Сборник лабораторных работ


Содержание
TOC \o "1-3" \h \z \u Лабораторная работа 1 PAGEREF _Toc497935569 \h 2Расчет тонкопленочных резисторов PAGEREF _Toc497935570 \h 2Лабораторная работа 2 PAGEREF _Toc497935571 \h 8Расчет тонкопленочных конденсаторов PAGEREF _Toc497935572 \h 8Лабораторная работа 3 PAGEREF _Toc497935573 \h 12Разработка топологического чертежа интегрального устройства PAGEREF _Toc497935574 \h 12Лабораторная работа 4 PAGEREF _Toc497935575 \h 44Анализ элементной базы PAGEREF _Toc497935576 \h 44Лабораторная работа 5 PAGEREF _Toc497935577 \h 47Структура изделия и его обозначение в конструкторской документации PAGEREF _Toc497935578 \h 47Лабораторная работа 6 PAGEREF _Toc497935579 \h 52Анализ элементной базы для заданных условий эксплуатации PAGEREF _Toc497935580 \h 52Лабораторная работа 7 PAGEREF _Toc497935581 \h 57Основные правила выполнения схемы электрической принципиальной и перечня элементов PAGEREF _Toc497935582 \h 57Лабораторная работа 8 PAGEREF _Toc497935583 \h 61Компоновка печатного узла c использованием навесных элементов PAGEREF _Toc497935584 \h 61Лабораторная работа 9 PAGEREF _Toc497935585 \h 67Компоновка печатного узла c использованием SMD элементов PAGEREF _Toc497935586 \h 67Лабораторная работа 10 PAGEREF _Toc497935587 \h 73Конструирование печатного модуля с использованием навесных элементов PAGEREF _Toc497935588 \h 73Лабораторная работа 11 PAGEREF _Toc497935589 \h 81Технология изготовления печатного модуля с использованием навесных элементов PAGEREF _Toc497935590 \h 81Лабораторная работа 12 PAGEREF _Toc497935591 \h 84Технология изготовления печатного модуля с использованием SMT элементов PAGEREF _Toc497935592 \h 84Лабораторная работа 13 PAGEREF _Toc497935593 \h 97Основные правила ЕСКД выполнения чертежа печатной платы PAGEREF _Toc497935594 \h 97Лабораторная работа 14 PAGEREF _Toc497935595 \h 103Основные правила ЕСКД выполнения сборочного чертежа изделия и спецификации PAGEREF _Toc497935596 \h 103Лабораторная работа 15 PAGEREF _Toc497935597 \h 109Расчет собственной частоты колебаний печатного модуля PAGEREF _Toc497935598 \h 109

Лабораторная работа 1Расчет тонкопленочных резисторов2. Цель работы: Приобрести навыки в расчете тонкопленочных резисторов.
3. Краткие теоретические сведения.
Пленочные элементы гибридных интегральных схем.Пленочные элементы, такие как резисторы, конденсаторы, индуктивности, проводники и другие, находят широкое применение в конструкциях различных интегральных схем и микросборок.
Пленочные резисторыКонструкция пленочных резисторов должна учитывать особенности топологической структуры функционального пленочного узла (размеры подложки, количество и расположение выводов и т.д.), величину номинала, характеристики используемых материалов, технологию производства, требуемую и возможную точность воспроизведения номинала, условия эксплуатации микросхем.
На рисунке 3.1 представлена конструкция тонкопленочного резистора.

Рисунок 3.1 - Конструкция пленочного резистора. Введем конструктивные размеры резисторов: l – длина, b –ширина, d – толщина,
δ – величина перекрытия пленочных слоев, которая, в свою очередь, зависит от технологии изготовления (в работе примем δ=0,2 мм). Тогда сопротивление резистора равно:

где ρ – удельное объемное электрическое сопротивление материала резистора, размерность которого [Ом · см]. Так как материал одновременно напыляемых резисторов и время напыления одинаковы (толщина пленки), для упрощения расчетов обозначим
и назовем этот параметр удельным поверхностным сопротивлением. Введем понятие коэффициента формы пленочного резистора kф:
Тогда, с учетом введенных обозначений, формулу сопротивления пленочного резистора запишем в виде:R = ρ□ · kф.Отсюда следует
Если резистор квадратной формы, то kф = l и R = ρ□.
Таким образом, получается, что размерность ρ□ есть [Ом] или [Ом/□, читается «Ом на квадрат»]. Последнее выражение размерности показывает, что ρ□ численно равно сопротивлению резистора квадратной формы и не зависит от размера квадрата. Основными электрическими параметрами пленочного резистора являются: R, ρ□, kф, ∆R. Важными параметрами являются также:
максимальная удельная мощность рассеяния W0 – это максимальная мощность, которую может рассеять резистор размером 1×1см2, не разрушаясь;
W – это максимальная мощность, которую может рассеять резистор, оставаясь в пределах ∆R. Электрические характеристики и величины номинала зависят от конструкции резистора, материала подложки, резистивной пленки и контактных площадок, а также в сильной степени от технологии изготовления.
Наиболее распространенным является метод термического испарения в вакууме, основное достоинство которого заключается в высокой скорости полученияпленки. При получении тонких пленок тугоплавких металлов, сплавов и окислов используются такие способы как катодное ионно-плазменное распыление, осаждение из газовой и паровой фазы.
Широкий диапазон изменения номиналов резисторов, используемых в пленочных микросхемах, вызывает необходимость применять материалы резистивных пленок с различными удельными поверхностными сопротивлениями, которые могут обеспечить хорошую адгезию к подложке, ТКЛР, близкий к ТКЛР подложки, относительно низкую температуру испарения, высокую температурную и временную температуру испарения, высокую температурную и временную стабильность пленочных резисторов, постоянство химического состава (стехиометрию), отсутствие взаимодействия резистивной пленки с подложкой и пленками других материалов (табл. 3.1 «Основные параметры материалов тонкопленочных резисторов»).
Таблица 3.1. Основные параметры материалов тонкопленочных резисторов.
Каждый резистор кроме резистивной пленки содержит контактные площадки.
Конструкция и техпроцесс изготовления контактных площадок должны обеспечивать:1. минимальное переходное сопротивление между резистивнымипленками и контактами;2. хорошую адгезию контактной площадки к подложке;3. равномерное распределение линий тока в контактном переходе;4. отсутствие выпрямляющего контакта между материалами резистивной пленки и контактной площадкой;5. химическую инертность материалов друг к другу;6. хорошие условия для присоединения навесных проводников к тонкой пленке контактной площадки. Перечисленным требованиям лучше всего удовлетворяют многослойные контактные площадки. В качестве первого слоя, называемого подслоем, способного образовывать прочное сцепление с подложкой и последующими слоями, используются очень тонкие (100 – 200 Ǻ) металлические пленки, чаще всего пленки хрома, нихрома, марганца.
Основной слой контактной площадки напыляется из материала с высокой проводимостью (алюминий, медь, золото) на подслой и имеет толщину в несколько тысяч Ангстрем.
Таблица 3.2. Характеристики пленочных контактных площадок и проводников Выбор подслоя и слоя зависит от используемого материала резистивной пленки (табл. 3.2. «Характеристики пленочных контактных площадок и проводников»). Расчет тонкопленочных резисторов.Рекомендуется следующая последовательность проведения расчета. 1. Определяется оптимальное удельное поверхностное сопротивление
ρкв=i=1nRii=1n1Ri2. Выбирается материал резистивной пленки (см. табл. 3.1) с удельным электрическим сопротивлением ρ□, ближайшим к вычисленному ρ□опт. При этом необходимо, чтобы удельная мощность рассеяния W0 была велика. 3. Определяется коэффициент формы kфi каждого резистораkф i = Ri / ρ□,где Ri - номинал i-гo резистора. Если 1 < kфi < 10, то резистор рекомендуется выполнять прямоугольной формы, длина l которого больше ширины b.
При 0,1 ≤ kфi < l – аналогично. l < b;
Если 10 ≤ kф ≤ 50, то резистору придают форму меандра.Наиболее распространенные конструкции пленочных резисторов схематично показаны на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Конфигурации наиболее распространенных пленочных резисторов:
а – прямоугольной формы; б- в виде нескольких полосок, в- меандр.
4. Определяется ширина резисторов, имеющих kф < 10.
Расчетное значение ширины каждого резистора b принимается равным bточн,здесь bточн определяется заданной точностью изготовления
Рассчитаем ширину полосы резистора, обеспечивающую необходимую мощность рассеивания:
где bW – значение ширины, обеспечивающее необходимую мощность рассеяния,
W0 – удельная мощность рассеяния пленки,
W – мощность, рассеиваемая на резисторе. Значение bW округляется в большую сторону кратно шагу координатой сетки Н. Рекомендуется выбирать Н = 0,1 мм.
Если рассчитанное значение ширины каждого резистора bw окажется больше принятого значения bточн., то необходимо принять значение ширины полоски резистора bw и дальнейший расчет производить с этим значением. 5. Определяется длина резисторов, имеющих kф < 10.Расчетное значение lрасч для каждого резистораЗа длину резистора принимают ближайшее к lрасч значение, кратное шагу координатной сетки Н, но не менее 0,5 мм.
В этом случае, принимают lрасч = 0,5 мм и пересчитывают значение b. 6. Рассчитываются геометрические размеры резисторов с kф ≥ 10.Исходя из ширины определяется длина резистора:

Длина резистора представляет собой длину средней линии резистивной полоски.

Рисунок 3.3 – Форма резистора типа «меандр».
Рассчитываются площади каждого резистора по формуле:
S=L∙B 4. Порядок выполнения работы
4.1 Изучить принципиальную схему устройства заданного варианта.
4.2 Произвести расчет параметров резисторов заданной схемы устройства.
4.3 Привести данные расчета параметров резисторов в таблице 4.1.
Таблица 4.1.
Поз.
Обознач. Номинал Наименование материала Удельное сопротивление
ρ (Ом/кв) Диапазон сопротивления
(Ом) Удельная мощность
рассеивания
W0 (Вт/см2 Форма резистора Площадь
(мм2)
R1 5. Содержание отчета
5.1 Наименование работы.
5.2 Цель работы.
5.3 Таблица 4.1 с расчетными данными.
5.4 Выводы по проделанной работе.
5.5 Начертить в масштабе рассчитанные резисторы.
6. Контрольные вопросы
6.1 Приведите достоинства и недостатки метода термовакуумного испарения.
6.2 Что понимается под термином «удельная мощность рассеиванияпленочного резистора»?
6.3 Что понимается под термином «удельное поверхностное сопротивление пленочного резистора»?
6.4 Что понимается под термином «мощность рассеивания пленочного резистора»?
6.5 Что и как изменится, если длину и ширину пленочного резистораувеличить в два раза?
6.6 Почему рассеиваемая мощность пленочного резистора зависит отего ширины?
6.7 Что является источником неточности пленочного резистора?

Лабораторная работа 2Расчет тонкопленочных конденсаторов2. Цель работы: Приобрести навыки в расчете тонкопленочных конденсаторов.
3. Краткие теоретические сведения. Конденсаторы являются широко распространенными элементами пленочных микросхем. Большинство характеристик конденсаторов (величина номинала, стабильность, рабочее напряжение, температурная и временная стабильность, частотные свойства, добротность, полярность, надежность и др.) зависят от выбранных материалов и технологии изготовления.
Материал, применяемый для изготовления диэлектрических слоев, должен иметь хорошую адгезию к материалам подложки и обкладок, не вступать с ними в химические реакции. Диэлектрическая пленка должна быть достаточно плотной, иметь высокуюэлектрическую прочность, малые диэлектрические потери, незначительную величину ТКЛР, сравнимую с ТКЛР подложки, иметь высокую диэлектрическую проницаемость и не разлагаться при нагревании. Лучше других этим требованиям удовлетворяют диэлектрики, характеристики которых приведены в таблице 3.1 «Основные характеристики диэлектрических материалов».
Таблица 3.1

Кроме материалов, приведенных в этой таблице, для изготовления тонкопленочных конденсаторов могут применяться окислы тантала, двуокись титана, титанат бария и др. Эти материалы имеют большее значение диэлектрической проницаемости, чем окиськремния SiO или окись германия GeO и на их основе можно изготовлять конденсаторы большой емкости. Однако, из-за больших диэлектрических потерь добротность таких конденсаторов низка, в связи, с чем их можно применять только в низкочастотных цепях ицепях постоянного тока. Все большее применение для изготовления конденсаторов находят окислы редкоземельных металлов: лантана, иттрия и др. Для обеспечения наименьших потерь на высоких частотах, обкладки конденсаторов чаще всего напыляют из материалов с низким электрическим сопротивлением. Материал обкладок должен легко испаряться, иметь низкую подвижность атомов при образовании пленки и невысокую энергию испаренных частиц (во избежание диффузии и внедрения атомов металла в диэлектрик). Практика показала, что для нанесения обкладок наилучшим материалом является алюминий, применение которого обеспечивает более высокий процент выхода годных тонкопленочных конденсаторов по сравнению с другими металлами. Это объясняется сравнительно низкой температурой испарения алюминия и невысокой подвижностьюего атомов на поверхности подложки. Удельное поверхностное сопротивление алюминиевой пленки достаточно мало и при ее толщине 2500-5000 Å находится в интервале 0,2-0,06 Ом/□. Это обеспечивает высокую добротность тонкопленочных конденсаторов. Рекомендуется одновременно с изготовлением обкладок конденсаторов наносить и тонкопленочные проводники. При этом ускоряется и упрощается техпроцесс изготовления микросхем и сокращается расход алюминия. Следует помнить, что при температуре выше 180°С в алюминиевых пленках образуются игольчатые кристаллы, способные в ряде случаев проколоть тонкую диэлектрическую пленку. Поэтомутемпературу подложки и термообработки нельзя выбирать слишком высокой. Конденсаторы с малой величиной емкости рекомендуется проектировать в виде двух пересекающихся проводящих полосок, разделенных слоем диэлектрика. Желательно, чтобы все конденсаторы, расположенные на одной подложке, были изготовлены на основе одной диэлектрической пленки. Для повышения точности и надежности конденсаторов необходимо выбирать наиболее простую форму обкладок. Суммарная площадь, занимаемая конденсатором на микроплате, не должна превышать
2 см2, минимальная площадь конденсатора равна 0,5 * 0,5мм2. Емкость пленочного конденсатора определяется по формуле:где d – толщина диэлектрика, см; S – площадь перекрытия верхней и нижней обкладок, см2, она называется активной площадью конденсатора; ε – относительная диэлектрическая проницаемость материала диэлектрика.Емкость на единицу площади называется удельной емкостью конденсатора
Расчет пленочных конденсаторов сводится к определению его активной площади. Эта площадь рассчитывается по формуле:
Конструкция пленочного конденсатора определяется площадью S (возможные варианты конструкции показаны на рис. 3.1).

Рисунок 3.1 – Разновидности конструкций тонкопленочных конденсаторов;
диэлектрик, 2 – нижняя обкладка, 3 – верхняя обкладка.
При S ≥ 5 мм2 используется конструкция рис. 3.1 а, у которой площадь верхней обкладки меньше, чем нижней.При 1 ≤ S ≤ 5 мм2 используется конструкция, представляющая собой пересечение пленочных проводников (рис. 3.1 б).При 0,1 ≤ S ≤ 1 мм2 используются конструкции, представляющие собой последовательное соединение конденсаторов (рис. 3.1,в). Для повышения точности и надежности пленочных конденсаторов форму обкладок необходимо выбирать простой, чтобы периметр их был по возможности меньше.Расстояние между выводами обкладок конденсатора должно быть предельно увеличено
4 Порядок выполнения работы
4.1 Выписать в таблицу 4.1 номиналы всех конденсаторов, входящих в устройство.
4.2. Произвести расчет размеров обкладок и диэлектрика конденсаторов.
4.3 Занести данные расчетов в таблицу 4.1.
Таблица 4.1
№ п/п Поз обозн. Наименование материала Удельная емкость Номинал Размер верхней обкладки Размер нижней
обкладки Размер диэлектрика Площадь
конденсатора
1 С1 2 С5 4.4 Начертить в масштабе рассчитанные конденсаторы.
5 Содержание отчета
5.1 Наименование работы.
5.2 Цель работы.
5.3 Таблица 4.1 с расчетными данными.
5.4 Чертежи в масштабе конденсаторов.
5.5 Выводы по проделанной работе.
6 Контрольные вопросы
6.1 Что понимается под термином «удельная емкость конденсатора»?
6.2 Изобразите и поясните возможные конструкции пленочных конденсаторов.
6.3 Как определяется площадь обкладки конденсатора?
6.4 Что является источником неточности пленочного конденсатора?

Лабораторная работа 3Разработка топологического чертежа интегрального устройства2. Цель работы: Приобрести навыки в разработке топологического чертежа интегрального устройства.
3. Краткие теоретические сведения.
Материалы подложек ГИС. Подложка в конструкции гибридной интегральной микросхемы является основанием, на котором располагаются пленочные элементы и навесные компоненты. От ее свойств во многом зависит качество всей конструкции. Подложки, используемые при изготовлении гибридных интегральных микросхем, должны удовлетворять следующимтребованиям:• иметь значительную механическую прочность при небольших толщинах, обеспечивающей целостность подложки с нанесенными элементами как в процессе изготовления микросхемы (разделение насубподложки, термокомпрессия, пайка, установка подложки в корпус и т.д.), так и при ее эксплуатации в условиях термоциклирования, термоударов и механических воздействий;• обладать высоким удельным электрическим сопротивлением и малыми потерями на высоких частотах (tgб) и при высокой температуре; быть химически инертными к осаждаемым веществам;• не иметь газовыделений в вакууме; сохранять физическую и химическую стойкость при нагревании до 400 - 500°С;• иметь температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР), близкий к ТКЛР осаждаемых пленок;• способствовать обеспечению высокой адгезии осаждаемых пленок;• иметь гладкую поверхность (Rz мкм на длине 0,08 мм);
• обладать высокой электрической прочностью для обеспечения качественной электрической изоляции элементов микросхемы, как на постоянном токе, так и в широком диапазоне частот;• обладать способностью к хорошей механической обработке (полировке, резке);• иметь низкую стоимость.Основные электрофизические и механические свойства материалов, используемых для изготовления подложек гибридных ИМС, приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1.

