Печатные платы

12.04. Изготовление плат печатного монтажа

При серийном производстве любой электрической схемы лучше пользоваться печатным монтажом. Печатная плата представляет собой твердую пластину из непроводящего материала с тонкими медными линиями, являющимися схемными проводниками. Хотя ранние печатные схемы считались малонадежными (вспомните рекламу телевизоров, высокие качества которых обеспечивались тем, что в них не использовались печатные схемы, а применялся навесной монтаж с ручной сборкой), технологические процессы создания материалов для ПС и производства законченных плат достигли такого уровня, что сейчас изготовление печатных схем практически не представляет проблемы. И действительно, платы ПС являют собой самую надежную технику монтажа. Печатные схемы, как правило, используются в компьютерах, в космической аппаратуре, в военной, электронной технике, где, как известно, высокая надежность имеет особое значение.

«Майлар» или фоточертеж. Изготовление платы ПС начинают с того, что имея комплект плакатов рабочего размера, вычерчивают непрозрачный рисунок из треков и контактных площадок, требуемых по схеме (рис. 12.6).

Рис 12.6. Чертеж металлизации для простой односторонней платы ПС. Этот «позитивный слой» выполнен фотографическим уменьшением майларового рисунка, сделанного вручную в масштабе 2:1. Схемная плата размером 82,15x87,5 мм содержит 4 ИМС, 24 резистора, 11 конденсаторов, 5 диодов, 1 триммер и 1 пьезозуммер.

На этой стадии работы существует тьма правил и хитрых уловок, но основное — это сообразить, как сделать все нужные межсоединения с помощью линий, протянутых по панели. Как будет коротко описано в разд. 12.08, эти плакаты обычно выполняют непосредственно на пленке, используя фотографопостроитель, управляемый ЭВМ, или лазерный графопостроитель, работающие по описанию схемы, разработанной с помощью САПР (системы автоматизированного проектирования). Однако для простых схем нанесение рисунка можно выполнять вручную, наклеивая непрозрачные полоски и шаблоны на чистую майларовую пленку. В этом случае ленточный майларовый шаблон делают в удвоенном масштабе, с которого фотографическим путем получают плакат рабочего размера.

В любом случае вы получаете окончательный плакат в масштабе 1:1 в виде пленки с нанесенным рисунком из проводников. Для самых простых схем используют односторонние платы, в которых все дорожки делаются на нижней стороне, а на верхней («компонентной») располагают схемные элементы. В таких платах вы сами можете сделать все необходимые межсоединения (допускается наличие нескольких проволочных перемычек в качестве вспомогательных). Более часто, однако, дорожки нужны на обоих сторонах платы. В двусторонних платах всегда используют металлизированные насквозь отверстия, которые являются чистыми проводниками между соответствующими контактными площадками, расположенными по разные стороны панели. При проведении линий вы всегда можете с помощью этих отверстий перейти на другую сторону, что особенно важно, когда линия соединений обрывается. Работая с односторонними платами, вы в этих случаях часто оказываетесь беспомощными. Для соединений с выводами компонентов лучше всего использовать легкоплавкий припой, затекающий вглубь отверстия.

При изготовлении сложных цифровых схем часто используют многослойные платы ПС. Внутренние слои служат для подведения земли или напряжения от источника питания, а иногда их используют и как сигнальную линию. Четырех- и шестислойные платы на сегодняшний день довольно обычны. В исключительных случаях используют и больше слоев (вплоть до 40!).

Изготовление. Обе стороны платы ПС (обычно это пластина толщиной 1,55 мм из так называемого FR-4, огнеупорного стекловолокна, пропитанного эпоксидной смолой) покрываются медью (стандарт — «две унции», т. е. слой меди толщиной 0,0675 мм). На первой стадии сверлятся отверстия либо про трафарету, либо на автоматическом сверлильном станке, настроенном точно по размерам фотопозитива, полученного с помощью фотоплоттера, или по размерам майларового плаката. Отверстия затем металлизируются насквозь путем комбинированного многослойного осаждения меди, благодаря чему создаются непрерывные проводящие соединения с одной стороны платы на другую.

Следующая стадия заключается в создании слоя твердого «резиста», наносимого на обе стороны платы всюду, кроме тех участков, где согласно схеме фольга должна остаться. При этом поступают так: (а) плату покрывают светочувствительным слоем (обычно это тонкая клейкая «сухая пленка»), затем (б) экспонируют светом через полноразмерный фотопозитив, положенный сверху, и (в) химически «проявляют» пленку (как в обычной фотографии), чтобы закрепить экспонированные участки. Этот этап аналогичен фотографическому процессу «фиксирования» с последующим удалением неэкспонированных участков, которые в точности соответствуют линиям плаката. Эти линии в конечном счете должны стать схемными дорожками.

Затем плату с рисунком из резиста, теперь защищающего участки, с которых медную фольгу нужно будет удалить, погружают в ванну с расплавленным припоем (сплав олово/свинец). В итоге все нужные участки рисунка из фольги, включая внутреннюю поверхность отверстий, оказываются покрытыми слоем припоя. Затем резист снимается химическим способом, оголяя удаляемую медную фольгу, и плату обрабатывают составом, травящим медь, после чего остается требуемый рисунок из меди и металлизированные отверстия, покрытые припоем. Здесь очень важно выполнить одну процедуру, называемую «оплавление припоя». Она состоит в том, что плата нагревается до температуры плавления тонкого слоя металла покрытия, что уничтожает крошечные металлические волоски — «усики» (остающиеся после подрезающего действия травления). В противном случае эти волоски могут образовывать проводящие мостики. Оплавление припоя кроме этого позволяет улучшить способность к пайке законченной панели. Платы, прошедшие оплавление припоя, превосходны и с точки зрения «набивки» компонентами.

Затем ламели разъемных контактов покрываются золотом гальваническим методом. Конечный процесс изготовления платы заключается в нанесении «паяльной маски». Маска наносится сплошным слоем на всю плату и закрывает все участки с фольгой, кроме контактных площадок. В процессе последующей распайки это сильно снижает тенденцию к растеканию припоя и образованию мостиков между близко расположенными проводящими дорожками. Это также делает плату устойчивой к влажности и механическим повреждениям. Материалы для паяльной маски могут применяться в трафаретной печати («жидкая маска») или в вышеупомянутом методе с фоторезистом, используемым для создания схемного рисунка из фольги («сухая маска»). Распознать паяльную маску можно по темно-зеленому цвету и по тому факту, что ее практически невозможно снять. При промышленном изготовлении платы могут затем заполняться компонентами автоматически, причем с помощью устройства для пайки волной все соединения паяются за несколько секунд. Но можно паять и компоновать панели вручную.

