Модуль 2

КР155

Р - особенности конструктивного исполнения

Р - пластмассовый корпус 2 типа

М - керамика 2 типа

Л - керамика 4 типа

Н - металлостеклянный или металлополимерный корпус 4 типа

У - металлостеклянный корпус 3 типа

1,5,7 - полупроводниковые МС

2,4,8 - гибридные МС

3 - пленочные МС

4. КОНСТРУКТИВНЫЕ МОДУЛИ ПЕРВОГО УРОВНЯ

Типовая конструкция первого уровня предназначена для механического крепления и электрической коммутации входящих в нее элементов нулевого уровня. В типовых конструкциях можно выделить следующие составные части: несущие детали (служат для размещения и защиты от внешних воздействий деталей, входящих в сборочную единицу), элементы крепления и стыковки типовой конструкции с модулем высшего уровня, детали крепления и фиксации конструктивных элементов, входящих в данную типовую конструкцию, элементы электрической коммутации, лицевая панель, элементы индикации и контроля.

В зависимости от назначения типовой конструкции, некоторые из составных частей могут отсутствовать.

4.1. КОНСТРУИРОВАНИЕ МОДУЛЕЙ 1 УРОВНЯ

Модуль 1-ого уровня иерархии - ячейка, основой которой является печатная плата ПП. Рассмотрим общие правила конструирования.

Печатная плата имеет размеры B-ширина, H-высота.

До 100 мм размеры В и Н различны, но кратны 2,5 мм: до 350 мм - кратны 5,0 мм: свыше 350 мм - кратны 10 мм. Максимальный размер должен быть не более 470 мм в любом направлении для плат 1 класса. Соотношение сторон должно быть не более 1:3.

Стандарт МЭК устанавливает международный стандарт DIN 41494 - Европлата, в котором размеры

В, мм 100 160 220

Н, мм 100; 144,5 100; 144,5 100; 144,5

188,9; 233,4 188,9; 233,4 188,9

Исходный размер 100x100 мм. Высота 100 мм соответствует высоте передней панели блока 132,55 мм, при этом 132,55 - 100 = 32,55 мм предназначено для размещения направляющих и средств крепления ПП в корпусе. Шаг наращивания Н ограничивается шагом по МЭК 44,45 мм. Ширина В имеет шаг наращивания 60 мм. Предпочтительны размеры 100х160 мм (тип С) и 233,4х160 мм (типF). Они получили наибольшее распространение.

Типоразмеры фирмы "DEC" разделены на 3 группы: в первых двух постоянна высота 127 и 254 мм, в третьей группе постоянна ширина 215 мм. Соответственно в группе меняется В или Н.

Размеры ПП выбирают, исходя из плотности компоновки, которая зависит от размеров и количества микросхем и вида связей. ПП имеет односторонний или двусторонний печатный монтаж, на поле крепят все детали - микросхемы, разъёмы, ручки, ключ, контрольные гнёзда и т.д.

Всё поле ПП делится на два - основное и дополнительное. Основное поле служит для монтажа микросхем; дополнительное поле предназначено для установки остальных конструктивных элементов (рис. 4.1).

Основной метод геометрической компоновки - плоскостной многорядный.

Элементы устанавливаются с одной или двух сторон ПП. Внутренние связи выполняются печатным монтажом, но допускается и навесной монтаж.

Дополнительное поле делят условно на подучастки А,Б,В₁,В₂,где поле А предназначено для размещения разъёма; la определяется посадочным местом разъёма.Если разъём ГРПМ3, la=15мм; ГРПМ1=20мм (61 контакт).

Б l_Б

В₂ В₁

l_В t_y l_В

t_x

L_Y

А l_A

L_X

Рис. 4.1. Печатная плата

Поле Б предназначено для размещения контрольных гнёзд, ручек, съёмников и т.д. Размер lб определяется типом и числом размещаемых элементов, но не должен превышать 10 мм.

Поля В₁, В₂ используются для размещения маркировки ячейки, штампов ОТК и заказчика, вспомогательных надписей. Размер не менее 2,5 мм, но не более 10мм.

Основной участок делят на зоны, координаты задают числами и буквами алфавита, т. е. положение элемента строго координировано.

Размеры определяются шагом расположения микросхем по обеим координатам (tx и ty).Шаг переменный, но кратен 2,5 мм.

Максимальное число микросхем, которое можно установить на ПП размерами Lx, Ly, определяется как

Шаг установки микросхем зависит от размеров корпусов, температурного режима, топологии ПП. В справочной литературе приведены габаритные и присоединительные размеры микросхем, ЭРЭ.

Контрольные гнезда необходимы для контроля работоспособности ячейки во включенном состоянии. Различают печатные, гнездовые, штыревые гнезда. Наиболее простые - печатные, представляющие собой металлизированные отверстия.

Ручки нужны для извлечения ячеек из панели, блока. Применяются при небольшом числе контактных пар, где усилие невелико.

Часто используются рычажные съёмники.

В конструкции ячейки обязательно предусмотрен ключ для предохранения от неправильной ориентации в рабочем гнезде типовой конструкции следующего уровня.

В качестве ключа используется несимметричность разъёма; штыри-ловители, установленные на плате, несимметричность установки разъёма на плате.

Разъём необходим для осуществления разъёмных соединений. Выполняется в виде вилки или розетки контактного усилителя. Для установки используется поле ПП с печатными ламелями. Количество печатных ламелей определяется числом контактов розетки.

4.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

В настоящее время разработано большое число конструктивно-технологических разновидностей печатных плат (ПП).

Классификация ПП приведена на рис 4.2.

Односторонние ПП представляют собой диэлектрическое основание с отверстиями, пазами и т.д., на одной стороне которого выполнен проводящий рисунок, а на другой - размещают при сборке интегральные микросхемы и электрорадиоэлементы.

Наиболее просты по конструкции и дешевы при изготовлении ОПП без металлизированных отверстий. Более сложны в изготовлении и более надежны в эксплуатации ОПП с металлизированными отверстиями.

Двухсторонние печатные платы (ДПП) имеют проводящий рисунок на обеих сторонах основания. Необходимые соединения выполняют с помощью металлизированных отверстий и контактных площадок. ДПП позволяет реализовать сложные схемы. Наиболее распространены ДПП на диэлектрическом основании.

Металлические ДПП с изоляционным покрытием имеют лучший теплоотвод.

Многослойные ПП (МПП) состоят из слоев изоляционного материала и проводящего рисунка. Между проводящими слоями могут быть или отсутствовать межслойные соединения. Существует много разновидностей МПП: МПП с выступающими выводами, с открытыми контактными площадками, с послойным наращиванием рисунка, МПП со сквозными металлизированными отверстиями и т.д.

Гибкие ПП (ГПП) имеют эластичное основание, выполняются двусторонними с металлизированными отверстиями, контактными площадками.

ГПП (шлейфы) состоят из одного или нескольких проводящих слоев, на которых размещены печатные проводники. Гибкие кабели хорошо выдерживают перегибы, вибрации, применяются для соединения узлов и блоков ЭВА.

