Конструирование и технология радиоэлектронных систем

 
 
 
 
 
 
 
 

В. Н. ЛЕУХИН 

 
 

КОНСТРУИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ 

РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ 

 

Практикум   

 
 

 
 
 
 
 

 
 
 

 
 
 
 

 

Йошкар-Ола 

Марийский государственный технический университет 

2009 

УДК 621.396: 621.397 
ББК  32 

Л 52 

 

Рецензенты: 

доктор физ.-мат. наук, профессор,  

заведующая кафедрой радиотехники и связи 

Марийского государственного технического  университета 

Н. В. Рябова 

 

кандидат технических наук,   

профессор кафедры проектирования и производства  

 электронно-вычислительных средств 

 Марийского государственного технического университета 

Ю. В. Захаров  

 
 

Печатается по решению  

редакционно-издательского совета МарГТУ 

 
 
 

 
Леухин, В. Н. 

Л 52      Конструирование и технология радиоэлектронных систем: 

практикум / В. Н. Леухин.– Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет, 2009. – 128 с. 
 

Представлены теоретические сведения по проектированию радиоэлек
тронных узлов на печатных платах с монтажом на поверхность. Рассмотрены особенности анализа схемы электрической принципиальной и замены 
элементной базы для реализации радиоэлектронного узла с монтажом на 
поверхность. Даны рекомендации по последовательности проектирования 
конструкции печатного узла и технологии его изготовления, показаны особенности выполнения отдельных этапов работ,  представлены необходимые 
справочные данные. Изложена методика проведения проверочных расчетов 
конструкции радиоэлектронного узла и печатной платы.  

Для студентов специальности 210405.65 дневной и заочной форм обу
чения. 

 

УДК 621.396: 621.397 

                                                                                                     ББК 32 

                                                                       

© Марийский государственный 
технический университет, 2009 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

ПРЕДИСЛОВИЕ  ................................................................................................ 4 

ВВЕДЕНИЕ ......................................................................................................... 5 

1. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИИ  
И ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ  РЭС  
С ПРИМЕНЕНИЕМ МОНТАЖА НА ПОВЕРХНОСТЬ  ................................. 6 

1.1. Анализ исходных данных  ........................................................................... 7 

1.1.1. Анализ схемы электрической принципиальной ............................ 15 

1.2. Выбор элементной базы для монтажа на поверхность  .......................... 22 

1.2.1. Общие рекомендации по выбору элементной базы ...................... 22 
1.2.2 .Обоснование выбора элементной базы  ......................................... 24 

1.3. Выбор вариантов установки  
       компонентов, монтируемых в отверстия  ................................................ 30 
1.4. Определение посадочных мест КМП и КМО  ......................................... 33 
1.5. Определение размеров печатной платы  .................................................. 36 
1.6. Определение геометрических размеров блока  ...................................... 38 
1.7. Расчет устойчивости печатного узла 

             к механическим воздействиям  ................................................................. 52 

1.7.1. Расчет на вибропрочность печатной платы ................................... 52 
1.7.2. Расчет на ударопрочность печатной платы  .................................. 55 

1.8.  Выбор типового технологического процесса сборки узла  ................... 56 

1.8.1. Расчет такта выпуска изделия  

        и необходимой производительности оборудования  ............................. 59 

1.8.2. Выбор типа и количества технологического оборудования  ............... 60 

Контрольные вопросы  .................................................................................... 64 

 

2. ОСОБЕННОСТИ ОФОРМЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ВИДОВ 
КОНСТРУКТОРСКИХ ДОКУМЕНТОВ  
РАДИОТЕХНИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ  ........................................................... 65 

2.1. Разработка УГО элементов цифровой и аналоговой техники  
и выполнение фрагмента схемы электрической принципиальной  ............. 65 
2.2. Перечень элементов  ................................................................................. 70 
2.3. Оформление  спецификации  ................................................................... 73 
Контрольные вопросы  .................................................................................... 77 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ  ............................................................................................... 78 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК  ............................................................ 79 