Существует и более простой способ изготовления плат, которым иногда пользуются, особенно в случае небольших или односторонних плат, когда не требуется сквозная металлизация отверстий. По этой методике плату первоначально покрывают фоторезистом, который подвергают воздействию света через негатив (а не позитив), на котором с точными размерами повторен желаемый рисунок. Негатив прозрачен в тех участках, где нужно, чтобы фольга не удалялась. Резист «проявляется», и неподтвержденные засветке участки растворяются и удаляются. После этого на плате остается слой твердого резиста, покрывающего неудаляемую медь, и вы спокойно можете сразу подвергать плату травлению (опуская стадию нанесения припоя, как выше). После травления удаляются излишки меди, а оставшийся резист вымывается растворителем, и на плате остается требуемый рисунок меди. На этом этапе лучше всего опустить плату в ванну с оловом, чтобы «безэлектродно» нанести на медь слой металла, не подвергающегося коррозии. Как и в других случаях, площадки разъемных контактов (ламелей) должны покрываться золотом. Последняя стадия процесса изготовления платы заключается в сверлении отверстий вручную в соответствии с рабочим рисунком (каждая круглая контактная площадка имеет небольшое отверстие в центре, облегчающее сверление в законченной панели).

12.05. Проектирование плат с печатным монтажом

В процессе конструирования плат ПС, заполнения компонентами, и, наконец, при использовании плат в приборе возникает несколько вопросов, требующих своего разрешения. В этом разделе мы коснемся наиболее важных из них.

Чертеж платы ПС. Чтобы изготовить плату ПС, вы должны принципиальную электрическую схему преобразовать в соответствующий рисунок требуемых линий соединений из медной фольги, которые составят конечный вариант платы. Это можно сделать двумя способами: (а) Работая с эскизом схемы, нарисованной от руки, вы выделяете требуемые межсоединения («трассы»), пользуясь карандашом, бумагой (и комплектом ластиков!); затем на чистую полиэстерную пленку аккуратно накладываете непрозрачные полоски, заранее изготовленные шаблоны соединений и получаете окончательный эталонный майларовый плакат. (б) Вы составляете для схемы, нарисованной вручную, таблицу соединений ("netlist"), а затем, используя программу САПР для вычерчивания трасс, вы сразу получаете комплект точных «фотоплакатов» в машинном исполнении. Еще лучше, если можно вместо ручного изготовления эскиза схемы использовать пакет программ САПР для ввода описания. При этом с помощью графического планшета или «мышки» вы создаете схему непосредственно на графическом автоматизированном рабочем месте (АРМ).

Создание электрической и монтажной схем с помощью САПР (см. выше п. б) имеет много преимуществ, в том числе: автоматическая выдача таблицы соединений, простота в составлении документации, отыскание ошибок конструирования и норм размещения, относительная легкость внесения изменений и возможность изготовлять сложные многослойные платы с точной подгонкой контактных площадок и проводящих дорожек. При изготовлении почти всех сложных и высокоплотных плат ПС пользуются системой автоматического проектирования. Однако начнем с простого. Мы кратко дадим описание ручных способов составления чертежа плат ПС (см. выше п. а).

Зная, как создается плата ПС вручную, вы с пониманием будете выполнять эту работу, используя сложный пакет программ САПР. К тому же при простых работах всегда могут понадобиться ручные приемы, так как они дешевые (а иногда и более быстрые). На практике ручные способы применимы при изготовлении плат, имеющих невысокую плотность элементов, а также при изготовлении плат в небольшом количестве для лабораторного использования, так как для этого вы можете пользоваться самыми простыми инструментами. Ручные способы хороши при изготовлении плат, содержащих нестандартные трассы соединений и размеры между выводами. Позже, в разд. 12.08, мы будем описывать возможности САПР, без которой не обойтись при изготовлении цифровых многослойных плат, имеющих высокую плотность элементов и предназначенных для серийного производства.

От принципиальной схемы до получения законченной монтажной ПС проходит несколько стадий. Имея вначале только принципиальную схему, вы обычно разрабатываете пробный карандашный эскиз размещения компонентов и межсоединений. В конце концов получается карандашный рисунок, на котором все вместе — компоненты и межсоединения - располагаются в рабочем виде. На его основе вы изготавливаете плакат, на котором показаны точно выстроенные в ряды контактные площадки и полоски межсоединений. Для выводов ИМС и транзисторов, а также межсоединений и контактов разъемов используются предварительно разрезанные шаблоны, так как они имеют стандартные местоположения и размеры.

Карандашный эскиз и плакаты делаются в масштабе 2:1, что позволяет повысить точность (а также уменьшить усталость ваших глаз). Когда плакат завершен (а для двусторонних плат - два плаката), его фотографически уменьшают до рабочего размера негатива, с которого изготавливается по описанной выше методике пробная плата. Образец платы «заполняется» элементами, подводится питание, и затем отыскиваются ошибки. Это позволяет скорректировать разводку плакатов и изготовить окончательный вариант платы. В следующих подразделах даются дополнительные подробности и рекомендации.

Предварительный эскиз. Первоначальный чертеж схемы расположения лучше делать карандашом на специальной бумаге для плакатов с нанесенной сеткой (2 лин./см) двумя цветами, чтобы различить верхнюю и нижнюю стороны платы (это касается, естественно, только двусторонних плат). Мы обычно пользуемся черным карандашом для вычерчивания линий на нижней стороне и красным или зеленым - для верхней стороны (компонентной). Очевидно, что вам придется делать множество подтирок, поэтому лучше пользоваться специальной веленевой разграфленной бумагой. Расстояние между линиями в 5 мм соответствует основному шагу 2,5 мм — принятому стандарту для расстояний между ножками ИМС, выводами транзисторов, контактами разъемов и т. д. Ваш рисунок должен соответствовать виду компонентной стороны (вид сверху), т. е. эскиз плаката фольги компонентной стороны должен смотреться так же, как и законченный плакат. Эскиз нижнего плаката должен быть таким, будто вы разглядываете его сквозь законченную плату с помощью рентгеновских лучей. Когда вы рисуете расположение компонентов, контуры их обозначайте карандашом третьего цвета. В процессе всей этой работы вы должны обладать свободой действий. Не тратьте время на вычерчивание по линейке: пользуйтесь линиями сетки при вычерчивании межсоединений и выводов ИМС и элементов схемы.

Некоторые пробные эскизы лучше выполнять на отдельных листках разграфленной бумаги. Особенно это касается тех частей схемы, где предъявляются специальные требования к монтажу, например в случаях, когда длина линии и межъемкостные связи должны быть минимальны. Чтобы достичь лучшей расстановки элементов, можно сделать несколько эскизов. Эти эскизы должны содержать части схемы, включающие, скажем, два или три операционных усилителя или входной или выходной узел схемы. Эти блоки следует затем включить в полную монтажную схему, перенеся на большой лист специальной веленевой бумаги для плакатов с нанесенной сеткой и корректируя их по ходу дела. Не стесняйтесь делать подтирки!

