Выбор структуры печатной платы / Habr

Это вторая статья из цикла, в ней рассматривается процесс выбора структуры печатной платы (англ. PCB stackup), даются базовые рекомендации по формированию структуры, а также приводятся типовые решения сборок для многослойных печатных плат с указанием их преимуществ и недостатков.

В проектировании печатной платы можно выделить несколько основных процессов – размещение компонентов на печатной плате, выбор структуры печатной платы, трассировка сигнальных линий, проектирование подсистемы питания. Все они взаимосвязаны и взаимозависимы, поэтому постоянно присутствуют (в активном или фоновом режиме) в течение всего процесса разработки. Кроме того, проектирование достаточно сложной печатной платы – это чаще всего итеративный процесс, когда, например, выбранная изначально структура печатной платы может быть скорректирована на поздней стадии проектирования. Структура печатной платы определяется количеством и толщинами проводящих медных слоёв, а также материалами, толщинами и компоновкой диэлектрических слоёв – базовых (англ. core) и препрегов (англ. pre-preg). Другие важные параметры – это финишное покрытие внешних слоёв, наличие и материалы защитной маски (англ. solder mask). Разработчик должен не только разбираться в свойствах материалов печатных плат, но и чётко представлять себе типовые процессы заводов-изготовителей плат и привносимые ими технологические погрешности. Например, полезно посмотреть видеоматериал на YouTube-канале Eurocircuits NV или аналогичные, где подробно представлены технологические процессы. Такая компетенция устраняет разрыв между ожидаемой в соответствии с 3D-моделями САПР и реальной, поступившей с завода печатной платой, а также позволяет оптимизировать стоимость её изготовления.

«Неэлектрические» рекомендации

Прежде чем говорить о влиянии электрических параметров проекта на выбор структуры, остановимся на важной рекомендации, связанной с механическими свойствами печатной платы.

Р.1.

Структура печатной платы должна быть симметричной по её толщине, а распределение меди по слоям – сбалансированным.

Структура печатной платы должна быть симметричной, в противном случае при её изготовлении вероятность коробления или, иными словами, её изгиба, скручивания. Именно поэтому завод-изготовитель может отказать в изготовлении такой платы, выдав рекомендации по её доработке. При этом требование симметричности приводит не только к чётному количеству проводящих слоёв, но и к равномерному распределению меди в слоях (англ. copper balancing). Особенно это важно для плат с низким отношением толщины к площади (в частности для тонких плат толщиной 0,5 мм и менее) и для проектов под автоматический монтаж компонентов.

Ещё один неэлектрический фактор, о котором разработчик не должен забывать при выборе структуры печатной платы – экономический. Чем больше количество слоёв используется, тем дороже печатная плата. Особенно в случае нестандартных для завода-изготовителя сборок стоимость на малых партиях может отличаться в разы! Поэтому в процессе разработки рекомендуется использовать калькуляторы стоимости печатных плат, предоставляемые заводами-изготовителями. Например, у отечественного ООО «Резонит» такой сервис на сайте есть.

Р.2.

Рекомендуется использование калькуляторов стоимости печатных платы при выборе структуры.

«Электрические» рекомендации

Наиболее трудоемкий процесс при проектировании печатной платы – трассировка, однако основой для него являются размещение компонентов и выбор структуры платы. Конструкторские решения на этих этапах являются определяющими, стратегическими, задающими вектор всему процессу проектирования. Задача размещения компонентов уникальная для каждого проекта, и для неё не только не существует формализованный алгоритма, но и набор рекомендаций очень ограничен. По-другому обстоит ситуация с выбором структуры печатной платы, где количество параметров гораздо меньше: тут существуют и типовые решения, и рекомендации по оптимизации структуры под конкретный проект. Прежде чем перейти к ним, рассмотрим базовые положения, исходя из которых должна проектироваться структура печатной платы.

Р.3.

В структуре современной цифровой печатной платы (с частотой тактового сигнала более 5 МГц и/или длительностью фронтов менее 5 нс) должен быть хотя бы один сплошной слой общего провода.

Общий провод (это более точный термин, однако для простоты будет употребляться и термин «земля» в этом значении) является путём протекания возвратных токов, поэтому его низкий импеданс является критически важным параметром для высокочастотных печатных плат. Сплошной слой значительно снижает индуктивность (см. первую статью) общего провода, при этом обеспечивает ряд дополнительных преимуществ. Исключения из этой рекомендации (как и всех прочих), конечно, возможны, но они требуют от разработчика большого опыта и глубокого понимания принимаемых решений. Примером исключения может служить низкочастотный высокоточный аналоговый проект, где сплошной слой земли может создавать недопустимую паразитную ёмкость. Существуют различные схемы разводки цепи общего провода для таких случаев (к примеру, с соединением в одной точке), но здесь они не разбираются.

Р.4.

Сигнальные слои должны быть расположены максимально близко к сплошному слою земли или питания.

