Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Марийский государственный технический университет

Кафедра КиПР

Пояснительная записка к курсовой работе

Экономичный четырехуровневый пробник. Основы конструирования и проектирования РЭС

Йошкар-Ола, 2008

Техническое задание

Провести проектирование функционального узла на печатной плате в соответствии с заданными условиями эксплуатации, схемотехнического назначения.

ШИФР- 115 М 4-103

1) Тип аппаратуры - 1- стационарная;

2) Конструктивное исполнение - 1 - автономный блок;

3) Условия производства - 5 - крупносерийное производство (100 тыс. шт.);

4) Климатическое исполнение:

а) Климатический район - умеренный холодный морской ;

б) Категория размещения - в отапливаемых помещениях с искусственным климатом.

Исходная электрическая принципиальная схема для варианта 103 показана на рисунке 1.

Рисунок 1. - Электрическая принципиальная схема устройства хранения аналогового сигнала

Введение

Процесс конструирования радиоэлектронных средств является сложным, многогранным, ориентированным на иерархическое построение конструкции. Из всего разнообразия конструкции и их уровней в данной работе затрагивается один из начальных уровней - радиоэлектронный узел на печатной плате.

Несмотря на значительный прогресс в области совершенствования элементной базы, применение в конструкциях РЭС бескорпусных микросхем и микросборок, различных функциональных микроэлектронных устройств, разработке новых систем коммутации (керамических плат, крупноформатных оксидированных или глазурованных металлических плат), функциональные узлы на печатных платах по-прежнему составляют основу большинства конструкций радиоэлектронных средств. Причиной этого является обработанность конструкций и технологии печатного монтажа, возможность механизации и автоматизации сборки аппаратуры, повторяемость параметров от образца к образцу, невысокая стоимость монтажно-сборочных работ.

В данной работе необходимо произвести проектирование функционального узла на печатной плате в соответствии техническим заданием, то есть с учетом ограничений, накладываемых условиями эксплуатации и условиями производства, особенностями схемотехнического назначения. Результатом произведенной работы должен быть комплект конструкторско-технической документации, по которому в дальнейшем может быть разработан данный функциональный узел.

1 Анализ технического задания

1.1 Анализ объекта установки и уровня механических воздействий

Рассмотрим ограничения, накладываемые объектом установки на основные показатели, и определим уровень механических воздействий в зависимости от объекта установки.

Основные требования вытекают из технического задания, задаваемого в виде шифра. В соответствие с типом аппаратуры по объекту установки (1-стационарная аппаратура) определяются параметры механических воздействий, которые сведены в таблицу 1.

Таблица 1-Параметры механических воздействий

Аппаратура и условия ее работы	Вибрация	Ударное ускорение, g
	частота, Гц	амплитуда, мм	ускорение, g
Стационарная	10…55	-	до 2	до 50

Автономный блок, как правило, не требует использования стандартных размеров плат по обеспечению их входимости в блоки и субблоки, предписываемых рядом стандартов (ГОСТ 28601-90, ОСТ 4.ГО 010.009-86, IEC297-3 и др.). В этом случае достаточно ориентироваться на требования ГОСТ 10317-79. В задании не предъявляется требований по герметизации и влагозащите.

Обычно стационарные РЭС являются изделиями длительного пользования, поэтому при их конструировании должна быть предусмотрена возможность ремонта и замены деталей. Особое внимание при разработке конструкции РЭС уделяется технологичности, так как от этого в значительной степени зависит их стоимость.

1.2 Анализ воздействия климатических факторов

Исследуемый радиоэлектронный узел имеет следующее климатическое исполнение:

Климатический район -М - умеренный холодный морской;

Категория размещения -4 - в отапливаемых помещениях с искусственным климатом.

Определим значение температуры окружающего воздуха при эксплуатации.

Значения рабочих и предельных рабочих температур окружающего воздуха приведены в таблице 2:

Таблица 2 -Эксплуатационные значения температуры воздуха

Значение температуры воздуха при эксплуатации
рабочие	предельные рабочие
верхнее значение	нижнее значение	среднее значение	верхнее значение	нижнее значение
+40	-10	+20	+40	-10

В соответствии с заданным климатическим регионом и категорией размещения температурный режим эксплуатации РЭС средне благоприятный по сравнению с остальными.