Размеры плаката и некоторые рекомендации. Старайтесь расположить все ИМС в одном направлении, лучше по прямой. Точно так же резисторы должны быть расположены ровными рядами, а не криво. Для сигнальных линий мы пользуемся черной лентой 0,75 или 1 мм, для шин питания линии шире (1,25 или 1,55) и очень широкие для земляных шин (2,5–5,0 мм или даже шире: общепринято для уширения земляной шины использовать многожильные ленты). Обязательно надо включать в схему множество шунтирующих конденсаторов емкостью 0,1 мкФ по одному на каждые два или четыре ИМС. Пытаясь справиться с запутанной сетью межсоединений, не забывайте, что элементы можно использовать как «перемычки» — они могут располагаться над линиями на плате.

Размеры и пространственное расположение: на плате ПС, имеющей рабочие размеры, мы советуем отверстия под пайку резисторов сверлить на расстоянии 10 мм (для 0,25 Вт), а расстояние между резисторами должно быть 2,5 или 3,75 мм (при расстоянии 3,75 мм вы можете провести проводник между соседними контактными площадками). Мы предпочитаем керамические конденсаторы типа СКО5 и СКО6 с расстоянием между выводами, равным 5 мм или 7,5 мм, как в корпусе "DIP" (AVX типа MD01 и Kemet C630C104M5U); они также могут располагаться на расстоянии 2,5 мм от других конденсаторов или резисторов. Оставьте некоторое пространство вокруг ИМС для логических соединений: минимум 5 мм до контактных площадок соседней ИМС и минимум 3,75 мм до ближайших контактных площадок резистора или конденсатора. Между ленточными проводниками следует оставлять 0,75 мм, и все линии должны отстоять от края платы на расстояние не меньше, чем 6,25 мм. Это пространство отводится на крепление ручки для установки платы, для направляющих, для креплений и т. д. Если нет особой необходимости, то избегайте прокладывать проводники в промежутках 2,5 мм между контактными площадками ИМС. Вы можете поместить 6 ленточных проводников между рядами контактных площадок плаката стандартного двухрядного корпуса ИМС (DIP) (они разнесены на 7,5 мм).

Для современных плат ПС обычно предпочитают более высокую плотность линий (за счет их утоньшения и более тесного расположения), чем рекомендуется выше; позже мы будем называть это нормой проектирования «15–15», обозначающей, что минимальная ширина линии 0,375 мм (0,015 дюйма) и минимальное расстояние между проводниками 0,375 мм (0,015 дюйма). В промышленных платах ПС норма «15–15» считается довольно слабой по сравнению с более часто встречающейся нормой 12–12 (0,3 мм ширина линии и 0,3 мм зазор). При проектировании по норме 12–12 можно провести один трек между соседними контактными площадками ИМС, расстояние между центрами которых 2,5 мм (для себя вы должны помнить, что это допускается, если диаметр самой площадки не более 1,6 мм). В высокоплотных платах часто пользуются нормой 10–10 или 8–8. В таких платах можно вместить две дорожки между соседними контактными площадками ИМС (максимальный диаметр площадок 1,25 или 1,5 мм соответственно). В исключительных случаях можно встретить платы с шириной дорожек 0,15 мм и еще тоньше. Разработчикам таких плат ради высокой плотности (три дорожки между контактными площадками, 20 — между центральными каналами!) приходится идти на некоторые уступки, например уменьшать размеры металлизированных отверстий. В результате производственный выход таких плат невелик и они недостаточно надежны.

Подсоединения к плате. Для большинства плат, вероятно, все внешние соединения лучше всего осуществить через печатные разъемы, непосредственно вставляемые в гнезда, у которых расположение контактов может варьироваться. Чаще используются разъемы с промежутками между контактными ламелями, равными 3,8, 3,125 и 2,5 мм. Печатный разъем обычно располагается с одного конца карты. Через него подаются напряжение питания и сигналы. Плата закрепляется механически, когда вставляется этим концом (более короткой частью) в гнездо.

Очень часто можно встретить шаблон печатного разъема и на другом конце карты, используемого для плоского ленточного жгута и служащего для подачи некоторых внешних сигналов на плату или передачи их на другую плату. Для снятия сигнала можно использовать плоский ленточный кабель, заканчивающийся во вставке DIP; такой кабель вставляется непосредственно в гнездо ИМС на плате. Эти кабели выпускаются различной длины, или же их можно сделать самим с помощью комплекта, в который входят плоский кабель, неприсоединенная вставка DIP и инструмент для навивки. Плоский кабель можно также подсоединять к плате через входную шину или многоконтактный разъем, в котором один или два ряда штырьков расположены через 2,5 мм.

Простые платы лучше всего соединять с помощью разъемов, в которых используются штампованные клеммы или печатные полоски с покрытием и винтовыми зажимами. Старайтесь не пользоваться одиночными большими контактными площадками для подсоединения внешних проводов к плате ПС. На рис. 12.7 показаны варианты соединений ПС-плат.

Рис. 12.7. Печатная плата цифрового магнитного регистратора, на которой осуществлено несколько видов внешних соединений. Магнитная головка присоединена через однорядный разъем (который соответствует ряду штырьков для накрутки), а другие цепи — с помощью многоконтактных разъемов и разъема с двухрядной вставкой DIP (впаивается на место ИМС). Щуп показан подсоединенным к выводу контрольной точки. На примере этой платы можно видеть установку элемента с теплоотводом (слева вверху), индикатора логических состояний (справа вверху), миниатюрных однооборотных потенциометров и монтаж резисторов «в линию».

Дополнительные замечания. На платах со сквозной металлизацией некоторые отверстия используются для проведения земляной шины на противоположную сторону платы. Избегайте многократных переходов сквозь плату, поскольку соединения через сквозную металлизацию могут создавать помехи даже там, где элементы отсутствуют. На двусторонних платах ленточные проводники, как правило, ведите горизонтально по одной стороне и вертикально по другой.

Основные правила: при нанесении на чертеж ленточных дорожек делайте плавные закругления или повороты на 45°, а не прямоугольные. Проводники, ведущие к контактным площадкам, должны идти прямо по направлению к центру контакта, а не под косым углом. Не монтируйте на плате тяжелые элементы (вес не должен превышать 60 г); предположите, что прибор будет периодически в течение работы сбрасываться с высоты ~2 м на твердую поверхность! На компонентной стороне указывайте полярность диодов и электролитических конденсаторов, а также номера ИМС и локализацию 1-го штырька (если есть место). Всегда удобно, когда обозначены контрольные точки, функции подстроечных элементов (например, «ОРЕГ»), входы и выходы, функции световой индикации, если, конечно, позволяет место.