Наиболее широкое применение при создании тонкопленочных гибридных ИМС находят подложки из ситалла СТ 50-1, стекла С 48-3, «Поликора» и бериллиевой керамики. Промышленностью выпускаются подложки различных типоразмеров. Однако в качестве базовых преимущественно используются подложки размером 100х100 и 50х50мм из стекла и 48х60 мм из ситалла и керамики. Другие типоразмеры подложек получаются делением сторон базовой подложки на части. Например, для подложек из ситалла в качестве делителя чаще всего используют цифры 2 и 3 или кратные им. По толщине наибольшее распространение получили подложки размером 1 и 1,6 мм. В технически обоснованных случаях применяют и более тонкие подложки до 0,2 мм. Структура материала подложки и состояние ее поверхности оказывают существенное влияние на структуру выращиваемых тонких пленок и характеристики пленочных элементов. Большая шероховатость поверхности подложки снижает надежность тонкопленочных резисторов и конденсаторов, так как микронеровностиуменьшают толщину резистивных и диэлектрических пленок. При толщине пленок около 100 нм допускается высота микронеровностей примерно 25 нм. Следовательно, обработка поверхности подложки для тонкопленочных микросхем должна соответствовать 14 классучистоты.
Разработка топологии ГИС 3.1 Алгоритм разработки ГИСОсновными конструктивными элементами гибридных микросхем являются:• диэлектрическая подложка;• пленочные резисторы, конденсаторы, индуктивности, проводники, контактные площадки;• навесные полупроводниковые приборы (транзисторы, диоды, микросхемы), навесные пассивные элементы (конденсаторы с большой емкостью, трансформаторы, дроссели и т.д.). Гибридная схема должна выполняться в виде функционально законченного узла, но допускать возможность контроля над параметрами. Разработка ГИС производится в следующей последовательности:1. Производится анализ принципиальной электрической схемы устройства, отработанной в навесном исполнении с учетом особенностей и возможностей пленочной технологии: получения пленочных элементов необходимых номиналов с заданной точностью, пробивным напряжением, рассеиваемой мощностью и др. Учитываются параметры и конструкции активных элементов, надежность и экономические факторы.2. Сложные схемы с большим количеством напыляемых элементов разбиваются на несколько функциональных узлов (компоновка схемы). При этом учитывается необходимость наибольшей унификации ГИС.3. Разрабатывается конструкция ГИС.4. Разрабатывается топология ГИС.5. Оформляются чертежи ГИС.6. Изготавливается экспериментальный образец.
7. Проводятся испытания ГИС, предусмотренные в технических условиях на изделие.8. Производится корректировка технической документации. По принципиальной электрической схеме определяется перечень напыляемых элементов. В перечне приводятся сведения о номиналах, допусках, максимальной рассеиваемой мощности (для резисторов), максимальное напряжение (для конденсаторов).Расположение и размеры контактных площадок зависят от принятого способ контактирования или сварки, а также от расположения жестких выводов. 3.2 Данные для расчета размеров элементов ГИССхемотехнические данные являются основными для проектирования радиоэлектронного устройства, так как они определяют связи и параметры элементов, их функциональноеназначение и условия эксплуатации. Принципиальная электрическая схема устройства гибридно-пленочной конструкции может быть выполнена в виде модуля (законченной единичной конструкции) или в виде ряда модулей. В этом случае схема разбивается на отдельные схемы по уровням конструктивных решений - модулям, субмодулям, отдельным панелям и т. д.Принципиальные электрические схемы устройств, представленные к разработке в гибридно-пленочной конструкции, подразделяются на две категории:1. схемы, структура и схемотехнические данные которых разработаны с учетом особенностей и ограничений, накладываемых интегральной гибридной технологией;2. схемы, переводимые в гибридно-пленочный вариант.Отличительными признаками схем, разработанных для гибридно-пленочной технологии изготовления, являются:а) отсутствие резисторов с номинальными значениями, более 20кОм.б) отношение Rмакс/Rмин не превышает 50.в) соответствие номиналов резисторов непрерывной шкале.г) отсутствие тенденции подведения номиналов резисторов по точности изготовления под нормализованный ряд номиналов (такая тенденция свойственна конструированию изделий на дискретных компонентах).д) мощность рассеяния резисторов указывается соответствующей их режиму в схеме (максимальному режиму).
е) отсутствие или возможное уменьшение числа реактивных элементов схемы.ж) отсутствие в процессе изготовления ГИС настраиваемых или подбираемых компонентов.Параметры элементов схемы, подвергающейся конструктивному расчету при проектировании топологической структуры, приводятся в спецификации. Она должна обеспечивать возможность проведения конструктивного расчета и выбора материалов. Для резисторов указываются:• номинальное значение R, Ом, кОм;• погрешность номинального значения ΔR, %;• номинальная мощность резистора W, Вт. Для конденсаторов указывается номинальное значение С, пФ.Указываемые на резисторы и конденсаторы параметры определяют при разработке топологической структуры возможные и допустимые топологические погрешности резисторов и конденсаторов. В зависимости от геометрических размеров навесных элементов, методов и способов их присоединения (пайка, сварка, термокомпрессия) выбираются конструктивные размеры контактных площадок для таких соединений. 3.3 Основные ограничения на топологию ГИС. При конструировании ГИС и разработке топологии учитываются следующие основные ограничения:1. Пассивные элементы, к точности которых предъявляются жесткие требования, располагаются на расстоянии не менее 1000 мкм от краев подложки.2. Если элементы расположены в различных слоях, для их совмещения предусматривается перекрытие не менее 200 мкм.3. При формировании пленочного конденсатора нижняя его обкладка должна выступать за край верхней не менее чем на 200 мкм, диэлектрическая пленка должна выступать за край нижней обкладки также не менее чем на 200 мкм.Обкладки конденсаторов в местах коммутации с другими элементами должны выступать за слой диэлектрика не менее чем на 400 мкм.4. Минимальный номинал пленочного резистора устанавливается в 50 Ом, при этом длина резистора не должна быть меньше 500 мкм.5. Максимально допустимая величина резистора ограничивается конструкцией ГИС.
6. Минимально допустимые размеры контактной площадки для сварки установлены 400 на 400 мкм.7. Минимально допустимые расстояния между пленочными элементами схемы составляют 300 мкм.8. Граница диэлектрика должна отстоять не менее чем на 500 мкм от края контактных площадок.9. Минимально допустимая ширина пленочного резистора при ΔR=20% – 200 мкм, при ΔR=10% – 300 мкм.11. Минимально допустимое расстояние от края навесного элемента до края контактной площадки – 500 мкм.12. Минимально допустимое расстояние между навесными элементами и навесными проводниками – 300 мкм.13. Выводы активных элементов не должны пересекаться между собой, а также не должны проходить над контактными площадками и неизолированными участками проводников и в непосредственной близости от них (минимально допустимое расстояние – 300 мкм). 3.4. Основные принципы проектирования топологии ГИС Особенно трудным в проектировании топологической структуры ГИС является этап компоновки (планировки) такой структуры. Ниже приводятся рекомендации по организации планировки топологической структуры ГИС. Предварительный анализ принципиальной схемы и схемотехнических данных выполняется с целью:а) выяснить возможность выполнения данной схемы устройства с ее схемотехническими параметрами и конструктивно-компоновочными требованиями в гибридно-пленочной конструкции при имеющихся технических возможностях;
б) определить минимальную площадь под гибридно-пленочную микросхему конкретного устройства;в) выполнить компоновку схемы всего устройства.
4 Порядок выполнения работы
4.1 Определить площадь, занимаемую всеми элементами схемы:
SΣ=ST+SR+SC+SVDгде: ST – площадь, занимаемая транзисторами;
SR - – площадь, занимаемая резисторами;
SC - – площадь, занимаемая конденсаторами;
SVD - – площадь, занимаемая диодами.
В ГИМС используются навесные транзисторы и диоды. Площадь, занимаемую транзистором и диодом принять, равными (рис.4.1.).
Общая площадь полупроводниковых элементов определяется по формулам:
Sтр=i=1n(a)i2Svd=i=1n(a)i2Размер транзистора и расположение выводов приведены на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Размеры бескорпусного транзистора.
4.2 Учитывая площадь соединений, промежутки между элементами и расстояние от края подложки, следует увеличить суммарную площадь в 3 – 4 раза. Затем необходимо выбрать подложку из рекомендуемых размеров плат, приведенных в таблице 4.1.
Таблица 4.1.
Длина, мм 48 30 24 60 30 20 48 30 16 12
Ширина, мм 30 24 20 16 16 16 12 12 10 10
4.3 Размещают выбранные и рассчитанные элементы на поле подложки.
4.4 Составляют чертеж топологии ГИМС в масштабе 10:1 или 20:1 на компьютере.
5 Содержание отчета.
5.1 Наименование работы.
5.2 Цель работы.
5.3 Чертеж топологии, разработанной ГИМС.
6 Контрольные вопросы.
6.1 Как выбираются размеры подложки ГИС?
6.2 Как повышают точность пленочного резистора? 6.3 Чем вызвано ограничение минимального расстояния расположения пленочных элементов от края подложки?
6.4 Дайте определение пассивных и активных компонентов ГИС.
6.5 Какие требования предъявляются к подложкам ГИС?

Приложение А
Варианты заданий для выполнения лабораторных работ.

























Приложение Б



Лабораторная работа 4Анализ элементной базы 2 Цель работы: Изучение правил ЕСКД в обозначении электрорадиоэлементов(ЭРЭ) в конструкторской документации (КД).
3 Теоретические сведения Элементная база в конструкторских документах, например в перечне элементов и спецификации, описывается по правилам ЕСКД.
Описание резисторов в КД В описание резисторов входят его тип, рассеиваемая мощность в ваттах, номинальное сопротивление в единицах сопротивления (Ом, кОм, МОм), отклонение от номинального сопротивления, выраженное в процентах, и нормативно-технический документ, по которому изготовлен резистор. Эти характеристики в обозначении отделенытире. Например, резистор типа C1 - 4 мощностью 0,125 Вт с номинальным сопротивлением 10 кОм с отклонением от номинального сопротивления 10 процентов, изготовленный по ГОСТ 25350-82, в КД будет обозначен: C1-4 – 0,125 Вт – 10 кОм ± 10 % ГОСТ 25350-82 Отечественные резисторы имеют следующие градации мощности, которые на электрических схемах обозначают:2 Вт; 1 Вт; 0,5 Вт; 0,250 Вт; 0,125 Вт. На профессиональных электрических схемах, имеющих перечень элементов, мощность резисторов не проставляется. Описание в КД электролитических конденсаторов Электролитические конденсаторы на электрической схеме обозначены знаком «+», проставляемым возле одной из обкладок. В описание электролитических конденсаторов входят тип, напряжение в вольтах, номинальная емкость в микрофарадах или пикофарадах, отклонение от номинальной емкости, выраженное в процентах и нормативно-технический документ, по которому изготовлен электролитический конденсатор. Эти характеристики в обозначении отделены тире. Например, конденсатор типа К50-3 с напряжением 16 В, номинальной емкостью
5 мкФ с отклонением от номинальной емкости в 10 процентов, изготовленный по ОЖО.462.012 ТУ, в КД будет обозначен: К50-3 – 16В – 5мкФ ± 10 % ОЖО.462.012 ТУ.
Описание в КД неэлектролитических конденсаторов У неэлектролитических конденсаторов в обозначение входят тип, группа ТКЕ (температурный коэффициент емкости), номинальная емкость, выражающаяся в абсолютных единицах, отклонение от номинальной емкости, выраженное в процентах, и нормативно технический документ, по которому изготовлен неэлектролитическийконденсатор. Эти характеристики в обозначении отделены дефисом. Например, конденсатор типа КМ-4а с группой ТКЕ М1500, номинальной емкостью 0,5 мкФ с отклонением от номинальной емкости10 процентов, изготовленный по ОЖО.460.043, ТУ, в КД будет обозначен: КМ-4а – М1500 – 0,5мкФ ± 10 % ОЖО.462.012 ТУ.Наиболее применимы для резисторов и конденсаторов отклонения от номинальных размеров 5 и 10 процентов. Описание в КД диодов Описание в КД диодов состоит из типа и нормативно - технического документа, по которому изготовлен диод. Например, диод типа КД 514А, изготовленный по ТТЗ.362.124.ТУ, в КД будет обозначен: КД 514А ТТЗ.362.124.ТУ. Описание в КД транзисторов У транзисторов в обозначение входят тип и нормативно - технический документ, по которому изготовлен транзистор. Например, транзистор типа КТ 363А, изготовленный по ЩТО.336.014.ТУ, в КД будет обозначен: КТ 363А ЩТО.336.014.ТУ. Описание в КД микросхем У микросхем в обозначение входят серия, тип корпуса и нормативно-технический документ, по которому изготовлена микросхема. Например, микросхема серии К140УД в корпусе 201.14-1 (это корпус прямоугольный пластмассовый с 14 выводами), изготовленная по ГОСТ 17467-79, в КД будет обозначена:
К140УД4 в корпусе 201.14-1 ГОСТ 17467-79. Отечественные микросхемы по ГОСТ 17467–79 имеют 5 типов корпусов: 4 типа прямоугольные и 1 тип круглый. Корпуса, начинающиеся с цифр 1, 2, 4, 5, имеют прямоугольный контур; корпус, начинающийся с цифры 3 – круглый.
4 Порядок выполнения работы 4.1 Выписать электрорадиоэлементы (ЭРЭ), не устанавливаемые на печатной плате. 4.2 Выписать ЭРЭ, которые будут установлены на печатной плате, следующими группами:– резисторы;– конденсаторы электролитические;– конденсаторы неэлектролитические;– диоды;– транзисторы;– микросхемы. 4.3 Определить номинальные параметры всех характеристик элементов. 4.4 Обозначить все ЭРЭ, устанавливаемые на печатной плате, согласно правилам ЕСКД. 4.5 Определить для ЭРЭ нормативно-технический документ по приложению 1.
5 Содержание отчета 5.1 Название работы
5.2 Цель работы.
5.3 Выполненные пункты 4.1 – 4.5.
5.4 Выводы по проделанной работе.
6 Контрольные вопросы
6.1 Какую часть фарады составляют микрофарада и пикофарада? 6.2 Почему приставки «микро» и «пико» пишутся прописными буквами? 6.3 Почему единицы измерения емкости в фарадах, сопротивления в омах, напряжения в вольтах начинаются с заглавных букв? 6.4 Какие приставки к единицам измерения параметров электрорадиоэлементов начинаются с заглавных букв? Привести примеры. 6.5 Привести пример обозначения круглого корпуса микросхемы. 6.6 Как распознать электролитический конденсатор на электрической принципиальной схеме? 6.7 Как для простоты на любительских электрических схемах обозначается мощность резисторов?

Лабораторная работа 5Структура изделия и его обозначение в конструкторской документации2 Цель работы: Определение функциональной и конструктивной (структурной)сложности изделия, обозначение этого изделия в конструкторской документации (КД).
3 Теоретические сведения Все изделия, т. е. любые предметы или наборы предметов производства, подлежащие изготовлению на предприятии, согласно ГОСТ 2.101 «ЕСКД. Виды изделий» делятся на виды:деталь – изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций;сборочная единица – изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе сборочными операциями;комплекс – два или более изделий (состоящих, в свою очередь, из двух или более частей), не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций;комплект – два или более изделий, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями и представляющих набор изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера. Электронное средство (ЭС) по функционально-конструктивной сложности имеет, согласно ГОСТ 26632-85 «Уровни разукрупнений по функционально-конструктивной сложности», несколько уровней разукрупнения. Уровни обладают строгой соподчиненностью (иерархией), а именно ЭС нижних уровней входят в ЭС верхних. Начнем рассмотрение ЭС, начиная с самых высоких уровнейразукрупнения. Электронная система – электронное средство, представляющее собой совокупность функционально взаимодействующих автономных электронных комплексов и устройств, образующих целостное единство, обладающее свойством перестроения структуры в целях рационального выбора и использования входящих средств, при решении технических задач. Электронный комплекс – электронное средство (ЭС), представляющее собой совокупность функционально связанных электронных устройств (ЭУ), обладающее свойством перестроения структуры в целях сохранения работоспособности и предназначенное для решения технических задач. ЭС этих двух уровней относится к изделиям вида «комплекс» или «комплект» в зависимости от назначения. Характерной их особенностью является то, что они не собираются на предприятии. Электронное устройство (ЭУ) – ЭС, представляющее собой функционально законченную сборочную единицу, выполненную на несущем основании конструкции, реализующую функции (ю) передачи, приема, преобразования информации или иную техническую задачу. В зависимости от сложности технической задачи ЭУ можетдачу. В зависимости от сложности технической задачи ЭУ может быть составной частью другого электронного устройства. ЭУ самостоятельно эксплуатируется и его монтаж осуществляется на предприятии-изготовителе. Электронный функциональный узел (ЭФУ) – электронное средство (ЭС), представляющее собой законченную сборочную единицу, выполненную на несущем основании конструкции, реализующее функцию преобразования сигнала и не имеющее самостоятельного эксплуатационного применения. Структура изделия и его обозначение в КД Обилие стандартных и типовых составных частей, применяемых одновременно во многих изделиях, привело к разработке обезличенной системы обозначений изделий и их конструкторских документов (КД). В настоящее время, несмотря на введение ГОСТ 2.201-80 «Обозначение изделий и конструкторских документов», который регламентировал обозначение изделий и их КД по классификатору ЕСКД, применяется двоякое их обозначение. Допускается в старых разработках пользоваться классификатором МН СЧХ (Межведомственная нормаль «Системы чертежного хозяйства»). Классификатор МН СЧХ делит изделия и их КД на десять классов (от 0 до 9).Класс 0 – документация; класс 1 – системы, комплексы; классы 2, 3, 4 – приборы и группы (устройства); классы 5, 6 – функциональные узлы; 7, 8, 9 – детали.Причем, чем выше уровень разукрупнения изделия, тем меньшее число присваивается его классу.
Например, класс 6 предполагает менее сложный функциональный узел, чем класс 5. Каждый из классов разделен по установленным признакам на десять секторов (от 0 до 9), каждый сектор – на десять типов (от 0 до 9), каждый тип – на десять видов (от 0 до 9).Структура обозначения изделия по классификатору МН СЧХ показана на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Структура обозначения изделия по классификатору МН СЧХ.
Коды организаций занесены в списки по отраслям. Если списки не известны, то можно в качестве кода организации-разработчика ставить любые две или три буквы (КП – курсовой проект, ДП – дипломный проект или инициалы студента). Порядковый регистрационный номер при первой разработке имеет все три нуля. Для второй разработки регистрационный номер будет обозначен как 001. Поскольку обозначение изделия или КД имеет десять символов, то часто его называют децимальной характеристикой (от слова «деци» – «десять»). Структура обозначения, согласно ГОСТ 2.201 по классификатору ЕСКД, аналогична изложенной выше и представлена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Структура обозначения изделия по ЕСКД. Код организации-разработчика состоит из сочетания четырех букв (прописанного шрифта), назначаемых так, как указано выше. Структура кода по классификатору ЕСКД следующая (рис. 3.3).

Рисунок 2.3 – Структура кода классификатора ЕСКД.
Существует 100 классов, причем первая их цифра аналогична обозначению классификатора МН СЧХ, например:Класс 30 – сборочные единицы общемашиностроительные;
Класс 42 – устройства и системы контроля и регулирования параметров технологических процессов, средства телемеханики, охранной и пожарной сигнализации;Класс 46 – средства радиоэлектронные управления связи, навигации и вычислительной техники;Класс 71, 72 – детали - тела вращения;Класс 73, 74 – детали - не тела вращения;Класс 75 – детали - тела вращения и (или) не тела вращения, кулачковые, карданные с элементами зацепления, арматуры, санитарно - технические, разветвленные, пружинные, ручки, уплотнительные, отсчетные, пояснительные, маркировочные, защитные, посуда, оптические, электрорадиоэлектронные, крепежные.
Классификатор ЕСКД для данного класса приведен в приложении 2.Класс 76 – детали инструмента (сверла, метчики и т.д.). Основные и неосновные конструкторские документы (КД) обозначаются по-разному. Обозначение основных КД аналогично обозначению изделия. При обозначении неосновных КД в конце обозначения проставляют шифр документа. Шифры наиболее часто встречающихся конструкторских документов приведены в прил. 3.Согласно ГОСТ 26632-85 уровней разукрупнения ЭС в немодульном исполнении по конструктивной сложности всего три:электронный шкаф – электронное средство (ЭС), представляющее собой совокупность электронных блоков и (или) ячеек, предназначенное для реализации функций (и) передачи, приема, преобразования сигналов, выполненное на основе несущей конструкции III уровня;электронный блок – ЭС, представляющее собой совокупность радиоэлектронных ячеек, предназначенное для реализации функций (и) передачи, приема, преобразования сигналов, выполненное на основе несущей конструкции II уровня;электронная ячейка – ЭС, предназначенное для реализацииэлектронная ячейка – ЭС, предназначенное для реализации функций (и) передачи, приема, преобразования сигналов, выполненное на основе несущей конструкции I уровня. Под несущей конструкцией (НК) понимают элементы конструкции или совокупность элементов, предназначенные для размещения технических средств и обеспечения их устойчивости и прочности в заданных условиях эксплуатации.
Базовая несущая конструкция (БНК) предназначена для размещения ЭС различного функционального назначения. Ее габаритные размеры строго стандартизированы. Уровни I, II, III разукрупнения ЭС (ЭВМ) по конструктивной сложности часто называют структурными уровнями. Каждому уровню соответствуют свои несущие конструкции (НК) или базовые несущие конструкции (БНК), которые отражены в стандартах на конкретный вид РЭС.
4 Порядок выполнения работы 4.1 Определить функциональный и конструктивный уровни разукрупнения конструируемого изделия. 4.2 Отнести конструируемое изделие к одному из трех конструктивных уровней разукрупнения. 4.3 Проанализировать структуру выбранного уровня. 4.4 Сформулировать основные требования к несущей конструкции, воспользовавшись литературой, указанной в конце работы. 4.5 По классификатору ЕСКД (классы 46,75) обозначить конструируемые изделия и их конструкторские документы.
5 Содержание отчета 5.1 Представить краткое описание по пп. 1-5 порядка выполнения работы.
5.2 Внести в штампы форматов всех конструкторских документов их обозначения и шифры.
6 Контрольные вопросы и задания6.1 Назовите характерные отличия изделий различных уровней функциональной сложности электронных средств (ЭС).
6.2 Как приводятся в соответствие функциональные и конструктивные уровни электронных средств?6.3 Какому функциональному уровню соответствует класс 46 поклассификатору ЕСКД?6.4 Как шифруются текстовые и графические неосновные конструкторские документы? Привести примеры.6.5 Какие документы не будут иметь шифра? Привести примеры.6.6 Какими цифрами обозначают детали по МН СЧХ?6.7 Какие классы отведены для обозначения деталей классификатором ЕСКД?6.8 Что необходимо знать для обозначения печатной платы (детали)?6.9 В чем сходства и различия в обозначении сборочного чертежа и электрической принципиальной схемы одного и того же ЭС?