4.3. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

Методы изготовления печатных плат подразделяются на:

1. Субтрактивные - проводящий рисунок образуется за счет удаления проводящего слоя с участков поверхности, образующих непроводящий рисунок (пробельные места);

2. Аддитивные - проводящий рисунок образуется нанесением проводящего слоя заданной конфигурации на непроводящее основание плат;

3. Полуаддитивные - проводящий рисунок получают нанесением проводящего слоя на основание с предварительно нанесенным тонким проводящим покрытием, впоследствии удаляемого с пробельных мест

Выбор метода зависит от конструктивного исполнения, необходимых конструктивных и эксплуатационных характеристик, технико-экономического анализа.

ОПП и ГПП изготавливаются на одностороннем фольгированном диэлектрике субтрактивным позитивным методом: на медную фольгу диэлектрика защитным слоем, стойким к травлению, наносится позитивный рисунок схемы. Незащищенные участки фольги стравливаются. После удаления маски сверлятся отверстия, плата обрабатывается по контуру, на нее наносится защитное покрытие.

Процесс несложен, имеет короткий технологический цикл, легко механизируется и автоматизируется, обеспечивает высокую разрешающую способность.

Недостаток - эффект бокового подтравливания элементов рисунка схемы.

Аддитивный метод изготовления ОПП основан на избирательном осаждении химической меди на нефольгированный диэлектрик.

ДПП и ГПП изготавливаются позитивным комбинированным методом, основанным на применении двухстороннего фольгированного диэлектрика. Металлизация отверстий выполняется электрическим способом; рисунок - травлением меди с пробельных мест.

После химикогальванической металлизации поверхности фольги и монтажных отверстий с помощью позитивного фотошаблона, сеткографической краски или фоторезиста наносится негативный рисунок схемы. На проводящий рисунок и отверстия, незащищенные маской, осаждают медь, металлорезист. Защитный слой снимается, проводится травление с пробельных мест слоя предварительной металлизации и фольги. Защищенный металлорезистом проводящий рисунок остается невытравленным.

ДПП, выполненные аддитивным методом, имеют высокую разрешающую способность, соответствующую разрешающей способности нанесенного рисунка. Толщина меди получается одинаковой на всех участках ПП и в отверстиях.

МПП изготавливаются методами, основанными на типовых операциях, применяемых в ОПП и ДПП. Специфические операции - прессование слоев, создание межслойных соединений и т.д.

Наиболее распространены МПП с металлизацией сквозных отверстий. Основные этапы: изготовление внутренних слоев химическим методом, прессование слоев в монолитную структуру, сверление сквозных отверстий с их последующей металлизацией и образованием рисунка наружных слоев комбинированным позитивным методом.

4.4. ТИПОВЫЕ ОПЕРАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

Производство ПП характеризуется большим числом механических, фотохимических и химических операций. Так технологический процесс МПП включает более 100 операций, используется более 40 типов специального оборудования. При производстве ПП можно выделить типовые операции:

1. Заготовительные операции: раскрой заготовок, резка материалов, выполнение базовых отверстий, заготовка слоев МПП.

Размеры слоев и заготовок определяются их габаритами и припусками. Для ОПП и ГПП припуск 3-5 мм; для МПП и ДПП припуск до 20 мм. Малогабаритные ПП до 100 мм располагают на групповой заготовке на расстоянии 5-10 мм. Резка выполняется методом штамповки или гильотинными ножами. Базовые отверстия необходимы для совмещения слоев при образовании рисунка схемы.

2. Образование монтажных и переходных отверстий. Используется два метода выполнения отверстий: пробивка на специальных штампах и сверление.

Пробивка используется тогда, когда отверстия не металлизируются.

Сверление обеспечивает качество отверстий (ровные стенки, без трещин, отслаиваний фольги от диэлектрика) и точность.

Выполняется на автоматизированных специальных станках, контроль качества выполняется визуально с помощью микроскопов. Наличие отверстий проверяется сканированием эталонной и проверяемой плат.

3. Подготовка поверхности заготовок выполняется несколько раз на всех этапах процесса производства ПП. Различают механическую, химическую, комбинированную очистку поверхности, которая включает:

а) очистку поверхности от оксидов, пленки и др. вида загрязнений;

б) щелочное обезжиривание моющими средствами;

в) водную промывку;

г) декапирование в растворе кислоты;

д) промывку в холодной и горячей воде;

е) сушку;

з) контроль качества поверхности.

4. Химическая металлизация заключается в химической реакции осаждения меди, используемой в качестве основного слоя при нанесении токопроводящего рисунка. Толщина слоя должна быть 0.25-1.0 мкм для полного покрытия поверхности диэлектрика и стенок отверстий однородным, сплошным, хорошо сцепляемым слоем с диэлектрическим слоем.

5. Гальваническая металлизация для предварительного увеличения тонкого слоя меди до толщины 5-8 мкм с целью нанесения рисунка схемы, образования рисунка схемы с толщиной меди в отверстиях не менее 25 мкм, нанесения металлического резиста для предохранения проводящего слоя от коррозии.

6. Нанесение рисунка схемы для получения защитной маски при травлении проводящего рисунка.

Рисунок должен иметь четкие границы между областями защищенных и незащищенных участков схемы с точным воспроизведением тонких линий, быть стойким в процессе травления, не загрязнять платы какими-либо примесями, хорошо сниматься и иметь окраску для контроля нанесения.

Способы нанесения: сеткографический и фотохимический. Инструменты нанесения: фотошаблоны на стекле и пленке.

7. Травление меди с пробельных мест это один из важнейших этапов нанесения рисунка. В результате образуется проводящий рисунок, качество которого зависит от резиста. Рисунок должен быть четким, сплошным и иметь необходимую толщину.

8. Оплавление металлорезиста.

После травления резист окисляется, теряет способность к пайке. Для устранения этих недостатков производят оплавление с помощью инфракрасного излучения в жидкости или газе. Происходит изменение физического состояния и кристаллической структуры. Образуется кристаллическая поверхность резиста c хорошей паяемостью.

9. Обработка по контуру, маркировка, хранение ПП.

Обработка по контуру выполняется вырубкой штампами или фрезерованием.

Маркировка осуществляется с помощью сеткографии, нанесением символов специальными штемпелями. Маркировка состоит из товарного знака завода изготовителя, обозначения платы, заводского номера, года и месяца выпуска, монтажных сигналов и символов, облегчающих сборку.

Затем выполняется контроль качества поверхности. Для хранения необходима консервация ПП с помощью ацетоноканифольного или спиртоканифольного флюса, распыляемого по поверхности. Хранение в складских помещениях, где отсутствуют пары кислот, щелочей и других химикатов; температура от 5 градусов до 40 градусов, относительная влажность до 70 %. Срок хранения 6 месяцев, затем повторный контроль печатных плат.

4. 5. КОНСТРУКТИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

Конструкция ПП характеризуется рядом электрических, конструктивных, технологических и других параметров. Все эти параметры взаимосвязаны. К электрическим параметрам относят сопротивление печатных проводников (активное, волновое); допустимую токовую нагрузку проводников, допустимые рабочие напряжения между элементами проводящего рисунка; емкость и индуктивность проводников.