Нанесение линий на майлар. Основной совет: пользуйтесь специальным столом с подсветкой, работая с майларовой пленкой с прецизионной сеткой. Не путайте майлар с дешевой пластиковой пленкой с нанесенной сеткой, которая не обладает ни точностью, ни стабильными размерами; кусок прецизионной пленки остановит вас, во всяком случае, ценой (около 20 долларов!). Положите майлар чистой стороной кверху и точно нанесите на него контактные площадки ИМС. Используйте карандашный эскиз в качестве руководства при разводке схемы. Тщательно вымойте руки, чтобы на майларе не оставить жирных пятен, или, если они возникли, воспользуйтесь спиртом для их удаления. Для разрезания лент и контуров пользуйтесь ножом с кривым лезвием и научитесь не делать сквозные порезы на майларе. После установки клейкой ленты крепко придавите ее, иначе она в конце концов начнет скручиваться. Обеспечьте хорошее перекрытие на участках, где проводник должен пройти через контактную площадку или через что-либо другое. В процессе разводки ленты держите в свободном, а не натянутом состоянии, иначе лента будет отскакивать и тянуться назад от контакта. Используйте предварительно нарезанные колена и кружки для увеличения ширины ленты (1,55 мм или шире), когда при проведении приходится делать крутые повороты. После того, как нанесение линий на майлар закончено, оно сверяется со схемой, при этом красным карандашом отмечайте каждое пройденное соединение на принципиальной схеме. Если все окажется в порядке, замазываются возможные щели на майларе несмываемым черным фламастером.

Предварительно разрезанные шаблоны для ПС поставляют несколько фирм. В табл. 12.1 приведены некоторые рекомендуемые типы. Каталог Bishop Graphics (5388 Sterling Center Drive, Westiake Village, CA 91359) содержит обширную информацию о платах ПС.

Таблица 12.1. Некоторые шаблоны для проектирования ПС

Шаблоны¹⁾ · Bishop · Datak

^{____________________________} 

Малые контактные площадки (3,75 мм) · D203 · JD-145

Средние контактные площадки (4,675 мм) · D104 · JD-146

Большие контактные площадки (6,25 мм) · D108 · JD-150

«Гигантские» контактные площадки · D293 · JD-343

Терморельефы — позитив. (3,75 мм) · 5272 · JDS-532

Терморельефы — негатив. (3,75 мм) · 5278 · -

Терморельефы — позитив. (4,675 мм) · 5232 · -

Терморельефы — негатив. (4,675 мм) · 5238 · -

16-штырьковый DIP · 6109 · JD-64

16-штырьковый DIP с внутренними зазорами · 6946 · JD-179

20-штырьковый DIP · 6999 · JD-575

20-штырьковый DIP с внутренними зазорами · — · JD-585

28-штырьковый DIP · 6904 · JDS-398

28-штырьковый DIP с внутренними зазорами · — · JDS-591

Транзистор ТО-5 · 6077 · —

Транзистор ТО-18 · 6274 · JD-88

Транзистор ТО-92 · — · JD-91

Впаиваемый разъем с контактными площадками через 2,5 мм · 5004 · JD-145

Печатный разъем с шагом между ламелями 2,5 мм · 6714 · JD-123

Печатный разъем с шагом между ламелями 3,9 мм · 6722 · JD-121

Черная лента 0,8 мм · 201-031-11 · -

Черная лента 1,0 мм · 201-040-11 · -

Черная лента 1,2 мм · 201-050-11 · -

Черная лента 1,5 мм · 201-062-11 · -

Черная лента 2,5 мм · 201-100-11 · -

Черная лента 5,0 мм · 201-200-11 · -

Универсальные уголки 1,5 мм · CU601 · -

Универсальные уголки 2,5 мм · CU607 · -

Универсальные уголки 5,0 мм · CU609 · -

^___________

¹⁾ _{В масштабе 2:1 к оригиналу.}

12.06. Монтаж плат ПС

С получением законченной платы ваши заботы не кончаются. Перед вами встанут вопросы - например, как пользоваться разъемами для ИМС, как удалить флюс или подготовить выводы к монтажу и т. п. Предлагаем вам некоторые соображения по этому поводу.

Гнезда. Имеется большой соблазн: для облегчения аварийного ремонта использовать гнезда для ИМС повсюду. Однако если вы будете невнимательны, то гнездо скорее может вызвать неисправность, чем предотвратить ее. Нужно учитывать устройство гнезда еще на стадии макета. Тогда при необходимости можно заменить ИМС, чтобы убедиться, что имеющееся нарушение работы вызвано неисправностью именно в конструкции гнезда, а не плохим компонентом. Гнезда могут использоваться и для дорогих ИМС (например, ЦАП, микропроцессоры или др.), ИМС, которые по желанию можно менять время от времени (например, программируемые ПЗУ), а также для ИМС, рано или поздно выходящих из строя (например, кристаллы, которые служат для восприятия входных или выдачи выходных сигналов, т. е. связанные с внешними цепями аппаратуры).

Проблема заключается в том, что плохо сконструированное гнездо по прошествии некоторого времени теряет надежность. Непаянные соединения должны иметь газонепроницаемую защитную оболочку, аналогичную возникающей при механическом действии удара металла о металл, причем герметизация в дальнейшем уже не должна разрушаться. Например, теряют надежность печатные разъемы ПС, бывшие в употреблении. Чтобы этого избежать, контакты стали делать расщепленными (два или более независимых пружинящих контакта для каждой ламели), поверхности гнезда и ламе лей покрывают золотом, а механическую конструкцию улучшают с точки зрения надежности контакта при ударах и после них. Можно ожидать, что негерметизированные соединения через некоторое время, возможно через год, а то и меньше, выйдут из строя. Иногда допускается небрежность, например, компонент вставляется в плату ПС, а припаять забывают. Такие соединения обладают раздражающим свойством, а именно: вначале контакт хороший, а спустя месяцы или даже годы он становится прерывающимся из-за коррозии. Могут возникнуть проблемы и со вставленными в гнезда тяжелыми ИМС (24 штырька и более). Их можно вытащить только после нескольких покачиваний и толчков.

Мы считаем, что гнездо для ИМС с коническими штырьками (предлагаемое Augat серии 5xx-AG) обладает хорошими показателями надежности, но оно дороже по сравнению с другими типами гнезд.

Пайка и очистка от флюса. Обычная процедура монтажа заключается в том, что несколько компонентов вставляют, затем опрокидывают плату и загибают выводы с другой стороны, чтобы удержать компоненты в этом положении. После этого производят пайку, пользуясь термостатированным паяльником и тонким припоем. Интегральные схемы легко вставляются с помощью специального инструмента для их установки (очень рекомендуем), а для загибания выводов резисторов и других элементов также имеется приспособление, использование которого предотвращает образование задиров, «выстругиваемых» во время установки элементов. Мы также советуем приобрести держатель специально для опрокидывания плат (поставляется фирмой ОК Industries), в котором элементы во время пайки фиксируются с помощью губчатого материала. После пайки лишние кусочки выводов должны обрезаться кусачками или ножницами.