Приложение А. Корпуса для монтажа на поверхность 
и разметка посадочного места  ................................................................... 80 
Приложение Б. Примеры схемных заданий  .............................................. 122 
Приложение В. Примеры представления информации о компонентах,  
найденных через сеть Интернет или в электронных справочниках  ........ 125 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 

Учебным планом для студентов специальности  «Радиосвязь, радио
вещание и телевидение» помимо основных профилирующих дисциплин 
предусмотрено также изучение особенностей проектирования электронных средств и технологии их изготовления. Углублению познаний 
в этой области способствует и выполнение расчетно-графической работы.  

Основной целью изучения дисциплины  «Конструирование и техно
логия радиоэлектронных систем» является формирование у студентов 
профессиональных навыков в области современных методов конструирования и технологии, к которым автор относит использование поверхностного монтажа компонентов, а также умение грамотного оформления конструкторской и технологической документации. Решению этих 
задач в основном и призвана помочь расчетно-графическая работа. 

Вопросы  конструирования и технологии производства РЭС занима
ют одно из центральных мест в их проектировании.  Действительно, 
даже прекрасно отработанный замысел  (проект) на уровне системо- и 
схемотехнического проектирования, но не претворенный в реальную 
конструкцию (изделие) для общества практически ничего не дает. Соответственно он не дойдет и до стадии эксплуатации. Вместе с тем существенное улучшение качества изделий и ускорение их выпуска возможно только при тесной взаимосвязи всех участвующих в их разработке 
коллективов: системотехников, схемотехников, конструкторов, технологов, эксплуатационников. 

Изучая дисциплину «Конструирование и технология радиоэлектрон
ных систем», не являющуюся базовой для специальности "Радиосвязь, 
радиовещание и телевидение", студенты должны получить знания в области 
методологических 
вопросов 
конструирования, 
компоновки 

устройств различного структурного уровня, обеспечения их теплового 
режима и помехоустойчивости; изучить особенности технологических 
процессов изготовления, приобретения навыков проектирования   радиоэлектронных средств (РЭС) 1-го и 2-го структурного уровней и 
оформления комплекта конструкторской документации на них. 

Автор будет признателен читателям за все замечания по содержа
нию и оформлению книги, которые следует направлять по адресу: 
424000, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина,  3, МарГТУ (кафедра КиПР). 

 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

 

Проектирование радиоэлектронных средств (системотехническое, 

схемотехническое, конструкторское, технологическое) предполагает 
создание комплекта документации, необходимого для изготовления 
изделия. При этом конструкция РЭС и особенности ее производства 
характеризуются множеством параметров, которые должны удовлетворять предъявляемым тактико-техническим требованиям (массогабаритным показателям, показателям надежности, электромагнитной 
совместимости, совместимости с объектом установки и человекомоператором, обеспечению устойчивости работы в заданных климатических условиях). 

Целью РГР (контрольной работы) является приобретение навыков 

определения основных конструктивных, производственных и эксплуатационных параметров  РЭС на начальных этапах проектирования, выбора современной элементной базы, отвечающей требуемым электрическим параметрам и заданным условиям эксплуатации (преимущественно для монтажа на поверхность), углубление познаний в области современных методов конструирования и технологии РЭС. 
 
В качестве задания на расчетно-графическую работу выдается схема 

электрическая принципиальная, содержащая 40-60 схемных элементов 
(микросхем, полупроводниковых  приборов, пассивных компонентов) и 
данные об условиях эксплуатации и программе выпуска изделия. 
 
Вопросы выбора элементной базы, технологического оборудования, 

материалов и оснастки должны решаться с использованием следующих 
имеющихся справочников, электронных баз и каталогов: 
 
• Компоненты для монтажа на поверхность (КМП08.exl); 
• Поверхностный монтаж: Оборудование технологическое. Каталог 

ЗАО Предприятие ОСТЕК (Оборудование ТМП07.doc); 

• Справочное руководство по выбору и применению материалов для 

производства и ремонта электронной аппаратуры (папка "Выбор материалов");  

• Паяльное оборудование, материалы и инструменты, поставляемые 

фирмой Аргус  (папка "Argus"). 