Сопротивление печатных проводников определяет падение напряжения на проводниках, что необходимо учитывать при разработке электронных схем. Чтобы сопротивление не ограничивало ток в цепи, его максимальное значение должно быть рассчитано с учетом допустимой токовой нагрузки.

Значения допустимых напряжений между проводниками зависит от расстояния между проводниками, от внешних воздействий, применяемых материалов.

В зависимости от сложности реализуемой электрической схемы и применяемой элементной базы выбирают конструктивное исполнение платы, число слоев, плотность проводящего рисунка схемы.

Число слоев. Наименее трудоемки и просты в изготовлении ОПП без металлизированных отверстий. Равны по затратам ОПП и ДПП с металлизированными отверстиями. Наиболее трудоемки МПП, число слоев которых ограничено предельно допустимым соотношением между диаметром металлизированных отверстий и толщиной платы (не менее 1/3).

Толщина выбирается в зависимости от механических факторов и обычно выбирается из ряда 0,8; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 мм.

Параметры элементов (ширина проводников, зазоры между ними и т.д.) зависят от требований к электрическим параметрам, надежности ПП. Установлено 5 классов точности для размеров элементов ПП. Класс точности определяет ширину проводников и расстояние между ними.

- 1 класс допускает минимальную ширину проводников и расстояний между ними 0,75мм; ширина пояска контактной площадки 0,3 мм, отношение диаметра отверстия к толщине ПП 0,4.

- 2 класс имеет минимальную ширину проводников и расстояние между ними на наружных слоях платы 0,45мм, ширина пояска контактной площадки 0,2 мм, отношение диаметра отверстия к толщине ПП 0,4.

- 3 класс допускает минимальную ширину проводников и расстояние между ними

0,25мм, ширина пояска контактной площадки 0,1 мм, отношение диаметра отверстия к толщине ПП 0,33.

- 4 класс допускает минимальную ширину проводников и расстояние между ними

0,15мм, ширина пояска контактной площадки 0,05 мм, отношение диаметра отверстия к толщине ПП 0,25

- 5 класс допускает минимальную ширину проводников и расстояние между ними

0,1 мм, ширина пояска контактной площадки 0,025 мм, отношение диаметра отверстия к толщине ПП 0,2.

Трассировку рисунка схемы производят по координатной сетке с шагом 2,5; 1,25; 0,625мм. Для унификации используют стандартные формы и размеры контактных площадок, проводников, экранов и т.д.

Допустимые рабочие напряжения для проводников плат зависят от минимальных расстояний между ними, материала диэлектрического основания.

Плотность тока в печатных проводниках должна быть 20А/мм 52 в наружных слоях, во внутренних 15А/мм 52.

Ремонтопригодность возможность восстановления электрических связей, внесения схемных изменений, замены навесных элементов, установки дополнительных элементов.

Конструктивное исполнение платы, плотность рисунка схемы, возможности производства определяют габариты ПП. Стандартные габариты рассматривали ранее (размеры сторон, соотношение). При выборе

габаритов ориентируются на уменьшение типоразмеров для упрощения технологии производства.

Многообразие требований, предъявляемых к ПП, приводит к тому, что при разработке конструкции ПП необходимо решать ряд взаимосвязанных задач: конструктивных (размещение ИМС на плате, разработка посадочных мест с учетом размеров, допусков, трассировка проводников), схемотехнических (расчет параметров линий связи, оценка паразитных связей и т.д.), технологических (выбор материалов, и метода изготовления, метода защиты и т.д.). Поэтому так важна разработка оптимальной конструкции ПП.

4. 6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ

КОНСТРУИРОВАНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

Прежде всего необходим анализ электрической схемы, выбирается принцип конструирования, который должен обеспечить рациональное размещение навесных элементов с минимальным переходом печатных проводников со слоя на слой, их размещение.

Выполним расчет конструктивно-технологических параметров плат.

Металлизированные отверстия (монтажные и переходные для создания связей между слоями). Если металлизированное отверстие используется для монтажа навесных элементов, то диаметр определяется как:

где dв - диаметр вывода навесного элемента.

Контактные площадки - часть проводящего рисунка, расположены на поверхности слоев ПП, соединены с металлизированными отверстиями, используются для монтажа навесных элементов.

Сечение контактной площадки отличается от прямоугольного и отличается размерами из-за особенностей технологического процесса изготовления ПП (например, подтравливание боковой фольги, меди и т.д.), то есть необходим расчет с учетом технологических факторов.

Для аддитивного способа изготовления ПП минимально необходимый диаметр контактной площадки равен:

,

где bmin - минимально допустимая ширина поля контактной площадки, зависящая от класса плотности рисунка схемы (для 1-ого bmin =0,05мм, для 2-ого 0,035мм, для 3-его 0,025мм); dmax - максимальный размер отверстия; dотв - погрешность расположения отверстия на плате (смещение оси отверстия относительно оси координатной сетки); dкп - погрешность расположения контактной площадки на плате (смешение оси контактной площадки от оси координатной сетки).

Для субтрактивного метода изготовления ПП диаметр контактной площадки определяется как:

,

где hф - толщина фольги.

Диаметр окна фотошаблона, гарантирующий получение диаметра контактной площадки не менее заданного, равен:

,

где Dэ =0,01-0,03мм - погрешность диаметра контактной площадки на плате при экспонировании рисунка.

Проводники должны иметь допустимую ширину. Браком считается частичное отслаивание проводника от основания диэлектрика, поэтому минимальная эффективная ширина проводника t1min задается в зависимости от указанных свойств применяемого материала.

Минимальная ширина проводника, изготовленного субтрактивным методом:

,

аддитивным методом:

.

Максимальная ширина линии на фотошаблоне определяется:

где Dtш =0,03-0,06мм, допуск на ширину линий при изготовлении фотошаблона.

Максимальная ширина проводников на ОПП и внутренних слоях МПП равна:

.

Расстояние между печатными элементами зависит от заданного сопротивления изоляции при рабочем напряжении или требований технических условий на ПП.

В принципе расстояние зависит от шага элементов, их максимальных размеров, точности расположения.

Минимальное расстояние между контактной площадкой и проводником равно:

Smin =l-[(0,5Dmax +d_ш)+(0,5t_max + d_t)],

где l - расстояние между элементами, d_t =0,03-0,06мм - погрешность расположения проводников на фотошаблоне относительно заданных координат; d_ш - погрешность расположения контактных площадок.

Минимальное расстояние между контактной площадкой и проводником на фотошаблоне:

Sшmin =l-[(0,5Dшmax + d_ш)+(0,5t_шmax + d_t)].

Как правило, результаты расчетов сводят в таблицы, на основании которых наносятся на чертеж.

4. 7. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

Для изготовления печатных плат используются различные материалы, в основном это фольгированные и нефольгированные медью пластики различной толщины и типа.

Фольгированный диэлектрик это электроизоляционное основание, покрытое фольгой меди с гальваностойким слоем. Стандартная толщина фольги 5, 20, 35 и 50мкм; зарубежные материалы имеют толщину фольги 5; 17,5; 35; 50; 70 и 105мкм. Чистота меди не менее 99,5%.

Диэлектрики могут быть фольгированы с одной стороны или с двух сторон и имеют толщину от 0,06 до 3,0мм. Поставляются листами с размерами 500х700мм.