Теперь приступаем к очень важному этапу: паяльная жидкость (флюс) должна быть удалена с поверхности платы. Если этого не сделать, плата через несколько лет примет ужасный вид, конечно, если вы специально не позаботитесь о ее защите.

Не забывайте основные законы: 1) удалить флюс; 2) сделать это сразу же. После установки всех элементов это будет намного сложнее; 3) используйте обычные растворители, такие, как фреон, спирт, или некоторые другие органические растворители, рекомендуемые для этих целей. Небольшая щетка поможет вам выбить прилепившиеся шарики флюса.

Изготовители коммерческих панелей очищают свои платы с помощью установки для обезжиривания паром, в которой горячий пар от ванны с кипящим растворителем конденсируется на плату (подвешенную над ванной), растворяет флюс и капает обратно в ванну. Этот метод работает хорошо главным образом потому, что благодаря процессу дистилляции, происходит непрерывное омывание платы чистым (и горячим) растворителем. Поскольку органические растворители достаточно вредны для здоровья, были проведены опыты по использованию для очистки растворителей на основе воды. В одном из таких методов применяют воднорастворимые «омылители», переводящие канифоль в эмульсионное состояние, после чего ее можно смыть. В другом используют флюс, растворимый в воде (в отличие от обычного флюса, который изготовляется из нерастворимой древесной канифоли). Эти методы приятны и надежны и не требуют особого умения. Но очистку нужно проводить тщательно, иначе могут иметь место коррозийные остатки, что приведет со временем к разрушению платы. Чтобы обезопасить себя от этого, мы рекомендуем очистку органическим растворителем; только старайтесь не вдыхать его пары и беречь руки.

Очищая плату от флюса, имейте в виду, что недостаточно просто удалить остатки канифоли. Вы должны избавиться также от «ионных активаторов». Некачественная очистка может принести больше вреда, чем пользы, поскольку это способствует высвобождению активаторов из области паяных соединений и разнесению их по всей плате. Заметим также, что поступающая в продажу паяльная жидкость до некоторой степени агрессивна. Мы, как правило, пользуемся маркой RA (канифоль активированная), которая является наиболее активным флюсом, и поэтому паяные соединения получаются очень хорошими даже, если имеет место поверхностное окисление. Остатки флюса RA нужно тщательно удалять после пайки. Другой флюс — RMA (канифоль среднеактивированная) — менее активен и часто указывается при выполнении правительственных заказов и для применения там, где очистка от флюса невозможна.

12.07. Несколько дополнительных соображений по поводу плат ПС

Из-за образования окисной пленки платы с печатным монтажом со временем становится труднее паять. Поэтому монтировать их лучше сразу после изготовления. В противном случае вы должны хранить незаполненную плату в пластиковом мешочке подальше от коррозирующих испарений. Хорошие платы получаются на основе материала типа FR-4 толщиной 1,6 мм (иногда подходит «эпоксидное стекловолокно») с покрытием ~0,05 г/см² меди. Помните, что печатная схема в основном смонтирована на куске проклеенного наполнителя; плата может поглощать влагу, что приводит к появлению электрических утечек. Другой патологией Материала плат ПС являются «крючки», или «усики», изменение диэлектрических констант с частотой; вызываемое последним изменение паразитной емкости может стать очень существенным при построении, например усилителя с плоской частотной характеристикой. Изготовители осциллоскопов очень хорошо знают этот причудливый эффект.

Проводники печатной схемы, через которые проходит большой ток, должны быть шире, чтобы предотвратить перегрев и падение напряжения. Как грубое руководство приводим здесь таблицу приблизительной ширины (в мм) проводников платы ПС с покрытием 0,0675 мм, при которых температура повышается на 10–30 °C для различных токов. Для фольги другой толщины ширина изменяется соответственно.

Для проводников ПС, находящихся под высоким напряжением, следует отводить большее пространство — надлежащая норма: 5 В на 0,025 мм. Следует также избегать острых углов и мест, предпочитая закругленные контуры.

Инструменты. Для начала назовем наиболее часто используемые в нашей практике инструменты и расположим их в порядке значимости:

Утконосы — Егет II d, Utica 321-4 1/2, С. К. 3772Н, 2 Xcelite 72CG

Ножницы-кусачки — Erem 90Е, С. К. 3786HF

Паяльник — Weller WCTP-N, Ungar "Ungarmatic"

Припой — Ersin Multicore 22ga, сплав Sn63, флюс RA

Приспособление для установки ИМС — Solder Removal 880

Устройство для загибания выводов — Production Device PD801

Дозатор растворителя — Menda 613

Приспособление для отсасывания припоя - Edsyn Soldapullt DS017

Для более эффективного демонтажа плат ПС стоит приобрести демонтирующую установку с контролируемым вакуумом. Она хорошо себя проявляет даже на металлизированных отверстиях, заполненных припоем. При этом не разрушается тонкая фольга контактных площадок (в отличие от действия простых пружинных плунжеров). Однако на практике эти демонтирующие установки имеют тенденцию засоряться припоем. Изготавливают их несколько фирм, а именно, Edsyn, OK, Расе, Ungar и Weller. Очень много полезных приспособлений для сборки ПС указано в каталоге Contact East (335 Willow Street South, N. Andover, MA 01845) и в каталоге Marschall Claude Michael (9674 Telstar Avenue, El Monte, CA 91731).

12.08. Передовая техника

Карандашный эскиз схемы, вручную преобразованный сначала в монтажную схему платы ПС и затем в ленточный майларовый транспарант - традиционная техника конструирования плат ПС, которая применялась почти повсеместно в середине 70-х годов. При изготовлении простых плат этот путь пока еще определяющий и, в частности, если вы не делаете попыток устанавливать новые рекорды по плотности компонентов на плате. Имея небольшой набор шаблонов для двусторонних плат, несколько непрозрачных полосок, координатный стол с нанесенной сеткой и несколько чистых майларов, вы можете приступать к делу. И вам не нужно покупать дорогостоящее программное обеспечение САПР (и учиться им пользоваться!), затрачивать средства на графопостроитель и т. п.

Однако как только вы пожелаете конструировать высокоплотные платы и начнете размещать вплотную друг к другу 50 или 100 ИМС, для чего вам потребуется выстилать 4 или 6 слоев с нормой проектирования 10–10, хорошая жизнь для вас закончится. Даже приложив невероятные усилия и четырехкратное увеличение размера майлара, вам трудно будет достичь требуемой точности в межслойной подгонке. К тому же, вам необходим будет месячный отпуск, чтобы восстановить силы, затраченные при выполнении трассировки. Первая же изготовленная плата наверняка будет содержать ошибки, а любое изменение в ленточном майларе — сущий ад. Оно часто требует большого количества операций по установке и снятию проволочных соединений (что обычно приводит к новым ошибкам). Мы в этом не сомневаемся.