Выполнение этого требования облегчает задачи контроля перекрёстных помех на печатной плате и импеданса печатных дорожек (подробнее в следующих статьях), а также снижает индуктивность слоя земли и ЭМИ. Предпочтительным опорным слоем (англ. reference plane) является слой земли, так как в этом случае путь возвратного тока имеет меньше переходов и, следовательно, меньшую индуктивность.

Р.5.

Оптимальный переход высокочастотной сигнальной линии между слоями обеспечивает структура, в которой между этим слоями находится сплошной слой земли или питания.

Трудно представить себе достаточно сложную печатную плату, где отсутствуют переходы сигнальных линий между проводящими слоями. В последующих статьях цикла будет показано, что оптимальный переход высокочастотной сигнальной линии между слоями обеспечивает структура, в которой между этим слоями находится сплошной слой земли или питания. При таком переходе оба участка линии опираются на один и тот же слой, поэтому возвратный ток проходит по оптимальному пути в этом слое, что снижает индуктивность этой линии. Здесь также слой земли является предпочтительным. Обычно печатные дорожки в сигнальных слоях такой пары разводятся ортогонально, в частности, в вертикальном и горизонтальном направлениях. Это снижает взаимную связь сигнальных линий.

Р.6.

Сплошной слой питания рекомендуется располагать вблизи сплошного слоя земли.

Использование отдельного сплошного слоя питания для некоторых проектов вообще может быть избыточным или невозможным по причине ограниченного количества слоёв, тогда цепь питания может быть разведена в сигнальных слоях. Но если в структуре печатной платы сплошные слои питания есть, то их рекомендуется располагать вблизи сплошных слоёв земли. Такая структура в печатной плате снижает индуктивность подсистемы питания, тем самым повышая её эффективность на высоких частотах. В то же время повышается встроенная распределённая ёмкость печатной платы (англ. embedded/distributed/interplane capacitance), хотя и величина этой ёмкости для стандартных диэлектриков мала:

Для диэлектрика FR4 (ε_r ≈ 4) толщиной d = 250 мкм погонная ёмкость составит порядка 15 пФ/см².

Р.7.

Слои питания разных доменов не рекомендуется располагать на соседних близких слоях. Или, в более общем виде, емкостная связь между разными доменами питания должна быть минимизирована.

Возникающая емкостная связь служит каналом утечки высокочастотных шумов из одного домена в другой. Таким образом, например, шумы цифрового домена питания могут на внутренних слоях проникать в питание аналоговой части (рис. 1), приводя к неработоспособности чувствительной схемы и недоумению разработчика.

Алгоритм и примеры

В связи с тем, что количество слоёв печатной платы ограничено, разработчик вынужден будет принять компромиссное решение между приведёнными рекомендациями. Однако Р.3 и Р.4 имеют наивысшие приоритеты и должны рассматриваться в первую очередь. Учитывая вышесказанное, алгоритм выбора структуры печатной платы может выглядеть следующим образом (при этом достаточно иметь эскизное размещение компонентов печатной платы):

1. Оценить необходимое количество сигнальных слоёв.
2. Определить, как будут разведены все цепи питания: сплошной слой питания отсутствует (разводка в сигнальных слоях), один сплошной слой для всех или части доменов питания, несколько сплошных слоёв.
3. Сформировать симметричную структуру печатной платы, используя базовые сочетания слоёв (рис. 2): сигнальный слой + земля/питание (Р.4), сигнальный слой + земля/питание + сигнальный слой (Р.5), земля + питание (Р.6).

Заметим, что система с несколькими доменами питания является распространённым случаем – даже при одном уровне напряжения может потребоваться разделение питания аналоговой и цифровой части. Если разработчик принимает разводить несколько доменов питания в одном слое, этот слой не рекомендуется использовать в качестве опорного слоя в связи с наличием в нём разрывов. При этом для минимизации емкостной связи (Р.7) рекомендуется использование увеличенных зазоров (порядка нескольких миллиметров) между проводниками разных доменов.

В таблице 1 представлены примеры удачных структур печатных плат с различным числом слоёв (больше примеров в [1]), которые иллюстрируют указанные выше положения. Эти примеры можно использовать в качестве заготовок для своих проектов, однако приведённый выше алгоритм является наиболее универсальным способом, обеспечивающим оптимальность структуры печатной платы для заданного проекта.

Таблица 1. Примеры структур печатных плат.

Толщина проводящих медных слоёв

Следующий важный параметр печатной платы – толщина проводящих медных слоёв, которую определяют, прежде всего, требуемые минимальный зазор и минимальная ширина проводника, а также максимальный ток, протекающий по проводнику. Чем тоньше проводящий слой, тем меньший топологический рисунок может быть получен и тем меньший предельный ток выдержит печатная дорожка (при прочих равных условиях – ширина проводника, частота тока, теплоотвод и др.). Требование к минимальным зазору и ширине проводника возникает из плотности трассировки печатной платы. Другим ограничением обычно является топология рекомендуемого посадочного места одной или нескольких из применяемых микросхем. Практика показывает, что когда необходимо снизить требования к минимальному зазору, геометрию рекомендуемого посадочного места можно в некоторых пределах варьировать без ущерба для пайки. На большинстве заводах-изготовителях печатных плат существуют стандартные топологические нормы и повышенные (так называемый «5 класс точности»). Переход на 5 класс точности обычно приводит к удорожанию печатной платы в 1,5-2 раза, отсюда может возникать необходимость столько же раз подумать над возможностью корректировки топологии для снижения требований к нормам.