1.3 Выработка основных ограничений на конструкцию

Крупносерийное производство накладывает следующие ограничения на печатный узел: производство печатного узла должно быть автоматизированным, поэтому необходимо выбрать как можно меньший класс точности, элементы желательно ориентировать на плате одинаково. Для уменьшения стоимости узла и упрощения его автоматизированного изготовления необходимо ограничиться односторонним расположением элементов на плате.

2. Анализ схемы электрической принципиальной

Предлагаемым пробник разработан для проверки электрических цепей в промышленном оборудовании -- обмоток трансформаторов, реле, нитей сигнальных ламп, р-n переходов полупроводниковых приборов, переходного сопротивления контактов. Часто не обязательно точно знать значение сопротивления участка цепи: достаточно, чтобы оно укладывалось в некоторый диапазон. В таких случаях для проверки подходит пробник с индикацией нескольких интервалов сопротивления в диапазоне 0... 10 кОм.

Исходная схема была переработана так, чтобы показания индикатора соответствовали ряду интервалов сопротивления электрической цепи.

Основой пробника является пороговое устройство на логических элементах КМОП с делителем напряжения, формирующим четыре различных уровня переключения четырех светодиодных индикаторов. При проверке измеряемая цепь оказывается подключенной параллельно резистору R9, через который протекает суммарный ток делителе напряжения. Для приведения различного тока во внешней цепи к порогам срабатывания элементов DD1 экспериментально подобраны сопротивлений в делителях напряжения из резисторов R1--R9. При уменьшении тока через внешнюю цепь (т. е. при увеличении сопротивления этой цепи) последовательно переключаются элементы DD1.1-- DD1.4. Элементы микросхемы DD2 действуют как дешифратор, включающий один из транзисторов VT1--VT4 и соответственно индикаторов HL1--HL4.

При налаживании пробника для подбора сопротивления резисторов R1 -- R8 был использован блок из четырех движковых переменных резисторов СПЗ-23в С линейной характеристикой регулирования. После выполнения настроек вместо блока резисторов установлены подобранные постоянные резисторы.

В пробнике для питания используется батарея "Крона" или аналогичная ей с напряжением 7,5...9 Б

Результаты вычислений приведены в таблице 1.2. Недостатком выполнения расчета на ЭВМ является, то, что не всегда удается найти аналог микросхемы, транзистора или диода, и приходится использовать идеализированный элемент, что негативно сказывается на точности расчета. Подобный расчет позволяет сократить время и точность проведения расчетов, и позволяет не обращаться за электрическими параметрами в справочные издания.

Рисунок 2- Схема в момент замыкания кнопки «Пуск »

где pd - рассеиваемая мощность элементом; просто цифрами обозначены токи через элементы (стрелками его направление); символы после значений мощностей и токов означают: f - фемо, р - пико, n - нано, u - микро, m -мили ватты или амперы.

Таблица 3 - Рассеиваемая мощность на элементах

Наименование элемента	Обозначение на схеме	Рассеиваемая мощность
Микросхемы:
КФ561ЛЕ5 К561ЛП2	DA1 DA2	200,452 мкВт 178,169 мкВт
Транзисторы:
КТ3130А-9	VT1- VT4	3,142 нВт
Диоды:
КД102	VD1-VD4	4,550 мкВт
Резисторы:
	R1	1,05 мВт
	R2	1,34 мВт
	R3	1,3 мВт
	R4	1,268 мВт
	R5	110,326 мкВт
	R6 R7 R8 R9 R 10 R11 R12 R13 R14	8,03 мкВт 7,34 мкВт 28,805 мкВт 2,276 нВт 2,276 нВт 2,276 нВт 2,276 нВт 0,203 фВт 6,719 мкВт

Исходя из рассчитанных рассеиваемых мощностей, установили, что большая мощность рассеивания заключена на резисторах R1-R4

3. Выбор элементной базы

При выборе элементной базы руководствуемся ограничениями, которые накладываются условиями эксплуатации. Элементная база должна быть устойчивой к заданным механическим воздействиям, характеризующих объект установки; проявлять работоспособность в заданном диапазоне температур.

3.1 Выбор резисторов

Резисторы R1 - R14 должны быть общего применения и при выборе резисторов используем критерии:

-номинальное сопротивление;

-максимальная мощность рассеиваемая на резисторах (не более 0,125Вт);

-использовать по возможности резисторы одного типа.

Данным критериям в большой степени удовлетворяют постоянные толстоплёночные резисторы Р1-12 (ЧИП) (для всех резисторов).

Технические характеристики:

номинальное сопротивление: 10-22*10⁶ Ом;

максимальная мощность рассеиваемая на резисторах: 0,125 Вт;

типоразмер: 1206

На рисунке 3 представлены габаритные чертежи и размеры ЧИП резисторов.