Электроизоляционное основание - гетинакс (спрессованные слои электроизоляционной бумаги, пропитанные фенольной смолой); стеклотекстолит (спрессованные слои стеклоткани, пропитанные смолой).

Пример.

Для ОПП, ДПП используется фольгированный гетинакс

ГФ-1-35

ГФ-2-35

толщиной 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0мм

или стеклотекстолит

CФ-1(2)-35

СФ-1(2)-50

толщиной 0,8; 1,0; 2,0; 3,0мм.

Нефольгированные диэлектрики предназначены для ПП, изготавливаемых аддитивным и полуаддитивным способом.

Пример.

Нефольгированный стеклотекстолит СТЭК толщиной 1,0; 1,5 с двусторонним адгезивным слоем для ДПП по аддитивному способу; Стеклотекстолит теплостойкий СТПА-5-1 для ПП по полуаддитивному способу с высокой плотностью проводящего слоя.

У нефольгированного диэлектрика на поверхности специально создается адгезивный слой толщиной 50-100мкм для улучшения сцепления наносимой меди с диэлектриком, способствует формированию рисунка.

Выбор материала определяется требованиями к платам: конструктивными, технологическими, эксплуатационными. Сначала выбирают конструктивные размеры ПП, затем ее толщину.

Затем толщину материала с учетом обеспечения возможности металлизации отверстий заданного размера. Далее подбирают марку материала, отвечающую электрическим и физико-механическим свойствам.

Современные схемы требуют улучшения теплоотвода от БИС, важно согласовать коэффициенты теплового расширения платы, корпусов микросхем. Современные методы монтажа привели к необходимости разработки новых материалов. В современных средствах ВТ используются керамические подложки, МПП на основе керамики. Проводящий рисунок формируют по толстопленочной технологии. Для таких плат используют оксиды алюминия и берилия, карбид кремния. Недостаток –ограничение размеров из-за хрупкости.

Металлические жесткие основания, покрытые диэлектриком – ПП обладают повышенной теплопроводностью, прочностью. Это пластины из стали, меди, титана, покрытых легкоплавким стеклом.

Перспективно применение оснований из термопластиков.

4. 9. ПРОИЗВОДСТВО ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ И ЭКОЛОГИЯ

Наиболее опасным с точки зрения воздействия на окружающую среду является производство ПП, основанное на использовании специальных материалов и различных химических сред.

Основной материал для ПП стеклотекстолит. При его механообработке образуется стеклопыль, от которой необходимо уберечь человека. Для этого в помещениях, где происходит механическая обработка (сверление, фрезерование и т.д.), устанавливают отсосы. Отходы стеклотекстолита плохо поддаются термическому и химическому воздействию, поэтому их утилизация сложна. Существует технология переработки обрезков в стройматериалы.

Поверхность фольгированных и нефольгированных диэлектриков подвергается механической и химической обработке.

Механическая - выполняется суспензией, содержащей известь и абразивные порошки. После обработки образуется пульпа, которую регенерируют, промывочные воды подвергают фильтрации.

Для химической очистки используются слабые растворы (10%) кислоты и щелочей. Они подвергаются дальнейшей нейтрализации в очистных сооружениях путем смешивания в определенных пропорциях.

Рисунок печатного монтажа получают с помощью сухих пленочных фоторезистов. Наилучший раствор проявителя содержит ядовитые соединения (хлориды, фториды). Способ их нейтрализации сжигание с последующим улавливанием газов. Но это в крупносерийном производстве.

В мелкосерийном производстве возникает проблема утилизации растворов проявителя и отходов фоторезиста.

Для осаждения меди используются растворы, насыщенные медью. Основная задача обеспечить длительный срок службы, концентрацию при сливе, не превышающую санитарных норм. Срок использования растворов не превышает 3 месяцев, концентрация перед сливом 40-50 г/л (норма санитарная 5 г/л). Раствор нейтрализуют тиомочевиной.

Травление меди осуществляется с помощью различных растворов: хлорида железа FeCl₃, хлорида меди CuCl₂, хлорида натрия NaClO₂ и др. Растворы насыщаются медью, их регенерируют и нейтрализуют. Проблема загрязнения сточных вод. Наиболее дорогая регенерация FeCl₃. Раствор CuCl₂ полностью регенерируется по замкнутому циклу или нейтрализуется тиомочевиной.

Раствор NaClO₂ не регенерируется, но нейтрализуется.

Все химические операции при изготовлении ПП чередуются с операциями промывки водой. Для очистки используют замкнутые системы с фильтрацией. После фильтрации с применением специальных пластмасс или активированного угля воду можно снова использовать.

При изготовлении ПП используются электромагнитные методы воздействия, агрессивные химические и газовые среды, от воздействия которых должен быть надежно защищен обслуживающий персонал. Для защиты применяются экраны, автоматизируются процессы, исключая контакт человека с объектом.

5. КОНСТРУКТИВНЫЕ МОДУЛИ ВТОРОГО И ТРЕТЬЕГО УРОВНЕЙ

5.1. ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ПАНЕЛЬ, БЛОК

Типовые конструкции панель, блок предназначены для размещения модулей предыдущего уровня, представляют собой пространственную сборную или сварную конструкцию, на которой установлены ответные

части разъёма и узлы подвода питания и земли.

Требования к панели, блоку:

· должны быть удобными в сборке, наладке, эксплуатации;

· удовлетворять требованиям ремонтопригодности;

· обеспечивать защиту от внешних воздействий;

· обладать достаточной прочностью, жёсткостью;

· иметь минимальную массу.

Рекомендуется выполнять блок и панель прямоугольной формы, разъёмный вариант; ячейки располагать вдоль направления воздушного потока системы охлаждения.

Основные размеры панели определены ГОСТ 25122-88.

Панель это законченный конструктивно-монтажный узел, несущая деталь основание, изготовленное из листовой стали с окнами для установки ответных частей разъёмов.

На лицевой стороне основания устанавливают ответные части разъёмных соединителей и кронштейны с направляющими для ПП. ПП ориентируют вертикально, используется одно-, максимум двухрядная компоновка. По боковым сторонам панель закрывается стенками для уменьшения потери охлаждающего воздуха.

На основание панели устанавливается коммутационная ПП, к которой подводятся потенциалы "питание" и "земля". Связи между ячейками осуществляются проводным монтажом.

Очень часто панель может быть частью рамы или стойки, крепится прямо к каркасу стойки.

Блок предназначен для электрического и механического объединения ячеек, это конструктивно законченный узел ЭВМ. Чаще всего это функционально законченное устройство, включающее в себя одно устройство.

В состав конструкции блока входят каркас, разъёмы, направляющие, устройство крепления в стойке ЭВМ.

Ответные части разъёмов располагаются с постоянным шагом на одной из боковых стенок каркаса.

Блоки обычно выдвижные, фиксируются невыпадающими винтами

Передняя панель имеет элементы индикации, контроля и управления. Блок устанавливают так, чтобы микросхемы равномерно охлаждались движущимися потоками воздуха.

Пример: Если блок высотой 3V (132,5 мм) с ПП 100x160; вторая часть ячейка 6U (265,9 мм) с ПП 233,4x160 мм. Тогда габариты блока 482,6x265,9x255 мм.

