса монтажа...

Библиографическое описание: Клеветов Д. В. Разработка технологии автоматизации процесса монтажа печатных плат с применением механизмов с

В связи с тем, что сборочные операции, как правило, являются завершающим этапом производственного цикла изделий...

Основные возможности САПР Altium Designer | Статья в журнале...

- технология подготовки монтажного поля печатной платы, установления структуры слоев платы, правил выполнения печатного монтажа, импорта описания схемы (Netlist) из схемного редактора

Дальнейшее развитие инновационных аппликаций, основанных на...

Основной интерес дизайнеров вызывает возможность построения на базе обратного

В случае их крепления на пьезокерамическом кольце при помощи пайки появляется дополнительный узел проблем, связанных с

Печатно-технические свойства печатных красок, основанных на...

Задать вопрос