Рисунок 3 - Внешний вид (а),габаритный чертёж (б) и разметка посадочного места ЧИП резистора Р1-12

Таблица 4 - Габаритные размеры резисторов (мм.)

Тип корпуса	L	S	W	T	H, макс
1206	3,20±0,15	1,93±0,38	1,60±0,15	0,50±0,25	0,71

3.2 Выбор транзисторов

По техническому заданию, транзисторы VT1- VT4 должны быть типа n-p-n, малой мощности, высокой частоты, КТ3130А-9 (аналог BCХ7011). Исполнение его представим в корпусе KT-46 - является отечественным .

Внешний вид и габаритные размеры приведены в рисунке 4.

Рисунок 4- Внешний вид (а), габаритные размеры (б) и разметка посадочного места (в) корпуса SOT-23.

Таблица 5 - Габаритные характеристики транзистора КТ3130А-9 в корпусе SOT-23

Обозначение размера	Размеры, мм
	Не менее	Номин.	Не более
А	0,85 (0,8)	--	1,1 (1,2)
А1	0,1 (0,05)	--	0,2 (0,45)
А2	0,65	--	0,95
D	2,8	--	3
E	1,2	--	1,4
e	--	0,95 (1,0)	--
HE	2,1	--	2,5
LE	0,4 (0,45)	--	0,6
Q1	0,5 (0,35)	--	0,65

Таблица 6 - Характеристика транзистора КТ3130А-9 в корпусе SOT-23

Наимен.	тип	Uкбо(и),В	Uкэо(и), В	Iкmax(и), мА	Pкmax(т), Вт	h21э	Iкбо, мкА	fгр., МГц	Кш, Дб
КТ3130А-9	n-p-n	50	50	100	0.1	100-250	0.1	150	10

Uкбо - Максимально допустимое напряжение (МДН) коллектор-база

Uкэо - МДН коллектор-эмиттер

Iкmax - Максимально допустимый постоянный ток коллектора

Iкmax и - Максимально допустимый импульсный ток коллектора

Pкmax - МДП рассеиваемая мощность коллектора без теплоотвода

Pкmax т- МДП рассеиваемая мощность коллектора с теплоотводом

h21э - Статический коэффициент передачи тока биполярного

транзистора в схеме с общим эмиттером

Iкбо - Обратный ток коллектора

fгр - граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером

Кш - коэффициент шума биполярного транзистора

3.3 Выбор диода

По техническому заданию диод является шунтирующим элементом, при подключении к выводам транзисторов пробника .Диоды VD1- VD4 должны быть универсальными. Этим требованиям удовлетворяет большое количество диодов, но остановимся на диоде КД 102. Конструктивное исполнение представим ниже. Назначение выводов для диода: 1---, 2 - анод, 3 - катод

Рисунок 5 - Конструкция (а), габаритный чертёж (б) и разметка посадочного места (в) корпуса КТ-46 (SOT-23).

Таблица 7 -Основные параметры диода КД102.

Марка компонента	Iпр, А	Iпр. и , А	Iобр, мкA	Uобр , В	Uобр. и , В	Uпр , В
КД102	0,1	2	0,1	250	250	1,0

3.4 Выбор микросхемы

По техническому заданию, в данной схеме используется КМОП микросхема - 4 логических элемента 2ИЛИ-НЕ. Этим элементом может служить микросхема КФ561ЛЕ5(аналог CD4001AEI). Она выполняется в корпусе вида - 4311.14-1.

Будем использовать микросхему в корпусе 4311.14-1. Для этого вида корпуса общим будет являться вывод 7, а к выводу 14 будет подводится питающее напряжение.

Технические данные микросхемы КФ561ЛЕ5:

1) интервал рабочих температур - от -45 до 70⁰С;

2) Напряжение питания - от 5 до 15 В;

3) Ток нагрузки не более 100 мА;

4) Рассеиваемая мощность не более 50 мВт;

Рисунок 6 - Внешний вид (а) и габаритный чертёж (б) корпусов типа

и разметка посадочного места для микросхемы КФ561ЛЕ5 в корпусе SO подтип 43.

