Постоянная тенденция в развитии элементной базы – увеличение функциональности интегральных микросхем, дальнейшая миниатюризация всех компонентов, развитие технологий "кристалл на плате", многокристальные модули и выполнение компонентов в микрокорпусах. Расширяющаяся номенклатура компонентов и материалов для различных применений постоянно пополняет информационную базу и создает возможности создания большого разнообразия конструкций электронных изделий. Владение правилами проектирования в развитой среде PCAD позволяет не только быстро генерировать новые и новые проекты, но и без излишних настроек осваивать их производство и выходить на рынок.
Постоянная тенденция в развитии элементной базы – увеличение функциональности интегральных микросхем, дальнейшая миниатюризация всех компонентов, развитие технологий "кристалл на плате", многокристальные модули и выполнение компонентов в микрокорпусах. Расширяющаяся номенклатура компонентов и материалов для различных применений постоянно пополняет информационную базу и создает возможности создания большого разнообразия конструкций электронных изделий. Владение правилами проектирования в развитой среде PCAD позволяет не только быстро генерировать новые и новые проекты, но и без излишних настроек осваивать их производство и выходить на рынок.
Конструкторская документация (КД) на печатные платы (ПП) является необходимым элементом проектирования и изготовления ПП на любом предприятии и используется в процессе изготовления ПП, при проведении монтажа, а также при их предъявлении ОТК, Заказчику и другим контролирующим службам. Нормативная база КД на ПП, ее состав и наполнение определены серией ГОСТов, ОСТов и стандартов предприятий (СТП), а именно ГОСТ 28388-89 "Печатные платы. Правила выполнения чертежей", ГОСТ 2.123-93 "Комплектность конструкторских документов на печатные платы при автоматизированном производстве", ОСТ 92-9389-98 "Установка электрорадиоэлементов на ПП", ОСТ 92-9388-98 "Формовка выводов радиоэлементов для установки на ПП" и др.* На многих предприятиях по тем или иным причинам используют стандарты предприятий. Например, мы используем СТП "Односторонние и двусторонние ПП. Конструирование". Трудоемкость процесса выпуска и оформления КД на ПП составляет от 50 до 80% общей трудоемкости проектирования ПП. Выпуск КД требует от конструктора ПП достаточно большого объема знаний о регламентирующих документах, а также высокой квалификации и навыков при работе с инструментальными графическими системами на ПК.
Система PCAD является одной из популярных систем проектирования ПП в нашей стране. Она позволяет решать целый спектр разнообразных задач, связанных с проектированием ПП, в том числе: моделирование, выполнение различных тепловых и радийных расчетов, трассировку топологии, имеет ряд утилит для подготовки информации для КД. Тем не менее, вряд ли можно согласиться с некоторыми авторами книг о системе PCAD**, утверждающими, что система позволяет решать задачу выпуска КД. В нашей стране постоянно предпринимаются попытки создания новых методов и программного обеспечения для выпуска КД для системы PCAD, часть из которых представлена в статьях (1–3). Достаточной популярностью пользуется метод преобразования данных из системы PCAD в систему ACAD и уже в рамках последней выпускается КД. Однако существенным недостатком данного метода является утрата функциональной принадлежности топологических компонент (далее по тексту под топологическими компонентами будем понимать графические примитивы, определяющие топологию ПП, такие как контактная площадка, проводник, область металлизации, отверстия и т.д.), поскольку преобразуется только их графическая составляющая, что существенно снижает возможности автоматизации обработки такой информации. Разрабатываемое на нашем предприятии программное обеспечение для выпуска КД подготавливает информацию для КД в рамках файла формата ".pcb", а исходной информацией для документации является проект платы. Формат файла ".pcb" позволяет идентифицировать топологические компоненты по принадлежности и обрабатывать их необходимым образом при подготовке КД. Основная концепция при разработке программного обеспечения была сформулирована следующим образом: "Единый формат данных и инструментальных средств для проекта ПП и модели КД". Реализация этого принципа позволяет "догружать" в файл данные, являющиеся проектом ПП и моделью его КД. Такой подход имеет ряд преимуществ при архивации данных на машинные носители. Наличие единого инструментального средства для проекта и КД существенно облегчит работы служб главного технолога и нормоконтроля при передаче результатов проектирования на другие предприятия для изготовления ПП, так как в одном файле будет представлена вся исчерпывающая информация. Схема формирования КД представлена на рис.1. Состав КД и автоматизация процесса его выпуска
