Обоснование разработки компоновки печатной платы

Наиболее распространенная сборочная единица КТУ-1 (ячейка) представляет собою монтажную плату с установленными на ней корпусными ЭРЭ и другими элементами конструкции и внешней коммутации. Основными типами ЭРЭ в современных радиоаппаратах являются ИМС, поэтому в дальнейшем будем говорить лишь об установке ИМС на плату с печатным или проводным монтажом. При этом будем иметь в виду, что аналогичные общие требования предъявляются и к установке дискретных корпусных ЭРЭ.

Выбор варианта установки ИМС на плате ячейки определяет ряд основных параметров электронных устройств. Чем плотнее установка ИМС на плате, тем меньше будут габаритные размеры устройства, длины сигнальных связей и количество усилителей — ретрансляторов сигналов; однако при этом усложняется задача автоматизации проектирования и выполнения монтажа, а следовательно, и стоимость монтажной платы; требуются печатные платы с повышенной плотностью и елейностью монтажа, при этом увеличиваются перекрестные наводки между сигнальными цепями; делается более напряженным температурный режим ИМС и усложняется решение задачи теплоотвода в устройстве в целом. Поэтому определение варианта установки ИМС на плате должно производиться в соответствии с требованиями к конкретному радиоэлектронному аппарату и с учетом характеристик ИМС, выбранных для обеспечения этих общих требований.

Для бортового оборудования аэрокосмических объектов с малой производительностью, использующих микромощные ИМС низкого быстродействия, плотность установки ИМС на плате должна быть максимально возможной; это обеспечит необходимые минимальные габаритные размеры оборудования и при малых мощностях и низком быстродействии ИМС не приведет к каким-либо затруднениям в отношении тепловых режимов и помехоустойчивости.

Для больших универсальных ЭВМ высокой производительности, в которых используют наиболее быстродействующие ИМС, потребляющие достаточно высокие мощности, чрезмерное повышение плотности компоновки ИМС нецелесообразно.

Для любых типов корпусов рекомендуется линейно-многорядное расположение ИМС на плате с шагом, кратным 2,5 мм; зазоры между корпусами должны быть не менее 1,5 мм.

ИМС в корпусах со штыревыми выводами устанавливают только с одной стороны печатной платы; штыревые выводы монтируют в сквозные металлизированные отверстия, и концы выводов выступают с обратной стороны платы.

Корпуса ИМС с планарными выводами можно устанавливать на печатных платах с обеих сторон, монтируя выводы на металлизированные контактные площадки, если это позволяет конструкция самой печатной платы.

Штыревые выводы располагают на корпусах ИМС с шагом 2,5 мм, планарные — с шагом 1,25 мм. Площадь и высота корпуса со штыревыми выводами при одинаковом числе выводов больше, чем у корпуса с планарными выводами. Учитывая возможность двусторонней установки ИМС в корпусах с планарными выводами на печатной плате, можно сказать, что при прочих равных условиях плотность компоновки ИМС в корпусах с планарными выводами может в несколько раз превосходить плотность компоновки ИМС со штыревыми выводами.

Однако корпуса со штыревыми выводами имеют существенное преимущество перед корпусами с планарными выводами — их установка и пайка на плате проще поддаются автоматизации.

Из сказанного следует, что ИМС в корпусах со штыревыми выводами используют в ЭВМ общего применения, для которых важен фактор низкой стоимости; ИМС в корпусах с планарными выводами, в основном, используют в военной, аэрокосмической и другой специальной аппаратуре.

На одной плате желательно устанавливать ИМС в корпусах с каким-либо одним типом выводов.

Штыревые выводы, запаянные в сквозные металлизированные отверстия, являются надежным механическим креплением корпуса ИМС на плате.

Планарные выводы удерживают корпус ИМС на плате в результате склейки контактных площадок с диэлектрическим основанием; такое крепление может быть недостаточным для корпусов с большой массой, если аппаратура подвергается заметным механическим воздействиям. В этих случаях должно предусматриваться дополнительное крепление корпуса ИМС к плате, например, с помощью клея.

