3-й класс точности предусматривает следующие ограничения:

- Плотность монтажа - высокая;

- Минимальная ширина проводника - 0,15 мм;

- Расстояние между краями соседних элементов не менее 0,15 мм;

- Предельные размеры печатной паты - до 170ч240 мм;

Для вычерчивания взаимного расположения печатных проводников, контактных площадок, монтажных отверстий, переходных отверстий, используется координатная сетка прямоугольной системы координат. Шагом координатной сетки до 1 января 1998 года был шаг 2,5 мм; дополнительным - 1,25; 0,625 мм. С 1 января 1998 г. для размещения соединений на ПП основным шагом координатной сетки является шаг 0,50 мм в обоих направлениях. Если координатная сетка с номинальным шагом 0,50 мм не удовлетворяет требованиям конкретной конструкции, то должна применяться координатная сетка с основным шагом 0,05 мм. Для конкретных конструкций, использующих элементную базу с шагом 0,625 мм, допускается применение шага координатной сетки 0,625 мм. Шаг координатной сетки выбирают в соответствии с шагом большинства ЭРИ, устанавливаемых на ПП. Если есть необходимость применить шаг координатной сетки, который отличается от основных шагов, то он должен быть кратным основным шагам.

Предпочтительными являются следующие шаги координатной сетки:

· n · 0,05 мм, где n = 5, 10, 15, 20, 25;

· n · 0,50 мм, где n = 1, 2, 5, 6, 10.

Допустимые шаги координатной сетки - дюймовые шаги, которые применяют в конструкции ПП, использующих ЭРИ с шагом, кратным 2,54 мм:

· n · 2,54 мм;

· n · 0,635 мм.

Шаг большинства используемых ЭРИ кратный 1.25 мм, поэтому основной шаг координатной сетки будет выбран 1.25 мм.

6.4 Выбор метода изготовления печатной платы

Существует несколько методов изготовления ДПП:

1. Химический метод изготовления ПП. При этом методе рисунок образуется путем удаления проводящего слоя с участков поверхности. Для этого на медную фольгу наносят рисунок схемы, а незащищенные участки удаляют.

Преимущества метода:

- высокая разрешающая способность;

- короткий технологический процесс;

- высокая отработанность.

Недостатки:

- большие потери меди;

- отсутствие металлизации отверстий;

- наличие бокового подтравливания.

2. Электрохимический метод изготовления ПП основан на избирательном осаждении меди на нефольгированный диэлектрик.

Преимущества метода:

- высокая надежность сцепления проводников и металлизированных отверстий.

Недостатки:

- низкая скорость осаждения.

3. Комбинированный метод. Сочетает в себе преимущества химического и электрохимического методов. В данном методе печатная плата изготавливается из фольгированного диэлектрика, рисунок вытравливается химическим методом с последующей металлизацией отверстий электрохимическим методом.

Исходя из выше изложенного, комбинированный метод наиболее подходит для изготовления печатной платы, как метод, сочетающий в себе преимущества двух предыдущих.

7. РАСЧЕТЫ КОНСТРУКЦИИ

7.1 Конструкторско-технологический расчет печатной платы

1. Определим минимальную ширину печатного проводника по постоянному току для шины питания (ШП) и шины земли (ШЗ) [3]:

,(7.1.1)

где Imax - максимально допустимый суммарный ток, протекающий по ШЗ и ШП;

jдоп - допустимая плотность тока, для печатных плат, изготовленных комбинированным методом (jдоп = 48 А/мм2);

tпр. - толщина проводника, которая определяется так:

,(7.1.2)

где hФ - толщина фольги (0,035 мм);

hГМ - толщина слоя гальванически осажденной меди (0,055мм);

hХМ - толщина слоя химически осажденной меди (0,0065мм);

0,035+0,055+0,0065=0,0965 (мм)

Максимально допустимый ток Imax определяется как сумма токов потребления всех ИМС данного печатного узла.