Состав КД определяется стандартом предприятия и разделяется по своему производственному назначению на две части: документацию на деталь, предназначенную для изготовления самой ПП на конкретной производственной линейке, и документацию для проведения монтажа ЭРИ на печатной плате в сборочных цехах. При разработке программного обеспечения для выпуска КД преследовались следующие цели: повышение эффективности процесса выпуска КД за счет его автоматизации на ПК и повышение качества выпускаемой КД за счет внесения в базу данных типовых проектно-конструкторских норм, принятых на нашем предприятии. Процесс формирования КД представляет собой автоматизированную процедуру, при которой часть компонент чертежей выполняется автоматическим способом, а другая – посредством специальных программных утилит, работающих под управлением конструктора. К ним относятся процедуры, формирующие уникальные для каждой платы составляющие: размерные линии, переменные части технических требований и т.д. Такие процедуры обычно плохо формализуются и поэтому не могут выполняться в автоматическом режиме. В состав КД на двусторонние ПП входят послойные чертежи каждой стороны платы, чертежи защитных слоев и таблицы электрических цепей. Послойные чертежи включают форматку со всеми входящими в нее атрибутами, топологию ПП, таблицу контактных площадок и отверстий сверления, технические требования и прочие необходимые компоненты. Чертежи защитных слоев включают форматку, топологию, определяющую данные для нанесения защитной паяльной маски, и маркирующие символы, идентифицирующие размещение элементов. Топология ПП, масштабируемая в соответствии с указанием конструктора, маркировка элементов, таблица контактных площадок и отверстий, а также таблица электрических цепей формируются автоматическим способом на основании существующего проекта. Всем неметаллизированным отверстиям на чертеже в автоматическом режиме присваивается идентифицирующий знак, определяемый диаметром отверстия и отображаемый в таблице отверстий. Топология платы для стороны "Б" зеркально преобразуется в автоматическом режиме относительно габарита платы по оси X. Контур ПП может быть оцифрован в автоматическом режиме по указанию конструктора. На изображение платы может быть нанесена координатная сетка. Топологические компоненты подвергаются специальной программной обработке с целью представления их в виде охватывающих контуров, что позволяет экономить чернила графопостроителя при создании твердых копий документов. Фрагменты металлизированных областей ПП автоматически штрихуются. Заполнение атрибутов форматки осуществляется на основании однократно введенной информации при старте системы выпуска КД. Выбор форматки может производиться как в автоматическом режиме, так и в ручном режиме. Нанесение размерных линий детали производится в рамках специализированной программы, позволяющей достаточно эффективно выполнять данную процедуру. Технические требования имеют постоянную составляющую, которая применяется для всех плат, а также переменную часть, подключаемую в диалоговом режиме. Аналогичны методы выпуска КД на многослойные платы с той лишь разницей, что документация выпускается на односторонние и двусторонние ПП, входящие в состав многослойных плат. Сборочный чертеж и спецификация на многослойные платы выпускаются в диалоговом режиме под управлением конструктора. В состав КД для проведения монтажа на ПП входят следующие документы:
* чертежи платы с техническими требованиями и установленными элементами на сторонах "А" и "Б"; * таблица формовок и установок элементов; * таблица, содержащая информацию о креплении элементов к плате.
Следует отметить, что процедуры выпуска КД для проведения монтажа наименее автоматизированы. Чертежи для установки ЭРИ включают в свой состав форматку, изображение ЭРИ с соответствующей маркировкой, технические требования, формируемые в автоматическом режиме, а также другие необходимые компоненты, вводимые конструктором в диалоговом режиме. На контур платы по требованию конструктора может быть нанесена оцифровка. Таблицы формовок, установок и клеев формируются в диалоговом режиме под управлением конструктора. Таблицы могут быть размещены в поле чертежей при наличии на них соответствующего места, либо выносятся на отдельную форматку. Также может быть реализован выпуск спецификации на плату. Функциональные возможности и структура программного обеспечения