САПР/АСУП. Решением проблемы является САПР/АСУП (система автоматизированного проектирования и производства). Пакеты программного обеспечения этих систем мощны, а с появлением настольных терминалов, подключенных к главной ЭВМ, с памятью несколько мегабайт, с блестящей графикой и быстродействием десятки миллионов операций в секунду, вы можете работать и без специальных аппаратных средств. До некоторой степени популярны системы автоматизированного проектирования ПС, поставляемые фирмами Valid Logic, Mentor Graphic и Daisy System. Они недешевы, но и не становятся более дорогими. Здесь мы кратко ознакомим вас с конструированием плат с помощью САПР/АСУП.

Ввод описания схемы. Работа начинается с ввода описания вашей схемы непосредственно на графическую рабочую станцию. Вы можете чертить и редактировать схему, используя стандартные электронные символы из «библиотеки». Также, как и в текстовом редакторе, вы можете привлечь старые работы, выделить в них фрагменты, которые вам нужно воспроизвести (например, схема управления динамического ОЗУ, активный фильтр и т. п.). Используя «мышь» (или другие дистанционные манипуляторы такие как джойстик, трэкбол или графический планшет), можно перемещать фрагменты вместе с линиями соединений, которые тянутся вслед за движущимся фрагментом (не всегда успешно!). Вы присваиваете имена сигналам, нумеруете части ИС и т. д. Хорошие САПР иерархичны: например, вы можете сделать высший уровень, в котором основные узлы схемы указываются в виде больших блоков, каждый блок открывается для показа его субблоков и, наконец, низший (элементный) уровень описания. На любом этапе можно получить на руки копии, отпечатанные с помощью лазерного принтера. Смотрите Приложение Д, в котором приводятся некоторые дополнительные соображения.

Контроль и моделирование. По окончании ввода описания схемы вы будете иметь комплект чертежей (рис. 12.8) и таблицу соединений, в которой просто перечислены сигналы в узловых точках («кодах») с указанием всех выводов компонентов, соединенных с ними.

Рис. 12.8. Часть сложной схемы, по которой сделана плата ПС, изображенная на рис. 12.11 а — выполнено вручную чернилами на чертежном столе; б — машинный чертеж, выполненный с использованием программ ввода описания принципиальной схемы в фирме Case Technologies.

На этой стадии проектирования безусловно много времени тратится на наладку схемы и приведение ее в вид, согласующийся с вашими требованиями. В хороших САПР предусмотрена помощь — сигнализация при наличии грубых ошибок, например, выход соединен с землей или с другим выходом. САПР может по вашему запросу смоделировать работу цифровой схемы, но при этом вы должны обеспечить ее тестовыми «векторами», описывающими машинные состояния, и должны описать функцию каждого чипа в вашей схеме, так как они не всегда имеются в библиотеке. Поскольку для сложных чипов, таких как микропроцессор, требуется много описаний, некоторые САПР имеют гнездо, в которое можно вставить такой чип; сам чип можно потом использовать для аппаратного моделирования.

Можно также запросить САПР выдать всю обширную документацию, в которой указываются а) для каждого названного сигнала все ноды, к которым он поступает, и б) для каждого вывода любого компонента все ноды, с которыми он соединен. Хорошие системы даже могут информировать вас, если будут нарушены нормы нагрузки цифровых выходов и т. д.

Размещение и трассировка. На этом этапе вы устанавливаете компоненты и формируете разводку соединений. Одним из самых больших достоинств комплексной САПР/АСУП является то, что она автоматически выделяет таблицу соединений в соответствии с представлением вашей схемы — и, если схема правильна, то конечная плата также будет верной. Хотя с помощью некоторых САПР можно добиться почти идеального размещения компонентов, все же лучше это делать вручную. Также, как и при вводе описания схемы здесь используют мышь, джойстик или графический планшет. Сначала устанавливаются контуры платы, в пределах которых вы теперь располагаете части схемы. Поскольку в библиотеке компонентов содержится информация о контурах и выводах, вы подбираете характеристики ИМС и форму компонентов. Если вы допустили ошибки в нормах проектирования, то в хороших САПР они высвечиваются, и вы можете видеть, например, что части расположены слишком близко друг к другу и т. п.

Когда размещение закончено, переходят к формированию разводки. Обычно сначала выводят на экран дисплея так называемое «мышиное гнездо», т. е. плата изображается со всеми соединениями, показанными в виде прямых линий, соединяющих соответствующие выводы. Это выглядит как запутанное месиво. Творчески используя цвет, вы можете выборочно выделить, например, только линии соединения с питанием и с землей.

В ранних САПР трассировка была трудоемким процессом, так как осуществлялась практически вручную лишь с небольшой помощью компьютера. Выпускаемые в настоящее время САПР обеспечены программами автоматической трассировки. Система отыскивает пути соединения, следит за соблюдением норм проектирования, касающихся не только ширин линий и зазоров между ними, но и таких параметров, как максимальное число межслойных переходов (металлизированные сквозные отверстия, используемые не для компонентных выводов, а только для сигнальных дорожек). Лучшие машины САПР могут осуществлять маршрутизацию на 100 % автоматически, хотя результат при этом не обладает той элегантностью линий, которая присуща ручному исполнению. Например, соединительную дорожку можно проложить на таком расстоянии от контактной площадки, которое вам больше нравится. Даже, если трассировка выполнена в соответствии с нормами проектирования, вы можете творчески подойти к изготовлению платы и сделать ее более удобной для монтажа и распайки, сместив положение межслойного перехода подальше от контактной площадки. Обычно, чтобы таким образом выправить машинную трассировку, требуется несколько часов (рис. 12.9).

Рис. 12.9. Фотография системы проектирования платы ПС (Racal-Redac), показывающая ручную «правку» треков маршрутизации. Курсор, управляемый через иголки графического планшета, указывает схемный трек, который следует модифицировать. Дисплей цветной, изменяя цвет и интенсивность, обозначают различные слои, контуры элементов, надписи и т. п.

В сложных цифровых схемах вы можете значительно упростить трассировку, придавая новое назначение вентилям или секциям внутри чипов и даже заменяя вентили между корпусами ИМС. Например, у вас шина данных в 1 байт связана с восьмеричным регистром D. Исходное назначение битов шин и битов соответствующего регистра таково, что каждая линия должна перескакивать через соседнюю, в то время как при обращении в регистре порядка битов пересечений не должно быть. САПР делает это автоматически (библиотечная спецификация каждого чипа идентифицирует дублированные функции) и даже сообщает об изменениях в схематике («обратное аннотирование») модифицируя таблицу соединений. Конечный этап заключается в проверке предложенной трассировки на нарушение норм проектирования, а также на точность соответствия схеме. Это важно, так как вы можете сами внести изменения в таблицу соединений в соответствии с переделанной схемой. На этой стадии все САПР выдают выполненный на бумаге чертеж маршрутизации, на котором конструкционные сочетания компонентов, проволочные соединения, обозначения и т. п., сделаны ошеломляющей гаммой цветов.