Лабораторная работа 6Анализ элементной базы для заданных условий эксплуатации 2 Цель работы: Сравнение условий эксплуатации электронного средства (ЭС) и условий эксплуатации электрорадиоэлементов (элементной базы), выбор возможных конструктивных решений по защите от климатических и механических внешних воздействий.
3 Теоретические сведения Нормирование условий эксплуатации ЭС Нормирование условий эксплуатации ЭВМ (ЭС) осуществляется различными способами в зависимости от назначения электронного устройства.
Можно указать следующие пять способов:1. Перечисление действующих факторов с указанием степени их жесткости по ГОСТ 16962-71.2. Указание климатического исполнения и категории размещения изделия по ГОСТ 15150-69 или категории исполнения по ГОСТ20397-82.
3. Указание группы эксплуатации изделия, например, по ГОСТ 16019-79, 21552-84, 11478-88.4. Перечисление действующих факторов с указанием их числовых характеристик.5. Сочетание отдельных ранее перечисленных способов. В данной работе рассматриваются следующие воздействующие факторы:- механические (только вибрации, выражающиеся в герцах);- климатические (только нижняя, верхняя рабочие и предельные температуры, измеренные в градусах Цельсия; относительная влажность, выражающаяся в процентах при определенной температуре). В приложениях 4–9 приводятся числовые значения воздействующих факторов, которые выписаны из указанных выше ГОСТов. Степени жесткости ЭС по ГОСТ 16962 «Условия эксплуатации изделий электронной техники (ИЭТ) и электротехники» приведены в приложении 4. Климатическое исполнение изделий ЭС согласно ГОСТ 15150 «Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов.
Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды» представлены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 Климатическое исполнение изделий по ГОСТ 15150.
Климатическое исполнение изделий Обозначение
Изделия, предназначенные для эксплуатации на суше, реках, озерах Для микроклиматического района с умеренным климатом У
Для микроклиматического района с умеренным и холодным климатом УХЛ
Для микроклиматического района с влажным тропическим климатом ТВ
Для микроклиматического района с сухим тропическим климатом ТС
Для микроклиматического района, как с сухим, так и влажным тропическим климатом Т
Для всех микроклиматических районов, кромке района с очень холодным климатом. О
Изделия, предназначенные для эксплуатации в микроклиматических районах с морским климатом Для микроклиматического района с умеренно - холодным морским климатом М
Для микроклиматического района с тропическим морским климатом ТМ
Для микроклиматического района как с умеренно – холодным, так и с тропическим морским климатом ОМ
Изделия, предназначенные для эксплуатации во всех микроклиматических районах, кроме района с очень холодным климатом В
Категорию изделий допускается применять для обозначения места их размещения (табл. 3.2).
Таблица 3.2 Характеристика категории размещения изделий по ГОСТ 15150.

Для этих климатических исполнений и категорий размещений ЭС числовые значения температуры окружающего воздуха, сведены в таблице П5.1 приложения 5, а значения относительной влажности воздуха – в таблице П5.2 приложения 5.
Влияние механических факторов ГОСТ 15150 не рассматривает. Их задают каким-то другим способом.
Группа эксплуатации, согласно ГОСТ 16019 «Радиостанции сухопутной подвижной службы. Требования по устойчивости к механическим и климатическим воздействиям и методы испытаний», характеризует условия эксплуатации изделия, обусловленные объектом его установки. Все стационарные и транспортируемые ЭС делятся на следующие группы:группа 1– стационарные, работающие в отапливаемых наземных и подземных сооружениях;группа 2 – стационарные, работающие на открытом воздухе или в не отапливаемых наземных или подземных сооружениях;группа 3 – транспортируемые (возимые), установленные в автомобилях, в сельскохозяйственной, дорожной и строительной технике и работающие на ходу;группа 4 – возимые, установленные во внутренних помещениях речных судов и работающие на ходу;группа 5 – транспортируемые (возимые), установленные в подвижных железнодорожных объектах и работающие на ходу;группа 6 – транспортируемые и портативные, предназначенные для длительной переноски людьми на открытом воздухе или в не отапливаемых наземных и подземных сооружениях, работающие и неработающие на ходу;группа 7 – портативные, предназначенные для длительной переноски людьми на открытом воздухе или в отапливаемых наземныхи подземных сооружениях, работающие на ходу. Каждой из групп соответствует совокупность климатических и механических факторов, числовые значения которых представлены в приложении 6. Бытовая радиоэлектронная аппаратура, выполненная в климатическом исполнении УХЛ по ГОСТ 15150, – в зависимости от условийее эксплуатации, разделяется на группы по объекту установки (табл. 3.3).
Таблица 3.3 Группы по объекту установки по ГОСТ 15150.

Бытовая РЭА должна выдерживать механические и климатические воздействия в соответствии с ГОСТ 11478-88 «Аппаратура радиоэлектронная бытовая. Нормы и методы испытаний на воздействие внешних механических и климатических факторов», приведенные в приложении 7. Для средств вычислительной техники по ГОСТ 21552-84 «Средства вычислительной техники. Общие технические требования, приемка, методы испытаний, маркировка, упаковка, транспортирование и хранение» предусмотрено пять групп в зависимости от условий эксплуатации приложении 8. Для малых электронных вычислительных машин в соответствии с ГОСТ 20397-82 «Средства технические малых электронных вычислительных машин. Общие технические требования, приемка, методы испытаний, маркировка, упаковка, транспортирование и хранение, гарантии изготовителя» предусмотрены четыре категории исполнения приложения 9.Категория 1 предназначена для эксплуатации на открытом воздухе и под навесом.Категория 2 предназначена для эксплуатации в закрытых неотапливаемых помещениях.Категории 3а, 3б предназначены для эксплуатации в отапливаемых помещениях, включая капитальные, лабораторные и др.Категория 4 предназначена для эксплуатации в помещениях с кондиционированным воздухом. Условия эксплуатации элементной базыУсловия эксплуатации элементной базы регламентируются нормативно-технической документацией на их изготовление. Числовые характеристики условий эксплуатации ЭРЭ приведены в приложении 10.
4 Порядок выполнения работы 4.1 Выписать заданные условия эксплуатации.
4.2 Расшифровать обозначения условий эксплуатации (ЭС) согласно заданию. 4.3 Заготовить форму таблицы 4.1, вписав в нее все типы ЭРЭ и числовые характеристики их условий эксплуатации. Для этого воспользоваться приложением 10.
Таблица 4.1 Условия эксплуатации ЭРЭ

4.4 Выписать числовые характеристики параметров заданных условий эксплуатации из приложений 4–9. Сравнить числовые характеристики условий эксплуатации ЭРЭ, примененных в электрической схеме принципиальной, с заданными условиями эксплуатации блока, устройства. 4.5 Если условия эксплуатации ЭРЭ не совпадают с условиями эксплуатации элементной базы, то таким элементам нужна защита от воздействия окружающей среды. 4.6 Выписать те элементы, защита которых от воздействия окружающей среды необходима:а) защита от повышенной температуры: элементы ...б) защита от повышенной влажности: элементы ...в) защита от механических воздействий: элементы ... 4.7 Выбрать предварительные способы защиты элементов от воздействия окружающей среды. Предусмотреть при этом или индивидуальную защиту элемента (например, установку на радиатор и т. д.), или защиту печатной платы, на которой элемент установлен, или защиту устройства, блока в целом. 4.8 Возможна замена этих элементов на типы с теми же номиналами, но имеющими более широкий диапазон числовых значений воздействующих факторов.
5 Содержание отчета 5.1 Представить все типы электрорадиоэлементов (ЭРЭ), числовые характеристики заданных условий эксплуатации и условий эксплуатации ЭРЭ, заполненную таблицу 4.1, описанные способы защиты ЭРЭ от воздействия внешней среды, а также выводы о замене элемента.
6 Контрольные вопросы и задания6.1 Что может быть объектом-носителем электронного средства (РЭС или ЭВМ)?6.2 Какими способами задаются условия эксплуатации РЭС и ЭВМ?6.3 Как задаются климатические воздействия на РЭС и ЭВМ?6.4 Перечислите известные Вам параметры внешних воздействующих факторов на РЭС и ЭВМ.6.5 Как обозначаются климатические зоны в России?6.6 Сколько и какие типы помещений регламентируются Российскими стандартами при задании условий эксплуатации электронных средств (ЭС)?6.7 Как подбирается по условиям эксплуатации элементная база для нормального функционирования ЭС?
6.8 Какими параметрами характеризуются механические воздействия на РЭС и ЭВМ?6.9 Какие воздействующие факторы учитываются в первую очередь для стационарных и транспортируемых РЭС и ЭВМ?6.10 Расшифруйте условия эксплуатации УХЛ 2.1; ТВ 4.1; ОМ 3.1.

Лабораторная работа 7Основные правила выполнения схемы электрической принципиальной и перечня элементов2 Цель работы: Изучение правил ЕСКД на выполнение схемы электрическойпринципиальной и перечня элементов к ней. 3 Теоретические сведения Основные правила выполнения схемы электрической принципиальной ГОСТ 2.702–75 устанавливает правила выполнения электрических схем изделий всех отраслей промышленности. Рассмотрены некоторые основные требования к выполнению электрических принципиальных схем. Принципиальная электрическая схема определяет полный состав элементов и связи между ними и дает детальное представление о принципах работы электронного изделия. При графическом оформлении электрической принципиальнойсхемы, которая имеет шифр ЭЗ, надлежит учитывать следующие правила и рекомендации:1. Электрорадиоэлементы (ЭРЭ) в схемах изображают в виде условных графических обозначений (УГО) в положении, в котором они приведены в соответствующих стандартах ЕСКД (перечень нормативно-технической документации, используемой для оформления электрических схем приведен в прил. 11) или повернутыми на угол, кратный 90°. Стандартизованные и наиболее часто применяемые условные графические обозначения ЭРЭ в принципиальных электрических схемах приведены в приложении 12. Эти обозначения касаются всех комплектующих элементов схем, включая ЭРЭ, проводники и соединения между ними.2. УГО выполняют линиями той же толщины, что и линии электрических связей (0,3-0,4 мм). УГО располагают рядами и столбцами так, чтобы тех и других было минимальное количество.3. Каждому элементу присваивают позиционное обозначение, содержащее информацию о виде элемента и его порядковом номере в пределах данного вида. Позиционное обозначение записывают без разделительных знаков и пробелов, одним размером шрифта. В первой части позиционного обозначения указывают вид элемента одной или несколькими латинскими буквами согласно ГОСТ 2.710-81 «ЕСКД. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах» или приложение 13. Во второй части позиционного обозначения проставляют порядковый номер элементов в соответствии с последовательностью расположения элементов на схеме, считая, как правило, сверхувниз в направлении слева направо. Позиционные обозначения проставляют рядом с УГО элемента с правой стороны или над ним.4. Линии электрической связи выполняют горизонтальными и вертикальными отрезками с наименьшим количеством изломов и взаимных пересечений. Расстояние между соседними параллельными линиями связи должно составлять не менее 3 мм. Линии связи показывают, как правило, полностью. Для упрощения допускается нескольконе связанных линий обозначать одной общей, но при подходе к контактам (элементам) каждую линию связи следует изображать отдельно согласно ГОСТ 2.709-89 «ЕСКД.
Обозначения условные проводов и контактных соединений электрических элементов, оборудования и участков цепей в электрических схемах».5. По ГОСТ 2.302-68 «МАСШТАБЫ» выполняется масштаб чертежей. Масштабом чертежа называется отношение линейных размеров изображения объекта на чертеже к действительным размерам объекта. Масштаб выбирают в зависимости от величины и сложности объекта или его составных частей, а также от вида чертежей. Независимо от масштаба на чертежах наносят истинные размеры изображаемого объекта. Натуральная величина 1:1. Масштаб уменьшения 1:2, 1:2,5, 1:4, 1:5, 1:10, 1:15, 1:20...
Масштаб увеличения 2:1, 2,5:1, 4:1, 5:1, 10:1, 20:1 ... УГО элементов выполняют в масштабе 1:1. Размеры некоторых УГО, как указывалось выше, приведены в приложении 12. Схемы выполняются без соблюдения масштаба, пример выполнения схемы электрической принципиальной представлен в приложении 14.6. Согласно ГОСТ 2.301-68 «ФОРМАТЫ» форматом чертежа или другого документа называется размер листа этого документа, определяемый размерами внешней рамки. Внешняя рамка выполняется тонкой линией. Внутренняя рамка проводится сплошной основной линией на расстоянии 20 мм от левой стороны внешней рамки и нарасстоянии 5 мм от остальных сторон. Стандартные форматы должны иметь строго прямоугольную форму с размерами сторон, с выдержанными предельными отклонениями сторон 0,5 %. Схема электрическая принципиальная может быть выполнена на любом формате. Однако следует помнить, что схему располагают параллельно основной надписи.7. На чертежах предусмотрена основная надпись (55х185 мм), которую располагают в правом нижнем углу поля чертежа, она выполняется по ГОСТ 2.104-68 «ОСНОВНАЯ НАДПИСЬ». В верхнем левом углу при горизонтальном расположении формата и в верхнем правом – при вертикальном расположении вдоль длинной стороны внутренней рамки формата находится гранка (70х14мм) для записи обозначения чертежа. На формате А4 основная надпись располагается только вдолькороткой стороны. Основная надпись заполняется на последнем этапе выполнения конструкторского документа. Пример заполнения основной надписи и обозначение основных форматов представлены в приложении 15.8. На всех чертежах и других технических документах все надписи, т.е. буквы и цифры, выполняют стандартным чертежным шрифтом по ГОСТ 2.304-81 «ШРИФТЫ». Этот ГОСТ включает шрифты русского, латинского и греческого алфавитов. Каждый алфавит содержит прописные и строчные буквы. Высота прописных букв «h» в миллиметрах определяет размер шрифта. Он может быть (1.8), (2.5), 3.5, 5, 7, 10, 14... . Высота строчных букв на один размер меньше высоты прописных букв. ГОСТ устанавливает следующие типы шрифтов:
тип «А» без наклона (толщина линий d=1/14h)тип «А» с наклоном 75 гр. d=1/14hтип «Б» без наклона d=1/10hтип «Б» с наклоном d=1/10h Основные правила выполнения перечня элементов Перечень элементов помещают на первом листе схемы согласно ГОСТ 2.701-84 «ЕСКД. Схемы. Типы и виды. Общие требования к выполнению» или выполняют в виде самостоятельного документа. При разработке перечня элементов в виде самостоятельного документа его размещают на специальных бланках формы 2 и 2а на листах формата А4 в виде таблицы. Этот документ относится к текстовым конструкторским документам (КД). Основную надпись и дополнительные графы к ней оформляют по ГОСТ 2.104-68 «ЕСКД. Основные надписи». Пример выполнения перечня элементов представлен в приложении 16. В графах таблицы указывают следующие данные: В графе «Поз. Обозначение» – позиционные обозначения элементов, устройства или функциональной группы. Позиционное обозначение состоит из букв латинского алфавита (прил. 13) и арабских цифр. В графе «Наименование» – наименование элемента в соответствии с правилами, изложенными в лабораторной работе 1. Элементы в перечень записывают группами в алфавитном порядке буквенных позиционных обозначений (прил. 13). В пределах каждой группы, имеющей одинаковые буквенные позиционные обозначения, элементы располагают по возрастанию их порядковых номеров. Для облегчения внесения изменений допускается оставлять несколько незаполненных строк между отдельными группами элементов. Элементы одного типа с одинаковыми параметрами, имеющие на схеме последовательные порядковые номера, допускается записывать в перечне водну строку. В этом случае в графу «Поз. обозначение» вписывают только позиционные обозначения с наименьшими и наибольшими порядковыми номерами, например, С5….С12, а в графу «Кол.» – общее количество таких элементов. В графе «Кол.» проставляют общее количество указанных элементов одного наименования.
В графе «Примечание» рекомендуется указывать технические данные элемента (устройства), не содержащиеся в его наименовании, например, для элементов, которые не устанавливаются на плате, делать запись «На плате не устанавливать» или «Подбирается при регулировке» и т.п. Перечень, оформленный в виде самостоятельного документа, имеет шифр, состоящий из буквы «П» и шифра схемы. Например, для схемы электрической принципиальной (ЭЗ) перечень будет иметь шифр ПЭЗ. При этом в рамке основной надписи указывают наименование изделия, а также наименование документа, «Перечень элементов». Перечень элементов записывают в спецификацию после схемы, к которой он выпущен. Элементы, входящие в функциональную группу, начинают записывать с заголовка, который помещают в графе «Наименование», и подчеркивают, например Конденсаторы. Ниже заголовка оставляют одну свободную строку, выше – любое количество строк, но не менее одной.
4 Порядок выполнения работы 4.1 Начертить схему электрическую принципиальную на формате А4. Это можно сделать в любой графической программе, например АutoCAD, Компас или любой другой 4.2 Выполнить перечень элементов к схеме. Удобнее всего использовать программу Компас-график.
5 Содержание отчета 5.1 Представить отчет по пп. 1-2 порядка выполнения работы. Документы выполнить на компьютере.
6 Контрольные вопросы 6.1 Как располагают условно-графические элементы (УГО) на принципиальной электрической схеме? 6.2 Какому численному значению кратны все стороны УГО микросхем? 6.3 Сформулируйте основные принципы занесения элементов в графу «Наименование» перечня элементов. 6.4 Почему не заполняют графу «Масштаб» основной надписи при выполнении электрической принципиальной схемы? 6.5 Какие шифры имеют все известные Вам виды электрических схем? 6.6 Какой шифр имеет перечень элементов к электрической принципиальной схеме? 6.7 Какие УГО имеют на электрических принципиальных схемах резисторы, конденсаторы, микросхемы, диоды, транзисторы?