Таблица 8 -Габаритные характеристики корпуса SO подтип 43 по ГОСТ 17467-88

шифр типоразмера	число выводов	А	А2	D	E	HE
4311	14	2,54	2	9,14	4,65	6,7



Рисунок 7 - Схема включения ОУ

Назначение выводов: 1-вход Х2; 2-вход Х1; 3-выход Y1; 4-выход Y2; 5-вход ХЗ; 6-вход Х4; 7-общий; 8-вход Х6; 9 -- вход Х5; 10 -- выход YЗ; 11 -- выход Y4; 12 -- вход X7; 13--вход Х8; 14 -- напряжение питания.

Вторым видом микросхемы является КФ561ЛП2 ( аналог CD4030AЕ). Микросхема в корпусе 4306.14-А. Микросхема представляет собой 4 элемента «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» работающие по принципу дешифратора. Основная особенность и достоинство микросхем серии К561-- экономичность.

Таблица 9 -Габаритные размеры корпуса подтипа 43 по ГОСТ 17467-88

Шифр	Число выводов	А	А2	D	E
типоразмера		min	max	min	max	min	max	Min
4306	14					8,39	8,75

Рисунок 8 - габаритный чертёж корпуса типа и разметка посадочного места для микросхемы К561ЛП2 в корпусе SO подтип 43.

3.5 Выбор кнопки «Пуск»

Основываясь на техническом задании, выберем кнопку замыкания «Пуск».Она должна быть с фиксацией. Её монтаж проводим в отверстие и на противоположной стороне от поверхности с монтажом КМП.

Рисунок 9 - Габаритный чертёж , электрическая схема размеры корпуса и контактных площадок кнопки PS700L

Сведем все данные в таблицу 10.

Таблица 10 - Характеристика элементной базы

Наименование элемента

Кол. шт.

Поз. обозн.

Тип (КМП или КМО)

Тип корпуса

Конструкционные параметры

Параметры внешних воздействий

Размеры LxBxH

Масса, г.

Установочная высота, мм

Диапазон температур, °С

Вибрационные нагрузки

Ударные перегрузки, м/с2 (g)

Частота, Гц

Ускорение, м/с*(g)

По техническому заданию:

-10...+40

10…55

До 20 g

До 50

Допустимые для элементной базы:

Микросхема КФ561ЛЕ5

1

DD1

КМП

SO4311

9,14x4,65x2

1,5

2,54

-45...+70

Микросхема КФ561ЛП2

1

DD2

КМП

SO4306

9,14x4,82x2,1

1,5

2,54

-60...+125

Транзисторы КТ3130А-9 КТ3130А-9

4

VT1

КМП

SOT23

4,4x3,75x 1,77

1,77

-45...+70

Диоды КД102

4

VD1

КМП

SOT23

3x2,5x1,3

1,3

-60...+100

Резисторы:

Pl-12-0,125

14

R1

КМП

1206

3,2x1,6x0,6

0,015

0,6

-60...+70

Кнопка PS700L

1

КМ0

7х7х12,5

0,2

12,5

-22525...+65

4. Выбор типа и класса точности печатной платы

Печатную плату, на которую будут монтироваться все элементы выберем односторонней.

Односторонние печатные платы (ОПП) характеризуются: возможностью обеспечить повышенные требования к точности выполнения проводящего рисунка; установкой навесных элементов на поверхность платы со стороны, противоположной стороне пайки, без дополнительной изоляции; возможностью использования перемычек без изоляции; низкой стоимостью конструкции. К недостаткам ООП следует отнести низкую плотность компоновки, обычно не превышающую 1,5 эл/см³; низкую тепловую и механическую устойчивость контактных площадок.

Выполнение платы односторонней выгодно, так как требует более простого оборудования, чем оборудование для изготовления двусторонней ПП и проведения компоновочных работ на ней.

Класс точности выбираем таким, при котором плата будет иметь достаточную надежность при минимальной стоимости и сложности производства. Кроме того, учтем тот факт, что также на печатную плату должна монтироваться микросхема и элементы КМП . Наиболее приемлемым будет четвертый класс точности. Печатные платы 4-го класса точности обеспечивают достаточно высокую плотность трассировки и монтажа, а с другой - для их производства требуется достаточно несложное, хотя и специализированное оборудование.

Номинальные значения основных параметров элементов конструкции ПП для 4-го класса точности берутся следующими:

ь Минимальная ширина проводника t = 0,15мм;

ь Минимальная ширина зазора s = 0,15мм;

ь Предельное отклонение проводника с металлическим покрытием

ь Гарантийный поясок контактной площадки b_min=0,05мм;

ь Допуск на отверстие диаметром до 1мм без металлизации ?d=±0,05мм;

ь Допуск на отверстие диаметром >1мм без металлизации ?d=±0,10мм;

ь Отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы г=0,25.