Литература

[1] Ott H. W. Electromagnetic Compatibility Engineering. Wiley, 2009.

Статья была впервые опубликована в журнале «Компоненты и технологии» 2017, №12. Публикация на «Geektimes» согласована с редакцией журнала.

Требования к проектированию печатных плат

Технологическая инструкция

Предисловие

Настоящая инструкция устанавливает требования к печатным платам, предназначенным для автоматического монтажа поверхностно-монтируемых компонентов, которые должны быть соблюдены при их проектировании и изготовлении.

Конструирование печатных плат производится в специализированных программах автоматизированного проектирования, наиболее известная P-CAD.

Для заказа печатных плат изготовителю файл платы в формате P-CAD переводится в формат Gerber, принимаемый большинством изготовителей как входной формат, управляющий технологическим оборудованием: сверлильными станками, фотоплоттерами, станками для скрайбирования и т. п.

1 Область применения

Настоящая инструкция применяется специалистами отдела главного конструктора и бюро подготовки производства и технологий цеха при проектировании конструкции печатной платы изделия и мультиплицировании печатной платы для автоматического монтажа поверхностно-монтируемых компонентов на линиях поверхностного монтажа.

Ответственность за выполнение требований настоящей инструкции при проектировании единичных плат несет главный конструктор, мультимодульных плат — начальник цеха.

2 Нормативные ссылки

При проектировании топологии печатных плат необходимо руководствоваться требованиями и рекомендациями следующих национальных стандартов Российской Федерации и международных стандартов IPC:

• ГОСТ 23752-79 «Платы печатные. Общие технические условия»
• ГОСТ Р53429-2009 « Платы печатные. Основные параметры конструкции»
• ТРС-2221 «Generic Standard on Printed Board Design» — Общий стандарт по проектированию печатных плат
• ТРС-2222 « Sectional Standard on Rigid Organic Printed Boards» — Стандарт по конструированию жестких печатных плат на органической основе»
• ТРС-2224 «Sectional Standard of Design of PWB for PC Cards» — Стандарт по конструированию печатных плат формата РС Card
• IPC-7351A «Land Pattern Naming Convention Notes» — Общие требования по конструированию контактных площадок печатных плат c применением технологии поверхностного монтажа
• lPC-SM-782A «Surface Mount Design and Land Pattern Standard» Руководство по проектированию плат и контактных площадок для поверхностного монтажа.
• ОСТ 4.42.02-93 «Сборочно-монтажное произвщство радиоэлектронных средств. Требования технологические к конструкциям печатных узлов для автоматизированной сборки»

3 Термины и определения

• Топология печатной платы — это рисунок проводящего слоя печатной платы.
• Скрайбирование — v-scoring — нанесение линейных надрезов заданной глубины на поверхность технологической заготовки c обеих сторон, c целью упрощения производства печатных плат и облегчения последующего разделения мультимодульной платы на единичные.
• Мультимодульная печатная плата — групповая заготовка единичных печатных плат, разделенных между собой скрайбами или фрезерованными пазами.
• Панель — мультимодульная плата прямоугольной или квадратной формы.
• Datasheet — спецификация технических характеристик электронного компонента.

4 Обозначения и сокращения

• IPC — The Institute for Interconnecting fnd Packaging Electronic Circuits международная ассоциация компаний — производителей электроники. Область деятельности: конструирование, производство, стандартизация, сертификация в электронной отрасли промышленности.
• SMD — компонент — Surface Mount Device — компонент, монтируемый на поверхность печатной платы
• ПП — печатная плата
• КД — конструкторская документация
• КП — контактная площадка

5 Требования и рекомендации к проекту печатной платы

5.1 Специальные требования к образам ЭМО-компонентов в программах разводки топологии печатных плат:

Все образы ЭМО-компонентов должны иметь точку привязки для автоматического монтажа (Pick and Place). Данная точка вводится по центру тяжести элемента в редакторе корпусов компонентов (P-CAD Pattern Editor) по команде Place — Pick Point. При этом точки привязки для автоматического монтажа (Pick Point) и привязки компонента (Ref Point) могут не совпадать.

Образы ЗМО-компонентов должны иметь соответствующие действительности значения атрибутов Туре, Value, Ref Des.