Помимо этого, может быть использована информация с сайтов ве
дущих фирм по изготовлению электронной техники (www.ostec-smt.ru, 
www.sovtest.ru, www.argus-x.com, www.compitech.info).  

   
 

1. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИИ  
   И ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ  РЭС  

         С ПРИМЕНЕНИЕМ МОНТАЖА НА ПОВЕРХНОСТЬ  

 
Целью изучения данного раздела является рассмотрение последова
тельности выполнения этапов конструкторских и технологических работ по проектированию печатных узлов с монтажом на поверхность. 
Узлы могут включать как компоненты, монтируемые на поверхность 
(КМП), так и компоненты, монтируемые в отверстия (КМО). Исходными данными для проектирования являются, как правило,  функциональная или принципиальная схема, назначение устройства, особенности его 
эксплуатации, условия производства, прежде всего годовая программа 
выпуска, 
параллельное 
изготовление 
иных 
радиоэлектронных 

устройств, оснащение производства. Для наглядности выполнение всех 
этапов работ будет рассмотрено на конкретных примерах.  

В ходе выполнения РГР решаются следующие вопросы: 

 
1) производится анализ задания на выполнение работы, включающий так
же и анализ исходной схемы; 
 
2) осуществляется перевод схемы на элементную базу для монтажа 

на поверхность (полное или преимущественное использование КМП); 
 
3) рассчитываются (подбираются) знакоместа для компонентов, 

монтируемых на поверхность (КМП) и в отверстия (КМО);  
 
4) рассчитывается площадь печатной платы, необходимая для рас
положения всех схемных элементов; 
 
5) рассчитывается  объем блока с учетом вида аппаратуры (прием
ная, передающая, вычислительная и т.д.) и объекта установки (стационарная, возимая и т.д.) по методике, изложенной в [1]; 
 
6) определяются геометрические размеры блока с учетом использо
вания приемлемых конструкционных систем; 
 
7) производится расчет устойчивости печатного узла к механиче
ским воздействиям; 
 
8) разрабатываются УГО элементов цифровой и аналоговой техники, 

используемых в схеме, выполняется фрагмент схемы; 
 
9) оформляются фрагменты перечня элементов и спецификации 

(например, для одного из печатных узлов); 
 
10) производится расчет такта (ритма) выпуска изделия, в соответ
ствии с которым подбираются отдельные виды оборудования (например, монтажного); 
 
11) разрабатывается схема сборки печатного узла. 
 

1.1. Анализ исходных данных  
 

     При выполнении любых проектных работ действия разработчика и принимаемые им решения ограничены требованиями технического задания, 
которое в общем случае должно включать в себя следующие разделы: 

1) наименование и область применения  (использования) изделия; 
2) основание для проектирования; 
3) цель и назначение проектирования; 
4) источники разработки; 
5) технические требования; 
6) экономические показатели;  
7) стадии и этапы проектирования;  
8) порядок контроля и приемки. 
Основные технические характеристики излагаются в  разделе «Тех
нические требования», определяющие требования и нормы, показатели 
качества и эксплуатационные (потребительские) характеристики изделия с учетом действующих стандартов и норм, а также современного 
технического уровня. 

Раздел «Технические требования» в общем случае должен состоять из 

следующих подразделов: 

- 
состав изделия и требования к конструкции; 

- 
показатели назначения и экономного использования сырья, материалов, топлива и энергии; 

- 
требования к надежности; 

- 
требования к технологичности и метрологичесому обеспечению; 

- 
требования к уровню унификации и стандартизации; 

- 
требования безопасности и требования по охране природы; 

- 
эстетические и эргономические требования; 

- 
требования к патентной чистоте; 

- 
требования к составным частям изделия, сырью, исходным и эксплуатационным материалам; 

- 
условия эксплуатации; 

- 
требования к техническому обслуживанию и ремонту; 

- 
требования к маркировке и упаковке; 

- 
требования к транспортированию и хранению. 

