Konstrukce elektronických zařízení 5. přednáška prof.ing. Petr Chlebiš, CSc.
Postup návrhu elektronického zařízení Tradiční postup - Analýza problému - Volba způsobu zpracování informace v celé sestavě (co zpracovat analogově, co digitálně) - Vlastní návrh obvodového řešení, výpočty, výběr vhodné součástkové základny (katalogy, firemní literatura) - Stavba elektronického modelu pro ověření vhodnosti návrhu - Testování a úpravy zapojení, překreslování dokumentace, návrh plošného spoje a veškeré výrobní dokumentace - Osazení plošného spoje, testování a oprava dokumentace - při případných chybách - Příprava sériové výroby
Postup návrhu digitálního programovatelného elektronického zařízení
Volba typu montáže elektronického zařízení - Prostorová montáž. - Plošná montáž desky plošných spojů (DPS, PCB). - Ovíjené spoje. - Jiné technologie (hybridní technologie, ohebné plošné spoje). Návrh je třeba provádět v souladu s vyrobitelností (DFM Design For Manufacturing)
Montáž na desky plošných spojů Výhody montáže na desky plošných spojů - Mechanická opora součástek, odolnost proti vibracím. - Dokonalé a dobře kontrolovatelné propojení součástek. - Vysoká shodnost při opakované výrobě. - Možnost doladění parazitních vlastností L, C, event.r, spojovacích cest. - Snadná přístupnost pro testování vyrobených desek (zařízení). - Snadná automatizace návrhu i výroby. - Přehlednost a snadná opravitelnost díky popisu součástek na desce. Základní typy montáže - Klasická montáž drátové vývody součástek, vrtané DPS. - Plošná montáž (SMD) pájení součástek na pájecí plošky.
Porovnání složitosti návrhu DPS
Postup návrhu DPS Tradiční postup
Postup návrhu elektronického zařízení Postup s využitím návrhových systémů - Analýza problému - Volba způsobu zpracování informace v jednotlivých blocích i celé sestavy (co digitálně a co analogově) - Kreslení základního schématu elektronickým editorem, který současně tvoří databázi všech spojů, typů použitých součástek a jejich pouzder - Simulace obvodu pomocí speciálních obvodů (vyřeší obvykle většinu návrhářských chyb) - Návrh plošného spoje pomocí speciálního programu (Návrhový systém) (současná je tvorba veškeré výrobní dokumentace) - Testování vyrobeného prototypu, oprava nebo úprava možných chyb ve schématu automatické generování upraveného plošného spoje - Úprava dokumentace se generuje automaticky při každé změně schématu i plošného spoje
Požadavky při návrhu DPS - Návrh DPS zahrnuje: - Volbu materiálu, v souladu s požadovanými elektrickými a mechanickým vlastnostmi kompletu. - Určení velikosti desky plošného spoje. - Volbu použité montážní technologie - Volbu počtu propojovacích vrstev - Vytvoření kresby jednotlivých vrstev - a vzájemného propojení vrstev.
Požadavky při návrhu DPS - Návrh DPS musí splňovat požadavky na, - soubor elektrických a mechanických vlastností - technologii výroby (vyrobitelnost) desky - přijatelnou cenu pro danou aplikaci - současně platné normy, ČSN EN 61188-5-1 Desky splošnými spoji a osazené deskynávrh a použití. Všeobecnépožadavky ČSN EN 61188-5-2 Desky splošnými spoji a osazené deskynávrh a použití. Diskrétnísoučástky ČSN EN 61188-5-6 Desky splošnými spoji a osazené deskynávrh a použití. Nosiče čipů s vývody ve tvaru J na čtyřech stranách
Automatizovaný návrh DPS
Návrh desky plošných spojů Členění desky do vrstev při automatizovaném návrhu - Návrhové vrstvy plošného spoje obvykle členíme podle účelu. - Vedení spojů Top, Bottom, Gnd, Pwr, Inner 1, 2,... - Nepájivé masky - Solder Mask Top (SMTop), Bottom(SMBot). - Pájecí pasta Solder Paste Top (SPTop), Bottom (SPBot). - Obrysy součástek Place Outline. - Servisní potisk Silkscreen Top (SSCTop), Bottom (SSCBot). - Osazovací výkres Assembly Top (ASTop), Bottom (ASBot). - Vrtací výkres Drill Drawing (DRD). - Data pro NC vrtačku - Drill.
Montáž na desky plošných spojů Členění desky do vrstev při automatizovaném návrhu
Knihovny pouzder Návrh desky plošných spojů - Každá součástka musí mít definované pouzdro, které určuje rozměry pouzdra a rozmístění jeho vývodů. (Vývod Pad) & Comp 14 13 12 11 10 9 8 & Comp DIP.100/14/W.300/L80 & VALUE 1 2 3 4 5 6 7
Montáž na desky plošných spojů Základní rozmístění a rozměry - Rozmístění v rastru Modulový rastr je základní souřadnicová síť v jejichž průsečících jsou umístěny vývody (pady). - Třída přesnosti udává základní rozměrové parametry pro rozmisťování součástek a vedení spojů. - Izolační vzdálenosti jsou určeny třídou přesnosti a kvalitou (izolační pevností) podkladové desky. - Šířka spoje daná přesností, upravuje se podle proudové hustoty. - Prokovy - (via) jsou vodivé průchody mezi různými vrstvami, jejich velikosti a další parametry určuje třída přesnosti.
Montáž na desky plošných spojů Konstrukční třídy přesnosti DPS (PCB) Všechny pady jsou v tzv. modulovém rastru - Modulový rastr je v jednotkách mil (miliinch) - Platí: X [mil] = 39,37.X [mm] X [mm] = 0.0254. X [mil]
Montáž na desky plošných spojů Provedení DPS
Děkuji za pozornost