Конструктивное исполнение блоков может быть разнообразным, но у всех блоков можно отметить наличие панели (шасси), каркаса, направляющих и элементов фиксации в модуле высшего уровня. На монтажной панели выделяются центральная и периферийная зоны. В центральной зоне размещаются ответные части соединителей ячеек, направляющие, в периферийной - соединители внешней коммутации, жгуты, элементы фиксации блока, узлы подвода напряжения питания. При конструировании блоков используется печатный монтаж, монтаж одиночным проводником, свитой парой, жгутовой монтаж.

Направляющие вводятся в конструкцию блока для быстрого сочленения ячеек с ответной частью соединителей без заклинивания, зажима или перекоса, поддержки платы при ударах и вибрациях, создания пути для конструктивного отвода теплоты от теплонагруженных компонентов ячеек. Для входа и перемещения платы в направляющих по краям платы предусматривается зона 2-3мм, свободная от печатного монтажа. Длина направляющих зависит от длины платы и бывает от 7 до 200мм. Направляющие могут быть коллективными, предназначенными одновременно для установки нескольких ячеек, и индивидуальными. Направляющие фиксируются на специальных кронштейнах или непосредственно закрепляются на монтажной плате или шасси блока. Для доступа охлаждающего воздуха к компонентам ячейки установка направляющих должна производиться с зазором. В качестве конструкционных материалов направляющих используются пластмасса и металл. Элементы крепления и фиксации ячеек в блоках должны исключать возможность выпадения их при эксплуатации. Они представляют собой соединители с фиксирующими штырями - ловителями, невыпадающие винты и специальные защелки. Надежное сочленение ячеек в блоке с ответной частью соединителя обеспечивается расчетом на сочленение соответствующих размерных цепей блока. При этом определяется по известному допуску замыкающего звена допуски составляющих размеров размерной цепи (прямая задача) либо номинальный размер и допуск замыкающего звена по заданным размерам и допускам составляющих звеньев (обратная задача).

При конструировании блоков ЭВС широко применяется стеллажный, книжный и откидной варианты конструкций прямоугольной формы в негерметичном или герметичном исполнении.

Блоки стеллажного типа компонуются из ячеек, которые устанавливаются в один или несколько рядов перпендикулярно монтажной плате. В зависимости от ориентации монтажной платы относительно лицевой панели существуют три разновидности конструкции блоков: блок с вертикальным поперечным расположением, с вертикальным продольным расположением и горизонтальным расположением монтажной платы.

В блоках книжной конструкции механическое объединение печатных плат между собой и с несущей конструкцией обеспечивается шарнирными узлами, позволяющими поворачивать относительно оси раскрытия ячейки подобно страницам книги. В рабочем состоянии печатные платы ячеек объединяются в пакет стяжными винтами или резьбовыми шпильками. Возможна вертикальная и горизонтальная ориентация плат в блоке.

5.2. ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ВЫСШИХ ИЕРАРХИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ

К ним относятся разнообразные конструкции стоек, тумб, шкафов, пультов, столов.

Эти модули высших структурных уровней, определяющие внешнее оформление ЭВМ и обеспечивающие комплексную защиту от внешних факторов и служат для объединения блоков и панелей. Наличие или отсутствие модулей некоторых уровней определяетсяч

Рамы и стойки служат для размещения, механического крепления и электрического соединения конструктивных модулей предыдущих уровней.

В рамах и стойках обычно устанавливают блоки питания, элементы обеспечения теплового режима, например, вентиляторы.

Рамы - элементы промежуточного крепления.

Рамы служат для размещения и электрического соединения панелей или блоков.

В зависимости от компоновочной схемы стойки рамы могут быть подвижными и неподвижными.

Несущая деталь рамы сварной каркас, который имеет перемычки и направляющие для установки панелей или блоков.

Для подключения внешних связей имеются разъёмы. Внутрирамный монтаж выполняется жгутами.

Стойка - несущая конструкция с поворотными рамами, предназначенная для установки, объединения электрическими и другими связями, подсоединения к внешним цепям и механической защиты изделий, конструктивно реализованных в каркасах.

Стойка конструкция, которая служит для крепления нескольких вертикальных и горизонтальных рам, расставленных по заданному шагу и прикреплённых к полу, потолку или стене.

Основа стойки несущий каркас, состоящий из сварных рам. Стойка закрывается обшивкой, с двух сторон навешиваются двухстворчатые двери.

РАЗМЕРЫ СТОЙКИ

условный размер Н мм R мм L мм

13 U 800 550,700 300,400,

18 U 1000 600,800,1000 450*,600

. 800

.

.

45 U 2200

Основные правила конструирования стоек:

1. Общая масса аппаратуры, размещаемая в стойке, не должна превышать 500 кг;

2. Дверцы не должны открываться на угол, больший 90°;

3. Мощность потребления аппаратуры в стойке не должна превышать 3 кВт при принудительном охлаждении и 200 Вт при естественном охлаждении;

4. Блоки питания массой не более 20 кг должны располагаться в верхних горизонтальных рядах или крайних вертикальных рядах;

5. Приборы и блоки массой более 20 кг рекомендуется располагать в нижней части стойки;

6. Размер стойки в глубину не должен превышать 1м;

7. Ячейки, панели, блоки следует располагать так, чтобы они равномерно обдувались движущимися потоками воздуха.

5.3. АДРЕСАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ЕДИНИЦ

Существует 3 метода адресации: координатный, позиционный, координатно-позиционный.

Координатный метод используется тогда, когда все конструктивные единицы располагаются на плоскости в координатной сетке. Пример: адресация на ПП.

Существуют различные принципы компоновки стоек. Блоки устанавливаются либо непосредственно в каркасе стойки, либо в промежуточный модуль-раму, а рама уже устанавливается в каркас. В практике конструирования в одной и той же стойке устанавливают неразъемные блоки, осуществляющие обработку информации и разъемные вставные блоки - коммутационные, электропитания и др. В стойке рамной конструкции размещается несколько рам. В двухрамной стойке для доступа к блокам одна из рам выполняется подвижной - поворотной. В трехрамной стойке - две крайние стойки выполняются поворотными, а центральная рама - неподвижная, фиксируемая на каркасе.

Рама служит для установки и коммутации неразъемных и разъемных вставных блоков. Основной формой рамы является параллелепипед с большой высотой и малой глубиной. Внешняя коммутация рам осуществляется через соединители, установленные на раме со стороны ее подвески.

Шкаф в отличие от конструкции стойки имеет дверцы. Дверцы на передней и задней сторонах шкафа предназначены для обеспечения доступа к блокам, субблокам при настройке, ремонте и эксплуатации. Боковые стенки, как и дверцы, являются дополнительным экраном от внешних наводок, в связи с чем их следует делать металлическими. Допускается в блочном и субблочном варианте конструкции передние дверцы выполнять прозрачными. В конструкции шкафа обязательно должны быть предусмотрены механический замок для удержания дверей в закрытом состоянии и электроблокировка.

Позиционный метод заключается в присвоении адреса типовой конструкции последовательно слева направо и сверху вниз (рис.­5.1).