Фоточертеж: и «лента сверлений». Если все прошло хорошо, то в заключение составляется описание платы на машинном языке специально для изготовителя ПС. Для этого необходимы две вещи: лента с инструкцией фотоплоттеру как чертить точный «оригинал» (отдельно рисунок металлизированных дорожек для каждого слоя, рисунок для паяльной маски, рисунок маскирующих экранов для печатных обозначений и пояснений) и лента сверлений, в которой указывается размер каждого отверстия и его точное местоположение. Лента оригинала обычно записана в «Gerber формате». Название формата соответствует марке фотоплоттера, в котором экспонирование пленки осуществляется под неподвижным проектором, а оригиналодержатель перемещается в соответствии с командами, записанными на ленте. (В новейших фотоплоттерах используется лазерное сканирование, благодаря чему за минуту получают большее количество чертежей, чем за час работы машины Gerber.) Некоторые изготовители плат ПС просят поставлять конечные фоточертежи (рис. 12.10), в то время как другие запрашивают саму ленту для Gerber. Как это ни странно, но некоторые фирмы отказываются от лент сверлений и предпочитают собственноручную разметку отверстий, оцифровывая оригинал фотошаблона. Они при этом утверждают, что поставляемые заказчиком ленты сверлений содержат иногда такие невероятные сбои в командах, что в сверлах разрушаются режущие кромки. Ленты сверлений — это не магнитные, а бумажные ленты!

Рис. 12.10. Фоточертеж для двусторонней платы, изображенной на рис. 12.11. Фотография сделана, как это принято, с компонентной стороны, но чертеж нижнего слоя также виден.

Производство плат. Во всем мире пользователи не сами изготовляют платы, а обращаются к фирмам, выпускающим платы ПС. Их много и они с удовольствием выполнят ваш заказ (рис. 12.11), конечно, за плату.

Рис. 12.11. Законченная двусторонняя плата микропроцессора. При проектировании следовали норме 12–12. Более высокую плотность элементов можно достичь, только ужесточая норму проектирования или, лучше, увеличивая число слоев.

Некоторые фирмы специализируются на изготовлении малых партий, быстро изменяющихся прототипов, а другие могут делать только производственные количества. Ваша первая задача выяснить, какие фирмы выпускают высококачественные изделия. Это не так-то легко, как кажется. Телефонные переговоры здесь не помогут, так как можно знать как изготовить хорошую плату и при этом сделать плохую. Предлагаем вам некоторые приемы, которые можно испробовать, (а) Рассмотрите маркировку на хороших платах, имеющихся у вас в наличии (например, такие платы можно найти в устройствах или в компьютерах ведущих фирм, которые подобно вам, обычно приобретают платы для себя у внешних изготовителей) — компании такие, как IBM и Apple весьма осторожны в выборе поставщика плат, (б) Опросите знакомых - кто обычно делает для них платы? (в) Поезжайте, нанесите визит в фирму, изготовляющую платы. Будучи там, обратите внимание на работников, на их уровень опрятности, нравственности, природной интеллигентности, тщательности исполнения и гордости мастера. Попросите посмотреть несколько плат, (г) И наконец, если вы знаете кого- нибудь из работающих в отделе испытаний еще не закрытых плат, уговорите его подсказать вам, кто делает хорошие платы. Работающие там - неплохие ребята и реально знают все, что вам нужно, но совсем необязательно, что они будут разговаривать с вами!

Далее, вы должны договориться о цене и сроках. Будьте готовы ответить на следующие вопросы, которые каждая фирма, изготовляющая платы, поставит перед вами:

1. Размеры платы?

2. Число слоев (сторон)?

3. Нормы проектирования (минимальные ширина проводящих дорожек и зазор между ними)?

4. Каковы печатные разъемы с позолоченными ламелями?

5. Какие форму и внешний вид платы вы предпочитаете?

6. Паяльная маска? Жидкая или сухая? Закрывать межслойные переходы или нет?

7. Толщина платы и медной металлизации?

8. Число отверстий?

9. Размеры отверстий?

10. Маскирующие экраны для 2-х сторон, 1-й стороны или без них?

11. Какие нестандартные операции, например, «сухая маска по открытой меди»?

В соответствии с договоренностью, вы должны предоставить фирме следующее:

1) шаблоны рисунков в рабочем масштабе с фотопозитивным слоем (т. е. непрозрачное = медь);

2) рисунок(ки) паяльной маски;

3) рисунок(ки) маскирующих экранов;

4) чертеж сверления (рисунок отверстий, кодированных по размерам);

5) механический чертеж (точный контур, подогнанный под специальные отверстия);

6) лента сверлений (бумажная лента; часто необязательно);

7) дополнительные спецификации и замечания.

Последний пункт важен. Вы должны точно указать минимальную ширину дорожек (перетравленные платы имеют очень тонкие дорожки), минимальный зазор между проводниками (недотравленные платы), минимальное кольцеобразование (вызываемое плохой подгонкой отверстий или слоев), допуски на конечные размеры отверстий, минимальную толщину покрытия из меди (или припоя), максимальное число разрешенных исправлений на плате и т. д. В индустрии плат обычно придерживаются некоторых типичных величин (например, стандарты IPC-600), но лучше иметь их четко сформулированными на случай, если вы получите неудовлетворяющую вас плату. Кроме того, плата может иметь нестандартные требования. Например, если используются необычайно малые контактные площадки под межслойные переходы, то указываемые для них допуски на кольце — образование желательно делать более жесткими, чем обычно.

Испытания. Для любой вновь проектируемой платы ПС всегда сначала делают несколько прототипов. Их устанавливают в гнезда и проверяют выходные параметры схемы. Можно ожидать дефекты нескольких сортов, а именно: а) ваша схема имеет ошибки проектирования; б) схема была верной, но вы допустили ошибку при вводе описания (которую вы должны были заметить раньше); в) имеют место ошибки в размещении проводящих дорожек, допущенные в процессе трассировки (они также должны быть замеченными ранее); г) дефекты в плате, обычно, короткое замыкание или обрывы, вызванные порчей, плохой подгонкой или другими причинами во время изготовления (см. ниже); и, наконец, д) имеются некоторые плохие компоненты или паяные соединения.

При необходимости устранить дефекты допускается вносить некоторые изменения в схему. Обычная процедура при этом сводится к разрезанию маленьким ножиком существующей фольговой дорожки и впаиванию проволоки, чтобы сделать новое соединение. Однако в многослойных платах с закрытым сигнальным слоем эта процедура практически неосуществима. Тогда вы можете изменить конечный пункт соединительной дорожки-выводы ИМС или компонентов. Хороший прием для этого — расположить одно над другим два гнезда ИС и удалить штырек из верхнего.