Лабораторная работа 8Компоновка печатного узла c использованием навесных элементов 2 Цель работы: Определение габаритных размеров и массы печатной платы. 3 Теоретические сведения Схемы современных радиоэлектронных систем настолько сложны, что непосредственная конструкторская разработка рабочих чертежей невозможна без выполнения предварительной части работ – компоновки электронного средства (ЭС) по заданным требованиям. Компоновка есть процесс создания из отдельных составляющих частей композиции целого изделия, отвечающего всем требованиям технического задания. Компоновка является первым этапом при разработке конструкции. В процессе ее выбираются основные технические направления и определяются конструктивные составляющие изделия, устанавливаются их взаимное расположение, связи, определяются габаритные размеры и масса изделия. Результатом выполненной компоновки являются компоновочные схемы (чертежи), позволяющие до начала основных работ при сравнительно небольших затратах средств и времени рассмотреть имеющиеся варианты, сделать их качественную оценку и принять кразработке лучший из вариантов. Наличие компоновочных схем позволяет предварительно рассчитать прочность, тепловой режим, виброизоляцию, а также оценить компактность аппаратуры и условия размещения ее на объекте. В процессе компоновки широко используют способы, упрощающие и сокращающие объем чертежно-графических работ, такие как аппликационный, модельный, натурный, номографический и машинный. Процесс компоновки делят на два этапа. На первом этапе осуществляют внутреннюю компоновку: решают вопросы образования отдельных конструктивных составляющих и размещения схемных элементов (как правило, с помощью ЭВМ). На втором этапе осуществляют внешнюю компоновку: решают общие вопросы формообразования и компоновки отдельных устройств и приборов. Для удобства размещения электрорадиоэлементов (ЭРЭ) на печатной плате вводится координатная сетка. Она необходима для задания координат центров монтажных и переходных отверстий, контактных площадок и других элементов печатного рисунка на поверхности печатной платы (ПП) и является самым удобным способом для указанных целей.
Альтернативные способы приведены в ГОСТ 2.417–91 «ЕСКД. Правила выполнения чертежей, печатных плат». Шаг координатной сетки – это расстояние между линиями координатной сетки и его значения (для прямоугольных координат) определены ГОСТ 10317–79 «Платы печатные. Основные размеры». Основные размеры шага составляют 2,5; 1,25; 0,625 мм. Шаг 2,5 мм является основным, а размер шага в 0,625 мм применять не рекомендуется. При выборе шага сетки руководствуются следующими соображениями:- для классов точности 1 и 2, при низкой плотности монтажа, выбирают шаг 2,5 мм;- шаг 1,25 мм применяют в том случае, если на плату устанавливают многовыводные элементы с шагом расположения выводов 1,25мм, так как все монтажные отверстия должны попадать в узлы координатной сетки;- при использовании многовыводных элементов (количество выводов по одной стороне более 24) зарубежного производства необходимо применять не метрическую, а дюймовую систему задания шага. Так как задачи данного лабораторного практикума рассчитаны на 1 и 2 классы точности печатного монтажа, то рекомендуется шаг координатной сетки выбрать 2,5 мм. Выбор варианта установки ЭРЭ на печатной плате в данной работе осуществляется по ОСТ 4.010.030. Конкретный вариант установки зависит от заданных условий эксплуатации.
Например, если задана высокая температура при эксплуатации устройства, то вариант установки должен предусматривать расстояние между платой и ЭРЭ. В случае высоких частот воздействующих механических вибраций (свыше 100 Гц) необходим такой вариант установки, который позволяет крепить ЭРЭ в наибольшем количестве точек. То есть ЭРЭ к плате крепятся не только выводами, но и корпус элемента должен касаться платы. Более подробно с рекомендациями по выбору варианта установки и правилами компоновки ЭРЭ можно познакомиться в приложении 17.
Каждому варианту установки соответствует свое упрощенное изображение ЭРЭ на плате и номер варианта. Варианты установки конденсаторов приведены в прил. 18, полупроводниковых приборов – в приложении 19, резисторов и микросхем – в приложении 20.
Установочные и габаритные размеры для упрощенных изображений конденсаторов, закрепляемых на печатном основании по выбранному варианту установки, приведены в приложении 21, полупроводниковых приборов – в приложении 22, резисторов и микросхем в – приложении 23. Для оценки габаритных размеров печатной платы следует вычислить площадь, занимаемую всеми электрорадиоэлементами. При аналитической компоновке площадь рассчитывается поформуле:
SЭРЭ=i=1nSiгде Si – площадь i-гo элемента,
n – количество различных типов элементов.Для расчета площади Si необходимо заполнить компоновочную таблицу (табл. 3.1). Таблица 3.1 Компоновочная таблица.
Позиционное
обозначение
Количество элементов
в группе Вариант установки Шаг координатнойсетки,ммУпрощенное изображение ЭРЭ с размерами по ОСТ4.010.030, мм Масса i-того элемента,
г Диаметр
выводов, ммУстановочная площадь,
Sn,мм2Общая
площадь,мм2
К50-35 С1,C7 1000мкФ-16В
С4 1000мкФ-5В
2
1
1 IаIаIIб2,5
2,0
1,5
D=6,3
H=12 A=2,5 2,5
0,8
0,8 0,8
0,8
0,6 31,2 374
И т.д. все остальные ЭРЭ В таблицу заносятся все группы ЭРЭ, отличающиеся размерами. У резисторов размеры зависят от рассеиваемой мощности, у электролитических конденсаторов ― от нормируемого напряжения на них и номинальной емкости, у неэлектролитических конденсаторов ― от группы ТКЕ (температурного коэффициента емкости) и номинальной емкости. Размеры полупроводниковых приборов зависят от их типа, а размеры микросхем обусловлены типом корпуса. Все размеры занесены в приложениях 18–23. Габариты и конфигурация печатной платы задаются техническим заданием одним из следующих способов:
1.Жестко – указанием всех необходимых размеров, определяемых конфигурацией платы.2. Ориентировочно – указанием размеров других плат изделия с целью их унификации.3. Ориентировочно – указанием площади платы.4. Ориентировочно – указанием площади платы и соотношения сторон. Конкретные размеры печатной платы определяются расчетами. По конфигурации наиболее предпочтительна прямоугольная форма ПП. Круглая и другие формы должны применяться только в технически обоснованных случаях.
Независимо от способа задания габаритов предварительно определяется необходимая площадь печатной платы. Однако если для первого способа этим должна быть подтверждена возможность реализации печатного монтажа на заданнойплощади ПП, то для остальных нахождение площади, занимаемой ЭРЭ, – основание для выбора численных значений габаритных размеров. Размеры одно-, двухсторонних и многослойных печатных плат на жестком и гибком основаниях согласно ГОСТ 10317-79 «Платы печатные. Основные размеры» должны быть кратными:2,5 мм – при длине до 100 мм;5,0 мм – при длине до 350 мм;10,0 мм – при длине более 350 мм. Максимальный размер любой из сторон составляет не более 470 мм. Соотношение линейных размеров сторон печатной платы следующее: 2:1, 2:3, 3:5 и т.д., но не более 3:1. Количество типоразмеров печатных плат в изделии нужно ограничивать. Из компоновочной таблицы рассчитывают SЭРЭ по формуле: SПП = (1/КS) · SЭРЭ где КS – коэффициент заполнения печатной платы.Значения КS для некоторых видов аппаратуры приведены в таблице 3.1.
Для неплотного монтажа, т. е. для первого и второго классов точности печатной платы, площадь, занимаемую ЭРЭ, увеличивают в 3 или 2,5 раза. Стороны печатной платы выбираются из условия:
SПП =AB,где А – большая, В – меньшая стороны печатной платы.
Таблица 3.1 Значения Ks для некоторых видов аппаратуры

SПП представляет собой монтажную зону. Площадь печатной платы (ПП) состоит из рабочей (монтажной) зоны и зоны краевого поля, предусматриваемого для вспомогательных целей (размещения разъемов, крепежных отверстий, зон для направляющих элементов и т. п.). На рисунке 3.1 представлено расположение компоновочных зон.

Рисунок 3.1 – Расположение компоновочных зон на ПП. Ширина краевого поля есть расстояние от края ПП до первого ряда посадочных мест ЭРЭ. Она состоит из четырех зон:x1 – ширина краевого поля по оси Х (как правило, одинакова слева и справа), которая определяется направляющими элементами конструкции, конструкцией выводов, устанавливаемых на ПП ЭРЭ, крепежными изделиями и т. д.;у1 – ширина краевого поля нижней кромки ПП, предназначенного для установки соединителя. Размер краевого поля у1 зависит от типа выбранного соединителя. Размеры соединителей представлены в приложении 24;у2 – ширина краевого поля на верхней кромке ПП, где размещаются: лицевая панель для модулей кассетной конструкции (рис. 3.2) и контрольные гнезда.

Рисунок 3.2 – Конструктивное исполнение ячейки: 1- панель, 2 – печатный узел, 3 – электрический соединитель.
Для штыревых выводов величину x принимают равной 5 мм, для планарных – 2,5 мм. Величина у2 при отсутствии контрольных гнезд равна 2,5 мм, а при их наличии – 12,5 мм.
При установке лицевых панелей у2 увеличивается примерно на 5–10 мм и зависит от конкретного конструктивного исполнения. В последнее время с применением малогабаритных соедините лей типа СНП-10 и плоских кабелей для ряда радиотехнических изделий (бытовая радиоаппаратура, персональные ЭВМ, электронные телефонные аппараты и т. п.) внешнее соединение может производиться через разъемы, установленные в монтажной зоне. Однако распайка одиночных проводников и жгутов на ПП должна производиться только в зонах краевого поля.
При вычислении габаритов ПП необходимо учитывать и то, что от края платы до центра крепежного отверстия должно быть не менее 5 мм. Кроме того, крепёжные изделия (шайбы, гайки и т. п.) или их элементы (головки винтов, болтов и т. д.) не должны выступать за габариты печатной платы. Если конфигурация и габариты платы не определены жестко базовой несущей конструкцией (например, «База-1», «База-2», «База-3»,«База-4», Евромеханика и т. д.), то полученные численные значения размеров длины и ширины ПП следует выбирать в соответствии с ОСТ 4.010.020–83 или приложения 25. Для ЭС, построенных по модульному принципу, размеры печатных плат будут соответствовать размерам, принятым в том или ином конструктиве. В настоящее время существует ряд систем модульных конструктивов, которые предназначены для размещения стандартных плат, кассет и конструкций, унифицированных по высоте, ширине и глубине. В них приняты несколько опорных и рекомендуемых дляповторения величин высоты, ширины и глубины. Эти конструктивы учитывают тот факт, что в раму (корзину, крейт) могут встраиваться изделия различных производителей. Некоторые модульные конструктивы представлены в приложении 26.
4 Порядок выполнения работы 4.1 Воспользоваться перечнем элементов печатной платы и подготовить компоновочную таблицу (табл. 3.1). 4.2 Выбрать вариант установки каждого элемента на печатную плату по ОСТ 4ГО.10.030, учитывая условия эксплуатации электронного устройства. 4.3 Для выбранного варианта установки и шага координатной сетки, равного 2,5 мм, выписать упрощенное изображение элементов на печатной плате c его габаритными, установочными размерами и массами. Занести в компоновочную таблицу также диаметры выводов ЭРЭ. 4.4 По формуле (5.1) вычислить площадь SЭРЭ, занимаемую всеми элементами на печатной плате. Данные занести в компоновочную таблицу. 4.5 Умножить величину SЭРЭ на коэффициент КS., получив значение для SПП (монтажная зона). 4.6 Определить длины и ширины монтажной зоны. В первом приближении их можно определить как L = B = S.
4.7 Учесть габаритные размеры зон подключения внешних выводов. 4.8 Учесть габаритные размеры зон размещения элементов контроля. 4.9 Учесть зоны механического крепления ПП и зоны, определяемые несущей конструкцией блока (направляющие и т.п.).
4.10 Привести полученные значения размеров ПП к стандартным. 4.11 Провести компоновку узла с помощью ЭВМ.
5 Содержание отчета 5.1 Привести компоновочную таблицу для всех ЭРЭ, устанавливаемых на печатной плате. 5.2 Дать расчеты площади, занимаемой ЭРЭ. 5.3 Определить размеры сторон ПП. 5.4 Начертить эскиз компоновки печатного узла. 5.5 Приложить распечатку компоновки узла, сделанную с помощью ЭВМ.
6 Контрольные вопросы 6.1 Что понимается под термином «компоновка»? 6.2 Какие виды компоновочных работ Вам известны? 6.3 Чем отличается внутренняя компоновка от внешней? 6.4 Для чего вводится при компоновке печатных узлов координатная сетка? 6.5 Какие шаги координатной сетки наиболее применимы и почему? 6.6 Величине какого модуля должны быть кратны стороны печатных плат? 6.7 Из каких соображений выбираются варианты установки навесных элементов на печатную плату?
Лабораторная работа 9Компоновка печатного узла c использованием SMD элементов2. Цель работы: Приобрести навыки в конструировании печатного узла.
3. Краткие теоретические сведения
Требования к проектированию печатных плат предназначенных для автоматизированного монтажа SMT- компонентов.  3.1 Размещение компонентов и печатных проводников на поверхности печатных плат:- все поверхностно-монтируемые компоненты желательно размещать на одной стороне платы. В случае если это условие выполнить невозможно, следует разделить компоненты на «легкие» и «тяжелые» и размещать их на разных сторонах платы. Например, пассивные компоненты, разместить на одной стороне, микросхемы на другой.- размеры площадок должны соответствовать рекомендуемым для данного типоразмера корпуса (информацию о размерах площадок можно уточнить в технической документации на компонент либо в стандарте IPC-782).- зазоры между компонентами должны быть не менее, указанных на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Минимальные размеры между компонентами.
По согласованию с отделом подготовки производства допускается минимальное расстояние между компонентами 0,3 мм.- компоненты должны располагаться не ближе 2 мм от края заготовки при наличии технологических полей (полосок) и 4 мм при отсутствии технологических полей (полосок).- ориентация компонентов на плате не имеет принципиального значения. - полярные компоненты желательно ориентировать одинаково. - желательно, чтобы максимальное число компонентов имели одинаковый типоразмер корпуса. Например: резисторы и конденсаторы – 0805. Подбор компонентов подобным образом позволяет установщикам достигнуть максимальной производительности.- максимальная высота компонента не должна превышать 15 мм.- для компонентов с шагом выводов 0,5 мм и менее по возможности оставлять место (по диагонали компонента либо по центру) для размещения локальных реперных знаков.- деформация заготовки платы не должна превышать величин указанных на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Допустимая деформация заготовки платы.
- для предотвращения деформации платы в процессе производства платы и монтажа при нагреве в печи, полигоны на внешних и внутренних слоях (для многослойных плат) необходимо размещать равномерно по поверхности платы и выполнять их в виде сетки из проводников.- проводники и переходные отверстия, размещенные под компонентами, должны быть закрыты защитной маской.- переходные отверстия, находящиеся под корпусами BGA, должны быть закрыты защитной маской.- расстояние от края неметаллизированного отверстия до контактной площадки или проводника должно быть не менее 0,5 мм. 3.2 Соединение проводников с площадками SMT.  Для уменьшения оттока тепла от контактных площадок при пайке (для исключения появления "холодных" паек) необходимо:- использовать узкие проводники, соединяющие непосредственно контактную площадку и широкий проводник, как показано на рисунке 3.3. Ширина подводящего "узкого" проводника выбирается в зависимости от класса точности платы и от проходящего по нему тока.

Рисунок 3.3 – Пример подвода широких проводников к контактным площадкам.

Рисунок 3.4 – Пример подвода проводников к контактным площадкам микросхем.
 - площадки SMD-компонентов, находящихся на больших полигонах, должныбыть отделены от полигона перемычками ("термальный контакт" – рис. 3.5).
Рисунок 3.5 – Пример размещения площадок SMT компонентов на больших полигонах.
3.3 Рекомендации по выполнению переходных отверстий. Во многом качество монтажа поверхностно-монтируемых компонентов зависит от правильного выполнения переходных отверстий. Неправильное размещение переходных отверстий относительно площадок SMT компонентов является распространенной ошибкой разработчиков. Не допускается располагать переходные отверстия на контактных площадках компонента. На рисунке 3.6 показано рекомендуемое расположение переходных отверстий и контактных площадок.

Рисунок 3.6 – Примеры расположения переходных отверстий.
3.4 Рекомендации по выполнению маркировки на плате.  - маркировка на плате выполняется методом шелкографии либо в слое проводников. - графические и позиционные обозначения компонентов должны отражать полярность и ориентацию компонентов на плате. - маркировку, выполненную методом шелкографии желательно располагать только по областям платы, покрытых защитной маской. - элементы маркировки компонентов расположенных рядом друг с другом не должны пересекаться и накладываться друг на друга. Следует учитывать, что элементы маркировки, попадающие на площадки открытые от маски и покрытые финишным покрытием (ПОС-61, иммерсионное золото и д.р.) наноситься не будут.  3.5 Требования к технологической заготовке основания печатной платы.   Перед запуском платы, предназначенной для автоматизированного монтажа, в производство из одиночной платы создается технологическая заготовка в виде панели из плат либо одиночной платы с технологическими зонами (полосами). Параметры заготовки:- рекомендуемый размер заготовки 250.0x350.0 мм;- толщина листа заготовки платы 0,5...4,2 мм;- не допускается белый и жёлтый цвет масочного покрытия;- максимальная масса заготовки печатной платы 3 кг.  3.6 Технологические зоны. Технологические зоны (рис. 3.7) одновременно выполняют несколько функций:- используются для фиксации заготовки на линии по автоматической установке компонентов;- позволяют размещать компоненты практически у самого края платы;- используются для размещения реперных знаков;- используются для придания дополнительной жёсткости заготовке при ее маленькой толщине и наличии в ней большого числа внутренних вырезов.

Рисунок 3.7 – Технологические зоны.
Технологические зоны, как правило, располагаются вдоль длинной стороны заготовки и имеют ширину 5 мм. От заготовки технологические зоны разделяются методом скрайбирования либо мостиками. В случае, если применение технологических зон недопустимо, на плате должны быть предусмотрены области свободные от компонентов и соответствующие характеристикам технологических зон.  3.7 Реперные знаки (Метки отсчета, Fiducial Marks).  Метка отсчёта является центром системы координат на этапе сборки платы. Она позволяет оборудованию автоматизированной линии установки компонентов корректировать погрешности измерения текущих координат, накапливающиеся в процессе автоматической установки компонентов на плату. Существует два вида меток начала отсчета: глобальные (Global fiducials) и локальные (Local fiducials):  1. глобальные метки используются для всей платы или, в случае нескольких плат объединённых в панель, для привязки всей панели. Требуется минимум две глобальных метки, обычно расположенные в диагонально-противоположных углах платы на максимально возможном друг от друга расстоянии. Глобальные метки должны быть на всех слоях, содержащих компоненты.  2. Локальные метки используются для привязки конкретного компонента (обычно с большим количеством выводов и маленьким шагом между ними) для вычисления координат (X,Y offsets). Локальные метки отсчёта, располагаются обычно по диагонали, на периметре области, занимаемой данным компонентом. В случае нехватки свободного места допускается использовать одну локальную метку отсчета предпочтительно в центре, занимаемой компонентом области.  Все метки располагаются вне запрещённых зон для проводников и компонентов.  Для нашего оборудования предпочтительно применять метки отсчета в форме закрашенного круга, А = (0.8…3.0)мм (рис.3. 8). Рекомендуемый размер “А” метки отсчёта - 1.0 мм.  На печатной платы (на панели) метки отсчёта должны быть одной формы и размера. 

Рисунок 3.8 – Применяемые метки отсчета.
Вокруг метки должна быть запрещённая зона для проводников, компонентов и защитной маски. Все метки должны быть изображены в слое проводников. Метки должны быть освобождены от маски и иметь гладкое, хорошо отражающее свет, металлическое покрытие (никель, сплавы олова, серебро,…). Между метками и краем платы должно быть расстояние не менее 5.0 мм плюс ширина запрещённой зоны. Рекомендуется размещать метки в точках, как показано на рисунке 3.9.

Рисунок 3.9 – Пример размещения меток отсчета.

4. Порядок выполнения работы
4.1 Получить индивидуальный вариант схемы задания (приложение Г).
4.2 Произвести выбор типоразмеров используемых компонентов SMD в схеме.
4.3 На основании выбранных типоразмеров произвести компоновку узла с помощью программы на ЭВМ.
5. Содержание отчета
5.1 Наименование работы.
5.2 Цель работы.
5.3 Приложить распечатку компоновки узла, сделанную с помощью программы на ЭВМ.
5.4 Выводы по проделанной работе.
6 Контрольные вопросы
6.1 Что понимается под термином «компоновка»?
6.2 Какие виды компоновочных работ Вам известны?
6.3 Чем отличается внутренняя компоновка от внешней?
6.4 Для чего вводится при компоновке печатных узлов координатная сетка?
6.5 Какие шаги координатной сетки наиболее применимы и почему?
6.6 Величине какого модуля должны быть кратны стороны печатных плат?
6.7 Из каких соображений выбираются варианты установки навесных элементов на печатную плату?
6.8 Какие зоны выделяются на печатной плате при ее проектировании?
6.9 Как определяются габаритные размеры монтажной зоны на печатной плате?