Как видно из состава пунктов технического задания и входящих в 

него  технических требований, данные документы должны характеризовать создаваемые изделия с самых различных позиций. Техническое 
задание оказывает большое влияние на дальнейший процесс проектирования. Сугубо общие требования и расплывчатые формулировки приводят к недоразумениям, спорам и частым изменениям его содержания. 
Наоборот, чрезвычайно детальные и мелочные указания сковывают 

творчество проектировщиков и не позволяют достичь требуемого технического уровня изделия. Подробные требования к пунктам технического задания  и пример их оформления представлены в [2, 3]. 

В учебном процессе (с целью общей унификации) укрупненное тех
ническое задание выдается в виде заготовки схемы электрической 
принципиальной и шифра, содержащего информацию об объекте установки, климатическом исполнении изделия, годовой программе его выпуска, степени автономности конструкции, т.е.  входимости узла  в 
стандартизованные по размеру блоки и субблоки. 

1 5 5     УХЛ   4 - 56 
                                      номер варианта задания (номер схемы) 

 категория размещения 
климатический район            климатическое  

исполнение  

условия производства  
количество однотипных узлов в блоке  
тип аппаратуры (по объекту установки) 

Тип аппаратуры (первый элемент обозначения): 
1 - стационарная; 
2 - носимая; 
3 - возимая на автомобильном транспорте; 
4 - возимая на гусеничном транспорте; 
5 - морская (судно); 
6 - авиационная  (с поршневым двигателем); 
7 - авиационная  (с реактивным двигателем); 
8 - ракетная и космическая; 
9 - буйковая. 
Тип аппаратуры обуславливает уровень механических воздействий 

и действующую систему стандартов применительно к объекту установки (например, система базовых несущих конструкций  возимой аппаратуры, которая предопределяет возможные габаритные размеры печатных плат, несущие рамки, способ их установки в блок и т.д.), 
ограничения по форме, размерам и массе РЭС и его составных частей, 
требования к надежности и ремонтопригодности. Параметры механических воздействий приведены в табл. 1.1, а также в [4, 5].      

Таблица 1.1 - Параметры механических воздействий на РЭС 

Аппаратура и условия ее работы

Вибрация
Ударное  

ускорение,

g

Линейное 
ускорение,

g

Акустическое  
воздействие

частота,  Гц амплитуда, 

мм

ускорение, 

g
f, Гц
Р, дБ

Стационарная аппаратура
10...55
до 2
до 50

Переносная аппаратура
10...2000
до 10
до 50

Наземный транспорт:

гусеничный.
20...2000
0,05
до 10
200...400

автомобильный
0...15 (200)
10...40
до 50

железнодорожный
2...3 (100)
до 40 (до 2)
до 50

Морской транспорт:

корпус
1...15
1,5...3
200…400
до 6

мачты 
0...15
до 40

Авиационный транспорт:

с поршневым двигателем
5...150
0,15
15...30

с реактивным двигателем
5...500 
(2000)

27...0,15
до 5
150...9600 
до 165

Ракеты:

большие
10...3000
до 40
до 50
5...15
150...9600
до 165

малые
50…5000
до 30
до 100 
30...50
150…9600
до 165

Падение аппаратуры с высоты

30...50 см на бетонный пол

550

 

9

Количество узлов в блоке  (второй элемент обозначения) – цифра 

указывает соответственно количество однотипных узлов, которое 
следует учитывать при разработке компоновки блока и решении 
технологических вопросов (определение требуемой производительности 
оборудования и выбор марок оборудования). 

