 |
Изучение и анализ ТЗ на изделие - анализ назначения, условий эксплуатации и группы жесткости ЭА, электрической принципиальной схемы и элементной базы.
|
|
|
|
Анализ назначения, условий эксплуатации, которые определяют группы жесткости, определяют конструкцию ПП, материал основания, форы защиты от внешних воздействий.
Различают три класса ЭА по объекту установки: наземная (стационарная, возимая, носимая и бытовая), морская и бортовая.
В табл. 2 и 3 представлены ограничения, которые необходимо учитывать при проектировании.
Табл. 2 Допустимые климатические воздействия по группам жесткости
| Внешние факторы | Группа жесткости | |||
| Пониженная температура, º С Повышенная температура. º С | -25 | -40 | -60 | -60 |
| Перепад температур, º С | -25/+55 | -40/+85 | -60/+100 | -60/+120 |
| Относительная влажность, % при температуре 35 º С | ||||
| Атмосферное давление, Па |
Табл. 3 Значения механических воздействующих факторов по классам ЭА
| Воздействующий фактор | Класс ЭА | ||
| Наземная | Морская | Бортовая | |
| Вибрация в диапазоне частот, Гц ускорение, g | 10…70 1…4 | 0…120 1,5…2 | 5…2000 До 20 |
| Многократные удары: Ускорение, g Длительность, мс | 10…15 5…10 | 5…10 | 6…12 До 15 |
| Одиночные удары, ускорение длительность | 50…1000 0,5…10 | До 1000 0,5…2 | - - |
| Линейное ускорение, g | 2…5 | - | 4…10 |
По результатам анализа электрической принципиальной схемы функционального узла (ФУ) и элементной базы определяют:
назначение ФУ (цифровой, аналоговый, выполняемые функции, принцип работы), диапазон рабочих частот и ширина полосы пропускания, быстродействие, рассеиваемая мощность, коэффициент усиления, величины действующих токов и напряжений. Полученные значения заносят в табл. 4.
При этом определяют ИЭТ, чувствительные к внешним электрическим, тепловым и другим взаимодействиям, емкостные и индуктивные помехи.
|
|
|
Табл. 4. Параметры электрической принципиальной схемы
| Максимальная частота | Напряжение, В | Сила тока, А | Быстродействие, с | Уровни логической «1» | Уровни логического «0» | Цепь | Тяжелонагруженные ИЭТ | ИЭТ | ||||||
| Входная | Выходная | Земля | Питание | Высокочастотная | Импульсных сигналов | Критичные к нагреву | Критичные к воздействию электромагнитного поля | |||||||
Анализ элементной базы. Используемая элементная база практически определяет эксплуатационные, технологические, экономические показатели ЭА. По конструктивному оформлению ИЭТ различают:
· корпусные с периферийным расположением выводов (планарные и штыревые, предназначенные для монтажа в металлизированные отверстия PTH – Plated Through- hole) – традиционная элементная база;
· корпусные без выводов, с укороченными планарными или j-образными выводами, уходящими под корпус; в виде матрицы шариковых выводов из припоя; их называют микрокорпуса или поверхностно монтируемыми компонентами - ПМК (Surface Mounting Technology – SMT и SMD – Device);
· бескорпусные ИЭТ;
· нестандартные компоненты.
В таблице 5 приведена информация по некоторым распространенным корпусам компонентов. Размеры приведены в милах (1 mil = 0,0254 мм).
|
| Рис. 2. PТН- компоненты |
|
| Рис. 3. SMD-компоненты |
Таблица 5.