Коммутационная способность ПП зависит от класса точности и шага координатной сетки. Шаг координатной сетки выбираем равным 0,25 мм .

5. Выбор вида внешних соединителей

Данное устройство, предназначенное для автоматического подключения радиоэлектронного устройства к источнику питания или отключения от него. Большое распространение оно найдет в быту, поэтому необходимо стремится к более простому его использованию. В общем случае, он способен работать при напряжении 7,5 В и коммутировать нагрузку , потребляющую ток 30 А. Использовать будем штыревое соединение PBS-2R , который имеет вид , приведенный на рисунке 10.

Рисунок 10- Штыревое соединение PBS-2R

Габаритные размеры штыревое соединение PBS-2R приведены на рисунке 11:



Рисунок 11- Габаритные размеры штыревого соединение PBS-2R

Таблица 11 - Габаритные характеристики штыревого соединения .

6. Выбор вариантов установки навесных элементов

Выберем для каждого элемента вариант установки на печатную плату.

Для штыревого соединения RBS-2R выберем вариант установки на печатную плату VIII б. Ниже, на рисунке 12, представим вариант его выполнения.

Рисунок 12- Вариант установки штыревого соединения RBS-2R на печатную плату.

Кнопку PS700L установим на той стороне печатной платы что и RBS-2R, т.е. на противоположной стороне он монтажа всех остальных элементов. Вариант установки его нa рисунке ,который представлен ниже.

Рисунок 13- Вариант установки кнопки PS700L на печатную плату.

7. Выбор метода изготовления печатной платы

Так как был выбран односторонний тип печатной платы (ОПП), то в соответствии с ГОСТ 24322-80 «Платы печатные. Требования к последовательности выполнения типовых технологических процессов» выберем химический метод изготовления печатной платы.

Химический метод - травление фольгированного диэлектрика без металлизации монтажных отверстий. Этот метод сочетается с фотографическим и сеткографическим способами получения изображения печатного рисунка и обеспечивает высокую разрешающую способность печатных проводников. Достоинствами химического метода являются: доступность механизации и автоматизации, возможность получения высокого качества печатных плат, которые обладают высокой адгезией (прилипанием) печатных проводников к диэлектрическому основанию. Недостатками химического метода являются: наличие активного воздействия химических веществ на диэлектрическое основание ПП, повышенный расход травителей и стравливаемой меди, которая в большинстве случаев не регенерируется (возобновляется).

8. Выбор способа пайки

печатный плата конструкция схема

Так как наше производство крупносерийное и присутствуют элементы как КМП и КМО .То целесообразно использовать метод пайки “Волной припоя”. В нашем случая чип элементы не столь критичны к воздействию высоких температур , которые оказывает пайка волной припоя . Использование этого метода позволит за один проход осуществить пайку как КМП , так и КМО (в данном случае разъёма штыревого соединения и кнопки замыкания «Пуск») .Однако при этом необходимо вводить дополнительную операцию по приклейке КМП и включать в линию автоматы дозирования . Что нам и придётся сделать .

9. Выбор материала печатной платы

Выбор материала определяется электроизоляционными свойствами, механической прочностью, обрабатываемостью, стабильностью параметров при воздействии агрессивных сред и изменяющихся климатических условий, себестоимостью.

Гетинакс и стеклотекстолит фольгированные представляют собой слоистые прессованные пластики, изготовленные на основе бумаги (гетинакс) или ткани из стеклянного волокна (стеклотекстолит), пропитанные термореактивными смолами и облицованные с одной или двух сторон медной электролитической фольгой. Стеклотекстолит превосходит гетинакс практически по всем техническим и электрическим характеристикам: допустимая влажность окружающей среды для платы без дополнительной влагозащиты (85% для гетинакса и 93% для стеклотекстолита). Стеклотекстолит имеет меньший тангенс угла диэлектрических потерь (0,035 против 0,07) и меньшую диэлектрическую проницаемость (5,5 против 7,0), что уменьшает паразитную емкость; водопоглощение при толщине 1,5мм (20мг против 80мг), прочность на отслаивание фольги после кондиционирования в гальваническом растворе (3,6Н против 1,8Н), прочность на отрыв контактной площадки (60Н против 50Н) - важный показатель для плат, эксплуатируемых в жестких механических условиях.