03 02 01

06 05 04

10 09 08

12 11

Рис. 5.1. Позиционный метод адресации

Координатно-позиционный метод заключается в разбиении монтажного поля на зоны по координатному методу и присвоении адресов элементам внутри зоны позиционным методом (рис. 5.2).

105 104 103 102 101

204 203 202 201

304 303 302 301

Рис. 5.2. Кординатно-позиционный метод адресации

5. 4. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ ПЕРСОНАЛЬНЫХ ЭВМ

Персональные ЭВМ, микро-ЭВМ проектируются с использованием больших интегральных схем (БИС). БИС - это микропроцессоры, ЗУ, резисторные и конденсаторные сборки и т.д., имеющие 10000 и более элементов.

Использование БИС влечёт следующие особенности проектирования:

1. Возможность реализации аппаратной части ЭВМ на одной объединительной плате.

2. Необходимость использования элементов различных размеров (корпуса БИС микропроцессоров, схем обрамления различны).

3. Необходимость введения конструктивных элементов, обеспечивающих расширение возможностей аппаратуры.

4. Область назначения ПК часто требует исполнения ПК во встраиваемом ваpианте, и тогда конструкция должна отвечать требованиям управляемой ею аппаратуры.

Известны одноплатные процессоры. Например, ПП 115х75 мм; 96 контактный разъем; 3 БИС, реализованы в керамических корпусах с 132 выводами.

Конструктив персональной ЭВМ: шасси, монтажная плата, блок питания, каркас для гибких магнитных дисков.

Конструкция следующая:

0 уровень- микросхемы и ЭРЭ;

1 уровень- плата;

2 уровень- корпус частичный или корпус комплектный.

Типоразмеры ПП следующие:

4U = 144,5 x 160 (220) мм;

8U = 322,5 x 160 (220) мм.

ПП часто поставляется отдельно.

Пример ПП (рис. 5.3):

разъёмы для субблоков

панельки для МС

место для установки разъёма

Рис. 5.3. Печатная плата

Типоразмеры частичных корпусов формируются из стандартных рядов, соответствующих рядам I уровня: 4U, 8U, 9U.

В современных ПК используются 2 типа конструкций частичных корпусов.

1 тип- содержит 1 или 2 ПП и компонуется в комплектный кожухи корпус.

2 тип- используется в основном для компоновки блоков питания ЭВМ, размещается в комплектных корпусах стандартного типа, совместно с частичным корпусом 1 типа.

Размеры корпусов определяют размеры передней панели корпуса.

В последнее время получили распространение конструкции частичных корпусов без передней панели, т.е. кассеты. Кассеты компонуются внутри комплектных корпусов вертикально или горизонтально. Частичные корпуса в комплектные монтируются по направляющим, по стандартной схеме компоновки.

Но частичные корпуса могут компоноваться отдельно, в самостоятельные варианты.

Соединение кассеты с комплектным блоком осуществляется с помощью соединителей, устанавливаемых на кроссплате.

Нужно отметить, что при любой компоновке необходимо соблюдать стандартные решения, обеспечивающие установку в комплектный блок, корпус шкафа, стойки, кожуха, установки на столе.

5.5. РАЗМЕЩЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Итак, иерархический принцип построения ЭВМ позволяет каждый модуль спроектировать оптимально, изготовить самостоятельно.

При разбиении схемы на уровни учитывают: оптимальные размеры модулей различного уровня, иерархию этих уровней, число внешних выводов модулей и назначение модулей нижнего уровня в модуле высшего уровня.

Что это даёт? Это даёт оптимизацию количества типов модулей с учётом ограничений по стоимости, надёжности, простоте обслуживания, минимизацию числа выводов у модулей, система модулей обеспечивает минимальное время диагностики и локализации неисправностей, учёт требования минимизации числа соединений между модулями и т.д.

После выбора оптимального типоразмера модулей приступают к компоновке модулей другого уровня модулями предыдущего уровня и их размещению.

Задача размещения заключается в отыскании для каждого модуля проектируемого устройства оптимальной позиции на монтажной плоскости.

Цель создание наилучших условий для трассировки электрических связей.

Исходными данными для решения задачи размещения являются размеры установочной плоскости, схема установочных мест с указанием расстояния между установочными местами, расстояние между модулями, и функциональная схема модуля высшего уровня для подсчета количества связей между модулями и элементами внешней коммутации. Критерий: минимум суммарной длины всех соединений; минимум длины самой длинной связи; минимум числа пересечений связей и т.д.

При размещении может возникнуть несколько ситуаций:

1. Размещение однотипных модулей j уровня на монтажной плоскости (j+1)-ого уровня с заранее заданными однотипными установочными размерами.

Пример: размещение микросхем на печатной плате. Однотипность размеров подразумевает то, что микросхема может быть помещена в любое гнездо на плате.

2. Размещение модулей разного типа j-ого уровня на монтажной плоскости (j+1) уровня с заранее определенными установочными размерами.

Пример: установка микросхем, резисторов, конденсаторов на печатной плате.

3. Размещение модулей разного типа на монтажной плоскости, когда размеры не установлены и определяются в процессе размещения.

Пример: размещение элементов на подложке интегpальной микpоcхемы.

Размещение конструктивных элементов выполняется вручную или автоматизированным способом.

При автоматизации размещения используются различные алгоритмы, например алгоритм перестановки, алгоритм последовательного размещения, итерационные алгоритмы и т. д.

Наиболее распространён алгоритм последовательного размещения, при котором задача размещения решается следующим образом. Все модули упорядочиваются по какому-либо признаку. В установленной упорядоченности для каждого отыскивают начальную позицию (критерий, например, суммарная длина связей с уже размещёнными). Процесс повторяется до тех пор, пока не будет получено размещение всех модулей.

Алгоритм следующий:

1. Определение для каждого неразмещённого модуля множества незанятых позиций, в которые модуль может быть установлен с учётом числа свободных магистралей.

2. Размещение всех неразмещённых элементов с учётом n.1.

3. Нахождение варианта размещения, для которых самая длинная связь минимальна.

4.Установка модуля в найденную позицию, трассировка его цепей с уже размещёнными модулями.

5. Определение изменения ресурса свободных магистралей у каждой незанятой позиции. Переход к п.1.

6. ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

6.1. ВИДЫ СОЕДИНЕНИЙ. МЕТОДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОНТАЖА

В конструкции ЭВМ большое место занимают электрические соединения и электромонтаж: монтаж микросхем на ПП 1-ого уровня; объединение модулей 1-ого уровня в конструкции 2-ого уровня и т.д.

Цель электрических соединений (электромонтажа) – обеспечить электрические сигнальные связи между входными и выходными цепями конструктивных модулей разлтчного уровня.

Везде необходимо использовать различные методы выполнения соединений и монтажа для того, чтобы обеспечить электрическую и механическую неразрывность схем и ЭВМ.

Число электрических соединений огромно, достигает десятков и сотен тысяч. Поэтому так важен правильный выбор типа соединения при разработке ЭВМ.

