Разработка конструкции печатной платы, как правило, включает в себя следующие операции:

1. Компоновка - разработка примерного макета печатной платы, при которой производится установка всех необходимых навесных элементов, размещение их таким образом, что длина электрических соединений между ними равнялась минимуму. В результате этой операции проектирования, определяется местоположение всех контактных площадок, для установки всех навесных элементов.

2.Трассировка - процесс разводки печатных проводников. Данная операция необходима, во-первых, для соединения отдельных контактных площадок между собой. Во-вторых - для упорядочивания проведенных проводников с целью минимизации их длины и количества переходов между слоями печатной платы.

3.Заключительная операция, которая предполагает создание чертежа печатной платы, с учетом всех существующих требований стандартов. При компоновке навесных элементов следует учитывать, прежде всего, особенности самих элементов. Микросхемы и полупроводниковые приборы не следует устанавливать в местах, где на них будут действовать сильные магнитные поля и тепловое излучение от других ЭРЭ. Если ЭРЭ являются источником теплового излучения, их рассредоточивают по поверхности платы, и/или предусматривают возможность конвекции, и/или устанавливают на них радиаторы. Подстрочные элементы, а также ЭРЭ, подбираемые при настройке аппаратуры; заменяемые в процессе эксплуатации и технического обслуживания элементы (плавкие предохранители, электронные лампы) размещают в доступных местах.

Следует избегать размещать на плате элементы, которые могут быть источниками механической нагрузки на плату: кнопки, тумблеры, часто соединяемые и разъединяемые в процессе эксплуатации разъёмные, соединения; трансформаторы. Если их размещение на плате необходимо, предпочитают размешать их ближе к элементам крепления платы.

Иногда элементы, предназначенные для управления, оптимально вообще вынести за пределы платы, при этом обеспечить возможность подключения этих элементов к плате. В этом случае, контактные площадки под провода, а также разъёмные соединения, предназначенные для связи печатного узла с другими элементами и цепями, предпочтительнее располагать ближе к краю платы в одном месте, либо в разных местах группами.

При разведении печатных проводников желательно избегать острых углов. В узких местах между двумя отверстиями проводник желательно разместить перпендикулярно линии, соединяющей центры этих отверстий. Следует заполнить элементами и проводниками всю площадь платы. Также желательно обеспечить примерную одинаковую плотность размещаемых проводников на печатной плате.

Пункты 1 и 2, разработки конструкции печатной платы, являются тесно взаимодействующими процессами, т.к. практически всегда успешность разводки печатных проводников зависит от расстановки навесных элементов. Поэтому, при неудачной разводке проводников, т.е. когда невозможно соединение 100% всех контактных площадок между собой, приходится возвращаться к компоновке навесных элементов и искать более оптимальное расположение элементов. В виду всего вышеперечисленного, процессы компоновка и разводка, требуют при разработке значительное время.

Для ускорения работы, в настоящее время, применяют системы автоматизированного проектирования. Данная система проектирования представляет собой как минимум рабочее место, оснащенное ЭВМ с установленным необходимым для проектирования набором программ. В качестве системы автоматизированного проектирования для данного изделия использовался пользовательский персональный компьютер с пакетом программ PCAD или Auto CAD, а конкретно для разработки использовался Visio 2000. Для разработки принципиальной электрической схемы использовалась программа Visio 2000.

В качестве исходных данных ЭВМ использует предварительно записанные в её память перечень элементов, входящих в устройство, таблицу соединений между ними, общие характеристики печатной платы (форма и размеры, количество слоев, шаг координатной сетки и др.). С развитием компьютерной техники, в настоящее время, существуют средства проектирования позволяющие альтернативный вариант — одновременная установка навесных элементов и ручная/автоматическая разводка печатных проводников между контактными площадками.

Чертеж печатной платы, включает в себя основные проекции платы с печатными проводниками и отверстиями. На чертеже также размещаются таблицы с основными параметрами печатных проводников и отверстий. Они содержат информацию о ширине проводников, диаметрах контактных площадок и отверстий, их количество, и расстояние между ними в стандартных и узких местах печатной платы.

Также на чертеж выносятся основные технические требования, в которых указывается номер ГОСТа, ОСТа или ТУ, которым они соответствуют, указывается шаг координатной сетки, метод изготовления печатной платы, метод указания первых выводов ИМС, тип краски и шрифт для нанесения условных обозначений на печатную плату.

Форму платы желательно выбрать прямоугольной, если выбор иной формы не является технически обоснованным. Материал и толщина печатной платы, в соответствии с требованиями технической документации, указывается в штампе, расположенном в нижнем правом углу чертежа.

Оценка надежности изделия

Надежность – свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.

Работоспособность – это такое состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции, сохраняя значение заданных параметров в пределах, установленных технической документацией.

Более широкое понятие – исправность, которое дополнительно предъявляет требования ко всем данным документации, в том числе, внешнему оформлению, что неважно для работоспособности.

Нарушение работоспособности называется отказом. Неисправность – это несоответствие любому требованию технической документации к изделию. Неисправность может привести к отказу.

Классификация отказов:

По характеру изменения параметров до момента возникновения:

внезапные, возникающие в результате мгновенного изменения параметра;

постепенные, возникающие в результате постепенного изменения параметров;

По характеру устранения:

устойчивые – которые могут быть устранены только оператором;

самоустраняющиеся - сбои, перемежающиеся отказы;

По внешним проявлениям:

явные, которые можно обнаружить при внешнем осмотре;

неявные, которые обнаруживаются в результате специального контроля;

По причине возникновения:

конструкционный;

технологический;

эксплуатационный;

Безотказностью называется свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки. Суммарное время фактической работы изделия до отказа называется наработкой.

Ремонтопригодность - это свойство изделия, заключающееся в приспособлении к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонта.

Долговечность – это свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта.

Предельное состояние определяется технической непригодностью изделия. Надежность изделия определяется сочетанием вышеперечисленных свойств.

Расчёт надёжности

Интенсивность отказов – характеризует вероятность отказа изделия в единицу времени. Все значения интенсивности отказов ( ) и поправочных коэффициентов (a_i) были взяты из справочника с учетом температуры окружающей среды равной , и сведены в таблицу для расчета интенсивности отказа объекта ( ).

Исходя из таблицы рассчитываем интенсивность отказа объекта по формуле:

Средняя наработка на отказ – ожидаемая наработка объекта до первого отказа. Рассчитывается по формуле:

Вероятность безотказной работы – вероятность того события, что в пределах заданной наработки, т.е. заданного интервала времени отказ объекта не возникнет. Статически приближенное значение вероятности безотказной работы рассчитывается с учётом того что t =1000 ч:

Технологический раздел