Файл: Контрольная работа по дисциплине Конструирование измерительных приборов Тема Конструирование печатных плат (ПП). Критерий числа слоев и материала основания пп.docx

Рис. 5. Клиновая фиксация рамы в блоке.

1 - ПП; 2 - ЭРЭ; 3 - корпус блока; 4 - винт; 5 - клин; 6 - рама.

---

5. Исходные нормы топологического конструирования печатных плат

Правило двух минимумов. Топологическим конструированием ПП называется разработка рисунка ПП, включая размещение ЭРИ на рабочей площади ПП и трассировку соединений между контактными площадками. Рисунок соединений может разрабатываться по четырём условиям: без пересечёний в один слой (ОПП); с пересечениями в два слоя (ДПП); то же, но с дополнительным проводным монтажом прямыми отрезками изолированного провода (ДППдм); наконец, с пересечёнными в три, четыре слоя, а иногда и более (МПП).

Для определения исходных норм топологического конструирования должны быть рассмотрены три вопроса: 1) правило двух минимумов; 2) нормы при размещении и расчёт числа посадочных мест; 3) нормы при трассировке и библиотека контактных площадок.

Процесс топологического конструирования слагается из размещения и трассировки. При размещении расставляют контакты соединителей по электрической схеме и размещают контрольные гнёзда. При трассировке прокладывают линии соединений (проводники) между контактными площадками в соответствии со схемой электрической принципиальной с учётом геометрических и электрических ограничений. Процесс топологического конструирования является в общем случае процессом постепенного приближения к результату, размещение и трассировка многократно корректируется в поиске наилучшего решения.

Критерием наилучшего решения служит правило двух минимумов: при топологическом конструировании ПП должен быть достигнут минимум пересечений и минимум длины связей. Минимум пересечений означает и минимум переходных отверстий. Это требование обычно имеет приоритет, так как обеспечивает технологичность по минимуму числа слоёв и создаёт важные предпосылки для безотказности.

Минимум длины связей означает максимум связей между соседними элементами и имеет значение для электрических схем в зависимости от быстродействия и частотного диапазона. Правилом двух минимумов следует руководствоваться при топологическом конструировании ПП.

Нормы при размещении и расчёт числа посадочных мест. Несмотря на тесную взаимосвязь и взаимозависимость процедур размещения и трассировки, топологическое конструирование ПП начинается с предварительного размещения ЭРИ как самостоятельной процедуры. Расчёту предельного числа корпусов ИС и МС, размещаемых на ПП, предшествует установление норм компактного размещения. Эти нормы исходят из расстановки ИС, МС и других навесных элементов рядами. Выводы навесных элементов подвергаются формовке - операции придания выводам определённой формы и длины, обеспечивающих при сборке на ПП гарантированное расстояние паяного шва от тела элемента в соответствии с техническими условиями на элемент. Как правило, отформованные выводы выступают за габариты корпуса. Контур площади, занимаемой на ПП навесным элементом, включая контактные площадки под формованные выводы, называют посадочным местом.

---

Выводы навесных элементов, как правило, выполнены из проволоки круглого (штыревые выводы) или прямоугольного (планарные выводы) сечения. Элементы со штыревыми выводами можно устанавливать только с одной стороны ПП, элементы с планарными выводами можно в принципе устанавливать с обеих сторон ПП, но технологичность и ремонтопригодность печатного узла при двустороннем размещении падают.


Рис. 6. Размещение ИС и корпусных МС на ПП.

1 - посадочное место; 2 - граница зоны размещения; 3 - краевое поле ПП.
Рабочая площадь ПП, или зона расположения посадочных мест на ПП, равна общей площади ПП за вычетом площади краевого поля - свободной полосы вдоль периметра ПП, предусматриваемой для технологических целей, не занимаемой рисунком и навесными элементами. Ширина краевого поля есть расстояние от края ПП до края первого ряда посадочных мест (рис. 3-14). Краевое поле определяется тремя координатами: x - ширина краевого поля оси X (одинакова с левой и с правой стороны ПП); y1 - ширина краевого поля для соединителя по оси Y (у нижней кромки ПП); y2 - ширина краевого поля для размещения контрольных гнёзд у верхней кромки ПП. Ширину краевого поля x с левого и с правого края принимают равной: для штыревых выводов x = 5 мм, для планарных выводов x = 2,5 мм. Ширину краевого поля по оси Y при отсутствии контрольных гнёзд принимают y2 = 2,5 мм, а при наличии их y2 = 12,5 мм. Размер краевого поля y1 находят из таблицы 3-3 в зависимости от типа выбранного соединителя.