5.2 Требования к отверстиям:

Диаметры монтажных, переходных металлизированных и неметаллизированных отверстий должны быть выбраны из ряда, указанного в разделе 5.3

ГОСТ Р 53429-2009. Предельные отклонения диаметра отверстия в зависимости от класса точности печатной платы должны быть выбраны из таблицы 1.

Диаметры переходных отверстий должны выбираться, основываясь на толщине платы и минимальном диаметре металлизированного отверстия. При выборе диаметра отверстия необходимо учитывать толщину слоя основной металлизации и финишного покрытия.

Рекомендуемое расположение переходных отверстий и контактных площадок (Рис. 1):

Центры отверстий рекомендуется располагать в узлах координатной сетки.

Не допускается располагать сквозные отверстия диаметром более 10 мм и/или металлизированные отверстия диаметром более 1,5 мм в точке с координатами (х=17 мм; y=73 мм), так как точка с этими координатами используется для позиционирования мультимодульной платы в технологическом оборудовании (отсчет координат вести от нулевой точки платы в левую сторону).

Не допускается располагать переходные отверстия на контактных площадках компонента.

Оптимальный зазор между выводом компонента, монтируемого в монтажные отверстия платы, и стенкой монтажного отверстия должен составлять (0,2-0,3)мм. При меньшем зазоре припой плохо затекает в отверстие, появляются пустоты и непропаи. С увеличением зазора возрастает расход припоя, появляются усадочные раковины в припое, перемычки припоя на стороне платы, противоположной пайке.

На платах, которые планируется монтировать на установках пайки волной припоя, во избежание попадания припоя на верхнюю поверхность платы, не рекомендуется располагать сквозные отверстия диаметром более 6 мм.

Вокруг крепежных отверстий необходимо разместить запрещенные зоны.

5.3 Требования к проводникам:

Наименьшие номинальные размеры проводящего рисунка в зависимости от класса точности печатной платы должны быть выбраны из таблицы 2 ГОСТ Р 53429-2009.

Параметры проводящего рисунка:

• ширина проводника,
• расстояние между проводниками;
• гарантийный поясок контактной площадки.

Оптимальные величины зазоров между проводниками печатной платы (равно как и минимальные размеры самих проводников) в каждом случае должны выбираться, исходя из требований к изделию дополнительным 50% запасом.

При объективной невозможности обеспечить требуемый по предыдущему пункту запас надежности, размеры отельных зазоров (а также размеры отдельных проводников) должны указываться на чертежах печатных плат в качестве ключевых параметров.

В слое металлизации при трассировке проводников необходимо избегать острых углов.

Для предотвращения оттока тепла от контактных площадок при пайке необходимо использовать узкие проводники, соединяющие непосредственно контактную площадку и широкий проводник.

Проводники, расположенные под ЭМО-компонентами, должны быть закрыты защитной маской.

Расстояние от контура единичной печатной платы до контактных площадок или проводников должно быть не менее 0,5 мм.

Печатные проводники следует выполнять максимально короткими.

Заземляющие проводники следует выполнять максимально широкими.

Прокладывание рядом проводников входных и выходных цепей нежелательно во избежание паразитных наводок.

Проводники наиболее высокочастотных цепей прокладываются в первую очередь, благодаря этому они могут иметь наиболее короткую длину.

5.4 Рекомендации по размещению контактных площадок и компонентов:

Каждый типоразмер корпуса ЭМО-к

Проектирование печатных плат

В предыдущей статье мы рассмотрели, какие материалы используются для изготовления односторонних, двусторонних и многослойных печатных плат, какие структуры МПП возможны и какие бывают конструктивные особенности.В данной публикации мы поговорим о том, как избежать искажений цифрового сигнала, связанных с его передачей по проводнику на печатной плате. Несмотря на то, что это в первую очередь задача для инженера-схемотехника, разработчик печатной платы тоже зачастую повинен в проблемах с передачей сигналов по плате, наводками и перекрестными искажениями.

В этой части статьи мы обсудим, какие бывают варианты согласования высокочастотных сигналов на печатной плате. Как мы уже говорили в предыдущей статье, согласование сигналов крайне необходимо практически в любой современной цифровой схеме. И решение этой проблемы возлагается не только на разработчика схемы, но и на конструктора печатной платы. Именно от него зависит, насколько грамотно будут решены все вопросы согласования линий передачи.

Рано или поздно любой инженер-разработчик многослойных печатных плат (МПП) сталкивается с необходимостью применения несквозных переходных отверстий. Это может быть связано с увеличением плотности монтажа, использованием BGA с маленьким шагом выводов, необходимостью иметь переходное отверстие в SMT-площадке, невозможностью организовать площадки для переходных отверстий на обратной стороне платы или с другими факторами.

В процессе изготовления печатных плат для защиты проводящего рисунка на плату наносится паяльный резист (или, иначе говоря, паяльная маска). Обычно она имеет зеленый цвет, хотя есть возможность выбрать красный, синий, черный, белый, а также указать глянцевый или матовый вариант. По методу нанесения маски делятся на сухие (пленочные) и жидкие (отверждаемые высокой температурой).