Во время испытаний отмечайте на вашем чертеже все изменения в электрической схеме для последующего учета их при вводе описания (или при черчении схемы от руки). Повторное испытание на САПР проходит уже легко и быстро; но нужно быть очень внимательным, поскольку вы, вероятно, перейдете непосредственно к рабочему прогону и любые неисправленные ошибки должны быть зафиксированы на каждом блоке. При необходимости можно использовать ту же процедуру разрезания и изготовления навесных перемычек, как и выше. При этом надо побеспокоиться о защите проволочного соединения (по-видимому, хороший эффект обеспечит пистолет с горячим воском). Эти дополнительные проволочные включения иногда называют «тараканьими проводниками»; официальный термин — ECO (Engineering Change Order).

Для возникновения дефектов при производстве плат имеется много причин (см. прекрасный справочник Coombs, в котором они представлены со всеми подробностями). В платах с высокой плотностью компонентов (рис. 12.12) даже незначительное повреждение может кое-где привести к короткому замыканию или к обрыву в схеме. А металлизированные насквозь отверстия сами по себе содержат все виды дефектов, которые могут привести к обрывам в схеме.

Рис. 12.12. Часть 4-слойной платы, выполненной в соответствии с нормой проектирования 10–10. Устройства с поверхностным монтажем. Расстояние между контактными площадками — 1,25 мм, что позволяет сделать плотность элементов высокой. Видны также компоненты со сквозь-платным монтажем. В разъеме расстояние между центрами контактов равно 2,5 мм.

Аксиома в электронике — издержки на ремонт брака умножаются с каждым этапом производства. Так, плохое соединение легко устраняется в цеху на стадии изготовления. В процессе отладки его исправление требует много времени, а если плата уже пущена в работу, то ремонт ее сопровождается значительными расходами. Лучше всего платы проверять в незакрытом виде на фирме, изготовляющей их. Там они это делают с помощью изящного маленького устройства, имеющего набор штырьков, соответствующих контактным площадкам (набор этот составляется по вашей ленте сверлений). Как это ни кажется странным, но никто не проверяет незакрытые платы на соответствие с таблицей соединений. Вместо этого просто проверяют пачку плат и считают, что если они одинаковы, то и исправны. Хотя внимательный читатель и найдет здесь нарушение логики, но уверяем вас, что такой путь вполне себя оправдывает.

Монтаж накруткой с помощью САПР. Таблица соединений, составляемая в конце ввода описания схемы, содержит в себе все необходимое для создания схемы. Многие САПР предлагают выходные форматы, совместимые с устройством автоматического проведения монтажа накруткой. Вы начинаете с выбора местоположений компонентов на стандартной плате под монтаж накруткой (см. каталог образцов Augat), после чего САПР составляет специальную форму таблицы соединений, называемую "From-To" — список. В каждом входном сообщении содержатся координаты двух выводов, соединяемых проводами, и уровень накрутки (высота над платой) в законченном виде. По вашим лентам платы с машинной накруткой изготавливают такие фирмы, как DataCon и др. Обычно это занимает несколько недель и стоит около 6 центов за одно проволочное соединение плюс стоимость самой платы под монтаж накруткой (около 2 долл. за каждую позицию ИС). Как и в платах печатного монтажа, в платах под монтаж накруткой могут иметь место дефекты. По нашему опыту почти в каждой плате обнаруживается один или два случая, обычно в виде оборванного провода, который отлично просматривается со стороны.

Серьезные проблемы возникают с прототипом плат с монтажом накруткой. Если ваша цель-изготовить плату ПС, то вы в конечном счете обязательно сделаете на ней трассировку. Так почему бы не использовать их в качестве прототипов для плат с монтажом накруткой. К тому же платы с накруткой ведут себя в работе не так, как платы ПС, вследствие индуктивности выводов, различий в длине соединения с земляным выводом и индуктивности земляного слоя. Это сильнее проявляется в быстродействующих логических схемах, таких, как 74F, 74AS или 74АС (Т), или в матрицах элементов памяти с широкими сигнальными шинами. Обычно хорошие многослойные платы ПС имеют гораздо лучшие показатели, чем сравнимые с ними платы с монтажом накруткой. Поэтому для вас предпочтительнее создавать прототип с помощью платы ПС.

Конечно, если вы заказываете небольшое количество плат, то можно уклониться от одноразовых расходов на изготовление платы ПС и сразу строить платы с накруткой как конечный продукт. В этом случае рациональнее выбрать платы с машинной накруткой. Однако, не упустите из виду и одну из следующих альтернатив.

Многопроводный монтаж с помощью САПР. Многопроводный монтаж - продукт фирмы Kollmorgen Corporation, которая изготавливает искусные гибридные схемы на платах ПС с заказной маршрутизацией. Базовые платы имеют контактные площадки (как стандартные, так и заказные), которые служат для фиксации ваших ИМС и подводки питания и земли. Сигнальные межсоединения делаются, однако, не из дорожек печатного монтажа, а из тонких изолированных проводов (34 или 38), которые машинным способом укладываются в липкий слой на плате. Концы проводов присоединяются к контактным площадкам ИС в процессе металлизации отверстий.

Многопроводный монтаж обладает хорошими сигнальными характеристиками благодаря полноте плоскости заземления и тому, что такой монтаж позволяет относительно безболезненно вносить изменения при последующих рабочих прогонах. Поскольку для проводов (изолированных) нет запрета на пересечение друг друга, можно достичь очень высокой степени интеграции, сравнимой с 10-ти слойными платами печатных схем. Kollmorgen утверждает, что многопроводный монтаж является таким образом более дешевым решением, чем заказные многослойные платы ПС, особенно при немногочисленных рабочих прогонах и если ваши схемы только разрабатываются.

САПР для ИС специального назначения (ИС СИ). Мы заканчиваем повествование о САПР и полагаем, что теперь у вас и в мыслях не появится конструировать заказные или полузаказные (матрицы вентилей) ИС вручную (рис. 12.13). Они входят в общий класс «интегральных схем специального назначения» (ASIC-Application-Specific IС).

Рис. 12.13. При таком уровне проектирования чипов системы САПР/АСУП — не роскошь, а необходимость.

_{(С любезного разрешения Performance Semiconductor Corporation, Sunnyvale, California.)}

И снова САПР приходят на помощь. Благодаря программному обеспечению ввода описания и моделирования, вы можете до некоторой степени быть уверенными, что ваши чипы будут работающими. ASIC особенно целесообразно использовать в контексте реальных рабочих прогонов и мы полагаем, что эта ситуация со временем будет только улучшаться. Ко времени следующего переиздания этой книги станет общераспространенным конструировать заказные ASIC. Ваша местная кремниевая мастерская быстро обеспечит вас специальными ИС, предназначенными для именно такого сорта схем, для которых вы в данное время конструируете плату ПС, заполняемую стандартными ИМС.