Цели и задачи размещения ЭРЭ
В общем виде задача размещения состоит в определении оптимального пространственного расположения элементов в заданном коммутационно-монтажном пространстве (например, на печатной плате), при котором наилучшим образом учитываются предъявляемые к РЭС конструктивно-технологические требования и ограничения. Несложно заметить, что качество решения задачи размещения существенно влияет на быстроту и качество трассировки. Поэтому, ключевой целью задачи размещения является создание наилучших условий для последующей трассировки.
Исходными данными в задаче размещения ЭРЭ являются:
Для оценки качества размещения используют целый ряд локальных показателей качества:
Наибольшее распространение получил сравнительно простой в реализации критерий минимума суммарной взвешенной длины соединений, косвенно учитывающий большинство других показателей качества. И в самом деле, уменьшение длин соединений улучшает электрические характеристики проектируемого РЭС, снижает искажения сигналов, косвенно минимизируются длина связей и число их пересечений. Это упрощает трассировку печатных проводников и снижает трудоемкость изготовления печатных плат.
Конечно, без выполнения самой трассировки дать точную оценку качества размещения с помощью приведенных показателей достаточно сложно, так как рисунок печатной платы, конфигурация проводников и истинная их длина определяются в процессе их построения и зависят от порядка проведения соединений. Вместе с тем для оценки размещения с достаточной точностью можно использовать не фактическую длину печатных соединений, а некоторое усредненное расстояние между центрами соединяемых конструктивных элементов.
Как правило, для улучшения конструктивно-технологических показателей, уменьшения массы и габаритов РЭС, стремятся к максимальной плотности размещения всех ЭРЭ. Понятно, что высокая плотность размещения элементов создает немалые трудности при реализации соединений между ними (особенно при использовании печатного и пленочного монтажа). Кроме того, при плотном размещении очень трудно достигнуть равномерного и допустимого теплового режима, что важно для надежного функционирования РЭС. К тому же, большая плотность размещения элементов повышает уровень взаимных наводок между элементами и проводниками.
Выбор варианта установки ЭРЭ и размещение их на печатной плате проводится с учетом:
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 предельная плотность монтажа, так как на одной и той же плате можно расположить большее количество элементов.
Для каждого вывода элемента, устанавливаемого на плате, должно предусмотрено отдельное монтажное отверстие или контактная площадка. Установку элементов с прямоугольными выводами (например, у разъемов, реле и т.д.) также следует производить в круглые отверстия печатной платы.
Установка компонентов на плату называется комплектацией. Комплектация ПП вручную обычно производится при изготовлении относительно малых серий изделий. Если партия ПП мала, то комплектация всех элементов платы производится одним человеком. Все детали располагаются на монтажном столе в специальных обозначенных ячейках, а сборка идет по эталонному образцу. Если идут большие серии, то используется конвейер.
В современных САПР предусмотрены соответствующие средства для обеспечения автоматической установки элементов на плату. Так, в P-CAD 2002 имеются команды размещения точки приклеивания компонента (Place I Glue Point) и точки ориентации механизма автоматической установки компонентов на плате (Place I Pick Point). Эти команды предназначены для дальнейшего сопряжения с программами подготовки производства и ориентированы на последующее использование современного автоматического оборудования монтажа плат.
Для обеспечения комплектации со стороны установки деталей на плату наносят печатные обозначения в виде цифр, букв, обозначений элементов и т.д.
Для этого используются слои шелкографии (Silk), позволяющие существенно повысить производительность при ручной и полуавтоматической сборке относительно малых серий.
После установки деталей выводы обрезаются и подгибаются чаще всего с использованием различных приспособлений.
Автоматизированная сборка ПП осуществляется на автоматизированных линиях. При этом комплектующие поступают на сборку упакованными в специальные кассеты-накопители или в виде перфолент.
Установка и использование автоматизированных линий оправданно лишь в условиях крупносерийного производства.
В ранних версиях P-CAD делались попытки использовать алгоритмы для автоматического размещения ЭРЭ на плату. Но при разработке любого проекта возникает слишком много условий, которые не поддаются формализации. Поэтому, к сожалению, применение алгоритмов автоматического размещения ЭРЭ на ПП не приводило к сколько-нибудь приемлемым результатам, удовлетворяющих разработчика.
Вследствие этого, в P-CAD 2002 утвердилась практика размещать компоненты на плату вручную, в диалоговом (интерактивном) режиме.
Этому способствует «паутина» линий связей, появляющаяся между выводами ЭРЭ, позволяющая разработчику удобно ориентироваться при размещении компонентов. При перемещении компонентов указанная «паутина» перемещается вместе с компонентом. Компоненты при установке можно легко двигать, выравнивать, разворачивать (клавиша R) или переносить на противоположную сторону платы (клавиша F) и т.п.
