Обоснование компоновки печатной платы

Компоновка печатной платы – это процесс, при котором находят оптимальное размещение навесных элементов на печатной плате.

Компоновку обычно выполняют с помощью шаблонов элементов, устанавливаемых на плате, изготовленных из бумаги или из другого материала. Шаблоны выполняют в том же масштабе, в котором оформлялся чертёж печатной платы. Эти шаблоны размещают на листе бумаги или другого материала с нанесённой координатной сеткой и ищут такое расположение элементов, при котором длина соединяющих их проводников минимальна пример – рисунок 6.

А	Б
Рисунок 6.2 – Пример компоновки печатной платы А – сборочный чертеж; Б – собранное по сборочному чертежу устройство

Рассматривая вопросы компоновки, необходимо подчеркнуть, что решение этой задачи может осуществляться как при проектировании функционального узла, так и при разработке субблоков, блока или всего устройства в целом.

В результате компоновки находят положение контактных площадок для подключения всех элементов.

Печатную плату с установленными на ней электрорадиоэлементами называют печатным узлом.

Если ЭРЭ имеют штыревые выводы, то их устанавливают в отверстия печатной платы и запаивают. Если корпус ЭРЭ имеет планарные выводы, то их припаивают к соответствующим контактным площадкам внахлест.

ЭРЭ со штыревыми выводами нужно устанавливать на плату с одной стороны (для плат с односторонней фольгой – на стороне где нет фольги). Это обеспечивает возможность использования высокопроизводительных процессов пайки, например пайку "волной". Для ЭРЭ с планарными выводами пайку "волной" применять нельзя. Поэтому их можно располагать с двух сторон печатной платы. При этом обеспечивается большая плотность монтажа, так как на одной и той же плате можно расположит большее количество элементов.

При размещении ЭРЭ на печатной плате необходимо учитывать следующие:

полупроводниковые приборы и микросхемы не следует располагать близко к элементам, выделяющим большое количество теплоты, а также к источникам сильных магнитных полей (постоянным магнитам, трансформаторам и др.);

должна быть предусмотрена возможность конвекции воздуха в зоне расположения элементов, выделяющих большое количество теплоты;

должна быть предусмотрена возможность лёгкого доступа к элементам, которые подбирают при регулировании схемы.

Если элемент имеет электропроводной корпус и под корпусом проходит проводник, то необходимо предусмотреть изоляцию корпуса или проводника. Изоляцию можно осуществлять надеванием на корпус элемента трубок из изоляционного материала, нанесением тонкого слоя эпоксидной смолы на плату в зоне расположения корпуса (эпоксидная маска), наклеиванием на плату тонких изоляционных прокладок.

В зависимости от конструкции конкретного типа элемента и характера механических воздействий, действующих при эксплуатации (частота и амплитуда вибрации, значение и длительность ударных перегрузок и др.), ряд элементов нельзя закреплять только пайкой за выводы – их нужно крепить дополнительно за корпус.

Крепление за корпус в зависимости от конструкции и массы элементов можно производить приклейкой к плате специальными мастиками или клеями, прилакировкой в процессе влагозащиты печатного узла, заливкой компаундом, привязкой нитками или проводом, с помощью скоб, держателей и другими методами.

Если микросхема выделяет большое количество теплоты и находится при повышенной температуре, то существует опасность нагрева корпуса микросхемы, выше допустимой температуры. В этом случае под корпусами микросхемы устанавливают теплоотводящую медную шину, концы которой должны плотно прилегать к корпусу изделия или другому элементу конструкции, способному отводить выделяемую микросхемой теплоты в окружающее пространство. Медная шина должна быть изолирована изоляционной прокладкой от печатных проводников, проходящих под микросхемой. По тем же причинам изоляционные прокладки нужно применять при установке микросхем. Вместо прокладок можно покрывать нижнюю поверхность корпуса микросхемы эпоксидной смолой.

Зазор между корпусами должен быть не менее 1,5 мм (в одном из направлений). Указанный зазор необходим для возможности захвата микросхемы специальными устройствами при автоматической установке. Планарные корпуса нужно располагать длинной стороной вдоль направления конвекционного потока воздуха. При этом улучшается охлаждение микросхемы.

Так как печатные платы имеют малые расстояния между проводниками, то воздействие влаги может привести к таким ухудшениям сопротивлениям изоляции, при которых будет нарушаться нормальная работа схемы. Поэтому печатные узлы, которые будут работать в сложных климатических условиях, необходимо покрывать слоем лака.

Используемые для этого лаки должны иметь следующие свойства:

а) хорошую адгезию к материалу платы и печатным проводникам;

б) малую влагопоглощаемость;

в) большое сопротивление изоляции;

г) способность быстро высыхать при невысокой плюсовой температуре;

д) отсутствие растрескивания в диапазоне рабочих температур.

Однако следует отметись, что тонкая плёнка лака не способна надёжно защитить плату от влаги при длительном воздействии, так как абсолютно влагонепоглощающих лаков не существует.

6.3 Описание конструкции термометра – стабилизатора температуры

Прибор собран на двух печатных платах. Основная изображена на рисунке 7. На ней установ­лена 20-контактная па­нель для микроконтрол­лера, датчик температу­ры смонтирован со сто­роны, противоположной той, где находятся ос­тальные элементы. Для подключения трансфор­матора Т1 на плате име­ется штыревой разъем, а для сети 220 В, лампы EL1 и термопредохрани­теля FU1 (117°С, 2 А) — колодка с шестью винтовыми зажимами. На стабилизатор DA1 нужно надеть небольшой теплоотвод из меди.

Рисунок 6.3 – Сборочный чертеж печатной платы

основного блока

Индикатор HG1, кнопки SB1—SB4 и светодиод HL1 размещены на отдель­ной плате (рисунок 8), которая прижата стороной печатных проводников к лево­му (по чертежу) торцу основной платы перпендикулярно ей.

Рисунок 6.3.1 – Сборочный чертеж печатной платы

блока управления

Печатные провод­ники 1—19 обеих плат соединены пай­кой. Получившаяся конструкция помещена в корпус из изоляционного материала с отверстиями для индика­тора, светодиода, кнопок и датчика температуры. В качестве светофильтра для индикатора я использовал пленку серого цвета, в которую была упакована материнская плата компьютера

Светодиодный индикатор HDSP-K121 можно заменить аналогичным DA56-11HWA или другим двухразрядным с общими анодами элементов, а импорт­ные транзисторы ВС327 — отечествен­ными КТ502А. В качестве Т1 подойдет любой малогабаритный трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 7,5...9 В при токе нагрузки 300 мА Выпрямительный мост DB101 допусти­мо заменить другим монолитным на напряжение не менее 100 В и ток 1 А или собранным из четырех дискретных диодов, например, серии 1N4001 — 1N4007.