Перед установкой ИМС на печатную плату выводы ИМС должны быть отформованы и подрезаны в соответствии с выбранным способом установки ИМС. При этом необходимо соблюдать требования технических условий на ИМС в отношении минимально допустимого расстояния от корпуса до места изгиба вывода, радиуса изгиба вывода, расстояния от корпуса до места пайки,

Формовку и подрезку выводов производят с помощью специальных приспособлений, обеспечивающих неподвижность выводов в местах их соединения с корпусом ИМС; это делается во избежание нарушения герметичности корпуса и последующего выхода ИМС из строя.

На рис.3.1 показаны применяемые виды формовки выводов и установки ИМС в различных корпусах. Изоляционные прокладки устанавливают под корпуса ИМС в тех случаях, когда необходимо их механическое крепление к плате. При этом под корпусом ИМС проходят металлические проводники сигнальных цепей или цепей питания. Металлические прокладки под корпусами ИМС используются в качестве радиаторов; для улучшения теплоотводящих свойств таких прокладок их поверхность может быть развита за пределами корпуса ИМС; один такой радиатор может использоваться для установки нескольких ИМС. Между металлической прокладкой-радиатором и внешним слоем печатного монтажа платы помещается изоляционная прокладка.

При объединении на одной печатной плате ИМС в корпусах с планарными и штыревыми выводами последние можно отгибать на 90° и припаивать их как планарные к контактным площадкам. Таким же образом можно припаивать круглые выводы отдельных дискретных ЭРЭ (например, конденсаторов фильтрации цепей питания). Площадь контактных площадок под такими выводами должна быть достаточно большой, чтобы контактные площадки не отслоились от диэлектрического основания платы в результате перегрева при пайке более массивного вывода. Сам элемент должен быть закреплен за корпус (клеем, специальным держателем), чтобы пайка вывода не несла на себе механической нагрузки

Основной же способ закрепления дискретных ЭРЭ с круглыми выводами на печатной плате — пайка выводов в металлизированные отверстия. Используемые виды формовки выводов и установки дискретных ЭРЭ различной конструкции показаны на рис.3.2.

Если ячейку не используют в качестве ТЭЗ, а она является только конструктивным элементом сборочной единицы более высокого уровня, то на нее устанавливают контакты для пайки или накрутки внешних соединительных проводов. Если же ячейка предназначена для использования в качестве ТЭЗ, то для ее внешней коммутации на плату устанавливается разъем. При установке ЭРЭ на печатные платы необходимо обеспечивать:

работоспособность ЭРЭ в условиях, соответствующих эксплуатационным требованиям к ЭВМ;

удаление ИМС и других полупроводниковых приборов от наиболее тепловыделяющих элементов;

необходимые зазоры вокруг ЭРЭ и радиаторов с большим выделением тепла для прохождения охлаждающих потоков воздуха; установку ЭРЭ на изоляционные прокладки, если под ними проходит печатный монтаж;

защиту ЭРЭ и монтажа, расположенных вблизи ручек, используемых для вставления и вынимания ячеек;

свободный доступ к любому ЭРЭ для его замены в ячейках ремонтопригодной конструкции, а также подборочным и регулировочным элементам;

возможность выполнения технологических процессов ручной или механизированной установки ЭРЭ и групповой пайки;

возможность нанесения влагозащитного покрытия без попадания на места, не подлежащие покрытию (контакты разъемов, контрольные точки);

расположение наиболее массивных ЭРЭ и элементов конструкции (радиаторов, разъемов) ближе к местам крепежа платы для ячеек ЭВМ, работающих при значительных механических нагрузках.

В ячейках различной конструкции и назначения предусматриваются: ручки или специальные отверстия и прорези в печатных платах для вынимания ячеек из ЭВМ, контрольные точки для определения правильности функционирования ячеек в составе ЭВМ или при их предварительной проверке, внешние контакты ячеек под пайку или накрутку в составе сборочных единиц более

высоких КТУ, шины подводки напряжений питания к ИМС, металлические накладки и рамки для окантовки печатных плат ячеек-ТЭЗ, используемых в условиях значительных механических воздействий, узлы крепления печатных плат к таким накладкам и рамкам, замки, обеспечивающие надежное крепление рамочных ячеек-ТЭЗ в составе ЭВМ.

Технологическая часть