Лабораторная работа 10Конструирование печатного модуля с использованием навесных элементов 2 Цель работы: Сконструировать печатный модуль согласно заданным условиямэксплуатации. 3 Теоретические сведения В соответствии с ГОСТ 20406-75 «Платы печатные. Термины и определения»
Печатный узел – печатная плата с подсоединенными к ней электрическими и механическими элементами и (или) другими печатными платами с обозначением всех процессов обработки (пайка, покрытие и т. д.). Таким образом, печатный узел является сборочной единицей, которая включает печатную плату, электрорадиоэлементы,элементы контроля, коммутации, элементы несущих конструкций (рамки, планки, накладки, защелки и т. д.). Печатная плата (ПП) – материал основания, вырезанный по размеру, содержащий необходимые отверстия и рисунок проводников. Конструкцию любого электронного средства рассматривают как некоторое структурное образование, составные части которого соподчинены. К нулевому иерархическому уровню относится элементная база устройства (микросхема, транзистор и т.п.). Печатный узел располагается на первом уровне конструктивной иерархии, он включает элементы нулевого уровня и, следовательно, его конструкция зависит от конструкции ЭРЭ. Последовательность конструирования печатных узлов сформулирована в ОСТ 4.010.022-85 в виде основных этапов. Каждый следующий заголовок является заголовком соответствующего этапа. Этап 1. Определение типа и класса точности печатной платы Классификацию печатных плат проводят по нескольким признакам (прил. 27). Наиболее часто печатные платы классифицируют по количеству диэлектрических и проводящих слоев.
По конструкции печатные платы с жестким и гибким основанием делятся на следующие типы: односторонние, двухсторонние и многослойные. При выборе типа печатной платы для разрабатываемой конструкции печатного узла необходимо учитывать технико-экономические показатели. При проектировании печатного монтажа разработчик должен стремиться к минимизации стоимости ПП и, соответственно, числа проводящих слоев (стоимость двухсторонней печатной платы с металлизацией отверстий примерно в два раза больше стоимости односторонней платы).
При этом решение ряда топологических задач проводится введением навесных перемычек (объемных проводников). Например, 80–90 % бытовой аудио,- видеотехники ведущих зарубежных производителей (SONI, PANASONIC, LG и т. д.) выполняется на односторонних печатных платах.
Для повышения надежности в критичных местах (места частых перепаек, подключения внешних проводников) устанавливаются металлические заклепки. Количество перемычек обычно не превышает 5 % от числа печатных проводников. При автоматизированной сборке ПУ количество перемычек не должно быть более 3–4-х на 100 см2 площади ПП. Таким образом, при отсутствии специальных требований, например, по увеличению надежности, первоначально желательно выбирать одностороннюю плату. Согласно ГОСТ 23751-86 «Платы печатные. Основные параметры конструкции» различают пять классов точности печатных плат. Из них наиболее распространены в электронной аппаратуре широкого применения при типе производства от мелкосерийного до крупносерийного печатные платы первого, второго, реже третьего класса точности. Класс точности определяет плотность печатного рисунка; первый и второй классы точности характеризуют печатные платы малой и средней насыщенности поверхности дискретными ЭРЭ. Влияние класса точности на параметры печатного рисункапредставлено в таблице 3.1. Таблица 3.1 Влияние класса точности на параметры ПП (для узкого места)

Для изготовления печатных плат применяется любое оборудование без каких-либо ограничений. Более подробно с выбором класса точности можно ознакомитьсяв приложении 28.
Этап 2. Определение группы жесткости печатной платы Группа жесткости определяется по ГОСТ 23752-79 «Платы печатные. Общие технические условия». Группу жесткости записывают в технических требованиях к чертежу печатной платы, она зависит от условий эксплуатации и определяет выбор материала печатной платы, марки припоя, вида защитного покрытия. Группу жесткости печатной платы можно выбрать из таблицы 3.2.
Таблица 3.2 Группа жесткости по ГОСТ 23752-79

Выбор осуществляется на основании заданных условий эксплуатации устройства. Этап 3. Выбор материала основания ПП Материал основания ПП выбирается исходя из:- электрических характеристик (частотный диапазон, пробивное напряжение и т. д.);- климатических воздействий (температура и влажность);
- стойкости к механическим воздействиям (прочность, жесткость, ударная вязкость и т. д.);- типа печатной платы (количество слоев) и способа ее изготовления. Материалы печатных плат выбирают по ГОСТ 10316–78 и ОСТ 4.010.022–85.В приложении 29 приведены данные, позволяющие определить необходимый материал основания, исходя из требований, предъявленных к ПП. Для оснований обычно используют изоляционные материалы типа фольгированных пластмасс. Наибольшее распространение в производстве ПП получили фольгированный гетинакс марок ГФ-1 (фольгированный с одной стороны), ГФ-2 (фольгированный с двух сторон) и фольгированный стеклотекстолит марок СФ-1 (фольгированный с одной стороны), СФ-2 (фольгированный с двух сторон). Для печатных плат, предназначенных для эксплуатации в условиях первой и второй групп жесткости (ГОСТ 23752-79), рекомендуется применять материалы на основе бумаги (например, гетинакс), если не предъявляются повышенные требования к диэлектрическим потерям, для третьей и четвертой групп жесткости – на основе стеклоткани (например, стеклотекстолит). В таблице 3.3 приведены наиболее часто применяемые материалы для печатного монтажа.
Таблица 6.3 материалы печатных плат по ГОСТ 10316-78

Обозначение материала ПП в конструкторской документации состоит из марки и толщины.
Например, СФ-1-35-2 означает, что выбран стеклотекстолит фольгированный (СФ) односторонний (1) с толщиной фольги 35 мкм (35), толщина ПП 2 мм (2). Кроме материала основания, на такие свойства ПП, как жесткость и теплопроводность, оказывает влияние и его толщина. Установлен следующий размерный ряд значений толщины оснований ПП (в мм) – как гибких, так и жестких:
Рисунок 3.1 – Ряд значений. Для обоснования толщины (Н) ПП можно воспользоваться данными табл. 3.1.
Предположим, что минимальный диаметр монтажного отверстия на ПП имеет величину 0,5 мм. Тогда, имея значение отношения минимального значения диаметра наименьшего отверстия к толщине печатной платы J для первого класса точности равным0,40 мм, толщина платы должна быть не менее 0,5/0,4 = 1,2 мм, т. е. по ГОСТ не менее 1,5 мм. Этап 4. Расчет и размещение отверстий В односторонних и двухсторонних печатных платах используется несколько видов отверстий:- монтажные – для соединения выводов навесных элементов с печатной схемой;- крепежные – для механического крепления печатной платы на шасси или для крепления элементов на печатной плате;- фиксирующие – для точного расположения печатной платы в процессе ее обработки;- переходные – для электрического перехода с одного слоя печатной платы на другой (для ОПП такие отверстия отсутствуют, для ДПП эти отверстия можно отнести к монтажным). Центры отверстий на печатной плате планируют в узлах координатной сетки. Центры монтажных отверстий под неформуемые выводы многовыводных навесных элементов, межцентровые расстояния которых не кратны шагу координатной сетки, проектируют таким об разом, чтобы в узле координатной сетки находился центр, по крайней мере, одного из монтажных отверстий, в центры отверстий под остальные выводы располагают в соответствии с требованиями конструкции устанавливаемого навесного элемента с указанием всех необходимых размеров. При выборе элементной базы следует учитывать, что использование таких элементов в значительной степени усложняет процессы изготовления и контроля печатных плат, сборки печатных узлов.
Взаимное расположение монтажных отверстий под выводы навесных элементов должно соответствовать ОСТ 4.010.030-86. Диаметры монтажных и переходных отверстий; металлизированных и неметаллизированных выбирают согласно ГОСТ 10317-79 «Платы печатные. Основные размеры» из ряда: 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 2,0; 2,1; 2,2; 2,4; 2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 3,0 мм (табл. 3.4). В ОСТ 4.010.019-81 даны ограничения на этот ряд, т.е. из него выбирают значения 0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5.Таблица 3.4
При расчете минимального диаметра монтажного и переходного отверстия dмин следует учитывать класс точности. В простейшем случае dмин можно определить из следующего соотношения:dмин = JH,где J – относительная толщина ПП (выбирается по табл. 3.1);
Н – толщина платы с учетом фольги. Особенностью отверстий, изготавливаемых в материалах, которые применяются для оснований ПП, является то, что в соответствии с ГОСТ 23751–86 допуск на номинальный размер диаметра может быть как положительным, так и отрицательным. Это связано с тем, что в отверстиях возможно выступание неполимеризовавшейся смолы(отрицательное поле допуска), а также усадки диэлектрической под ложки. Поэтому, минимально применимый диаметр отверстия необходимо вычислять по формуле:dмин = JH + d ,где d – максимальное предельное отклонение диаметра рассчитываемого отверстия.Более детально расчет монтажных и переходных отверстий изложен в приложении 30.
Количество типоразмеров любых отверстий на печатной плате следует ограничивать. Рекомендуется применять не более трех типо размеров монтажных и переходных отверстий. Отверстия на печатной плате выполняют чаще всего без зенковки, в некоторых случаях допускается зенковка у металлизированных отверстий. На печатныхплатах толщиной 0,8 мм вместо зенковки притупляют острые кромки. Если толщина печатной платы составляет от 0,8 до 1,2 мм, то зенковку выполняют под углом в пределах 100°–125°, при толщине свыше 1,2 мм – под углом в пределах 70°– 90°. Этап 5. Выбор формы и размеров контактных площадок Для припайки к печатному проводнику объемного проводника или вывода навесного ЭРЭ на проводнике делают контактную площадку (КП) в виде участка с увеличенной шириной. Металлизированные отверстия должны иметь контактные площадки с двух сторон печатной платы. Контактные площадки выполняют круглой, прямоугольной или близкой к ним формы. Допустима произвольная формаконтактных площадок. Расчет минимального диаметра контактной площадки приведен в ОСТ 4.010.022-85 или в приложении П31. Диаметры контактных площадок рекомендуется выполнять, возможно, большего размера. У металлизированных отверстий площадь контактной площадки без учета площади отверстия должна быть не менее 2,5 мм2 для печатных плат первого и второго классов точности и не менее 1,6 мм2 для третьего класса. Этап 6. Расчет и размещение элементов проводящего рисунка Расчет минимальной ширины проводника tmin должен производиться так же, как и для диаметра КП, с учетом подтравливания про водящего слоя Нпр. Для субтрактивных технологий: tmin = timin + 1,5Нпр,где tmin где tmin – минимальная ширина проводника, определяемая классом точности (табл. 3.1) или полученная при проведении энергетических расчетов. Для комбинированного позитивного метода и полуаддитивной технологии при фотохимическом способе нанесения защитной маски
tmin = timin + 1,5Нпр + 0,03. Для сеткографического способа нанесения защитной маски tmin = timin + 1,5Нпр + 0,08. Плотность тока и потери, кроме ширины проводника t, зависят и от толщины проводящего слоя Нпр, которая определяется толщиной фольги и при использовании полуаддитивных технологий толщиной гальванически наращенной меди. Толщина фольги, в зависимости от марки применяемого материала, регламентирована для отечественных фольгированных диэлектриков значениями 5, 20, 35 и 50 мкм, дляимпортных – 12, 18 и 35 мкм.
Если потери несущественны для работы электрической схемы, то предпочтение отдается минимальной толщине. Проводники толщиной более 50 мкм изготовлять не рекомендуется, так как с увеличением толщины происходит ухудшение сцепления проводника с материалом основания ПП. Для свободного места указанные значения допускается устанавливать по любому более низкому классу, а для первого класса – увеличивать в два раза. Элементы проводящего рисунка, кроме экранов, шин заземления располагают:– от края печатной платы неметаллизированного отверстия (диаметром более 1,5 мм), паза, выреза и т. д. на расстоянии не менее толщины платы с учетом допуска на линейные размеры;– от края неметаллизированного отверстия диаметром 1,5 м и менее – на расстоянии не менее 0,8 мм. В печатных платах толщиной менее 1 мм элементы проводящего рисунка располагают на расстоянии не менее 1 мм с учетом, допусков. Предельные отклонения ширины печатного проводника, контактной площадки для узкого места должны соответствовать значениям, указанным в табл. 3.1. Для печатных плат всех размеров аппаратуры широкого пользования предпочтительным является первый класс точности. Печатные проводники рекомендуется выполнять постоянной, возможно большей ширины на всей протяженности при любом методе проектирования. В узком месте проводники наименьшей номинальной ширины проектируют, возможно, меньшей длины. Печатные проводники располагают равномерно на возможно большем расстоянии от соседних элементов проводящего рисунка параллельно линиям координатной сетки или под углом к ним, кратным 15°.
Печатные проводники шириной более 3 мм, расположенные на печатной плате со стороны пайки, делают с вырезами по правилам выполнения экранов. При невозможности реализации трассировки печатными проводниками и с целью уменьшения сложности проводящего рисунка допускается применять объемные перемычки в количестве не более 3–5. Наименьшее номинальное расстояние между соседними элементами проводящего рисунка рассчитывают по формулам ОСТ 4.010.022-85 или приложения 32.Минимально допустимое расстояние Smin между соседними элементами проводящего рисунка выбирают исходя из класса точности (табл. 3.1). Печатные проводники не должны иметь резких перегибов и острых углов. Переходы при разветвленном проводнике или переходы проводника к контактной площадке выполняют плавными линиями с радиусом закругления не менее 2 мм.Печатные проводники по возможности делают минимально короткими. При изготовлении особо длинных печатных проводников (l > 200 мм) целесообразно предусматривать дополнительные контактные площадки и отверстия. Прокладка рядом входных и выходных печатных проводников схемы, одного печатного проводника параллельно другому, аналогичному, на той или иной стороне платы не рекомендуется во избежание возникновения паразитных наводок. Проводники входных высокочастотных цепей прокладывают в первую очередь и выполняют максимально короткими. Печатный проводник, проходящий между двумя близлежащими контактными площадками или любыми отверстиями, располагают так, чтобы его ось была перпендикулярна длине, соединения в центре отверстий. Заземляющие проводники, по которым протекают суммарные токи всех цепей, проектируют максимально широкими. При трассировке проводников не следует допускать больших площадей, покрытых медью. Этап 7. Выбор конструктивного покрытия ПП Конструктивные металлические и неметаллические покрытия применяются для обеспечения стабильности электрических, механических и других параметров печатных плат.
Конструктивные металлические покрытия выбирают по ОСТ 4.ГО.014.000. Чаще других используют сплав Розе толщиной 1,5–3 мкм, сплав олово-свинец толщиной 9–15 мкм. Неметаллические конструктивные покрытия защищают проводники и поверхности основания печатных плат от воздействия припоя, а элементы проводящего рисунка – от замыкания навесных элементов. Для этого выполняют резистивные маски на основеэпоксидных смол, сухого пленочного резиста, холодных эмалей, оксидных пленок. Влагозащита печатного узла производится после установки ЭРЭ способом заливки, которая улучшает теплоотвод, скрепляет механически отдельные элементы на печатной плате. Однако способ заливки имеет существенные недостатки: возникают большие внутренние напряжения в массе заливочного материала. Для заливки используюткомпаунды марки ЭЗК-1-ЭЗК 16, ЭК-20, Э 4100, вспенивающийся пенополиуретан SK-2. Нанесение на ПП диэлектрических покрытий (табл. П32.3 прил. П32) позволяет повысить устойчивость ПП к климатическим воздействиям, а также уменьшить расстояние между проводниками (в 1,5–2 раза) вследствие увеличения пробивного напряжения. При этом пробивное напряжение между проводниками не будет зависетьот влажности и атмосферного давления. Этап 8. Маркировка при конструировании печатных модулей Все необходимые надписи на печатных платах (маркировку) выполняют краской, устойчивой к воздействию спирто-бензиновой смеси или других растворителей (например, краской МКЭ чёрной или МКЭ белой по ОСТ 4.ГО.028.001). Маркировку, выполненную краской, можно располагать на печатных проводниках. При маркировке способом, которым выполняется проводящий рисунок, допускается применять упрощённый шрифт, при этом в технических требованиях чертежа способ маркировки не указывают. Этап 9. Расчет массы ПП и сборочного узла Масса печатной платы с элементами определяется по формуле:
Mn=i=1nn∙Mi+ρ∙A∙B∙Hгде А – длина печатной платы (большая сторона);
В – ширина печатной платы (меньшая сторона); Mi – масса i-гo элемента; n – количество элементов, устанавливаемых на печатной плате;
р – объемная плотность материала основания печатной платы:– для стеклотекстолита р=2.05 г/см3;– для гетинакса р=1.8 г/см3; H – толщина основания печатной платы.
4 Порядок выполнения работы 4.1 Определить тип и класс точности печатной платы (ПП). 4.2 Определить группу жесткости ПП. 4.3 Выбрать материал основания ПП. 4.4 Выбрать и обосновать типоразмеры монтажных отверстий. 4.5 Выбрать форму и рассчитать диаметр контактных площадок. 4.6 Рассчитать элементы печатного рисунка. 4.7 Выбрать конструктивное покрытие для ПП. 4.8 Решить вопрос о способе маркирования. 4.9 Рассчитать массу ПП и сборочного узла.
5 Содержание отчета
5.1 Оформить отчет в виде пояснительной записки по пп. 1-9 порядка выполнения работы.
6 Контрольные вопросы 6.1 Чем печатный узел отличается от печатной платы?6.2 Дайте определение односторонней и двухсторонней печатной плате.6.3 Какое количество перемычек допускается использовать при печатном монтаже?6.4 Что характеризует класс точности печатной платы?6.5 На что влияет группа жесткости печатной платы при ее проектировании?6.6 Расшифруйте марки материала печатных плат: СФ-1-35-1,5: ГФ-2-50-1,0.6.7 В каких случаях используют материал печатной платы, разработанный на основе стеклотекстолита?6.8 Каким образом размещают на чертеже печатной платы все известные Вам виды отверстий?6.9 Какое количество типоразмеров отверстий используют при проектировании печатной платы?6.10 Каким образом по отношению к линиям координатной сетки располагают линии проводников на чертеже печатной платы?6.11 Назовите значения толщины фольги, наиболее часто используемые в отечественных и импортных материалах для производства печатных плат с жестким основанием.
Лабораторная работа 11Технология изготовления печатного модуля с использованием навесных элементов 2 Цель работы: Выбрать метод для изготовления печатного модуля и описатьтехнологический маршрут изготовления печатного модуля. 3 Теоретические сведения Технология изготовления печатных плат.
Весь процесс изготовления печатной платы можно условно раз делить на пять основных этапов:– предварительная подготовка заготовки (очистка поверхности, обезжиривание). Подготовительные операции для производства печатных плат более подробно рассматриваются в приложении 33;- нанесение защитного покрытия (прил. 34);- удаление лишней меди с поверхности платы (травление, прил. 35);- очистка заготовки от защитного покрытия;Ӎ сверление отверстий, покрытие платы флюсом, лужение (прил. 36). Методы изготовления печатных плат Методы изготовления печатных плат (рис. 3.1) в соответствии с ГОСТ 20406–75 «Платы печатные. Термины и определения» делятся на субтрактивные (химические), аддитивные (электрохимические) и механические.