Номенклатура соединителей расширяется, в настоящее время она включает в себя три типа: ГРПМ, РППМ и СНП. Каждый тип соединителя состоит из вилки и розетки, причём на УП устанавливается, как правило, вилка. Соединитель СНП34 устанавливается на УП своей розеткой. При выборе соединителя имеет значение, под какую пайку на УП они предназначены: внахлёст или в отверстия.
Таблица 3 - Размеры краевого поля y1 для различных соединителей

Тип соединителя	Число контактов	Ответная часть на ПП	Паяный шов	y1, мм	Соединяемые узлы
ГРПП3	14; 35; 45	Вилка	В отверстии	17,5	МП и узел объёмного монтажа
ГРПП3	24; 58	То же	Внахлёст	17,5	То же
ГРПМ1-ШУ	31; 45; 61; 90	Вилка или розетка	В отверстии	22,5	>> >>
ГРПМ1-ШУ	122	То же	То же	27,5	>> >>
ГРПМ1-ГУ	25	>>	>> >>	25,0	>> >>
ГРПМ9-Н	25	Вилка	Внахлёст	17,5	УП и УП
РППМ	40	То же	В отверстии	30,0	То же
РППММ2	142	>>	Внахлёст	22,5	>> >>
РППМ26*	17; 72	>>	То же	17,5	---
СНП34*	135	Розетка	В отверстии	15,0	---
Кабель гибкий печатный	---	---	В отверстии и внахлест	25,0	---
Жгут объёмный	---	---	В отверстии	35,0	---

---

* Гарантируется динамическая стабильность контактных сопротивлений при вибрации.

Расчёт числа посадочных мест производят по формулам (см. рис. 3-14):
n = nx ny; (3-2)

nx = ; (3-3)

ny = . (3-4)

Здесь n - число посадочных мест при одностороннем размещении; nx - число посадочных мест в одном ряду (округляется до целого числа в сторону уменьшения); ny - число посадочных мест (округляется до целого числа в сторону уменьшения); Lx, Ly - размеры ПП по осям X и Y; lx, ly - размеры посадочного места по осям X и Y (табл. 3-4); tx, ty - шаг установки по осям X и Y; x - ширина краевого поля по X; y1, y2 - ширина краевого поля для соединителей и контрольных гнёзд.

В табл. 3-4 типоразмеры корпусов ИС и микросборок обозначены согласно ГОСТ 17467-79 семью цифрами, из которых первые четыре - шифр типоразмера; затем следует точка и две цифры, обозначающие число выводов, а после дефиса - порядковый номер регистрации модели.

Пример расчёта максимального возможного числа посадочных мест на ПП.

Дано: установка элементов на ПП - односторонняя; толщина ПП составляет 1,5 мм; контрольных гнёзд нет. Габаритные размеры ПП Lx Ly = 170 200 мм; соединение ПП с блоком производится с помощью соединителя РППМ26 на 72 контакта (РППМ26-72Ш); установке подлежат ИС в корпусе 401.14-3.

Из табл. 3-4 находим размеры посадочного места lx = 9,8 мм и ly = 13,0 мм и шаг установки tx = 15,0 мм и ty = 17,5 мм.

Принимаем x = 5 мм и y2 = 2,5 мм. Из табл. 3-3 для РППМ26 находим y1 = 17,5 мм.

Определяем число посадочных мест в одном ряду по формуле (3-2):

nx = ;

Число рядов посадочных мест по формуле (3-3):

ny = (округляем в сторону уменьшения).

Общее число посадочных мест n1 = 11* 10 = 110.

Если при креплении ПП в раме применяют дополнительные элементы крепления, которые попадают в зону расположения посадочных мест, то соответственно уменьшают число посадочных мест. Например, при четырёх дополнительных элементах крепление получаем:

---

n1 = 110 - 4 = 106.

Нормы при трассировке и библиотека контактных площадок. Рисунок соединений состоит из графических элементов - проводников и контактных площадок. Его выполняют на поле чертежа, где показаны границы рабочей площади ПП и нанесена, декартова координатная сетка с основным шагом 2,5 мм и дополнительным шагом 0,5 мм. Координатной сеткой называют совокупность тонких сплошных линий на чертеже, соответствующих определённым значениям координат в прямоугольной (или, очень редко, в полярной) системе. Шагом координатной сетки называется расстояние между соседними линиями сетки, а узлом - точка пересечения линий.

Нормы при выборе элементов рисунка основаны на требовании максимальной компактности с сохранением технологичности. Графические элементы представляют собой полоски проводникового материала различной ширины, длины, формы, ориентации и контактные площадки с отверстиями или без них. Полоски играют роль соединительных проводников, шин питания, земли, экранов. Проводник условно изображают одной линией,совмещаемой с линией координатной сетки (основной или вспомогательной).

Предполагается, что проводник размещается на линии координатной сетки по своей оси симметрии. Рядом с линией на поле чертежа указывают ширину. Если проводник имеет вид ломаной линии, то точки перегиба совмещают с узлами координатной сетки. Экран, если он предусмотрен в рисунке, должен занимать на ПП максимальную возможную площадь.
Как правило, все чертежи, выпускаемые данным конструкторским подразделением, должны быть типовыми, с минимальным числом разных типов. Одиночные чертежи должны быть исключением, требующим специального обоснования. Действительно, рисунки ПП одного типоразмера имеют между собой много общего: контактные площадки под соединитель, шины питания, землю и т.д.

Топологию рисунка для ДПП и МПП необходимо строить таким образом, чтобы снижать паразитные электрические параметры: шины питания и заземления располагать со стороны установки, а сигнальные цепи - с обратной стороны, причём проводниковые полосы на разных сторонах ПП предпочтительно ориентировать перпендикулярно друг другу.

Паразитные электрические параметры проявляются:

-как паразитная ёмкость между рядом лежащими проводниками и между -проводником и экранным слоем,

---