В статье приведено сравнение результатов СВЧ моделирования двух микрополосковых антенн, выполненных с помощью пяти предназначенных для этих целей широко распространенных коммерческих программных продуктов и одного научного пакета собственной разработки. Авторы приложили максимум усилий, чтобы гарантировать наиболее оптимальное использование настроек и возможностей каждой программы для выявления различий в полученных результатах. Данное исследование подчеркивает необходимость понимания принципов трехмерного моделирования электромагнитных (EM) полей и демонстрирует свойственные методам недостатки. Кроме того, предложены некоторые рекомендации, которые могут упростить начальный выбор EDA-продуктов для электромагнитного моделирования.

В статье рассматривается ряд общих проблем, возникающих при проектировании LTCC (технология низкотемпературной керамики) устройств. Большое внимание уделяется выбору правильной методики моделирования как отдельных элементов, так и законченных LTCC-модулей.

Всем компаниям необходимо расти год от года, чтобы удовлетворить интересы инвесторов и обеспечить себе перспективы на будущее. Необходимость приобретения специализированного СВЧ-измерительного оборудования, а также постоянная нехватка квалифицированных кадров создают дополнительные трудности для компаний, занятых в сфере проектирования средств связи. В результате для достижения поставленных целей инженеры таких быстро растущих компаний вынуждены испытывать на себе возрастающие нагрузки, сталкиваться с непривычной работой, а также необходимостью использовать незнакомые компоненты.

В предыдущей статье мы рассмотрели типовые варианты исполнения глухих и скрытых отверстий на многослойной печатной плате. Применение таких отверстий позволяет выполнить разводку довольно насыщенных печатных плат. Однако встречаются ситуации, когда этого недостаточно — например, для многослойных печатных плат малого размера с крайне высокой плотностью SMT-компонентов на обеих сторонах печатной платы или при использовании микросхем BGA c шагом 0,8, 0,65, 0,5 мм и менее.

Проектирование электронной аппаратуры с учетом физических моделей деградации позволяет предусмотреть выбор надежностно-ориентированных проектных решений. Долговременный опыт проектирования, испытаний аппаратуры, предназначенной для экстремальных условий эксплуатации, позволил выявить механизмы типичных отказов, на основе которых можно осуществлять осознанный выбор конструктивных и технологических решений, ориентированный на обеспечение требуемого уровня надежности с учетом дестабилизирующих факторов внешних воздействий.

Компания Hдusermann закончила разработку технологии HSMtec для реализации высоких токов на печатных платах. Данная технология готова для использования в серийном производстве. По сравнению с применяемыми до сих пор другими технологиями она обладает многими преимуществами относительно производственных затрат, экологичности производства и занимаемой площади печатной платы. Решения для отвода тепла могут быть также осуществлены на ограниченной площади.

В ходе квалификации бессвинцовой технологии были проведены многочисленные эксперименты с паяльными пастами SnAgCu с различными вариантами состава элементов. В основном были использованы стандартные методы тестирования качеств обработки паяльных паст и аспектов надежности паяных соединений для различных применений. В данной статье представлены результаты этих обширных исследований относительно качеств и параметров обработки при нанесении и оплавлении паяльных паст. С помощью статистического плана испытаний стало возможным определить оптимальные параметры и их границы при нанесении пасты и процессе пайки печатных плат. Также было проведено сравнение различных паст и анализ характерных признаков дефектов.

В этой статье мы расскажем о крайне интересной возможности реализации конструкторских решений — о гибко-жестких печатных платах. В целом для российского рынка этот продукт является новым и незнакомым. Крайне мало предприятий освоили или только начинают осваивать эту технологию. При этом за рубежом гибко-жесткие печатные платы применяются повсеместно — от бытовой электроники и мобильных телефонов до систем коммуникации корабля, самолета или космического аппарата.

Компанией Hдusermann закончена разработка технологии HSMtec для реализации высоких токов на печатных платах. Данная технология готова для использования в серийном производстве. По сравнению с применяемыми до сих пор другими технологиями она обладает многими преимуществами относительно производственных затрат, экологичности производства и занимаемой площади печатной платы. Решения для отвода тепла могут быть также осуществлены на ограниченной площади.

В статье описана новая вычислительная технология, позволяющая автоматизировать процесс анализа паразитных связей в топологиях высокочастотных кристаллов и печатных плат.

В предыдущем номере EDA Expert мы уже коснулись вопроса проектирования LTCC-устройств. Рассмотренный ранее пакет Microwave Office фирмы AWR более ориентирован на проектирование СВЧ-модулей, так как предлагает уникальный набор функций электродинамического моделирования многослойных структур. В этой статье будет рассмотрен специализированный продукт HYDE немецкой компании Durst CAD/Consulting GmbH, предназначенный для проектирования топологий гибридных и LTCC-устройств.