Рисунок 3.1 – Методы изготовления печатных плат.
Субтрактивные методы В субтрактивных методах в качестве основания для печатного монтажа используют фольгированные диэлектрики, на которых формируется проводящий рисунок путем удаления фольги с непроводящих участков. Эти методы отличает простота технологических процессов, однако при их использовании получить соединение слоев можно только с помощью металлической арматуры по ГОСТ 22318–77 (заклепки, штыри) или использовать соединение слоев с помощью выводов ЭРЭ. Дополнительная химико-гальваническая металлизация монтажных отверстий привела к созданию комбинированных методов изготовления ПП. Рисунок схемы по субтрактивной технологии получают с помощью специальных трафаретов: фотошаблона, сеточного шаблона и печатной формы. Поэтому в зависимости от способа формирования защитного рисунка на проводящем слое заготовки существует три разновидности субтрактивной технологии: офсетохимический, сеткографический, фотохимический методы. Офсетная печать Метод офсетной печати состоит в изготовлении печатной формы, на поверхности которой формируется рисунок слоя. Форма закатывается валиком трафаретной краской, а затем офсетный цилиндр переносит краску с формы на подготовленную поверхность основания ПП. Схема установки представлена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Схема установки офсетной печати: 1- диэлектрик; 2 – медная фольга; 3 – основание; 4 – печатная форма; 5 – офсетный цилиндр; 6 – валик для нанесения краски; 7 – краска; 8 – прижимной валик.
Метод применим в условиях массового и крупносерийного производства с минимальной шириной проводников и зазоров между ними 0,3...0,5 мм (платы первого и второго классов плотности монтажа) и с точностью воспроизведения изображения ±0,2 мм.
СеткографияСеткографический метод основан на нанесении специальной краски на плату путем продавливания ее резиновой лопаткой (ракелем) через сетчатый трафарет, на котором необходимый рисунок образован ячейками сетки, открытыми для продавливания. Метод обеспечивает высокую производительность и экономичен в условиях массового производства. Точность и плотность монтажа аналогичны предыдущему методу. Принцип трафаретной печати изображен на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 – принцип трафаретной печати: 1- рама; 2 – фиксатор подложки; 3 – диэлектрик; 4 – основание; 5 – трафаретная краска; 6 – трафарет; 7 – напечатанный рисунок; 8 – ракель.
Фотопечать Метод фотопечати характеризуется самой высокой точностью (±0,05 мм) и плотностью монтажа, соответствующими 3–5 классу (ширина проводников и зазоров между ними 0,1–0,25 мм). Он состоит в контактном копировании рисунка печатного монтажа с фотошаблона на основание, покрытое светочувствительным слоем (фоторезистом). Более подробно данные методы субтрактивной технологии описываются в приложении 37. Пример маршрута изготовления печатной платы фотохимическим методом описан в приложении 38. Аддитивные методы Аддитивные методы основаны на избирательном осаждении токопроводящего покрытия на диэлектрическое основание, на которое предварительно может наноситься слой клеевой композиции.
По сравнению с субтрактивными они обладают следующимипреимуществами:- однородностью структуры, так как проводники и металлизация отверстий получаются в едином химико-гальваническом процессе;- устраняют подтравливание элементов печатного монтажа;- улучшают равномерность толщины металлизированного слоя в отверстиях;- повышают плотность печатного монтажа, ширина проводников составляет 0,13 ... 0,15 мм;- упрощают ТП из-за устранения ряда операций (нанесения защитного покрытия, травления);- экономят медь, химикаты для травления и затраты на нейтрализацию сточных вод;- уменьшают длительность производственного цикла. Несмотря на описанные преимущества, применение аддитивного метода в массовом производстве ПП ограничено низкой производительностью процесса химической металлизации, интенсивным воздействием на печатное основание при нанесении металлических покрытий. В аддитивных технологиях создание токопроводящего покрытия осуществляется химико-гальваническим методом (прил. 39).
4 Порядок выполнения работы 4.1 Выбрать метод для изготовления печатной платы. 4.2 Описать технологический маршрут изготовления печатного модуля.
5 Содержание отчета 5.1 Представить описание технологического маршрута изготовления печатного модуля.
6 Контрольные вопросы 6.1 В каких методах изготовления печатных плат используют фольгированные диэлектрики?6.2 В чем суть субтрактивной технологии изготовления печатных плат?6.3 Что такое фоторезист?6.4 Какие типы трафаретов используют в производстве печатных плат?6.5 Чем аддитивные методы отличаются от субтрактивных в производстве печатных плат?6.6 В чем отличия позитивного фоторезиста от негативного?6.7 Опишите основные этапы технологического процесса получения печатной платы фотохимическим методом.6.8 Какие растворы Вам известны для химического стравливания медного покрытия?6.9 Опишите офсетохимический и сеткографический методы субтрактивной технологии получения печатной платы.

Лабораторная работа 12Технология изготовления печатного модуля с использованием SMT элементов 2 Цель работы: Выбрать метод для изготовления печатного модуля c использованием SMT элементов и описать технологический маршрут изготовления печатного модуля. 3 Теоретические сведения Surface-Mount Technology (SMT) - технология поверхностного монтажа.
В электронной промышленности существует шесть общих типов SMT сборки, каждому из которых соответствует свой порядок производства. Когда разработчик выбирает тип сборки, его целью должна быть минимизация числа операций, так как каждая операция может увеличивать промышленную стоимость. Существует специальный стандарт, в котором представлены основные виды сборок, разбитые по классам.
SMC и IPC документация по поверхностному монтажу на платы, IPC-7070, J-STD-013 и National Technology Roadmap for Electronic Interconnections включают следующие классификацию следующих схемы поверхностного монтажа:
Тип 1 - монтируемые компоненты установлены только на верхнюю сторону или interconnecting structureТип 2 - монтируемые компоненты установлены на обе стороны платы или interconnecting structureКласс А - только through-hole (монтируемые в отверстия) компоненты
Класс В - только поверхностно монтируемые компоненты (SMD)
Класс С - смешанная: монтируемые в отверстия и поверхностно монтируемы компоненты
Класс Х - комплексно-смешанная сборка: through-hole, SMD, fine pitch, BGA
Класс Y - комплексно-смешанная сборка: through-hole, surface mount, Ultra fine pitch, CSP
Класс Z - комплексно-смешанная сборка: through-hole, Ultra fine pitch, COB, Flip Chip, TCP
Операции используемы при различных типах сборки:
- нанесение пасты и установка SMT компонентов на верхнюю сторону платы.
- нанесение пасты и установка SMT на нижнюю сторону платы.
- нанесение клея и установка SMT компонентов на нижнюю сторону платы с последующем его высыханием.
- автоматическая установка DIP компонентов.
- автоматическая установка координатных компонентов (такие как светодиоды и т.п.).
- ручная установка других компонентов.
- пайка волной или пайка инфракрасным излучением.
- промывка плат.
- ручная пайка компонентов.
Рассмотрим основные варианты размещения компонентов на плате, применяемые разработчиками. Варианты, где используются корпуса компонентов типа: Ultra fine pitch, COB, Flip Chip, TCP пока не рассматриваются, так как российскими разработчиками печатных плат они почти не используются.
Тип 1В: SMT Только верхняя сторона

Рисунок 3.1 – Расположение с одной стороны.
Тип 2B: SMT Верхние и нижние стороны

Рисунок 3.2 – Расположение с двух сторон.
На нижней стороне платы размещаются чип-резисторы и другие компоненты небольших размеров. При использовании пайки волной, они будут повторно оплавляться за счет верхнего (побочного) потока волны припоя. При размещение больших компонентов с обеих сторон, типа PLCC, увеличивают издержки производства, потому что компоненты нижней стороны должны устанавливаться на специальный токопроводящий клей. Данный тип называется IPC Type 2B.
Порядок проведения процесса:
- нанесение припойной пасты, установка компонентов, пайка, промывка нижней стороны;
- нанесение припойной пасты на верхнюю сторону печатной платы, установка компонентов, повторная пайка, промывка верхней стороны.
Специальный тип: SMT верхняя сторона в первом случае и верхняя и нижняя во втором, но PTH только верхняя сторона.

Рисунок 3.3 – Расположение с двух сторон, с установкой в отверстия с верхней стороны.
Этот метод установки используется, когда имеются DIP компоненты, в SMT сборке. Процесс включает размещение DIP компонентов, вставляемых в отверстия перед SMT пайкой. При использовании данного метода убирается лишняя операция пайки волной или ручной пайки PTH компонентов, что значительно уменьшает стоимость изделия. Первое требование - способность компонентов противостоять вторичной пайки. Кроме того, размеры отверстия платы, контактные площадки и геометрия трафарета должны быть точно совмещены, чтобы достичь качественной спайки. Плата должна иметь сквозные металлизированные отверстия и может быть односторонней или двухсторонний, то есть компоненты могут размещаться как с верхней так и с нижней стороны.
Обязательным требованием при использовании данного метода является наличие сквозных металлизированных отверстий.
Порядок обработки односторонней печатной платы:
- нанесение припойной пасты, установка SMT компонентов, установка PTH компонентов, пайка, промывка верхней стороны.
Порядок обработки двухсторонней печатной платы:
- нанесение припойной пасты, установка SMT компонентов, повторное оплавление, промывка нижней стороны;
- установка PTH компонентов, пайка, промывка верхней стороны.
Тип 1С: SMT только верхняя сторона и PTH только верхняя сторона.

Рисунок 3.4 – Установка с верхней стороны на поверхность и в отверстия.
Данный метод является смешанной технологией сборки. Все модули SMT и PTH установлены на верхней стороне платы. Допускается установка некоторых компонентов монтируемых в отверстия (PTH) на верхней стороне платы, где размещены SMT компоненты для увеличения плотности. Данный тип сборки называется IPC Type 1C.
Порядок проведения процесса:
- нанесение припойной пасты, установка, оплавление, промывка верхней части SMT;
- автоматическая установка DIP, затем осевых компонентов (такие как светодиоды);
- ручная установка других компонентов;
- пайка волной PTH компонентов, промывка.
Тип 2С: SMT верхняя и нижняя стороны или PTH на верхней и нижней стороне.

Рисунок 3.5 – Установка на поверхность с двух сторон, а также в отверстия.
Установка поверхносто-монтируемых и монтируемых в отверстия (DIP) компонентов с обеих сторон платы не рекомендуется из-за высокой стоимости сборки. Эта разработка может требовать большого объема ручной пайки. Также не применяется автоматическая установка PTH компонентов из-за возможных конфликтов с SMT компонентами на нижней стороне платы. Данный тип сборки называется IPC Type 2C.
Порядок проведения процесса:
- нанесение припойной пасты, установка, пайка, промывка верхней стороны SMT;
- нанесение специального токопроводящего клея через трафарет, установка, фиксация SMT;
- автоматическая установка DIP и осевых компоненты;
- маскирование всей нижней стороны PTH компонентов;
- ручная установка других компонентов;
- пайка волной PTH и SMT компонентов, промывка;
- ручная пайка нижней стороны PTH компонентов.
Тип 2C: SMT только нижняя сторона или PTH только верхняя.

Рисунок 3.6 – Установка на поверхность с нижней стороны, в отверстия - с верхней.Данный тип предполагает размещение поверхностного крепления с нижней стороны платы и PTH на верхней стороне. Он также является одним из очень популярных видов размещения, т.к. позволяет значительно увеличить плотность размещения компонентов. Тип имеет название IPC Type 2C.
Порядок обработки (PTH конфликтов на нижней стороне нет):
- нанесения клея через трафарет, установка, высыхания клея на нижней стороны SMT;- автоматическая установка DIP, затем осевых компонентов;
- ручная установка других компонентов;
- пайка волной PTH и SMT компонентов, промывка.
Альтернативный порядок обработки (PTH конфликтов на нижней стороне):
- автоматическая установка DIP, затем осевых компонентов;
- точечное нанесение клея (диспенсорный метод), установка, высыхания клея на нижней стороны SMT;- ручная установка компонентов;
- пайка волной PTH и SMT компонентов, промывка.
Тип 2Y: SMT верхняя и нижняя стороны или PTH только на верхней стороне.

Рисунок 3.7 – верхняя и нижняя на плоскость, верхняя - в отверстия.Данный тип позволяет располагать поверхностно монтируемые компоненты с обеих сторон платы, а DIP компоненты только на верхней. Это очень популярный вид сборки у разработчиков, позволяющий разместить компоненты с высокой плотность. Нижняя сторона SMT компонентов остается свободной от осевых элементов и ножек DIP компонентов. Например, нельзя размещать микросхемы между ножками DIP компонента.
Порядок проведения процесса (без размещения поверхностно монтируемых (SMT) между ножками монтируемых в отверстия (PTH) компонентов на нижней стороне платы):
- нанесение припойной пасты, установка, пайка, промывка верхней стороны части SMT;
- нанесение клея через трафарет, размещение, высыхание клея SMT на нижней стороне;
- автоматическая установка DIP, а затем осевых компонентов;
- ручная установка других компонентов;
- пайка волной PTH и SMT компонентов, промывка;
Альтернативный порядок проведения процесса (на нижней стороне платы поверхностно монтируемых (SMT) компоненты размещены между ножек монтируемых в отверстия (PTH)):
- нанесение припойной пасты, размещение, пайка, промывка верхней стороны части SMT;
- автоматическая установка DIP, затем осевых компонентов;
- точечное нанесение клея (диспенсорным методом), установка, высыхание клея на нижней стороны платы;
- ручная установка других компонентов;
- пайка волной PTH и SMT компонентов, промывка.
Общий технологический маршрут сборки печатных плат представлен на рисунке 3.8.

Рисунок 3.8 - Технологический маршрут сборки печатных плат.
Трафаретный метод нанесения припойной пасты.
Наиболее важным в массовом производстве печатных плат, является метод трафаретного нанесения припойной пасты, в котором паста продавливается через трафарет (окна) на контактные площадки печатной платы. Припойная паста уже содержит в себе и припой, и флюс, а их пропорция одна из важных характеристик пасты. Материалом трафарета может быть как сплав никеля, так и нержавеющая сталь. Отверстия в трафарете обычно прорезаются лазером или протравливаются.
В массовом производстве этот метод эффективен, но относительно не гибок, так как свой собственный трафарет (причем несколько) требуется для каждой платы. Гибкость достигается только за счет быстрой смены трафарета и автоматического распределения пасты. Основные этапы этого метода показаны на рисунке.
При проведении скребком по поверхности трафарета припойная паста продавливается сквозь отверстия в трафарете на контактные площадки. Наиболее важной фазой этого процесса является продвижение пасты вдоль поверхности трафарета, она должна продвигаться с правильной силой, углом и скоростью. Трафарет и скребок должны быть чистыми и паста должна иметь строго определенные характеристики для этой силы, угла и скорости. Ошибки в этих параметрах приводят к плохим характеристикам пайки, такие как непропай и другие. Половина ошибок всего процесса сборки печатных плат приходятся именно на процесс нанесения припойной пасты. Преимуществом метода трафаретного нанесения припойной пасты является то, что паста может быть нанесена слоем до 300 мкм с очень высокой точностью. Также трафарет позволяет наносить пасту толщиной до 0,65 мм (рис.3.9).

Рисунок 3.9 – Трафаретный метод нанесения припойной пасты
Дисперсный метод нанесения припоя.
Довольно часто встречающимся методом нанесения припойной пасты, применяемым в штучном и мелкосерийном производстве, является диспенсорный метод, в котором используется диспенсер - шприц. На рисунке 2.2 показано: 1 - крышка; 2 - давящий воздух; 3 - поршень; 4 - припойная паста; 5 - цилиндр; 6 - сопло; 7 - контактная площадка. Автоматическая дозировка осуществляется в соответствии с данными САПР при помощи сжатого воздуха. Паста поступает в виде "капель" непосредственно на контактные площадки печатной платы. Преимуществом диспенсорного метода является высокая гибкость его применения. Этим методом можно наносить пасту на контактные площадки толщиной от 0,75 мм (рис.3.10).

Рисунок 3.10 – Устройство для нанесения припоя дисперсным методом.
Установка компонентов на плату:
- ручная;
- автоматическая.
Пайка.
Пайка двойной волной припоя
Совершенствование конструкции платы оказалось недостаточным для достижения высокого уровня годных при традиционных способах изготовления изделий с простыми компонентами, монтируемыми на поверхность обратной стороны плат. Потребовалось изменить технологический процесс пайки волной, внедрив вторую волну припоя. Первая волна делается турбулентной и узкой, она исходит из сопла под большим давлением (рис. 1). Турбулентность и высокое давление потока припоя исключает формирование полостей с газообразными продуктами разложения флюса. Однако турбулентная волна все же образует перемычки припоя, которые разрушаются второй, более пологой ламинарной волной с малой скоростью истечения. Вторая волна обладает очищающей способностью и устраняет перемычки припоя, а также завершает формирование галтелей. Для обеспечения эффективности пайки все параметры каждой волны должны быть регулируемыми. Поэтому установки для пайки двойной волной должны иметь отдельные насосы, сопла, а также блоки управления для каждой волны. Установки для пайки двойной волной рекомендуется приобретать вместе с дешунтирующим ножом, служащим для разрушения перемычек из припоя (рис.3.11).

Рисунок 3.11 – Пайка двойной волной.
Пайка двойной волной припоя применяется в настоящее время для одного типа коммутационных плат: с традиционными компонентами на лицевой стороне и монтируемыми на поверхность простыми компонентами (чипами и транзисторами) на обратной. Некоторые компоненты для ТПМК (даже пассивные) могут быть повреждены при погружении в припой во время пайки. Поэтому важно учитывать их термостойкость.
Если пайка двойной волной применяется для монтажа плат с установленными на их поверхности компонентами сложной структуры, необходимы некоторые предосторожности:
- применять поверхностно монтируемые ИС, не чувствительные к тепловому воздействию;
- снизить скорость транспортера;
- проектировать коммутационную плату таким образом, чтобы исключить эффект затенения.
Хорошо разнесенные, не загораживающие друг друга компоненты способствуют попаданию припоя на каждый требуемый участок платы, но при этом снижается плотность монтажа. При высокой плотности монтажа, которую позволяет реализовать ТПМК, с помощью данного метода практически невозможно пропаять поверхностно монтируемые компоненты с четырехсторонней разводкой выводов (например, кристаллоносители с выводами). Чтобы уменьшить эффект затенения, прямоугольные чипы следует размещать перпендикулярно направлению движения волны. Трудно паять двойной волной припоя транзистор в корпусе 50Т-89, поскольку он имеет довольно массивный центральный вывод, что затрудняет его равномерное смачивание припоем (и растекание припоя) по всей поверхности.
Пайка расплавлением дозированного припоя с инфракрасным (ИК) нагревом.
Процесс пайки компонентов, собранных на коммутационной плате, с помощью ИК-нагрева аналогичен пайке в ПГФ, за исключением того, что нагрев платы с компонентами производится не парами жидкости, а ИК-излучением.
Основным механизмом передачи тепла, используемым в установках пайки с ИК-нагревом, является излучение. Передача тепла излучением имеет большое преимущество перед теплопередачей за счет теплопроводности и конвекции в описанных ранее методах, так как это единственный из механизмов теплопередачи, обеспечивающий передачу тепловой энергии по всему объему монтируемого устройства. Остальные механизмы теплопередачи обеспечивают передачу тепловой энергии только поверхности монтируемого изделия. В отличие от пайки в ПГФ, в процессе пайки с ИК-излучением скорость нагрева регулируется изменением мощности каждого излучателя и скорости движения транспортера с коммутационными платами. Поэтому термические напряжения в компонентах и платах могут быть снижены посредством постепенного нагрева микросборок.
Основным недостатком пайки с ИК-нагревом является то, что количество энергии излучения, поглощаемой компонентами и платами, зависит от поглощающей способности материалов, из которых они изготовлены. Поэтому нагрев осуществляется неравномерно в пределах монтируемого устройства. Пайка кристаллоносителей без выводов или с J-образными выводами может оказаться невозможной в установках с ИК-нагревом, если компонент непрозрачен для ИК-излучения.
В некоторых установках для пайки с ИК-нагревом вместо ламп ИК-излучения применяются панельные излучающие системы. В этом случае излучение имеет намного большую длину волны, чем излучение традиционных источников. Излучение такой излучающей системы не нагревает непосредственно микросборку, а поглощается технологической средой, которая в свою очередь передает тепло микросборке за счет конвекции. Этот способ пайки устраняет ряд недостатков, присущих традиционной пайке с ИК-нагревом, таких, как неравномерный прогрев отдельных частей микросборки и невозможность пайки компонентов в корпусах, непрозрачных для ИК-излучения.
Панельные излучатели имеют ограниченный срок службы и обеспечивают намного меньшую скорость нагрева, чем традиционные источники ИК-излучения. Однако при их использовании может не потребоваться технологическая среда из инертного газа.
Технологические установки пайки ИК излучением
В зависимости от соотношения температур источника излучения и нагреваемого объекта процессы нагрева можно разделить на термодинамически равновесные и неравновесные. При равновесном нагреве температура нагревателя и объекта близки друг к другу (например, нагрев в парах кипящей жидкости), при неравновесном - значительно отличаются. На практике желательно иметь равновесный режим нагрева, позволяющий устранить неравномерность нагрева и другие отрицательные факторы.
Конструктивно такие излучатели представляют собой керамические панели больщих размеров со значительным количеством воздушных камер, работающих при температуре 280-320° С. В таких устройствах до 60 % тепловой энергии доставляется к объекту за счет естественной конвекции, 40 % - при помощи средневолнового ИК излучения. Такие комбинированные установки производят нагрев объекта в режиме, близком к равновесному, и в настоящее время широко используются при монтаже ТМП ФУ.
Конструкция типичной установки ИК оплавления приведена на рисунке 3.12. Установка состоит из корпуса 1, внутри которого расположено несколько зон нагрева, в каждой из которых поддерживается заданный тепловой режим. В первой и второй зонах производят постепенный предварительный нагрев изделия 2 с помощью плоских нагревателей 3. Пайку производят в третьей зоне быстрым нагревом объекта выше температуры плавления припоя с помощью кварцевых ИК ламп 4, затем объект охлаждают с помощью устройства 5.

