Problematica proiectarii asistate de calculator

Ce este un cablaj imprimat ?

Orice modul electronic reprezinta o colectie de componente electronice interconectate astfel incat sa realizeze o anumita functie. La nivelul proiectarii functionale, viitorul modul exista sub forma unei scheme electronice ce contine simbolurile componentelor utilizate si conexiunile ce trebuie realizate in vederea implementarii functiei dorite. Pentru a transforma insa o schema electronica intr-un modul fizic, este necesara interconectarea propriu-zisa a componentelor, functie indeplinita de cablajul imprimat.

Intr-o definitie simplificata, un cablaj imprimat ( PCB=Printed Circuit Board, PWB=Printed Wiring Board ) este o structura pasiva ce asigura interconectarea unor componente electronice intr-un ansamblu unitar. Departe de a reprezenta o componenta nesemnificativa in ansamblul numit "modul electronic", asa cum uneori exista tendinta de a fi considerat, cablajul imprimat indeplineste multiple functii, dintre care mentionam: fixarea mecanica a componentelor, interconectarea electrica a acestora, evacuarea termica, ecranarea electromagnetica, interfatarea modulului cu mediul (panouri de interfata sau alt modul), implementarea unor circuite pasive cu parametri distribuiti, etc.

Fig. I.1 Cablaj imprimat dublu stratificat

Un cablaj imprimat (figura I.1) este format din urmatoarele elemente:

Suport izolator, rigid sau flexibil.

Trasee conductoare, pentru interconectarea in plan orizontal a componentelor. Trasele pot fi dispuse pe o singura suprafata a suportului (cablaj simplu stratificat), pe ambele suprafete (cablaj dublu stratificat) sau atat pe cele doua suprafete cat si ingropate in suport (cablaje multi stratificate).

Pastile de lipire (paduri), pentru montarea componentelor. Padurile destinate componentelor cu montare prin insertie (THD = Through Hole Devices) vor dispune in mod obligatoriu de gauri pentru fixarea terminalelor, realizand astfel si functia de interconectare pe verticala, in timp ce padurile destinate componentelor cu montare pe suprafata (SMD = Surface Mounted Devices) nu necesita gauri de insertie.

Gauri de trecere (via), pentru interconectarea pe verticala a componentelor. Aceste gauri, necesare doar pentru cablaje dublu si multi stratificate, sunt in mod obligatoriu metalizate si au de obieci un diametru mai mic decat cel al gaurilor de insertie.

2 Rolul calculatorului in proiectarea modulelor electronice

In cele ce urmeaza se vor enumera etapele proiectarii unui modul electronic, prezentandu-se pentru fiecare in parte operatiile ce pot fi asistate de catre calculator.

Proiectarea functionala: consta in alegerea componentelor necesare aplicatiei si determinarea modului de interconectare a acestora. Rezultatul proiectarii functionale il reprezinta o schema electronica. In aceasta etapa calculatorul poate fi utilizat pentru descrierea, sinteza si simularea schemei electronice, utilizand programe din categoria CAE ( Computer Aided Engineering

Conceptia echipamentului: alegerea componentelor din cataloagele producatorilor, apoi in functie de gabaritul acestora si cerintele specifice aplicatiei, alegerea carcasei echipamentului si proiectarea panourilor de interfata. Programe de tip CAD ( Computer Aided Design ) orientate pe procesari geometrice (AutoCad, Catia, etc) sunt deosebit de utile in aceasta etapa.

Proiectarea cablajului imprimat: alocarea pe cablaj a unui spatiu corespunzator fiecarei componente din schema electronica si interconectarea acestora prin trasee conductoare dispuse pe unul sau mai multe niveluri, paduri si via. In aceasta etapa este critica utilizarea unui software de tip CAD dedicat proiectarii PCB, care sa preia cel putin operatia de generare la scara a desenelor de cablaj.

Analiza modulului virtual: este o etapa ce se poate realiza exclusiv cu ajutorul calculatorului, ce consta in estimarea parametrilor electrici, electromagnetici, termici si mecanici reali, luand in considerare nu doar efectele urmarite ale structurii de interconectare, ci si cele parazite, legate de cuplaje, reflexii, radiatii, etc. Aceasta etapa le valideaza pe cele anterioare si permite estimarea fiabilitatii si predictia timpului de viata al viitorului produs.

Generarea fisierelor de fabricatie CAM = Computer Aided Manufacture): tinand cont de faptul ca marea majoritate a utilajelor implicate in fabricarea cablajelor imprimate sunt automatizate si comandate de catre calculator, este necesara transcrierea informatiilor proiectului intr-un format independent de software-ul utilizat si care poate fi inteles de catre calculatoarele de proces, prin generarea unor fisiere specifice (de tip lista-de-comenzi).

Continutul unui proiect de cablaj imprimat

Proiectarea unui modul electronic presupune parcurgerea etapelor prezentate in paragraful anterior, una dintre acestea fiind proiectarea cablajului imprimat. In figura I.2 sunt reprezentate elementele pe care trebuie sa le contina un proiect de cablaj imprimat si corelatiile dintre acestea.

Fig. I.2 Elementele unui proiect de cablaj imprimat

Aspectele specifice fiecaruia dintre elementele prezentate mai sus vor fi prezentate pe parcursul paragrafelor urmatoare.