Осенью 2008 года один из ведущих производителей программного обеспечения для электротехнического проектирования, датская компания PC|SCHEMATIC отпраздновала свое тридцатилетие. Одновременно отметил свой 60-летний юбилей бессменный руководитель и основатель компании Ове Ларсен (Ove Larsen).

Компания Zuken является ведущим производителем программного обеспечения для проектирования печатных плат. Нельзя сказать, что прошедший 2008 год был для нее легким, но можно с уверенностью утверждать, что компания не только не потеряла лидирующих позиций, но и сделала ряд очень важных шагов в направлении совершенствования своих продуктов.

В 2008 году компания Mician совместно с корпорацией MDA (MacDonald, Dettwiler and Associates Corp.) по заказу Европейского космического центра исследований и технологий (ESA/ESTEC) выполнила разработку специального программного обеспечения, предназначенного для синтеза рупорных антенн различного типа. Несмотря на то, что коммерческая версия этого продукта в настоящий момент недоступна, информация о нем может быть интересна широкому кругу специалистов.

В предыдущей статье мы рассказали о преимуществах, которые дает разработчику применение гибких и гибко-жестких печатных плат, и описали основные варианты их применения. Теперь давайте разберемся, из каких материалов такие печатные платы выполнены, каковы наиболее типовые конструкции, а также какие моменты следует учитывать разработчику при их проектировании.

Один из основных принципов успешности бизнеса — это минимальное время, которое затрачено от момента возникновения идеи до создания готового продукта. То, что принято называть временем выхода на рынок, или “Time-to-market”. Во многом оно зависит от эффективности отдела разработки, от того, насколько полноценно загружен каждый сотрудник, насколько четко осуществляется взаимодействие между ними.

Мы продолжаем разговор об этапах проектирования печатной платы. Ранее было рассказано, как именовать электронные компоненты и на что обращать внимание при создании библиотеки посадочных мест, или символов. В этот раз мы рассмотрим следующий этап — так называемую «механику», то есть механическую часть проектирования печатной платы.

В предыдущих главах мы рассмотрели общие положения проектирования, взаимосвязь между инженером-схемотехником и разработчиком печатной платы. Автор рассказал о принципах построения библиотеки компонентов и определении механических параметров печатной платы при помощи САПР Allegro фирмы Cadence. В этот раз мы поговорим о размещении компонентов на печатной платы (то есть о так называемой «компоновке»).

При правильных настройках метод планарного электромагнитного моделирования в закрытом объеме (экранированный) может быть применен для анализа антенн. И хотя этот метод не может решить абсолютно все задачи анализа антенн, что доступно методу, работающему в неограниченном объеме (неэкранированному), он демонстрирует высокую ошибкоустойчивость. Это свойство позволяет однозначно идентифицировать, квалифицировать и затем устранить источники ошибок моделирования. Оно также дает возможность использовать группы идеально калиброванных внутренних портов, уникальных для экранированных методов EM-анализа. Все это позволяет разработать новые эффективные методологии проектирования и реализовать новую функцию экстракции компактных моделей, что фактически означает возможность синтеза EM-структур на схемотехническом уровне. В статье приводится описание этих методологий с реальными примерами.

При разработке МПП, содержащей много одинаковых «каналов» или «модулей памяти», можно ускорить процесс проектирования, если PCB-редактор позволяет автоматически определить схемотехническую похожесть этих фрагментов и, соответственно, «размножает» единожды сделанное на печатной плате размещение и трассировку одного такого фрагмента. Особенно полезным может стать такое свойство, как дальнейшее «отслеживание» изменений во фрагменте-образце.

Описанный метод очистки гальваностоков с использованием ферроферригидрозоля дает возможность не только вернуть очищенную воду в водооборот предприятия, но и утилизировать ценные вещества с целью их безвредного захоронения или для использования в керамическом производстве.

Эта глава цикла посвящена методологии формирования рисунка маркировки на печатной плате (Silk Screen), а также построению чертежей для автоматической ее сборки. Описание процессов относится к интерфейсу САПР Cadence Allegro, но изложенные приемы можно с успехом применять и в других современных САПР.

Инженер-электронщик, имеющий дело с цифровыми и цифро-аналоговыми платами с высокой частотой сигналов, вынужден одновременно решать проблемы по нескольким направлениям: обеспечение контроля целостности сигналов; электромагнитная совместимость; распределение питания в схеме. Современный дизайн высокоскоростных печатных плат требует совмещения многих данных и эффективного управления ими в процессе разработки, что, в свою очередь, ведет к повышению качества разработки и сокращению времени выполнения проекта (time to market). Как следствие, системы управления данными стали одним из главных инструментов в разработке печатных плат.

Проект gEDA показывает, что созданный усилиями сообщества пакет САПР, распространяемый в виде исходных кодов бесплатно, может составить конкуренцию коммерческим аналогам. Статья знакомит читателя с некоторыми возможностями gEDA и дает сведения, необходимые для быстрого начала работы.

В предыдущей части мы научились создавать группы сигналов и определять для них законы по расстоянию между объектами [1].