Требования к электрическим соединениям:

· высокая надёжность;

· требуемые значения электрических параметров, их постоянство;

· минимальные габаритные размеры и масса;

· обеспечение нормальной работы электронных схем в условиях механических и климатических факторов;

· помехоустойчивость конструктивной реализации схемы;

· удобство и безопасность работы при эксплуатации и ремонте.

Исходным документом является электромонтажная схема. Электрические соединения должны соответствовать техническим условиям, схеме и монтажной таблице.

Электрические соединения разделяют на несколько видов:

· разъемные.

· неразъемные.

Неразъемные соединения делятся на постоянные и полупостоянные соединения. Постоянные соединения это соединения, демонтаж которых приводит к разрушению одного или нескольких присоединенных выводов.

Пример сварка.

Полупостоянные соединения это соединения, демонтаж которых требует применения специальных инструментов, не приводит к разрушению выводов.

Пример пайка, накрутка.

Разъемные соединения это соединения с применением различных разъемов.

Пример штепсельные контакты.

По виду используемых проводников монтаж делят на печатный и объёмный.

Печатный монтаж используется для электрического объединения микросхем в пределах плат первого уровня (ячеек, модулей).

Микросхемы и другие ЭРЭ, вернее, выводы присоединяются к металлизированным отверстиям различными методами: сваркой, пайкой.

Метод присоединения пайкой зависит от корпуса микросхемы и формы выводов.

Монтаж сваркой тоже разный. Это двусторонняя точечная сварка, ультразвуковая, лазерным лучом и т.д.

Но объединение ячеек в пределах блока или панели, использование дорогостоящих и неремонтопригодных многослойных печатных плат экономически невыгодно.

Поэтому разработаны методы объемного монтажа:

· мягкий однопроводный и жгутовой;

· жесткий;

· накруткой;

· с помощью пружинных захватов;

· запрессовкой проводников;

· приваркой проводников.

Последние четыре метода объемного монтажа разработаны специально для микроэлектронных устройств. Они позволяют получать надежные соединения с высокой плотностью расположения контактов.

Мягкий монтаж одиночными проводниками используется для соединения внутри блока или панели. Один конец проводника монтируют на одном контакте, другой напрямую с небольшим натягом на другой контакт.

Жгутовой монтаж это применение жгутов параллельно идущих проводов, связанных или уложенных в определённом порядке.

Жёсткий монтаж используется редко для внутристоечных соединений, для подвода питающих напряжений. Для этого на монтажных платах устанавливают перфорированные платы во взаимно перпендикулярных направлениях, в которых крепят жёсткие проводники.

Монтаж накруткой выполняется одножильным проводом на металлический штырь с острыми кромками. Накpутку оголённым проводом ведут с натягом, поэтому образуется в местах соприкосновения электрический контакт, стабильный во времени.

Монтаж пружинными захватами это метод механического контактирования. Захват прижимает жёсткий или многожильный провод к контактному штырю со специальным покрытием с силой. Образуется соединение. Захват может быть разжат, снят, передвинут вдоль штыря и снова зажат.

Монтаж запрессовкой проводников изолированный провод укладывают на плату, покрытую клейкой теpмоpеактивной пластмассой. Затем нагревают, подвергают давлению. Проводники оказываются запрессованными в тело платы.

Соединение между проводниками получают сверлением в нужном месте и металлизацией отверстия.

Монтаж приваркой проводников к запрессованным в плату штырям.

Проводник приваривается к металлическим штырям, к которым с другой стороны приварены выводы микpосхем.

6.2. РАЗЪЕМНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Разъемные соединения применяются широко в конструкциях ЭВМ.

Контактные pазъемные соединения применяются для быстрой смены кассет, блоков при наладке и эксплуатации. Электрическое соединение осуществляется за счёт холодного контактирования пары штырь - гнездо. Главное требование к разъёму обеспечение надёжного соединения при воздействии допустимых климатических и механических факторов. Разъём состоит из вилки и розетки.

Вилка - совокупность штырей контактных пар, имеющая законченное конструктивное исполнение.

Розетка - совокупность гнёзд, имеющая законченное конструктивное исполнение.

Разъём должен иметь небольшие габариты, массу, ключ и элементы крепления.

В состав вилки часто входят ловители и элементы крепления разъёма, которые обеспечивают совмещение штырей и гнёзд при сочленении разъёма.

Ключ предназначен для исключения возможности неправильного сочленения вилки с розеткой. В качестве ключа используются различные пазы и выступы в корпусе разъёма, несимметричное расположение штырей и пр.

В ЭВМ применяются соединители для микросхем, разъёмы для ячеечных, межблочных и межкассетных соединений, кабельные и жгутовые разъёмы.

Соединитель - основа для установки микросхем, других корпусов (резисторная сборка и т.д.) на ПП с целью облегчения замены, получения высокой плотности компоновки в сочетании с монтажом накруткой.

Наборные соединители для ИС применяются для изделий с повышенной плотностью компоновки. Это одно- двухрядное расположение контактных пар гнездо-штеккер. Наибольшее число пар в ряду 25, шаг­-­2,5мм. Такие соединители рассчитаны на напряжение до 25 В,ток до,15 А, контактное сопротивление не более,02 Ом. Покрытие контактов золотое.

Типов разъёмов для микросхем много. Есть разъёмы, в которых микросхемы монтируются без предварительной формовки выводов.

Соединение такого разъема с ПП может быть различным. Это может быть непосредственное соединение розетки с проводниками ПП; соединение с контактами, отдельно смонтированными на ПП и т.д.

Параметры таких разъемов-соединителей приведены в многочисленной литературе.

В ЭВМ широко используются различные разъемы. Разъем на ПП устанавливается различным способом.

1 способ - непосредственное соединение проводников ПП с розеткой (непосредственное контактирование). Контакты ПП располагаются с двух сторон. Разъемы рассчитываются на определенную высоту, толщину платы и постоянное положение ключа (рис. 6.1).

Плата/801 Количество выводов 96 (4хn), где n = 1 26 шаг 2,54 мм, H=148,5 мм, В=124,4 мм.

H

B

Рис. 6.1. Непосредственное контактирование

2 способ - косвенное контактирование, когда одна часть разъёма монтируется на плате.

Косвенное контактирование выполняется с помощью различных разъёмов, например ГРПМ.

ГРПМ - это самое надёжное соединение, наличие контактной гиперболоидной поверхности, образующейся между гладким цилиндрическим штырём и несколькими упругими бронзовыми проволочками, расположенными под углом 8° к образующей по внутренней поверхности гнезда (рис. 6.2).

8­^­0

Рис. 6.2. Разъем ГРПМ

Обозначение разъема:

ГРПМ 9 - 30 ГУ,

где ГРПМ - разъем прямоугольный малогабаритный с гиперболоидными контактами; 9 номер разъёма; 30 число контактов, Г розетка;

У - угловые выводы штырей запаиваются в металлизированные отверстия платы (рис. 6.3).

Вилка обозначается буквой Ш.

Рис. 6.3. Розетка разъема ГРПМ

Если ГРПМ 10 - 45 ШН, выводы припаиваются к контактным площадкам (рис. 6.4).

Рис. 6.4. Вилка разъема ГРПМ

Итак, вилки разъёмов устанавливают на платы, панели, блоки и т.д; розетки устанавливают на рамки панелей, блоков и т.д. Электрическое соединение выполняют объёмным монтажом.