Максимальный ток потребления печатного узла берем из таблицы 7.1.1

Таблица 7.1.1

Потребление тока

2. Определим минимальную ширину проводника с учетом допустимого падения напряжения на нем:

,(7.1.3)

где с - удельное сопротивление проводника (0,0175 );

- длина самого длинного печатного проводника на ПП (153,1мм)

Uдоп. - допустимое падение напряжения на печатном проводнике

3. Определим номинальный диаметр монтажного отверстия:

,(7.1.4)

где dе - диаметр вывода элемента, dе= 0,4 (мм), выбранный

согласно ГОСТ 10317-79.

dно - нижняя граница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода, (dно.м.= 0,1 мм для монтажных отверстий и dно.п.= 0,18 мм - для переходных отверстий)

rм = 0,1 мм.

В результате, для монтажных отверстий получаем

Для переходных отверстий (формула 2.3):

4. Определим диаметр контактных площадок.

Где hф = 0,035 мм

D1min - минимальный эффективный диаметр площадки:

где bПО - расстояние от края отверстия до края площадки, bm = 0,1 мм;

дд - погрешность размещения центра отверстия, дд = 0,05 мм;

др - погрешность размещения контактных площадок, др = 0,05 мм

dmax - максимальный диаметр монтажного отверстия:

где Дd - допуск на отверстие, Дd = 0,05;

Тогда

Максимальный диаметр контактной площадки:

5. Определим ширину проводников.

Минимальная ширина проводников:

где b1min= 0,15 мм, по ГОСТ 23751-86 для печатных плат 4-го класса точности

hф = 0,035 мм

Максимальная ширина проводников:

6. Определим минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка.

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой:

где

L0 - расстояние между центрами двух элементов L0 = 1,524 мм;

l - допуск на размещение проводников l = 0,03 мм;

Остальные параметры были вычислены раньше:

Dmax = 1,242 мм

дp = 0,05 мм

д1 = 0,05 мм

bmax = 0,2425мм

Имеем,

Минимальное расстояние между центрами двух контактных площадок:

Минимальное расстояние между центрами двух проводников:

Расчеты показывают, что расстояние между КП, а также проводником и КП соответствует 4-му классу точности.

7.2 Электрический расчет печатной платы

1. Определим допустимое падение напряжения на печатном проводнике [3]:

,(7.2.1)

где с - удельное сопротивление фольги (0,0175 );

Іmax - максимальный ток, протекающий в печатном проводнике (100 мА);

bпр. - ширина печатного проводника (0,25мм);

тпр - толщина печатного проводника (0,0965мм);

,

2. Определим мощность потерь в ПП:

,(7.2.2)

где f - частота, на которой проводится расчет (1 Гц);

Еп - напряжение питания схемы (+5 В);

tgд - тангенс угла диэлектрических потерь материала (0,002);

С - собственная емкость ПП, мкФ:

, (пФ)(7.2.3)

где е - диэлектрическая проницаемость материала ПП (ест=5,5);

F - площадь металлизации

4816 (мм2)

hПП - толщина ПП (1,5 мм).

3. Определим паразитную емкость между двумя соседними печатными проводниками, расположенными на одной стороне ПП:

, (7.2.4)

где lпер - длина проводников, параллельных между собой и расположенных на одной стороне ПП (153,1мм)

S - расстояние между краями проводников (1,25мм);

4. Определим паразитную индуктивность шины питание и шины земля:

(мкГн) (7.2.5)

где l - длина шины, мм

Таким образом, разработанная ПП удовлетворяет заданным условиям, так как полученные расчетные значения электрических параметров не превышают допустимых значений для двусторонних печатных плат.

7.3 Расчет вибропрочности

Данный расчет проводится с целью определения степени влияния вибраций и перегрузок, которые воздействуют на элементы печатного узла. При расчете на вибропрочность в качестве расчетной схемы принимается упрощенная модель в виде прямоугольной пластины размерами сторон a*b постоянной толщины h с равномерным распределением массы элементов по всей пластине, тип закрепления - опирание по 4-м сторонам [9]

Данные для расчета:

материал печатной платы - СФ-2-35-1,5 ГОСТ 10316-78

- габаритные размеры платы - 95 х 95 х 1,5мм.