В современных условиях, когда время выхода продукта на рынок (time to market) является одним из основных факторов успеха предприятия, возможность редактора печатных плат по увеличению скорости выполнения проектов становится очень важным свойством САПР печатных плат, используемой на предприятии.

В конце мая 2011 г. в Москве прошел очередной семинар компании PCB Technology, на котором рассматривались практические аспекты разработки и изготовления современных гибко-жестких печатных плат (ГЖПП). Комплекс сведений, полученных слушателями семинара, поможет грамотно и технологично спроектировать самые сложные платы и избежать потерь времени и денег на всем жизненном цикле изделия.

Сколько я ни прошу своих студентов показать мне пошаговую последовательность проектирования печатных узлов и плат, столько они жалуются, что ничего нужного не находят ни в Интернете, ни в журналах. Действительно, профессиональные проектировщики электроники, наверное, считают это настолько простым и очевидным, что опубликовать статью на эту тему они считают для себя чем-то малозначимым и потому ненужным. Самый успешный и интересный популяризатор процессов проектирования электроники А. И. Акулин на своих семинарах так углубился в сложные проблемы проектирования, что возвращаться к началам ему уже не резон. Поэтому мне захотелось вернуться к первым шагам в процессе проектирования печатных плат для начинающих работать в этой области творчества. Этому способствовал выпуск двухтомного справочника К. Ф. Кумбза «Печатные платы», где глава 14, написанная профессором Ли В. Ричи (Lee W. Ritchey), посвящена именно процессу проектирования печатных плат.

В условиях современного предприятия, осуществляющего проектно-конструкторскую деятельность с применением САПР, особенно остро стоит проблема совместимости версий программного обеспечения и файлов проектов. В случае если одни подразделения работают в одной САПР, а другие — в иной, возникают сложности при переходе от одного файла проекта к другому либо от одной САПР к другой. Если предприятие занято производством работ по субподряду, то может возникнуть ситуация, требующая быстрого переноса файлов проекта в другой формат данных, применяемый в САПР этого предприятия.
   Отдельного рассмотрения заслуживает схема взаимодействия между конструкторами и технологами, когда на печатную плату необходимо поместить трехмерный объект. Рассмотрим общую схему переноса файлов библиотек и их дополнения на примере импорта библиотек в САПР Altium Designer.

Увеличение плотности монтажа компонентов на коммутационных платах приводит к повышению выделяемой удельной тепловой мощности. Необходимо обеспечивать эффективный отвод тепла для увеличения срока службы электронных приборов, поэтому в настоящее время появляются новые конструкторские решения и способы охлаждения. Одним из эффективных решений является использование в качестве коммутационного основания теплопроводящих подложек, изготавливаемых по технологии ALOX.

В статье рассматривается процесс создания штыревых и заказных контактных площадок, контактных площадок поверхностного монтажа, стеков контактных площадок, символов сверления, а также библиотечных компонентов при помощи редакторов Padstack Editor и Part Editor системы проектирования Expedition Enterprise.

В статье предложен метод проектирования геометрии печатных плат (контур печатной платы, границы трассировки, области запрета трассировки и размещения), который заключается в разработке сложных контуров в программной среде Corel Draw и дальнейшей их передаче в редактор топологии печатных плат. Corel Draw является графическим редактором, однако в нем есть возможность экспортировать данные в формат .dxf. В свою очередь функцию импорта файлов в формате .dxf поддерживают практически все современные редакторы топологии печатных плат. Corel Draw предназначен для рисования сложнейших векторных рисунков, а значит, создать в нем сложный контур печатной платы не составит труда.

В современном мире все острее становится проблема формирования электромагнитной обстановки, обеспечивающей нормальное функционирование радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и экологическую безопасность. Создание такой обстановки и поддержание электромагнитной безопасности объектов может осуществляться различными способами. Наиболее эффективным из них сегодня является экранирование электромагнитных волн многослойными защитными экранами.

В высокопроизводительных электронных модулях с экранами от внешних электромагнитных полей возникает проблема отвода тепла от теплонагруженных микросхем. Предложен вариант отвода тепла с помощью контактных муфт и теплорассеивающих пластин. Моделированием получены численные значения температур основных теплонагруженных элементов и тепловые поля в электронных модулях.

Для большинства разрабатываемых многослойных печатных плат характерно наличие внутренних полностью или частично металлизированных слоев, используемых, как правило, для подводки питания, и отдельных областей металлизации на сигнальных слоях, в основном применяемых для экранирования. В статье рассмотрены возможности редактора PADS Layout системы Mentor Graphics PADS 9.5 по работе с областями металлизации.

Проектирование и разводка печатных плат в Санкт-Петербурге

Проектирование печатных плат в нашей компании обеспечивает собственный штат высококвалифицированных специалистов, которые в своей работе используют лицензионные программные продукты Altium Designer, P-CAD и СAM350.