Рисунок 3.12 – Схема установки пайки ИК-излучением.
Печатные платы транспортируются через установку на ленточном (обычно сетка из нержавеющей стали) конвейере 6. Режимы работы нагревателя и скорость конвеера регулируются с помощью микропроцессорной системы 7, температурный профиль вдоль установки отображается в графической и цифровой форме на экране дисплея 8.
Характеристики температурного профиля, т. е. значения температур в каждой зоне, возможно изменять в широких пределах, также возможно иметь библиотеку типовых режимов оплавления для печатных плат различных типоразмеров.
Пайка расплавлением дозированного припоя в парогазовой фазе (ПГФ).
Пайка расплавлением дозированного припоя применима только к микросборкам с поверхностным монтажом. Процесс начинается с нанесения способом трафаретной печати припойной пасты на контактные площадки коммутационной платы. Затем на поверхность платы устанавливаются компоненты. В ряде случаев припойную пасту просушивают после нанесения, с целью удаления из ее состава летучих ингредиентов или предотвращения смещения компонентов непосредственно перед пайкой. После этого плата разогревается до температуры расплавления. В результате образуется паяное соединение между контактной площадкой платы и выводом компонента. Такая техника пайки применима к коммутационным платам без монтируемых в отверстия компонентов, т. е. с набором только поверхностно монтируемых компонентов любых типов.
Метод пайки в парогазовой фазе является разновидностью пайки расплавлением дозированного припоя, в ходе которой пары специальной жидкости конденсируются на коммутационной плате, отдавая скрытую теплоту парообразования открытым участкам микросборки. При этом припойная паста расплавляется и образует галтель между выводом компонента и контактной площадкой платы. Когда температура платы достигает температуры жидкости, процесс конденсации прекращается, тем самым заканчивается и нагрев пасты. Повышение температуры платы, от ее начальной температуры (например, окружающей среды перед пайкой) до температуры расплавления припоя, осуществляется очень быстро и не поддается регулированию. Поэтому необходим предварительный подогрев платы с компонентами для уменьшения термических напряжении в компонентах и местах их контактов с платой. Температура расплавления припоя также не регулируется и равна температуре кипения используемой при пайке жидкости. Такой жидкостью является инертный фторуглерод, например РС-70 производства фирмы ЗМ.

Рисунок 3.13 – Схематическое представление пайки ПГФ с двумя технологическими средами.
Существуют два типа установок для пайки в парогазовой фазе: с применением одной либо двух рабочих жидкостей. В первых установках для пайки в ПГФ применялись две рабочих жидкости (рисунок 3.13), при этом использовались обычно несколько установок пайки в составе производственной линии. С целью предотвращения утечки паров дорогого фторуглерода и припоя поверх основной технологической среды из инертного фторуглерода создавалась дополнительная технологическая среда из более дешевого фреона. Основной недостаток этих установок состоял в том, что на границе двух технологических сред происходило образование различных кислот. Поэтому для защиты коммутационных плат (защита коммутационных плат необходима в первую очередь от разрушающего действия кислот на материал коммутации (химическая, а затем электрохимическая коррозия). Кроме того, рабочая часть контейнера установки пайки в ПГФ должна изготовляться из коррозионностойкого материала, что отражается на стоимости такого оборудования) требовались системы нейтрализации кислот.Установки для пайки с двумя рабочими жидкостями оказались непригодны для линий сборки электронной аппаратуры. Поэтому в 1981 г. фирмой НТС стали выпускаться установки для пайки в ПГФ, встраиваемые в технологические сборочно-монтажные линии. Такие установки имеют относительно небольшие входное и выходное отверстия, позволяющие реализовать систему с одной технологической средой (рис. 2). Приведенная на рисунке 3.14 конструкция обеспечивает возможность включения установки в состав технологической линии.

Рисунок 3.14 – Схематическое представление пайки в ПГФ с использованием одной технологической среды.
При использовании установки для пайки в ПГФ таких компонентов, как чип-конденсаторы и чип-резисторы, может возникнуть проблема, известная как "эффект опрокидывания компонента". Причина опрокидывания компонентов до конца не изучена, и универсальных средств, для избежания этого в настоящее время не существует.
Необходимо варьировать параметры процесса пайки до тех пор, пока не прекратится опрокидывание компонентов.
Лазерная пайка.
Лазерная пайка (пайка лучом лазера) не относится к групповым методом пайки, поскольку монтаж ведется по каждому отдельному выводу либо по ряду выводов. Однако бесконтактность приложения тепловой энергии позволяет повысить скорость монтажа до 10 соединений в секунду и приблизиться по производительности к пайке в паровой фазе и ИК излучением
По сравнению с другими методами лазерная пайка обладает рядом следующих преимуществ. Во время пайки печатная плата и корпуса элементов практически не нагреваются, что позволяет монтировать элементы, чувствительные к тепловым воздействиям. В связи с низкой температурой пайки и ограниченной областью приложения тепла резко снижаются температурные механические напряжения между выводом и корпусом. Выбор материала основания не является критическим. Кратковременные действия тепла - 20...30 мс, резко снижаются толщина слоя интерметаллидов, припой имеет мелкозернистую структуру, что положительно сказывается на надежности ПС. Установки лазерной пайки могут быть полностью автоматизированы, при этом возможно использовать данные САПР для печатных плат.
Возможна пайка плат с высокой плотностью компоновки элементов, с размерами контактных площадок до 25 мкм, без образования перемычек на соседние соединения или их повреждения.
При использовании хорошо просушенной паяльной пасты выполненные с помощью лазерной пайки ПС не образуют шариков припоя или перемычек, в результате чего отпадает необходимость применять паяльные маски.
При использовании лазерной пайки нет необходимости в предварительном подогреве многослойной печатной платы, что обычно необходимо делать при пайке в паровой фазе для предотвращения расслоения платы. Не требуется также создавать какую-либо специальную газовую среду. Процесс пайки ведется в нормальной атмосфере без применения инертных газов.
Пайка в глухие отверстия.
Компоненты с планарными выводами являются более компактными по габаритам, чем со штыревыми выводами, расположенными по краям корпуса. Однако компоненты с планарными выводами при типовой формовке выводов и установке на ПП требует значительных площадей для расположения ламелей. Так, микросхема с 14-ю планарными выводами и корпусом шириной 10мм (рис. 3.15), имеет габарит установочного места 18 мм. Это объясняется формовкой выводов, нижняя горизонтальная часть которых имеет длину 2,1 мм. Для рельефных плат можно изменить формовку выводов таких микросхем так, как это показано на рисунке, и проводить их установку в "глухие отверстия". "Глухие отверстия" имеют диаметр на поверхности диэлектрика, равный ширине ламели. Такое конструктивное решение сокращает площадь установочного места на 20-25%. Учитывая высокие трассировочные возможности РМ это повышает степень интеграции компонентов на РП на 18-20%.

Рисунок 3.15 – Пример монтажа МС с планарными выводами.
4 Порядок выполнения работы 4.1 Выбрать метод нанесения припойной пасты на ПП.
4.2 Выбрать метод установки элементов на ПП.
4.3 Выбрать метод пайки элементов. 4.4 Описать технологический маршрут изготовления печатного модуля.
5 Содержание отчета 5.1 Представить краткое описание по выполнению пп.4. 1– 4.4.

6 Контрольные вопросы 6.1 В чем суть процесса пайки ПГФ метода?6.2 В чем суть процесса пайки ИК методом?6.3 Что такое фоторезист?6.4 В чем суть процесса пайки лазером?6.5 Особенности пайки двойной волной?6.6 В чем заключается метод трафаретного нанесения пасты?6.7 Опишите основные этапы технологического маршрута сборки печатных плат.
6.8 Перечислите все варианты размещения компонентов на плате.

Лабораторная работа 13Основные правила ЕСКД выполнения чертежа печатной платы
2 Цель работы: Оформить чертеж печатной платы (ПП) в соответствии с требованиями ЕСКД.
3 Теоретические сведения Оформление чертежа печатной платы (деталь) Чертеж печатной платы является основным конструкторским документом. Он содержит графическую и текстовую части.
Текстовая часть в виде технических требований к чертежу располагается над рамкой (основной надписью).
Графическая часть состоит из двух видов:- главного, на котором изображены контур платы, трасса (рисунок) проводников и отверстия;
- вида сверху или сбоку, на котором указывается толщина материала платы и способ обработки фронтальных поверхностей. Чертеж на печатные платы выполнять в соответствии с требованиями ГОСТ 2.417-78 «ЕСКД. Правила выполнения чертежей, печатных плат» в масштабе 2:1; 4:1. При оформлении главного вида чертежа печатной платы необходимо руководствоваться следующими основными рекомендациями:1. На чертеже печатной платы в соответствии с требованиями ГОСТ 2.307-63 «ЕСКД. Нанесение размеров и предельных отклонений» необходимо указывать размеры одним из следующих способов:– нанесением размерных и выносных линий с указанием размерных чисел;– с помощью координатной сетки в прямоугольной системе координат;– комбинированным способом, используя размерные и выносные линии и координатную сетку в прямоугольной системе координат. При выполнении чертежей печатных плат лучше всего использовать комбинированный способ нанесения размеров.2. Нумеровать линии сетки, нанося шаги координатной сетки. Шаг нумерации определять конструктивно с учетом насыщенности и масштаба изображения платы. Можно шаги нумеровать через два или пять.3. Координатную сетку на главном виде чертежа ПП наносить сплошными тонкими линиями. Допускается выделять на чертеже отдельные линии координатной сетки, чередующиеся через определенные интервалы, либо их не наносить. При этом на чертеже следует применять указания типа «Линии координатной сетки нанесены черезодну».4. Принимать за нуль начало отсчета координатной сетки в прямоугольной системе координат на главном виде печатной платы:– центр крайнего левого нижнего отверстия, находящегося на поле платы;– левый нижний угол печатной платы.
5. Размерные линии на сборочных чертежах располагают на расстоянии не менее 10 мм от линии наружного контура ФУ.6. Выносные линии должны выходить за концы стрелок размерной линии на 1–5 мм.7. Указывать предельные отклонения для всех размеров, нанесенных на чертеже печатной платы.
8. Допуски на линейные размеры установить согласно СТ СЭВ 145-75, СТ СЭВ 144-78 для сопрягаемых размеров по12 квалитету, а для свободных – по 14 квалитету. Для поверхностей типа «вала» квалитет обозначается буквой h, а для поверхностей типа «отверстия» –буквой H. После буквы проставляют номер квалитета. Во всех другихслучаях желательно проставить не квалитет, а отклонение от размера.Для этого нужно воспользоваться приложением 40.9. Печатные проводники на чертеже изображать одной линией, являющейся осью симметрии проводника (в технических требованиях указывать численное значение ширины проводника). Ширина линии должна быть больше в 2–3 раза ширины линии контура платы. Печатные проводники шириной более 2,5 мм изображают двумя линиямисо штриховкой под углом 45°. При этом, если они совпадают с линиями координатной сетки, численные значения ширины на чертеже не указывают.10. Печатные проводники изображать в виде отрезков линий, проведённых параллельно линиям координатной сетки или по ним, при необходимости угол наклона проводника выполнять кратным 15°.11. Те участки на печатной плате, которые нельзя занимать проводниками и контактными площадками, на чертеже выделить штрихпунктирной линией.12. Допускаются элементы печатного рисунка изображать условно, а их размеры и конфигурацию оговаривать в технических требованиях чертежа, например, монтажные отверстия, близкие по диаметру, выполнять в виде окружности одного размера с обязательным показом условного обозначения диаметра отверстия. Пример условного обозначения представлен в лабораторной работе 9 (табл. 3.4).13. Изображать в виде одной окружности круглые отверстия, имеющие зенковку, и круглые контактные площадки с круглыми отверстиями (в том числе и с зенковкой). Их формы и размеры оговаривать на поле чертежа в технических требованиях.
14. Выделять отдельные элементы рисунка печатной платы (проводники, экраны, изоляционные участки и т. п.) на чертеже штриховкой, зачернением, растиранием и т. п.15. На чертеже показывать форму вырезов в широких проводниках и экранах с помощью выносного элемента на поле чертежа. Размеры вырезов и расстояния между ними обязательно указывать.
16. Значение диаметров отверстий, их условные обозначения, значения диаметров зенковки, наличие металлизации и количество отверстий сводить в таблицу. Пример ее заполнения приведен в таблице 3.1. Отдельные графы этой таблицы допускается не заполнять, если отверстия выполняются без зенковки или без металлизации.
Таблица 3.1 – Пример заполнения таблицы

17. Обозначать шероховатость поверхности на чертежах печатных плат в соответствии с ГОСТ 2.309–73 «ЕСКД. Обозначения шероховатости поверхностей» и ГОСТ 2.789–73 «Параметры и характеристики шероховатости». Согласно ГОСТ 2.309–73 для обозначения шероховатости поверхности печатной платы применяют знаки, приведённые на рисунке 3.1. Рисунок 3.1.- Изображение знаков, обозначающих шероховатость поверхностей. Знак используется в тех случаях, когда метод (вид) обработки данной поверхности печатной платы не устанавливают (допустим, печатную плату получают вырубкой на штампе, прессованием и т. д.).
Знак применяется в тех случаях, когда поверхность платы образована удалением слоя материала, например, точением, сверлением, фрезерованием, полированием и т. п.Знак обозначает, что поверхность образована без удаления слоя материала, например, прокатом, волочением, объёмной штамповкой и т.п. Этим же знаком указывают поверхности, не обрабатываемые по данному чертежу печатной платы. Высота h знака должна быть приблизительно равна применяемой на чертеже печатной платы высоте цифр размерных чисел. Высота H знака равна (1,5-3) h. Толщина линий знаков приблизительно равна половине толщины сплошной основной линии, применяемой на чертеже печатной платы.18. Располагать знак шероховатости печатной платы на линии контура платы или выносных линиях (по возможности ближе к размерной линии).19. Для обозначения одинаковой шероховатости всех обрабатываемых поверхностей печатной платы в правом верхнем углу чертежа помещают знак одинаковой шероховатости ( ). Это означает, что все обрабатываемые поверхности печатной платы, на которых нет указания шероховатости или знака , имеют шероховатость, расположенную перед обозначением ( ). Размеры знака , взятого в скобках, изображают одинаковыми с размерами знаков шероховатости, нанесённых на чертеже печатной платы. Размеры и толщина линий знака в обозначении шероховатости, вынесенном в правый верхний угол чертежа, должны быть приблизительно в 1,5 раза больше, чем в обозначениях, нанесённых на изображение печатной платы. Параметры шероховатости (один или несколько) выбираются из приведенной номенклатуры:Ra – среднее арифметическое отклонение профиля, мкм;Rz – высота неровностей профиля по десяти точкам, мкм;Rmax – наибольшая высота профиля;Sm – средний шаг неровностей;
S – средний шаг местных выступов профиля;tp – относительная опорная длина профиля, где р – значения уровня сечения профиля. Параметр Ra является предпочтительным. Числовые значения всех параметров приведены в ГОСТ 2.789–73.20. Шероховатость проставлять для всех поверхностей: торцов, отверстий, самих плат. Состояние поверхности со знаком должно удовлетворять требованиям, установленным соответствующим стандартом, или техническим условиям, причём на этот документ даётся ссылка в виде указания материала печатной платы в графе 3 основной надписи чертежа.21. Требования к маркировке печатных плат следующие:– на свободном месте печатной платы указывают обозначение изделия;– изображают на плате знак, являющийся ключом платы, при этом ключом может быть расположение обозначения платы в определённом месте, срезанный угол и т.п.;– маркируют краской, устойчивой к воздействию спирто-бензиновой смеси или других растворителей (например, краской МКЭ чёрной или МКЭ белой по ОСТ 4.ГО.028.001); маркировку, выполненную краской, можно располагать на печатных проводниках;– при маркировке способом, которым выполняется проводящий рисунок, допускается применять упрощённый шрифт; при этом в технических требованиях чертежа способ маркировки не указывают;– обеспечивают наглядность маркировки в ФУ;– на ДПП наносят знаки, указывающие сторону установки навесных элементов.22. В технических требованиях чертежа печатной платы, помимо особых требований, вносимых разработчиком, необходимо указать следующие пункты.- «Плату изготовить методом ….» (указать метод); это требование ставят первым в технических требованиях к чертежу, остальные группируют и записывают в последовательности, соответствующей указанной в ГОСТ 2.316–68 (например, как приведено ниже) или ОСТ 4.010.022–85. Метод изготовления платы выбрать согласно лабораторной работе 9.
- «Плата должна соответствовать ГОСТ 23752–79 (в этом стандарте устанавливаются общие технические требования, предъявляемые к печатным платам), группа жёсткости…»
Группу жесткости выбрать согласно лабораторной работе 6 (табл. 6.2).- «Шаг координатной сетки …» (указать шаг координатной сетки в мм). Шаг выбрать согласно лабораторной работе 7.- «Конфигурацию проводников выдержать по координатной сетке с отклонением от чертежа ± …» (указать величину отклонения: 1,5; 1,0; 0,5 мм).- «Места, обведённые штрихпунктирной линией, проводниками не занимать» (этот пункт включать, если такие места обозначены на чертеже).- «Параметры проводящего рисунка согласно табл.» В этом пункте записывают требования к параметрам элементов печатной платы в виде таблицы 3.2.
Таблица 3.2 Пример заполнения таблицы

Допускается параметры элементов записывать и без таблицы. Данные по размерам печатного монтажа определить согласно выбранному классу точности ПП в лабораторной работе 8 (табл. 6.1).- «Предельные отклонения расстояний между центрами отверстий, кроме оговоренных особо, в узких местах ± … мм, в свободных местах ± … мм» (указать величину). Предельные отклонения оценить по приложению 40.- «Поверхности печатных проводников, контактных площадок, металлизированных отверстий покрыть сплавом Розе чистым МРТУ6-09-6708-70». В этом пункте перечислить те элементы рисунка печатной платы, которые требуют покрытия.
- «Маркировать краской МКЭ чёрной (МКЭ белой или какой либо другой) по ОСТ 4.ГО.028.001 … Шрифт … по Н0.010.007» (указать размер шрифта, выбранный по указанной нормали, например, 2,5; 3,0; 5,0 и т. п.). Сведения по маркировке приведены в лабораторной работе 7.- «Размеры монтажных отверстий согласно табл.» (см. табл. 3.4 лабораторной работы 8 и табл. 3.1).- «Форма контактных площадок произвольная. Допускается в узких местах занижение контактных площадок до … мм» (указать величину). «Остальные технические требования по ОСТ 4.ГО.070.014».23. Указать единицы измерения для размеров и предельных отклонений, приводимых в технических требованиях и пояснительных надписях на поле чертежа печатной платы (требование ГОСТ 2.307–68).24. Пункты технических требований нумеровать от единицы по мере возрастания (например, 1, 2, 3 и т. д.) и помещать под основной надписью (рамкой) чертежа. Каждый пункт технических требований записывать с новой строки.25. Заголовок «Технические требования» на поле чертежа не приводить.26. Нумеровать таблицы, помещённые на чертеже печатной платы, в пределах чертежа при наличии ссылок на них в технических требованиях. Над таблицей справа ставят слово «Таблица» с порядковым номером (без знака №). Если на чертеже только одна таблица, тоеё не нумеруют и слово «Таблица» не пишут.27. Чертёж детали платы в основной надписи должен иметь на именование «Плата» и обозначение АВСD 75ХХХХХ.XXX (см. лабораторную работу 5). Пример оформления чертежа печатной платы приведен в приложении 41.Если печатный узел рассчитан на автоматическую установку элементов, то к конструкции печатных плат и их чертежам предъявляется ряд дополнительных требований ОСТ 4.070.010, ОСТ 4.091.124.
4 Порядок выполнения работы 4.1 Познакомиться с правилами выполнения чертежа печатной платы. 4.2 Оформить чертеж печатной платы с помощью компьютерной программы.
5 Содержание отчета 5.1 Предоставить чертеж печатной платы, выполненный в соответствии с правилами ЕСКД.
6 Контрольные вопросы и задания6.1 Что такое ЕСКД?6.2 В каком масштабе выполняют чертежи печатных плат?6.3 В каком месте на чертеже печатных плат располагают текстовую часть?6.4 Как наносится и обозначается координатная сетка на чертеже печатной платы?6.5 Как указывают предельные отклонения размеров на чертежах печатных плат?6.6 Как проставляют габаритные и установочные размеры на чертежах печатных плат?6.7 Как изображают печатные проводники на чертеже печатной платы?6.8 Каким образом изобразить отверстия различного диаметра на чертеже печатной платы?6.9 Как проставить значение шероховатости всех поверхностей на чертеже печатной платы?