Структура программного обеспечения (ПО) для выпуска КД представлена на рис.2. Программное обеспечение для выпуска КД, так же, как и система PCAD, функционирует в рамках операционной системы Windows. Кроме того, при разработке пользовательского интерфейса ПО использовался интерфейс PCAD. По функциональному назначению программное обеспечение условно можно разделить на три части: программы, обеспечивающие диалог с пользователем, для сбора всей информации, необходимой для документации (блоки А и В, рис.2), программы, выполняющие функции по формированию математических моделей компонент и преобразующих их в формат файла ".pcb" (блоки C, D, E, рис.2), база данных. В процессе начального диалога (блок А, рис.2) определяются состав выпускаемой КД, все необходимые атрибуты, заносимые в форматку, и информация о компонентах, присутствующих в чертежах, таких как оцифровка контура платы, координатная сетка, масштаб изображения ПП и т.д. Кроме того, осуществляется сопоставление конкретного чертежа с прототипным слоем в проекте платы. Так, информация для выпуска послойного чертежа на сторону "А" содержится в слоях "Top" и "Board", для стороны "Б" – это слои "Bottom" и "Board" и т.д. (блок В, рис.2). Программы, реализующие процедуры подготовки информации для КД, обрабатывают топологические компоненты, подготовленные определенным образом. Эти данные именуются термином "внутренний формат" (ВФ) системы выпуска КД. Для подготовки ВФ разработан специальный транслятор PCB в ВФ (блок С, рис.2). Непосредственное формирование компонент чертежей выполняются над данными, представленными во ВФ (блок D, рис.2). Процедуры, выполняющие формирование новых компонент чертежа, могут быть легко подключены к ПО. После выполнения необходимых действий ВФ опять преобразуется в формат файла ".pcb" (блок D, рис.2). База данных ПО содержит в себе всю необходимую нормативную справочную информацию для выпуска документации, в том числе: конструкторско-технологичекую информацию, регламентированную ГОСТами, ОСТами и стандартами предприятия, постоянные части для технических требований, форматки, материалы из разрешенного перечня для конкретного предприятия и т.д. Программное обеспечение для выпуска КД разработано на компиляторе Visual C++ 6.0 и функционирует в рамках операционной системы Windows. Разработанное программное обеспечение прошло апробацию в подразделениях предприятия. Были разработаны и сданы в архив предприятия несколько десятков комплектов КД. По результатам апробации были выданы и устранены замечания. Кроме того, разработаны дополнительные программные процедуры для улучшения эксплутационных характеристик ПО. По нашим оценкам выпуск КД для изготовления ПП удалось формализовать на 80–90%, т.е. в автоматическом режиме формируется 80–90% общего объема КД, и лишь 10–20% информации для КД формируется в диалоговом режиме. Степень автоматизации выпуска КД для проведения монтажа на ПП составляет 40–60%.
Литература 1. Уваров А.С. Выпуск документации на печатные платы, разработанные средствами PCAD 2001. – EDA express, 2002, № 6. 2. Романов А.В., Разевиг В.Д. Формирование текстовой документации по ЕСКД. – EDA express, 2002, № 5. 3. Романов А.В. Документатор 5.01 – готовый документ за "пару кликов". – EDA express, 2003, № 8.
Перечень отечественных нормативных документов для разработки и производства изделий электронной техники на базе печатных плат и печатных узлов ГОСТ 10317-79. Платы печатные. Основные размеры. ГОСТ 2.123-93. Комплектность конструкторских документов на печатные платы при автоматизированном производстве. ГОСТ 2.417-91 ЕСКД. Платы печатные. Правила выполнения чертежей. ГОСТ 2.709-89 ЕСКД. Обозначения условные проводов и контактных соединений электрических элементов, оборудования и участков цепей в электрических схемах. ГОСТ 2.755-87 ЕСКД. Обозначения условные графические в электрических схемах. Устройства коммутационные и контактные соединения. ГОСТ 20406-75. Платы печатные. Термины и определения. ГОСТ 23751-86. Платы печатные. Основные параметры конструкции. ГОСТ 23752-79. Платы печатные. Общие технические условия. ГОСТ 23752.1-92. Платы печатные. Методы испытаний. ГОСТ 23770-79 Платы печатные. Типовые технологические процессы химической и гальванической металлизации ГОСТ 27200-87. Платы печатные. Правила ремонта. ГОСТ 28388-89.Печатные платы. Правила выполнения чертежей. ГОСТ 29137-91. Формовка выводов и установка изделий электронной техники на печатные платы. Общие требования и нормы конструирования. ГОСТ Р 50621-93. Платы печатные одно- и двусторонние с неметаллизированными отверстиями. Общие технические требования. ГОСТ Р 50622-93. Платы печатные двусторонние с металлизированными отверстиями. Общие технические требования. ГОСТ Р 50626-93. Платы печатные. Основные положения построения технических условий. ГОСТ Р 51039-97. Платы печатные. Требования к восстановлению и ремонту. ГОСТ Р 51040-97. Платы печатные. Шаги координатной сетки. Р 50.1.001-94. Платы печатные многоуровневые. Методы конструирования и расчета. РД 50-708-91. Инструкция. Платы печатные. Требования к конструированию.