| Группа | Типы корпусов в группе | Габариты корпусов | Шаг выводов | Рис. |
| С одним рядом выводов — SIL | TO-92TO-202, TO-220 и др. | 380x190, 1120x135,420x185… | 100 мил | Рис. 2, а |
| С двумя рядами выводов — DIL | MDIP, CerDIP | 250x381…577x2050 | 100 мил | Рис. 2, б |
| С радиальными выводами | TO-3, TO-5, TO-18 | - | - | Рис. 2, в |
| С осевыми выводами | - | - | Рис. 2, г | |
| Решетки — Grid | CPGA, PPGA | 286x286…2180x2180 мил | 20…100 мил | Рис. 2, д |
| Компоненты, монтируемые на поверхность | ||||
| С двумя рядами выводов — DIL | «SOT-23, SSOP, TSOP, SOIC» | 55x120…724x315 мил | 25…30 мил | Рис. 3, а-б |
| С выводами по сторонам квадратного корпуса — Quad Package | LCC, CQJB, CQFP, Cer Quad, PLCC, PQFP | 350х350 мил …20x20 мм | 50 мил…0,5 мм | Рис. 3, в |
| Решетки — Grid | BGA, mBGA | - | 0,75 мм | Рис.3, а,б |
В настоящее время широко используются корпуса BGA (ball grid arrays - матрица шариковых выводов), (mBGA) которые имеют 672 вывода с шагом 0,75 мм. На рис. 4, а изображена нижняя поверхность корпуса BGA, на которой видны шариковые выводы, а на рис. 4, б — вид этого корпуса в разрезе.
|
|
|
Рис. 4. Корпус BGA
Корпуса для поверхностного монтажа примерно вдвое, втрое меньше своих аналогов, монтируемых в отверстия [11]. Существующие компоненты классифицируются по типу корпусов.
1. Простые корпуса для пассивных элементов:
а) безвыводные корпуса прямоугольной формы, например резисторов и конденсаторов (чип – компоненты);
б) корпуса типа MELF (Metal Electrode Face Bonded – с вмонтированными электродами в виде металлизированных торцов).
2. Сложные корпуса для многовыводных полупроводниковых приборов:
а) малогабаритный транзисторный корпус SOT (Small Outline Transistor);
б) малогабаритный корпус для интегральных схем SO (Small Outline);
в) увеличенный малогабаритный корпус для ИС – SOL (Small Outline Large);
г) пластмассовые с выводами PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier);
д) безвыводные керамические LCCC (Leadless Ceramic Chip Carrier);
е) керамические с выводами LDCC (Leaded Ceramic Chip Carrier).
Чип – резисторы. Чип - конденсаторы. Безвыводный корпус прямоугольной формы чаще всего используется для реализации пассивных компонентов, таких как резисторы и конденсаторы. Конструкция представлена на рисунке 3.1. Для указания геометрических размеров таких корпусов используется краткая форма обозначения, например 0805 означает, что компонент имеет длину 0,08 дюйма (2,0 мм) и ширину 0,05 дюйма (1.25 мм) [11]. Типоразмер 0805 является практически промышленным стандартом; применяются также корпуса 1206 и 0603 типоразмеров.
Конструкция и габаритные размеры прямоугольного чип корпуса.
| Типоразмер | Размеры, мм | |||
| L | W | T | M | |
| 3,048 | 1,524 | 0,55 | 0,5 | |
| 2,032 | 1,27 | 0,5 | 0,4 | |
| 1,524 | 0,762 | 0,45 | 0,3 | |
| 3,048 | 2,54 | 1,0 | 0,75 |
Рисунок 5 Таблица 6
При монтаже прямоугольных чипов особое внимание следует уделять решению проблем их пайки на ПП. Важно выбрать правильную топологию контактных площадок, которая зависит от метода пайки, т.е. применяется ли пайка волной либо пайка расплавлением дозированного припоя (РДП).
|
|
|
Знакоместо прямоугольного чип - корпуса при пайке РДП.
| Типоразмер корпуса | Размеры, мм | |||
| А | В | С | D | |
| 0,8 | 3,4 | 1,3 | 1,4 | |
| 1,8 | 4,6 | 1,4 | 1,7 |
Рисунок 6 Таблица 7
Корпус типа MELF. Данный корпус представляет собой безвыводный вариант стандартного резистора или конденсатора с выводами (рис. 7). В корпусах типа MELF изготавливают кремниевые диоды, высокочастотные катушки индуктивности, танталовые конденсаторы, др. Стандартные типоразмеры MELF обычно рассчитаны на такую же топологию контактных площадок, что и компоненты с выводами [11].