Таким образом, выбираем СФ-1-35-2 ГОСТ 10316-78 - фольгированный стеклотекстолит высшего сорта, толщиной 2,0 мм, облицовочный с одной стороны медной электролитической фольгой толщиной 35мкм.

10. Определение посадочных мест КМП и КМО.

Для того чтобы определить размеры печатной платы, рассчитаем для каждого элемента установочную площадь. Так как посадочные места для чип - компонентов и навесных элементов были рассмотрены выше при выборе компонентов, то вы все значения введем в таблицу 12.

Таблица 12- Определение посадочного места для элементов.

Элемент	Тип корпуса	Размер посадочного места ,мм	Площадь посадочного места, мм2	Количество, шт.	Общая площадь, мм2
Чип-резистор	1206	2х5	10	14	140
Транзистор	SOT-23	6х5	30	4	120
Микросхема	SO-4311	12х10	120	1	120
Микросхема	SO-4306	13х10	130	1	130
Диод	SOT-23	4х4	16	4	64
Кнопа «Пуск»	PS700L	7х7	49	1	49
Штыревое соединение	RBS-2R	5x5	25	1	25
Сумма					648

Определим полную площадь платы по формуле:

=2,5*648

где Ks - коэффициент увеличения, равный 1,5…3;

Sустi - установочная площадь элемента;

Sпк - площадь краевых полей.

Возьмем Ks = 2,5 , ширину краевых полей 2,5 мм . Тогда площадь платы будет составлять 1660 .

Используя таблицу линейных размеров печатных плат, подберем плату шириной 30 и длиной 55 мм. Площадь платы при этом составит 1660 при ширине краевых полей 2,5 мм.

11. Компоновка элементов на печатной плате

При компоновке элементов между ними должны выдерживаться минимальные расстояния, необходимые для работы укладочного и монтажного инструмента и оборудования. Пространство для размещения инструмента должно иметь размеры по направлению X и Y 1,5 и 2,5мм соответственно, причем размер в направлении оси Х незначительно зависит от размеров чип-компонета. Вариант компоновки узла показан на рисунке 14.

Рисунок 14 - Компоновка элементов на печатной плате

12. Трассировка печатной платы

При разработке трассировки печатной платы следует учитывать необходимость проложения печатных проводников по линиям координатной сетки или под углом 45⁰ к ним. Это нужно для облегчения автоматизированного получения рисунка печатной платы. Для четвёртого класса точности шаг координатной сетки выбрали 0,25 мм. Также следует учитывать выдерживание небходимого расстояния между печатными проводниками . Для платы четвёртого класса точности минимальная ширина проводника t и зазора s: 0,15мм. Для уменьшения плотности протекающего через проводник тока выберем среднюю ширину проводника t=0,2 мм. Трассировка платы показана на рисунке 15.

Рисунок 15 - Трассировка печатной платы

13. Выбор диаметров отверстий и контактных площадок

В конструкции печатных плат используются монтажные и крепежные отверстия.

Определим диаметры этих отверстий, а также диаметры контактных площадок.

Диаметр монтажного отверстия зависит от диаметра вывода элемента, необходимого монтажного зазора, обеспечивающего возможность автоматизации сборки и затекание припоя внутрь отверстия при пайке, наличия металлизации и определяется по формуле:

d = d_э + r + |Дd_но|

d1=0.6+0.2+0.05=0.85 мм

d2= 0.6+0.2+0.05=0.85 мм

где d_э - диаметр вывода навесного элемента;

r - разность между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным значением диаметра вывода элемента. Определим r=0,2 мм;

Дd_но - нижнее предельное отклонение номинального значения диаметра отверстия. Для плат 4-го класса точности на отверстия диаметром до 1 мм |Дd_но|=0,05 мм.

Контактные площадки могут иметь произвольную форму, однако предпочтительной является круглая форма. Для обеспечения лучшей трассировки допускается подрезание краев контактной площадки до минимально допустимого гарантийного пояска или развитие в свободную сторону. Контактная площадка, предназначенная для установки первого вывода многовыводного элемента, должна иметь форму, отличную от остальных (например, иметь "усик"). Диаметр круглой контактной площадки определим по формуле:

dк = d + Дd_во +2b +c,

где, d - диаметр монтажного отверстия;

b - гарантийный поясок контактной площадки, для 4-го класса точности b=0,05 мм;

c - коэффициент, учитывающий влияние разброса межцентрового расстояния, смещение фольги в разных слоях, подтравливание диэлектрика. Учитывая 4-ой класс точности примем с=0,4мм.