- масса элементов на плате - 18,4 гр.

- коэффициент перегрузки - 2.

- частота вибрации 50 Гц.

- параметры стеклотекстолита:

а) предел текучести - ;

б) модуль Юнга - ;

в) коэффициент Пуассона - ;

г) коэффициент затухания - ;

д) удельный вес - ;

э) удельная плотность - ;

е) коэффициент запаса прочности - .

1. Массу печатаной платы можно рассчитать по такой формуле:

(7.3.1)

где - плотность стеклотекстолита (=2050 кг/м3), а*b*h - размеры печатной платы (берутся из чертежа печатной платы).

Пользуясь формулой (7.1) рассчитаем массу нашей печатной платы:

(кг).

2. Определим коэффициент влияния (он учитывает массу ЭРЭ на печатной плате) пользуясь следующим выражением:

(7.3.2)

где mЭ - суммарная масса всех ЭРЭ на печатной плате, mЭ=18,4 г.

Рассчитаем КВ по формуле (7.2):

3. Далее следует определить собственную частоту колебаний печатной платы:

(7.3.3)

(7.3.4)

где D - цилиндрическая жесткость, определяется по формуле:

Е - модуль Юнга (Е=3.02*1010 Па);

- коэффициент Пуассона (=0.22).

Подставим эти значения в формулу (7.4):

(Н*м);

Определим , считая, что плата опирается по четырем сторонам:

;

=*g, где g - ускорение свободного падения (g=9.81).

Теперь подставим все найденные значения в выражение (6.3.3) и найдем собственную частоту колебания печатной платы:

(Гц).

Практика показала, что если fc>250 Гц, то конструкция абсолютно жесткая. Делаем вывод, что устройство не нуждается в дополнительных опорах, амортизаторах или других элементах, необходимых для уменьшения перегрузок при действии вибрации.

7.4 Расчет теплового режима

Максимальную мощность рассеивает стабилизатор напряжения IRU1117-33CY. На данной микросхеме падение напряжения составляет 2 В и протекает суммарный ток потребления всей схемы - 415 мА.

Определим выделяемую мощность:

(Вт)

Из документации:

- допустимая температура кристалла микросхемы: ;

- сопротивление кристалл/корпус ;

- сопротивление корпус/среда .

Для расчёта возьмем температуру окружающей среды .

Рассчитаем температуру кристалла [9]:

(7.4.1)

Данная температура является допустимой для работы микросхемы.

Поскольку корпус этой микросхемы - ТО220, который может рассеивать мощность до 1500 мВт, и установка микросхемы является такой, при которой корпус будет рассеивать мощность в штатном режиме работы - делаем вывод, что для такой ИМС радиатор не нужен.

7.5 Расчет показателей надежности

Одна из важнейших задач конструирования - разработка РЭА, ЭВМ и систем, обладающих высокой экономической и технической эффективностью, которая в значительной степени определяется их надежностью [3].

Надежность - это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования (ГОСТ 27.002-83). Если ЭВА отвечает всем эксплуатационным требованиям, то она считается надежной. Выделяют два основных вида надежности:

- техническая - это надежность на соответствие ТУ и определяется в заводских условиях для всех изделий;

- эксплуатационная - надежность данного элемента в условиях эксплуатации с учетом режимов работы, местных условий и квалификации обслуживающего персонала. Основными свойствами этого типа надежности являются безотказность, ремонтопригодность, долговечность и сохраняемость.

Основными показателями и характеристиками надежности являются:

P(t) - вероятность безотказной работы;

л(t) - интенсивность отказов;

Тср. - среднее время наработки до первого отказа;

Q(t) - вероятность отказа.

Целью расчета показателей надежности является определение численных значений основных показателей надежности по интенсивности отказов элементов.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9