Сегодня компания работает с заказчиками из различных областей электронной промышленности на всей территории РФ, в городах: Москва, Самара, Ростов-на-Дону, Нижний Новгород, Екатеринбург, Киров, Казань, Воронеж, Новосибирск.

Конструирование радиоэлектронной аппаратуры:

• Проектирование  печатных плат  любой степени сложности.   
• Разработка конструкторской документации на РЭА по ЕСКД. 
• Разработка механических деталей, несущих конструкций (корпусов) РЭА.

Конструкторский отдел имеет опыт проектирования:

• Одно-, двухслойных и многослойных печатных плат в соответствии со стандартами IPC-7351A «Общие требования по конструированию контактных площадок и печатных плат с применением технологии поверхностного монтажа», IPC-7095B «Проектирование и внедрение процессов сборки с применением BGA», ГОСТ 23751-86.
• Жгутов, кабелей, кроссов.
• Платы печатные с дифференциальными парами, выполняют расчет волнового сопротивления.
• Платы печатные для автоматического монтажа, компоновка оптимальной заготовки для автоматического монтажа серийно выпускаемых плат.
• 3D моделей плат печатных, деталей, сборок и узлов.

Преимущества работы с нами:

Для того чтобы сделать заказ на разводку печатных плат, нам необходимо получить от Вас техническое задание. Вы можете выслать необходимые документы по e-mail, лично передать нам в офисе или воспользоваться формой ниже.

Мы гарантируем соответствие спроектированной печатной платы требованиям технического задания. Если в процессе  эксплуатации устройства обнаружились ошибки, возникшие по нашей вине, мы устраняем их за свой счет.

Примеры оформления конструкторской документации
Спецификация	Скачать
Сборочный чертеж (СБ)	Скачать
Схема электрическая принципиальная (Э3)	Скачать
Перечень элементов (ПЭ3)	Скачать
Схема электрическая соединений (Э4)	Скачать
Схема электрическая расположения (Э7)	Скачать
Чертёж печатной платы (3 части)	Скачать

Вы можете направить информацию для расчета, заполнив приведенную ниже форму.

Проектирование печатных плат / Евроинтех

Pulsonix — система проектирования печатных плат

Программа Pulsonix рекомендуется для плат среднего уровня сложности и включает редактор схем многолистовых проектов, редактор печатных плат, средства автоматической и полуавтоматической трассировки, смешанного аналого-цифрового моделирования.

VisualCAM — подготовка производства печатных плат

Пакет VisualCAM предлагает пользователям максимальный набор инструментов для подготовки производства печатных плат, в то время как программа GerbTool имеет несколько конфигураций и представляет собой его упрощенную версию. Пакет полностью поддерживает форматы данных Gerber RS-274X, ODB++ и IPC-2581 и позволяет выполнять разнообразные проверки правил DRC и DFM и оптимизировать топологию.

VisualCAM Stencils — подготовка производства трафаретов для нанесения паяльной пасты

Продукт позволяет выполнять импорт данных в форматах Gerber, Barco DPF, HPGL, DXF, CAM350, IPC-2581, ODB++, Pads ASCII and GenCAD. Специальный макрос LayerPrep Macro позволяет автоматически подготовить данные, необходимые для изготовления трафарета, посредством выполнения команд Stacked Pad Removal, Drawn Pad Conversion и Custom to Intrinsic за один запуск.

GerbTool — подготовка производства печатных плат

Программа GerbTool имеет несколько конфигураций и представляет собой упрощенную версию пакета VisuaCAM. Пакет полностью поддерживает форматы данных Gerber RS-274X, ODB++ и IPC-2581 и позволяет выполнять разнообразные операции по редактированию подобных файлов.

Easy-PC — дешевый продукт для проектирования печатных плат

Компания Number One Systems предлагает набор недорогих программных продуктов для проектирования печатных плат. Решения компании обеспечивают сквозной цикл проектирования от разработки принципиальной схемы и ее моделирования, до трассировки топологии печатной платы и организаци ее производства.

LayoutEditor — универсальный редактор топологий интегральных схем

Редактор LayoutEditor представляет собой специализированное программное обеспечение для проектирования топологий интегральных устройств на основе толстопленочной и тонкопленочной технологии. Он позволяет разрабатывать обычные интегральные (IC), микроэлектромеханические (MEMS), многокристальные (Multi-Chip-Modules, MCM), гибридные (Chip-on-Board, COB), низкотемпературные керамические (LTCC), монолитные СВЧ (MMIC) устройства, а также обычные печатные платы.

ELECTRA — адаптивный бессеточный автотрассировщик

Бессеточный трассировщик ELECTRA бельгийской компании KONEKT SPRL предназначен для работы с большинством популярных систем проектирования (Allegro, OrCAD, Pulsonix, Mentor Boardstation, PADS, Ranger, CADint, Pantheon, UltiBoard, Eagle, P-CAD, Protel, Vutrax, IVEX, WinPCB) и использует традиционный shape-based алгоритм.