Дd_во - верхнее предельное отклонение диаметра отверстия. При размерах диаметра отверстия d₀?1 мм Дd_во=0,05 мм.

Результаты вычислений занесем в таблицу 13.

Таблица 13 - Размеры монтажных отверстий для навесных элементов.

Элементы	Диаметры выводов, мм	Дd, мм	Диаметры монтажных отверстий, мм	Диаметры контактных площадок, мм
RBS-2R	0,6	0,05	0,85	1,6
PS700L	0,6	0,05	0,85	1,6

Определим диаметры крепежных отверстий. Плату будем крепить по двум углам винтами М3. Для винтов М3 номинальный диаметр крепежного отверстия будет составлять не менее 3,4 мм.

14. Выбор покрытий печатной платы и маркировка печатных узлов

После процедур изготовления печатной платы (нанесение рисунка, травление промывка и т.д.), плату перед пайкой на волне припоя и установки элементов необходимо покрыть сплавом “Розе”, который имеет низкую температуру плавления, что поспособствует хорошей пайке на волне припоя без высокой температуры предварительного нагрева платы. Покрытие происходит погружением платы в расплав.

Оплавление покрытия - несложная операция, но она обеспечивает получение ряда преимуществ, поэтому применяется в производстве более ответственных плат. Оплавление покрытия преследует такие цели: превратить губчатую и склонную к коррозии поверхность в гладкую блестящую; защитить боковые стенки проводников от коррозии и электрокорозии в случае, если два соседних проводника в условиях эксплуатации разнополярны; улучшить способность к пайке после длительного (более 1 года) хранения; устранить «навесы» металла по кромкам проводников;

исключить возможность роста нитевидных кристаллов в условиях длительного хранения; снизить на 15…20 температуру расплавленного припоя при пайке волной; исключить из технологического процесса операцию горячего облуживания; контролировать качество проводящего рисунка, так как операция оплавления является достаточно жестким испытанием для плат.

После необходимо нанести маркировку и произвести установку элементов.

Маркировка производится офсетным способом, который удобен при автоматизированном производстве краской БМ белого цвета.

Краска БМ цвет белый диапазон температур от -60 до +150⁰С метод нанесения офсетом. Метод нанесения маркировки основан на том, что при массовом производстве использование таких методов нанесения маркировки как сеткографией, рейсфедером, кистью через трафарет, не эффективно.

Свойства: обладают механической прочностью, маслостойкостью, хорошей адгезией к маркируемым материалам, водостойкостью, грибостойкостью.

Припои принято делить на две группы - мягкие и твердые. Это деление связано с температурой плавления. К мягким относятся припои с температурой плавления ниже 300⁰ С, к твердым выше 300⁰ С.

Выбирают припой в соответствии с типом паяемого материала (или металлов, если они разнородны), требуемой механической прочностью, коррозийной стойкостью и стоимостью.

При пайке токоведущих частей очень важно учитывать значения удельной проводимости припоя.

Название припоя, как правило, определяется металлом, входящим в него в наибольшем количестве. Название припоев, содержащих драгоценные или редкие металлы даже в небольших количествах, происходят от этих металлов.

Условное обозначение марок припоев содержат букву П (припой) и одну из букв русского названия основных компонентов, а также количество их в процентах.

Оловянные покрытия применяют в электротехнике, радиотехнике и приборостроении для уменьшения переходных сопротивлений и облегчения последующей пайки в кабельной промышленности для защиты медных проводов от воздействия серы, содержащейся в каучуковой изоляционной массе. Оловянные покрытия применяются так же для защиты от коррозии ответственных медных, латунных и бронзовых (реже стальных) деталей.

При пайке могут быть использованы различные сплавы олова, серебро золото, однако при пайке на волне расплавленного припоя хорошую растекаемость припоя с применением канифольных флюсов обеспечивает только сплав олово- свинец (ПОС-61).

Другие сплавы олова и чистое олово для покрытия печатных плат непригодны не только из-за быстрой потери способности к пайке на волне припоя, но и вследствие склонности покрытий к иглообразованию после длительного хранения и практической невозможности их оплавления. Физико-механические свойства некоторых оловянно- свинцовых припоев показаны в таблице 14.