Условия производства (третий элемент обозначения): 

0 - опытный образец; 
1 - опытная партия (10 шт.); 
2 - установочная серия (100 шт.); 
3 - мелкосерийное производство ( 1000 шт.);   
4- среднесерийное производство ( 10000 шт.), 
5 - крупносерийное производство ( 100000 шт.), 
6 - массовое производство (более 100000 шт.). 

Климатическое исполнение (четвертый и пятый элемент обозна
чения) включает климатический район и категорию размещения по 
ГОСТ 15150-69.  

Различают следующие укрупненные категории размещения: 1 - на 

открытом воздухе; 2 - под навесом; 3 - в закрытых неотапливаемых 
помещениях с естественной вентиляцией; 4 - в отапливаемых помещениях с искусственным климатом; 5 - в помещениях с повышенной 
влажностью, приводящей к частой конденсации влаги (шахты, подземные сооружения, трюмы кораблей). Буквенный код в обозначении 
климатического исполнения характеризует климатический район: У - 
умеренный климат; УХЛ - умеренный и холодный; ХЛ - холодный; 
ТВ - тропический влажный; ТС - тропический сухой; ТМ - тропический морской; М - умеренный холодный морской; О - общеклиматическое исполнение для суши ; ОМ - общеклиматическое морское исполнение; В - всеклиматическое исполнение для суши и моря (кроме 
Антарктиды). 

Наиболее жесткими условиями для работы РЭС является 

размещение вне помещения в условиях холодного климата и 
эксплуатация в условиях тропического влажного и тропического 
морского климата.  

Значение температуры окружающего воздуха для перечисленных 

климатических исполнений представлено в табл. 1.2. Допустимые 
условия эксплуатации  выбираемой элементной базы должны быть 
не менее приведенных в этой таблице для заданного климатического 
исполнения. 

Таблица 1.2 - Значения температуры окружающего воздуха при эксплуатации
в зависимости от климатического исполнения и категории размещения изделий

Исполнение 
изделия

Категория 
размещения

3начения температуры воздуха при эксплуатации, оС 

рабочие
предельные рабочие

верхнее 
значение

нижнее 
значение

среднее 
значение

верхнее 
значение

нижнее 
значение

У 
1; 1.1; 2;

2.1; 3
+40
-45
+10
+45
-50

3.1
+40
-10
+10
+45
-10

5; 5.1
+35
-5
+10
+35
-5

ХЛ 
1; 1.1; 2;

2.1; 3
+40
-50
+10
+45
-60

3.1
+40
-10
+10
+45
-10

5;5.1
+35
-10
+10
+35
-10

УХЛ 
1; 1.1; 2

2.1; 3
+40
-60
+10
+45
-60

3.1 
4

+40
+35

-10
+1

+10 
+20

+45 
+40

-10
+1

4.1
4.2

+25 
+35

+10 
+10

+20 
+20

+40 
+40

+1 
+1

5; 5.1
+35
-10 
+10
+35
-10

ТВ 
1; 1.1; 2; 2.1;

3; 3.1
+45
+1
+27
+50
+1 

4
+45
+1 
+27
+50
+1

4.1
+25
+10
+20
+40
+1

4.2
+45
+10
+27
+45
+10

5; 5.1
+35
+1
+10
+35
+1

T, TC 
1; 1.1; 2;
2.1; 3; 3.1
+45
-10
+27
+55
-10

4
+45
+1
+27
+55
+1

4.1
+25
+10
+20
+40 
+1

4.2
+45
+10
+27
+45
+10

5; 5.I
+35
+1
+10
+35
+1

О
1;1.1; 2

2.1
+45
-60
+27
+55
-60

4
+45
+1
+27
+55
+1

4.1
+25
+10
+20
+40
+1

4.2
+45
+10
+27
+45
+1

5;.5.1
+35
-10
+10
+35
-10

М 
1; 1.1; 2

2.1; 3; 5; 5.1
+40
-40 
+10 
+45 
-40

4; 3.1
+40
-10
+20
+40
-10

4.1
+35
+25
+20
+40
+1

4.2
+40
+1
+20
+40
+1