Рис. 7. Габаритные размеры корпуса MELF. 
Талица 8. Геометрические размеры корпуса MELF.
| Тип компонента | Размеры, мм | |||
| L | C(min) | D1 | D2 | |
| RD41B2E | 5,9±0,2 | 0,5 | 2,2±0,1 | 2,2±0,1 |
| RD41B2D | 3,2±0,2 | 0,5 | 1,5±0,1 | 1,6±0,15 |
Установка корпусов типа MELF может быть затруднена в случае, если компонент не контактирует с адгезивом в своей средней точке, т.к. конструкция корпуса имеет весьма незначительную контактную зону с каплей адгезива, имеющей в основном форму полусферы. Знакоместо корпуса SOD-80, диода, показано на рис. 8. Уменьшение контактной зоны компонента с адгезивом увеличивает вероятность смещения корпуса MELF с места установки до отверждения адгезива, особенно если плата со сборкой в момент отверждения не находится точно в горизонтальном положении [11].
Знакоместо корпуса SOD-80 (мини-MELF).
| Способ пайки | Размеры, мм | |||
| A | B | C | D | |
| Пайка РДП | 2,4 | 5,2 | 1,4 | 1,4 |
| Волной припоя | 2,5 | 5,0 | 1,25 | 2,0 |
Рисунок 8 Таблица 9
Транзисторный миникорпус SOT применяется для корпусирования дискретных полупроводниковых приборов. Конструкции некоторых компонентов представлены на рисунке.
Таблица 10. Геометрические размеры корпусов транзисторов типа SOT.
| Количество выводов | Размеры, мм | |||||||
| A | B | C | D | |||||
| мин. | макс. | мин. | макс | мин. | макс. | мин. | макс | |
| 5,79 | 6,20 | 3,81 | 3,99 | 4,80 | 5,00 | 1,35 | 1,75 | |
| 5,79 | 6,20 | 3,81 | 3,99 | 8,56 | 8,7 | 1,35 | 1,75 | |
| 5,79 | 6,20 | 3,81 | 3,99 | 9,80 | 10,01 | 1,35 | 1,75 |
Рисунок 9. Корпуса транзисторов типа SOT.
Знакоместо для транзистора в корпусе SOT-23.
| ТАБЛИЦА 11 | ||||||
| Способ пайки | Размеры, мм | |||||
| A | B | C | D | E | F | |
| Пайка РДП | 1,2 | 2,6 | 0,7 | 1,1 | 2,6 | - |
| Пайка волной припоя | 0,8 | 3,4 | 1,3 | 1,3 | 1,2 | 3,8 |
|
|
|
Рисунок 10
Интегральные схемы в миникорпусе [SO (IS)/SOL]. Данные МС представляют собой уменьшенный вариант традиционного корпуса с двухрядным расположением ленточных выводов (типа DIP). Миникорпуса поставляются в 8-ми, 14-ти и 16-ти и т.д. выводном исполнении; выводы имеют форму крыла чайки и расположены с шагом 1,27 мм.
| ТАБЛИЦА 12 | |||||
| Типоразмер корпуса | Размеры, мм | ||||
| A | B | C | D | E | |
| SO-8, 14, 16 | 4,0 | 7,0 | 1,5 | 0,6 | 1,27 |
| SOL-16,20,24,28 | 7,8 | 11,4 | 1,8 | 0,6 | 1,27 |
| SOL-8 | 9,0 | 13,2 | 2,1 | 0,6 | 1,27 |
Рисунок 11. Знакоместо корпуса ИС типа SO
Корпуса типа SO стандартизованы с числом выводов 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 24, 28 (публикация МЭК 191-2; стандарт JC11, JEDEC, США). Выводы этих корпусов имеют форму «крыла чайки».
|
|
|