Таблица 14 - Физико-механические свойства некоторых оловянно- свинцовых припоев

Тип припоя	кристаллизации,	Удельное сопротивление	Коэффициент теплопроводности ,
	начала	конца
ПОС-61	190	183	0.139	50
ПОС-90	200	183	0.12	54
ПОС-61М	192	183	0.143	49

Проанализировав характеристики припоев, выберем для пайки припой ПОС-61, хотя припой ПОС-61 уступает по таким характеристикам как удельное сопротивление и коэффициент теплопроводности (0.139 против 0.12 и 50 против 54) припою ПОС-90. Припой ПОС-61 имеет низкую температуру плавления, а так как пайка будет проводиться волной припоя и будут паяться все элементы сразу, то желательно выбрать припой с низкой температурой плавления во избежания теплового удара на установленные элементы.

ПОС-61 - припой оловянно- свинцовый, содержит 61% олова, остальное- свинец, температура плавления 190.

Сплав “Розе”- припой содержит 25% олова, 25% свинца и 50% висмута, температура плавления 95.

Для работы изделий в тяжелых условиях эксплуатации применяют многослойные лакокрасочные покрытия, которые защищают ЭРЭ от воздействия окружающей среды. Причем лак должен быть бесцветным для свободного прочтения маркировки нанесенной на плату. К покрытиям предъявляются требования хорошей адгезии, малой водопроницаемости и антикорозийности. Всем этим условиям удовлетворяет лак УР231 , бесцветный, обладающий следующими свойствами: глянцевый, механически прочный, твердый эластичный; устойчив к периодическому воздействию воды, минерального масла и повышенной температуры; обладает электроизоляционными свойствами; рабочий диапазон температур от -60 до +180С.

15. Проверочные расчеты печатных плат и узлов

15.1 Расчет проводников по постоянному току

Расчет проводников по постоянному току выполняется с целью определения нагрузочной способности печатных проводников по току, величине падения напряжения на проводниках. Критичными в этом

отношении являются проводники цепей питания. Минимально допустимую ширину печатного проводника определим по формуле:

,

где I_max=2.9587Ч10^-4А - ток, протекающий через проводник,

j = 30 A/мм² - допустимое значение плотности тока.

Тогда мм .

Минимально допустимая ширина печатного проводника получилась достаточно малой, поэтому использование проводников шириной 0,55 мм более чем достаточно.

Допустимое падение напряжения для логических схем на цепях питания и земли не должно превышать 2% номинального значения подводимого напряжения Uн, то есть Uпр_доп=0.2В.

Падение напряжения на проводнике определим по формуле:

,

где с - удельное сопротивление проводника (для электрохимически осажденных проводников с = 0,050 OмЧмм²/м²);

I_max=2.9587 мА

l_пр=12.7 мм - длина проводника.

B

Это составляет 0,097/9=0,0107=1%

Таким образом, получили Uпр<Uпр_доп.

15.2 Расчет электрических параметров печатных проводников

Печатным проводникам присущи такие нежелательные параметры, как собственная емкость C и индуктивность L, величина которых возрастает с увеличением длины проводника и и уменьшением расстояния между ними.

В данном случае схема не содержит элементов коммутации, нет ни емкости С, ни индуктивности L.

Заключение

В данной работе было проведено проектирование функционального узла на печатной плате. При этом были пройдены все стадии проектирования от анализа технического задания до расчетов проверки правильности принятых конструктором решений. Были приобретены навыки по проектированию функциональных узлов на печатных платах с учетом ограничений, накладываемых условиями эксплуатации и условиями производства, особенностями схемотехнического назначения РЭС, проведения необходимых конструктивных расчетов, оформления комплекта конструкторской документации.

Проведенные проверочные расчеты показали правильность конструктивных решений, применяемых при проектировании.

По данным курсовой работы можно сделать вывод, что не очень сложно выполнить работу по заданному заданию. Расчет резисторов был проведен основании не только лишь законов Ома и Кирхгофа , но и была использована система автоматизированного проектирования Micro Cap 8 rus .

При выполнении трассировки была использована программа Sprint Layout 5.0. При оформлении технической документации использовалась широко известная программа KOMPAS 3D V8.

Список используемой литературы

1) Леухин В.Н. Проектирование радиоэлектронных узлов : Учебное пособие. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2003.-160с.

2) Компьютерная программа «Справочник по цифровым логическим микросхемам» (часть 1).

3) Леухин В.Н. Радиоэлектронные узлы с монтажом на поверхность : конструирование и технология :Учебное пособие.- Йошкар-Ола, 2006.- 248 с.

4) Леухин В.Н. Компоненты для монтажа на поверхность : Справочное пособие .- Йошкар-Ола,2006.-300с.

Размещено на Allbest.ru

...