Для межблочных соединений широко применяется разъём малогабаритный МР1. Число контактов 10, 19, 30, 50...

При выборе разъёма прежде всего учитывают технические параметры, эксплуатационные характеристики, число контактных пар.

Обычно необходимо предусмотреть резерв контактных пар (10% от необходимых, но не менее 2).

Для электрического соединения ячеек, блоков, стоек в конструкциях используются кабельные соединения.

Кабели подразделяют на:

· высокочастотные коаксиальные;

· плоские прессованные и плетёные;

· плоские гибкие печатные.

Высокочастотные коаксиальные кабели типа РК предназначены для работы в цепях с частотой более 1 МГц.

Марка состоит из 2 букв и трёх чисел,где 1 волновое сопротивление, 2 номинальный диаметр в мм, 3 вид изоляции и порядковый номер разработки: РК-50-2-13

РК 50 2 13

волновое сопротивление диаметр 1 полиэтилен

50 ом 2 мм 3 Nо разработки

Для обозначения типа изоляции используются 1 полиэтилен; 2 фторопласт; 3 полистирол.

Прессованный гибкий кабель совокупность одинаковых паралельных проводников, запресованных в гибкий диэлектрик. Перед монтажом концы проводников кабеля зачищают.

Часто используется гибкий кабель типа ПВПмс, в котором электрическая связь образуется тремя проводниками: 1 сигнальный и два заземлённых, проводники запрессованы в полиэтиленовую оболочку толщиной,1мм.

Плетёные кабели совокупность проводов, переплетённых изолирующей нитью.

В кабель могут быть вплетены провода различного сечения и типов витые пары, экранированные и одножильные провода.

Используются провода марок ГФ, МГТФ и связующие нити лавсановые или капроновые.

Прессованные или плетеные кабели устанавливаются с одной стороны платы, зачищенные проводники впаиваются в металлизированные отверстия или навиты на металлические штыри. Они применяются в пределах блока, панели, стойки. Превосходят по технологичности, удобству монтажа, наладки и ремонту мягкий, жгутовый монтаж.

Печатные кабели (шлейфы) выполнены из тонкого гибкого фольгированного диэлектрика. Они сгибаются в рулон, сворачиваются. Изготавливаются методами печатного монтажа, используются для передачи высокочастотных импульсных сигналов.

При использовании печатного кабеля необходимо уделять внимание оформлению концов и закреплению на плате. После закрепления поджимается пластинкой или специальной колодкой.

6. 3. МОНТАЖ ТИПОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗАМЕНЫ И ЯЧЕЕК

Основной конструктивной единицей ЭВМ является ячейка, предназначенная для механического и электрического объединения элементов первого уровня. Она состоит из печатной платы, на одной или двух сторонах которой могут быть размещены ЭРЭ, ИС, микросборки. В зависимости от плотности компоновки навесных элементов и сложности их коммутации применяются ОПП, ДПП, МПП.

Рассмотрим конструктивно-технологические особенности ячейки.

Для монтажа элементов предусмотрены монтажные металлизированные отверстия круглой или прямоугольной формы, центры которых располагаются в узлах координатной сетки. Это требование предъявляется и к штыревым выводам. Если много выводов, то хотя бы один вывод должен располагаться в узле координатной сетки.

Диаметр металлизированного отверстия выбирается в зависимости от диаметра выводов навесных элементов.

Монтажное отверстие для плоского вывода выбирается по диаметру окружности, описанной вокруг сечения вывода.

Для обеспечения высокого качества пайки, надежности соединения различие между диаметрами вывода и отверстия должно состав лять:

диаметр вывода 0,4;0,6;0,8 ¦ 1,0;1,2;1,5;1,7

разница диаметров 0,4 ¦ 0,6

Не рекомендуется на одной плате иметь более 3 различающихся по диаметру отверстий. Если сборка плат автоматизирована, то требования еще более ужесточаются:

- расстояние между выводами и отверстиями,2мм;

- предельное отклонение расстояний между центрами монтажных отверстий не должны быть больше, чем 0,1 мм;

- базовые отверстия для ориентации платы d=3,0 +,05мм располагаются на одной из длинных сторон платы. Отклонения между центрами базовых отверстий не более +0,1 мм.

Допускается в качестве базовых отверстий использовать крепежные отверстия, если их точность и допуск на расположение соответствуют базовым отверстиям.

На платах ячеек устанавливают ИС различных серий, дискретные ЭРЭ, корпус а разъемов, крепежные и другие элементы. Ячейки, предназначенные для логических схем, содержат ИС от 10 до 150 шт. и небольшое количество ЭРЭ. Специальные ячейки, предназначенные для формирования, усиления сигналов, содержат преимущественно дискретные ЭРЭ, а также гибридные и полупроводниковые ИС.

Для повышения технологичности сборки рекомендуется использовать минимальное число разнотипных ЭРЭ, типоразмеров ИС; использовать элементы, не требующие дополнительного крепления на плате.

Рассмотрим размещение элементов на ПП.

Корпусные ИС размещают на ПП рядами или в шахматном порядке с шагом установки, кратным 2,5мм, и определяемым конструкцией корпусов, плотностью компоновки, температурными условиями и т.д.

Для ИС в корпусах с планарными выводами шаг установки может быть принят 1,25мм. Зазор между корпусами должны быть не менее 1,5мм. ИС со штыревыми выводами устанавливают с одной стороны, с планарными выводами с двух сторон.

Известны различные варианты установки ИС (рис. 6. 5).

Эскиз корпуса Установка прокладка

A

B

1,6

C

2,5 1,0 1-3

0,5-1,5

Рис. 6. 5. Установка ИС

Установка ИС без зазора применяется, если под корпусом ИС нет проводников. Корпус держится на выводах или клеится.

Установка ИС с зазором или на изоляционную прокладку используется, если есть проводники. Для улучшения теплоотвода используются металлические прокладки, предварительно изолированные от платы.

Корпусы типов 1,2 (нарисованы, отличаются количеством выводов: 9 и 7) со штыревыми выводами не требуют предварительной формовки и поддаются легко автоматизации.

ИС с планарными выводами увеличивают плотность размещения, но автоматизация затруднена.

Варианты установки ЭРЭ также различны.

ЭРЭ располагают рядами с ориентацией по одной или двум координатам. Желательно элементы одного типа располагать в одном направлении.

Неупорядоченная установка ЭРЭ, наличие элементов с разными межвыводными расстояниями усложняется.

Расстояние между корпусами ЭРЭ не менее 1мм, по торцу не менее 1,5мм. Если автоматизированная установка, то нужна дополнительная площадь свободные зоны для размещения исполнительной головки.

Варианты установки определяются конструкцией корпусов, характером расположения выводов, их размерами.

ЭРЭ устанавливают без зазора между корпусом и платой; с зазором; с расположением выводов в монтажных отверстиях, расстояние между которыми меньше установочного размера.

В первом случае не должно быть печатных проводников, во втором прокладка толщиной 1-1,5мм, которую после подгибки и пайки выводов удаляют.

Дата добавления: 2014-01-05