Лабораторная работа 14Основные правила ЕСКД выполнения сборочного чертежа изделия и спецификации 2 Цель работы: Выполнить по правилам ЕСКД сборочный чертеж изделия и спецификацию.
3 Теоретические сведения Оформление сборочного чертежа функционального узла При выполнении сборочного чертежа изделия руководствуются требованиями ГОСТ 2.109–73 «ЕСКД. Правила выполнения чертежей деталей, сборочных, общихвидов, габаритных и монтажных», 2.413–72 «ЕСКД. Правила выполнения конструкторской документации изделий, изготовленных с применением электрического монтажа». Сборочный чертёж ФУ выполняется в том же масштабе, что и чертёж детали печатной платы. Сборочный чертеж содержит графическую и текстовую части. Текстовая часть в виде технических требований к чертежу располагается над рамкой (штампом).
Графическая часть состоит из двух видов: главного и вида сверху или сбоку.
Пример выполнения сборочного чертежа приведен в приложении 42. Главный вид содержит:– изображение ФУ, дающее полное представление о расположении и креплении навесных элементов, устанавливаемых на печатной плате, и обеспечивающее возможность осуществления сборки и контроля ФУ;– номера позиций составных частей, входящих в ФУ. Составными частями считаются элементы, изображённые на электрической принципиальной схеме ФУ, а также различные элементы конструкции узла (крепёжные детали, перемычки, теплоотводы-радиаторы и т. п.);– габаритные размеры ФУ;- установочные и другие необходимые справочные размеры, т. е. размеры, не подлежащие выполнению (изготовлению и контролю) по данному чертежу и указываемые для удобства пользования чертежами.
Справочные размеры на сборочном чертеже отмечают знаком *, а в технических требованиях записывают: «* Размеры для справок». Если все размеры на чертеже справочные, их знаком не отмечают, а в технических требованиях записывают: «Размеры для справок». Согласно ГОСТ 2.307-68 «ЕСКД. Нанесение размеров и предельных отклонений» к справочным относят следующие размеры:– размеры, перенесённые с чертежей деталей и используемые в качестве установочных и присоединительных;– габаритные размеры, перенесённые с чертежей детали и являющиеся суммой размеров нескольких деталей. Справочные размеры допускается наносить как с предельными отклонениями, так и без них. Размерные линии на сборочных чертежах располагают на расстоянии не менее 10 мм от линии наружного контура ФУ. Выносные линии должны выходить за концы стрелок размернойлинии на 1–5 мм. Если составная часть, устанавливаемая на печатной плате, является элементом электрической принципиальной схемы ФУ, то на её изображение или около него (предпочтительно над ним или справа) наносят позиционное обозначение, присвоенное этому элементу в схеме, т. е. на сборочном чертеже производят маркировку элементов. Маркировка на элементах может быть условной, без нанесения её на детали ФУ, что должно оговариваться в технических требованиях к чертежу. Составные части ФУ, не указанные в электрической принципиальной схеме, но участвующие в электрических соединениях и креплениях элементов ФУ (например, перемычки, переходные стойки, крепёжные детали и скобы, теплоотводы-радиаторы и т. п.), на сборочном чертеже нумеруются в соответствии с номерами позиций согласно спецификации на данный ФУ. Номера позиций наносят на полках линий-выносок, проводимых от изображения составных частей. Номера позиций проставляют на тех изображениях, на которых части ФУ проецируются как видимые (чаще всего на основных видах и заменяющих их разрезах).Номера позиций располагают параллельно основной надписи чертежа вне контура изображения ФУ и группируют в колонки или строчку по возможности на одной линии. Номера позиций проставляют на чертеже, как правило, один раз. Двумя одинаковыми позициями допускается указывать номера только одинаковых составныхчастей. Размер шрифта номеров позиций должен быть на один – два номера больше, чем размер шрифта, принятого для размерных чисел на том же чертеже. Разрешается делать общую линию-выноску с вертикальным расположением номеров позиций для группы крепёжных деталей, относящихся к тому же месту крепления какого-либо элемента, если невозможно подвести линию-выноску к каждой крепёжной детали (ГОСТ 2.109–73 «ЕСКД. Правила выполнения чертежей деталей, сборочных, общих видов, габаритных и монтажных»). В этих случаях линию-выноску отводят от закрепляемого элемента. Допускается смещать изображение составных частей. При этом от смещённого изображения проводят линию-выноску, на поле которой наносят надпись «Смещено», или указывают в технических требованиях чертежа следующее: «Изображения … (приводят наименование или обозначение изделий) смещены». Если составная часть ФУ, являющаяся элементом его электрической принципиальной схемы, подбирается в процессе его регулировки, то на сборочном чертеже позиционные обозначения этого элемента дополняют знаком * (например, R 12*), а в технических требованиях чертежа помещают такое указание: «Подбирают при регулировке». На сборочных чертежах в технических требованиях допускается давать ссылки на государственные, отраслевые, республиканские стандарты и технические условия, если они полностью и однозначно определяют соответствующие требования. В технических требованиях к чертежу необходимо указывать следующее:«Установку элементов производить по ОСТ. 4.ГО.010.030. Шаг координатной сетки …. Вариант установки …». Это для случая установки всех элементов по одному варианту. «Установку элементов производить по ОСТ. 4.ГО.010.030. Шаг координатной сетки …. Элементы (R1, C1 и т.д.) установить по варианту …, элементы (R2, C2 и т.п.) установить по варианту …». Это для случая установки элементов по разным вариантам. «Установку элементов производить по ОСТ. 4.ГО.010.030. Шаг координатной сетки …. Установочные размеры и варианты установки элементов согласно таблице». Это для случая установки элементов, неперечисленных в ОСТ 4.ГО.010.030. Таблицу для сборочного чертежа с установочными размерами ивариантами установки элементов рекомендуется составлять аналогично таблице 3.1. «Плату после сборки покрыть лаком … (указать тип и стандарт). Контактные площадки от покрытия предохранить». «Остальные технические требования по ОСТ 4.ГО.070.015».
Таблица 3.1

Разрешается сборочный чертёж ФУ оформлять со следующими упрощениями:- печатные проводники не указывать;- монтажные отверстия не изображать;- упрощённое изображение элементов типа КД, КМ и др., которые устанавливаются под углом к оси между монтажными отверстиями, вычерчивать параллельно координатной сетке;- устанавливаемые элементы и составные части ФУ вычерчивать условно, в упрощённом виде, с учётом габаритных размеров. Упрощённые изображения навесных элементов см. в ОСТ 4.ГО.010.030. Основные правила выполнения спецификаций Спецификация выполняется на листах формы I и Iа по ГОСТ 2.106–96 «ЕСКД. Текстовые документы». Спецификация состоит из разделов, которые располагают в графе «Наименование» таблицы (см. прил. 43) в следующем порядке:«Документация»,
«Комплексы»,
«Сборочные единицы»,
«Детали»,«Стандартные изделия»,
«Прочие изделия»,
«Материалы»,
«Комплекты».
Наличие тех или иных разделов определяется составом специфицированного изделия. Наименование каждого раздела указывают в виде заголовка в графе «Наименование» и подчёркивают тонкой линией. Ниже каждого заголовка оставляют одну свободную строку, выше – не менее одной свободной строки. Спецификацию выполняют шрифтом высотой не менее 2,5 мм рукописным или машинописнымспособом. Заголовки пишут с заглавной буквы. Графы спецификации заполняются сверху вниз.1. В раздел «Документация» вносят все документы основного комплекта конструкторских документов (КД) специфицируемого изделия, кроме его спецификации. Документы внутри раздела записывают в алфавитном порядке начальных индексов (букв) организации разработчиков и далее в порядке возрастания цифр, входящих в обозначение. Если обозначение сложное, то используют ГОСТ 2.108–68
В пределах одного обозначения документы оформляют в следующем порядке: -
- чертежи, шифры которых СБ, МЭ, ВО, ТЧ, ГЧ, МЧ;
- схемы с шифрами Э1, Э2, Э3;
- пояснительная записка (ПЗ). В графе «Формат» возле каждого обозначения чертежа проставляют формат документа. Если документ выполнен на нескольких листах различных форматов, то в графе ставят звёздочку, а в графе «Примечание» перечисляют все форматы.2. В разделы «Сборочные единицы», «Детали» вносят соответственно сборочные единицы и детали, непосредственно входящие в специфицируемое изделие. Запись каждого раздела указываемых изделий производят аналогично п. 1.
Детали, на которые не выпускаются чертежи, вводят в спецификацию с присвоением им обозначений и наименований. В графе «Формат» записывают «БЧ», что значит без чертежа, в графе «Обозначение» – обозначение, присвоенное этой детали, в графе «Наименование» – наименование детали и обозначение материала по стандарту или ТУ, а также размеры, необходимые для их изготовления с указанием единиц измерения, в графе «Примечание» проставляют массу или объём одной детали. Пример: Угольник. (ОСТ 4.000.030-85)
Уголок Б-20203 ГОСТ 8509-XX Ст 3 сп 3 ГОСТ 535-XX m= (24±0,5) мм
Наименование изделий в указанных разделах записывают в соответствии с основной надписью на основные КД этих изделий. В наименовании, состоящем из нескольких слов, на первом месте ставят имя существительное. Например: «Корпус экрана». Графу «Формат» заполняют аналогично п. 1.
В графе «Поз.» (позиция) указывают порядковые номера составных частей в последовательности записи их в спецификации. Порядковые номера можно резервировать. Например:8 ….. Втулка9 ….. Корпус12 ….. Кожух14 ….. Кольцо24 ….. Крышка3. В разделе «Стандартные изделия» в графе «Наименование» приводят все изделия, изготовляемые по ГОСТ, республиканским стандартом, ОСТ, группами в следующем порядке:- электрорадиоизделия (ЭРЭ);- подшипники;- крепёжные изделия;- прочие изделия. В каждой группе располагают составные части по стандартам:ГОСТ, РСТ, ОСТ, СПП.
ЭРЭ записывают в алфавитном порядке наименований изделий (по русскому алфавиту), а в пределах каждого наименования – в порядке возрастания основных параметров или размеров изделия. Например, резисторы записывают по возрастанию рассеиваемой мощности, а внутри одинаковой мощности – по увеличению номинальныхзначений сопротивлений. Крепёжные изделия записывают по русскому алфавиту наименований: болты, винты, гайки, шайбы, шпильки и т.д. Внутри каждой группы наименований изделия располагают по возрастанию номера стандарта, а внутри одного стандарта – по увеличению значений основных параметров. Прочие стандартные изделия записывают группами аналогично крепёжным изделиям. В графу «Поз.» заносятся номера позиций. В графе «Примечание» проставляют буквенно-цифровые позиционные обозначения стандартных изделий.
Все остальные графы не заполняются.4. В разделе «Прочие изделия» указывают изделия, выпускаемые по техническим условиям в последовательности, аналогичной последовательности записи раздела «Стандартные изделия».
5. Раздел «Материалы» оформляют в графе «Наименование» в следующем порядке:- чёрные металлы;- магнитоэлектрические и ферромагнитные материалы;- металлы цветные, благородные, редкие;- кабели, провода, шнуры;- пластмассы и пресс-материалы;- бумажные и текстильные материалы;- лесоматериалы;- резиновые и кожевенные материалы;- минеральные, керамические и стеклянные;- лаки, краски, нефтепродукты, химикаты. Виды материалов записывают в графе «Наименование» в алфавитном порядке их названий (по русскому алфавиту), а в пределах одного названия – по возрастанию размеров или других технических параметров. В раздел «Материалы» не заносят такие материалы, количество которых не может определить конструктор.
Например, смазка, лаки, припои и т. д. (такие материалы указывают в технических требованиях на поле чертежа). После каждого раздела спецификации необходимо оставлять несколько свободных строк для записи дополнительных сведений.
4 Порядок выполнения работы4.1 Познакомиться с правилами выполнения сборочного чертежа печатного модуля и спецификации.4.2 Оформить сборочный чертеж печатного модуля.
4.3 Оформить спецификацию.
5 Содержание отчета 5.1 Представить отчет по пп. 2-3 порядка выполнения работы.
6 Контрольные вопросы и задания 6.1 Какие составные части содержит сборочный чертеж печатной платы? 6.2 Где располагается текстовая часть сборочного чертежа печатной платы? 6.3 Какую информацию содержит главный вид печатного узла на сборочном чертеже? 6.4 Как проставить габаритные и установочные размеры печатной платы на сборочном чертеже? 6.5 Из каких соображений проставляются позиционные обозначения составных частей ФУ на печатной плате? 6.6 Перечислите основные правила заполнения графы «Наименование» спецификации к сборочному чертежу печатной платы. 6.7 Для чего составляется спецификация к сборочному чертежу печатной платы?

Лабораторная работа 15Расчет собственной частоты колебаний печатного модуля 2 Цель работы: Рассчитать собственную частоту механических колебаний печатного модуля и определить способ крепления модуля в блоке. 3 Теоретические сведения В процессе эксплуатации и транспортировки электронное средство (ЭС или ЭВМ) может подвергаться воздействию внешних механических сил: вибраций – периодических колебаний или ударов –кратковременно действующих сил линейных ускорений. Как показывает опыт эксплуатации электронных средств (ЭС),наибольшее разрушающее воздействие на конструкцию оказывают вибрации. Как правило, конструкция, выдержавшая воздействие вибрационных нагрузок в определенном частотном диапазоне, выдерживает ударные нагрузки и линейные ускорения со значительно большими величинами соответствующих параметров. Поэтому рассмотрим лишь анализ устойчивости конструкции ЭС (ЭВМ) к действию вибрационных нагрузок. Под прочностью конструкции понимают величину нагрузки, которую конструкция может выдержать без остаточной деформации или разрушения. Жесткость конструкции есть отношение действующей силы к величине деформации, вызванной этой силой. Вибропрочность – способность ЭС работать в условиях воздействия вибрационных нагрузок. Виброустойчивость – способность конструкции противостоять разрушающему действию вибрации и продолжать нормально работать после устранения вибрационных нагрузок. Особую опасность представляют вибрации, частота которых совпадает с собственными частотами элементов конструкций. Поэтому при конструировании стараются сделать конструкцию составных частей и ЭС в целом таковой, чтобы ее собственная частота не совпадала с частотами из диапазона нагрузок. Поэтому расчет собственной частоты конструкции является одним из основных при определенииеё вибропрочности.
Элементы конструкции имеют самую различную конфигурацию и расчет их вибропрочности очень сложен. Поэтому элементы конструкции представляют в виде упрощенной модели, для которой определяют собственную частоту f0. Различают пластинчатые элементы (монтажные платы, днища, основания, боковые, нижние и верхние стенки и т.д.) и балочные элементы (кронштейны, детали крепления, большинство ЭРЭ и т. д.). Печатные платы относятся к пластинчатой конструкции. То есть расчетная модель представляет собой тонкую пластину, у которой размеры длины и ширины много больше размера толщины. Расчет собственной частоты таких пластин может осуществляться двумя способами:1. Первый способ для точечного крепления платы на шасси (рис. 3.1).Собственная частота f0 пластин с n=4, 5, 6 точками крепления выражается формулой: f0 = 1,57×(А+1/б2)×(Д/m0)1/2, (3.1)где: А = 1/а2, при n=4; А = 4(а2 + б2), при n = 5; А = 0,25/а2 , при n = 6; Д = 0,09Е×h3 – жесткость платы;
h – толщина пластины (платы); m0 = Р/а×б×g – распределенная по площади масса;
Р – вес платы с электрорадиоэлементами;
g = 9,8 м/с2 – ускорение свободного падения; Е – модуль упругости (для материалов платы на основе бумаги Е=10 ГПа, на основе ткани Е=20 ГПа, на основе стеклоткани Е=30ГПа). Паскаль – это давление, измеряемое в Н/м2. Приставка «гиго» имеет размерность, равную 109.

Рисунок 3.1 – Точечное крепление платы: а – в четырех точках; б – в пяти точках; в – в шести точках.
Второй способ для неточечного крепления в блоке (рис. 3.2) и их различных сочетаний.

Рисунок 3.2 – Варианты креплений сторон платы: а – жесткое крепление стороны платы; б – сторна жестко не закреплена, а лишь опирается на элемент конструкции; в – свободные стороны. Собственная частота с неточечным закреплением платы выражается формулой: f0= 0,159 Кα×(Д/m0)1/2/а2, (3.2)где: Кα вычисляется по формулам приложения 44.При выборе закреплений сторон платы следует руководствоваться следующими правилами:
Сторона считается свободной, если к ней не прикасается никакой элемент конструкции блока или стойки.
Сторона считается опертой, если плата вдвигается по направляющей. 3. Сторона считается жестко закрепленной, если плата сочленяется с элементом конструкции с помощью врубного разъема или прижата с усилием к элементу конструкции, например с помощью резиновых прокладок, приклеенных к крышке блока, и т.д.
4 Порядок выполнения работы 4.1 Выбрать способ крепления печатного узла в блоке или стойке. 4.2 Определить материал печатной платы. 4.3 Рассчитать вес платы, учитывая плотности материалов: для гетинаксов ρ ≈ 1,7–1,8 г/см3, для стеклотекстолитов ρ ≈ 2,0–2,05 г/см3. 4.4 Просуммировать массу всех электрорадиоэлементов, устанавливаемых на печатной плате и прибавить к массе платы. 4.5 Определить габаритные размеры печатной платы. 4.6 Рассчитать по формуле (10.1) или (10.2) собственную частоту печатного узла с распределенной нагрузкой. 4.7 Сравнить собственную частоту платы с допустимым диапазоном вибраций, заданным условиями эксплуатации. 4.8 Сделать выводы о пригодности выбранного способа крепления печатного узла в блоке или стойке или мерах по защите узла от вибраций.
Содержание отчета
Представить отчет в виде раздела пояснительной записки контрольной работы согласно пп. 1-8. Отчет выполнить на компьютере.
6 Контрольные вопросы и задания6.1 Что понимается под жесткостью конструкции?6.2 Дайте определения вибропрочности и виброустойчивости конструкции.
6.3 Какие модели лежат в основе расчета вибропрочности и виброустойчивости конструкций?6.4 По какой модели рассчитывается собственная частота колебаний печатного узла?6.5 Какие способы крепления печатных узлов лежат в основе расчета собственной частоты колебаний печатного узла?6.6 В каких единицах измеряется модуль упругости материала печатной платы?6.7 Переведите ГПа в Н/м2.6.8 В скольких точках может крепиться печатный узел в блоке?

Практическая работа 16
Оценка технологичности конструкции по комплексному показателю технологичности
2 Цель работы: приобрести навыки в расчете комплексного показателя технологичности конструкции, оценки изделия на технологичность.
3 Краткие теоретические сведения
Количественная оценка технологичности конструкции изделия выражается показателем, численное значение которого характеризует степень удовлетворения требований к технологичности конструкции.
Количественная оценка технологичности конструкции изделия должны проводиться на стадиях разработки технической документации применительно к изготовлению опытной партии, установочной серии и серийного (массового) производства.
Изделия, изготавливаемые в единичном экземпляре или ограниченном количестве количественной оценке на технологичность конструкции, как правило, не подлежат.
Методика количественной оценки технологичности конструкции.
Суть количественной оценки технологичности конструкции согласно ГОСТа 14204 – 73 и ОСТ 4.ГО.091.219 заключается в определении комплексного показателя технологичности и сравнения его величины с величиной нормативного показателя технологичности Кн.
Это отношение должно удовлетворять условию:
ККн>1.Значения нормативных показателей технологичности конструкции (Кн) приведены в таблице 3.1 при этом изделие РЭА условно разбиваются по конструктивно-технологическим особенностям на 4 класса:
- радиотехнические (вторичные источники питания, передатчики и т.п.);
- электронные изделия (логические аналоговые блоки, блоки оперативной памяти, индикаторные, генераторы сигналов, приемо-усилительные блоки и пр.);
- электромеханические изделия (механизмы, приводы, отсчетные устройства, кодовые преобразователи);
- коммутационно-распределительные изделия (коммутаторы, распределительные коробки и пр.).
Приложение Г

Приложенные файлы

  • docx 15698449
    Размер файла: 3 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий