Разработка конструкторской документации на устройство платы управления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет»

Кафедра вычислительной техники

Пояснительная записка

к курсовой работе по курсу: «Конструкторско-технологическое обеспечение производства»

на тему: «Разработка конструкторской документации на устройство платы управления»

Ижевск 2012 г.

Техническое задание

1. Содержание работы: разработка конструкторской документации (КД) на устройство МСВ-ПУ.

2. Цель и назначение работы: выпуск комплекта конструкторской документации устройства платы управления.

3. Комплектность изделия. Печатная плата, Корпус.

4. Требуемые технические характеристики:

4.1 Основные технические характеристики и параметры:

Электропитание осуществляется от источников постоянного тока с напряжениями 48В;

Ток потребления не более 1,5 А.

Цепь подключения к рабочим и контрольным обмоткам локомотивных катушек.

4.2 Ориентировочные требования к надежности:

Среднее время безотказной работы не менее 10 суток.

4.3 Класс аппаратуры, в котором используется устройство: возимая, на локомотивах.

4.4 требования к условиям эксплуатации: работа в интервале температур от -5єС до +50 єС;

Относительная влажность 93%;

Воздействие вибрации до 100..200 Гц при амплитуде вибросмещения основания меньше 0.025мм.

4.5 Габариты и масса ориентировочно:

Масса платы с элементами не более 500 гр.

4.6 Широты, в которых эксплуатируется устройство: средние

4.7 Производство: серийное

4.8 Ориентировочные требования к технологичности: высокие, так как это обеспечит изделию минимальную стоимость, а значит и максимальную доступность. Нормативное значение показателя технологичности = 0,5…0,7. Проектирование платы с учетом стандартов Ижевского радиозавода, для последующего изготовления на нем же.

4.9 Требования к топологии печатной платы:

Ячейка должна быть выполнена двухсторонней печатной плате;

Рекомендуется разводка шин питания и земли по разным слоям платы;

4.10 Требования к ремонтопригодности:

Устройство должно быть спроектировано таким образом, чтобы обеспечить лёгкий доступ ко всем узлам, быстрый поиск неисправного узла и, по возможности, его замену.

5. Стадия разработки: рабочая документация.

6. Исполнитель.

Студент гр. 7-78-2 Изиляев И.Г.

7. Перечень работ, представляемых исполнителем, форма их окончания и сроки исполнения по этапам.

Анализ ТЗ. Итог - отчет об анализе ТЗ;

Разработка печатной платы. Итог - чертеж печатной платы;

Выбор корпуса. Итог - список подходящих корпусов;

Компоновка элементов. Итог - сборочный чертеж;

Трассировка ПП. Итог - печатная плата с печатными проводниками;

Подготовка и выпуск КД.

Итог - комплект КД;

8. Исходные материалы:

Схема электрическая принципиальная.

Перечень элементов устройства.

9. Перечень и разработка технической документации:

Сборочный чертеж.

Чертеж платы печатной.

Спецификация.

10. Приложение к ТЗ:

Габаритные характеристики элементов.

Схема электрическая принципиальная.

Перечень элементов устройства.

Формальное задание.

11. Срок окончания работ: 1.12.2012.



Обозначения и сокращения

ГПК - гибкий печатный кабель

ДООО - дочернее общество с ограниченной ответственностью

ДПП - двусторонняя печатная плата

КД - конструкторская документация

КП - контактная площадка

МПП - многослойная печатная плата

МСО - метод металлизации сквозных отверстий

ОАО - открытое акционерное общество

ОГТ - отдел главного технолога

ОКП - метод открытых контактных площадок

ООО - общество с ограниченной ответственностью

ОПП - односторонняя печатная плата

ПП - печатная плата

РЗ - реперный знак

СВЧ - сверхвысокая частота

СТП - стандарт организации

Т1М - исходные данные для изготовления фотошаблона

Т2М - исходные данные для сверления отверстий

Т3М - исходные данные для обработки контура

Т4М - исходные данные для контроля

Т5М - исходные данные для нанесения припойной пасты

Т6М - данные о результатах проектирования печатных плат

ТПМ - технология поверхностного монтажа

ТСП - технология селективной пайки

ФШ - фотошаблон

ЭПМ - элемент печатного монтажа

ЭРИ - электрорадиоизделия



ДПП - двусторонняя печатная плата

МПП - многослойная печатная плата



1. Анализ технического задания

В ходе подготовки к разработке печатной платы, были выполнены некоторые преобразования исходной схемы:

Замена аналогового генератора тактовых импульсов на цифровой;

Замена обычных разъемов, на разъемы с креплениями в корпус и ПП;

Проработка деталей для крепления ПП в корпус и усиления жесткости;

1.1 Описание работы схемы

Данная схема используется в составе устройства безопасности комплексного локомотивного унифицированного блока и предназначено для управления, в соответствии с поступающими командами, индикаторами. Электропитание данной платы, как и всего изделия в целом, осуществляется от источника постоянного тока с номинальным напряжением 48В, поэтому используется схема преобразователя из 48В в 5В. Также необходим фильтр для разведения цифрового и аналогового питания и земли, для минимизации взаимного влияния друг на друга.

Процессор DD1 через CAN интерфейс получает сигналы с пульта управления индикацией дисплея, обрабатывает в соответствии с заданной программой и подаёт сигналы на инвертирующий буфер DD4, который в зависимости от поданных на управляющие входы сигналов, может принимать, хранить или передавать данные. Процессор DD2 также служит для приёма и обработки данных с внешнего устройства и выдачи управляющих сигналов. Полученные с DD4 и DD2 сигналы передаются на через разъём XT6 на плату индикации. Для правильной работы процессоров используется разъемы ХТ2 и XT3 и сторожевые таймеры на основе DA1 и DA2 соответственно. Также разъемы ХТ2 и XT3 предназначены для программирования работы процессоров по заданным алгоритмам. Сторожевой таймер работает всегда, он позволяет в случае ошибки программирования сбросить настройки на базовые по умолчанию. Отключают сторожевой таймер лишь однажды, как раз для загрузки базовых настроек.

Разъем XT1 совместил в себя две функции, одна - эта подача 48В на преобразователь, вторая прием системной информации через внутренний CAN интерфейс. Разъем XT4 служит для обмена информацией между модулями по внешнему CAN интерфейсу.

1.2 Анализ элементной базы

Таблица 1 - Конструктивные параметры элементов

Наимен.	Кол.	Тип корпуса	Размеры корпуса	Кол. Выв.	S, мм2	V, мм3	Вес, г.
			Длина, мм	Ширина, мм	Высота, мм
SG8002	2		13,75	7,62	5,4	2	56,1	224,6	0,4
TAJB	2		3,5	2,8	1,9	2	9,8	18,62	0,096
0805	19		2	1,25	0,5	2	2,5	1,3	0,025
HCPL-061A	8	SOIC-8	5,207	6,197	3,175	8	32,3	102,5	0,2
PCA82C250T	2	SO-8	5	6,2	1,75	8	31	54,6	0,14
ADM705AR	2	SO-8	5	6,2	1,75	8	31	54,6	0,14
AT89C51RD2	2	VQFP44	12,1	12,1	1,6	44	146,41	234,3	1,31
74HCT00D	3	SO14	8,75	4	1,75	14	35	61,25	0,3
74HCT240D	1	SO-20	13	10,65	2,65	20	138,4	336,9	0,97
MCR10	22		2	1,25	0,55	2	2,5	1,4	0,02
MCR18	5		3,2	1,6	0,55	2	5,1	2,8	0,02
MOCD217-M	2	SOIC-8	5,13	4,16	0,143	8	21,3	3	0,3
SM6T6V8A	2	SMB	5,6	3,95	2,65	2	22,12	58,62	0,12
BZX84-C10	2	SOT-23	3	2,5	0,9	3	7,5	6,8	0,05
BC817-16	2	SOT-23	3	2,5	0,9	3	7,5	6,8	0,04
ЦВИЯ 436431.021	2		30	18	9	6	540	4860	12
09664566610	1		69,7	15	12,5	37	1045,5	13068,75	3
09031646921	1		94	10,38	11	64	975,72	10732,92	3
09185106324	2		20,3	9,2	9,4	10	186,76	1755,55	1



Суммарная площадь компонентов на плате - 4770,04 мм2

Суммарный объем компонентов - 39766,8 мм3

Суммарный вес компонентов - 41,677 г. Округляя в большую сторону из-за неизвестных значений - 42 г.

Таблица 2 - Основные технологические режимы эксплуатации

Наименование	,єС		, мА	Qрасс	Uпит , В
HCPL-061A	-40..85 С?	250	50	60	5
PCA82C250T	-40..125 С?	60	12	20	5
ADM705AR	-40..85 С?	100	20	20	5
AT89C51RD2	-40..85 С?	150	30	20	5
ADUM1401CRW	-40..105 С?	20	4	12	5
74HCT00D	-40..125 С?	100	20	20	5
74HCT240D	-40..125 С?	100	20	12	5
MOCD217-M	-55..100 С?	750	150	150	5

Потребляемая мощность микросхем для Uпит = 5В, равна 1530мВт

Суммарный ток потребления микросхемами равен 306мА, также учитывается потребляемый ток остальными элементами, в итоге получаем ? 500мА. Максимальный ток потребления = 150мА.

Общая мощность рассеяния с равна 314мВт, также учитываются остальные элементы и получается ? 500 мВт.



2. Разработка печатной платы

Так как изготовление печатной платы будет производиться на радиозаводе, то необходимо помимо соблюдения ГОСТов по конструированию печатных плат, соблюдать еще и стандарты организации, такие как СТП704-195-2011.

2.1 Общие требования к конструированию печатных плат

Печатные платы и ГПК должны быть разработаны в соответствии с требованиями ГОСТ 23752, ГОСТ Р 53429, ОСТ 92-9277, ОСТ 92-4743 и СТП704-195-2011.

Конструкторская документация на разрабатываемые печатные платы должна быть согласована с ОГТ на технологичность конструкции:

с бюро печатных плат на всю КД;

с бюро сборки ТПМ на платы для монтажа по ТПМ или методом селективной пайки.

Для изготовления печатных плат следует применять материалы по ОСТ 92-5045, разрешенные к применению на предприятии или аналогичные по согласованию с ОГТ, отделом снабжения и подразделением, отвечающим за унификацию материалов.

Печатные платы следует проектировать 3, 4, 5 класса точности. В технически обоснованных случаях допускается иной конструктив по согласованию с технологическим бюро печатных плат ОГТ.

Для изготовления печатных плат третьего класса точности следует применять фольгированные материалы с фольгой толщиной 35; 50 мкм.

Для изготовления ПП четвертого класса точности применять фольгированные материалы с толщиной фольги 18 мкм, в технически обоснованных случаях допускается применение фольгированных материалов с толщиной фольги 35 мкм.

Для изготовления ПП пятого класса точности применять фольгированные материалы с толщиной фольги 5; 9;18 мкм.

При разработке конструкции изделия следует стремиться к ограниченному количеству типоразмеров печатных плат.

Контур печатных плат рекомендуется выбирать прямоугольной формы.

Соотношение линейных размеров сторон печатной платы должно не более 3:1. В технически обоснованных случаях допускается иное соотношение по согласованию с технологическим бюро печатных плат ОГТ.

Максимальные размеры сторон двусторонней печатной платы должны быть:

- с покрытием Гор. ПОС 61 420х400 мм;

-с покрытием Н9. Зл-Ко(99,5)0,25 или Н9. Зл-Ко(99,5)0,5 360х180 мм;

- с покрытием О-С (60)12. опл. 530х450 мм.

Максимальные размеры сторон многослойной печатной платы должны быть:

- с покрытием Гор. ПОС 61 400х380 мм;

- с покрытием Н9. Зл-Ко(99,5)0,25 или Н9. Зл-Ко(99,5)0,5 340х180 мм;

- с покрытием О-С (60)12. опл. 500х420 мм.

Ширина многослойной печатной платы с медной фольгой типа JTC/HTE фирмы GOULD не должна быть более 200 мм.

Пазы в платах рекомендуется выполнять с радиусом скругления в углах 0,75; 1,0; 1,25 мм.

Толщину печатной платы выбирают с учетом метода изготовления, исходя из механических требований, предъявляемых к конструкции печатного узла. Для ПП толщиной 1 мм и менее величина деформации не нормируется. Минимальная толщина печатной платы с покрытием Гор. ПОС 61 - 0,5мм.



2.2 Выбор компоновочной структуры

Структура ПП во многом определяется типом используемой элементной базы и способами ее монтажа. Данная элементная база состоит из компонентов как для поверхностного, так и для монтажа в отверстие, поэтому выбран смешанный двусторонний монтаж, в котором монтаж ЭРИ, монтируемых в отверстие только на одной стороне, а монтаж поверхностно-монтируемых компонентов на обоих сторонах ПП.

2.3 Выбор типа конструкции ПП

При выборе типа печатной платы для разрабатываемой конструкции печатного узла (блока) следует учитывать технико-экономические показатели:

возможность выполнения всех коммутационных соединений;

тип элементной базы;

вариант компоновочной структуры;

технико-экономические показатели;

возможность автоматизации процессов изготовления, контроля и диагностики, установки ИЭТ (изделия электронной техники).

Поскольку плата изготавливается для возимой аппаратуры, она должна обладать минимальными габаритами. Применение однослойной печатной платы приведет к увеличению длины проводников и размеров самой платы. Исходя из этого, выбираем двухстороннюю печатную плату, поскольку она значительно дешевле многослойной, а это является одним из важнейших критериев при серийном производстве.

Двусторонние печатные платы с металлизированными монтажными и переходными отверстиями характеризуется: высокими коммутационными свойствами; повышенной прочностью соединения вывода навесного элемента с проводящим рисунком платы; относительно высокой стоимостью конструкции.

2.4 Выбор класса точности устройства

В настоящее время используется 7 классов точности изготовления печатных плат, каждый из которых характеризуется минимальным допустимым значением номинальной ширины проводника, расстоянием между проводниками, расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки, отношением диаметра отверстия к толщине ПП в узком месте.

Основными критериями при выборе класса точности ПП являются:

Конструкционная сложность функционального узла;

Элементная база;

Тип, число и шаг выводов ЭРИ;

Быстродействие;

Надежность;

Массогабаритные характеристики;

Стоимость;

Условия эксплуатации;

Максимальный ток и напряжение;

Уровень технологического оснащения конкретного производства;

Учитывая стандарты предприятия, которое рекомендует использовать 3,4,5 классы. Выбираем из них 4-ый класс точности.

Наименьшие номинальные размеры элементов проводящего рисунка печатных плат и ГПК в зависимости от класса точности [ГОСТ Р 53429-2009, п. 5.3.6]:

Ширина проводника: 0,15мм

Расстояние между проводниками: 0,15мм

Гарантийный поясок контактной площадки: 0,05мм

Отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине ДПП: 0,25

Предельные отклонения размеров проводящего рисунка (ширины печатных проводников, размеров контактных площадок, концевых печатных контактов) для узкого места должны соответствовать [ГОСТ Р 53429-2009, пункт 5.3.14]:

Без покрытия ± 0,03мм

С покрытием ± 0,05мм

Допускается устанавливать другие значения предельных отклонений при сохранении величины допуска.

В соответствии с ТЗ группа жесткости - 2;

2.5 Выбор метода изготовления ПП

При выборе конструкции, метода изготовления печатных плат следует исходить из электрических параметров схемы изделия, применяемой элементной базы и способа ее монтажа, климатических и механических требований, предъявляемых к конструкции, обеспечения необходимой надежности в различных условиях эксплуатации и стоимости печатной платы.

Существуют несколько методов изготовления ПП, также учитывая уровень технологического оснащения предприятия, остаются:

- химический - для изготовления односторонних и двусторонних печатных плат без металлизации отверстий;

- комбинированный - для изготовления двусторонних печатных плат с металлизацией отверстий;

- металлизации сквозных отверстий - для изготовления многослойных печатных плат (МПП МСО);

- открытых контактных площадок - для изготовления многослойных печатных плат (МПП ОКП).

Примечание - Метод МПП ОКП при новых разработках не применять.

Из данных на основании компоновочной структуры выбираем комбинированный позитивный метод изготовления платы.

2.6 Выбор материала основания ПП

При выборе материала основания ПП особого внимания требуют:

Предполагаемое механическое воздействие;

Класс точности ПП;

Реализуемые электрические функции;

Объект, на который устанавливается ЭА;

Быстродействие;

Условия эксплуатации;

Стоимость;

В качестве основания печатной платы используют базовые материалы: фольгированные и нефольгированные диэлектрики (гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, фторопласт, стеклоткань). Фольгированные диэлектрики применяют в субстрактивных методах изготовления ПП, нефольгированные в аддитивном и полуаддитивном.

Одним из основных требований к материалу печатной платы - цена, влагопоглощение и диапазон рабочих температур. По диапазону температур подойдут все материалы. Поскольку класс точности нашей печатной платы третий, то можно использовать недорогие отечественные материалы (гетинакс, стеклотекстолит).

Гетинакс - электроизоляционный слоистый материал, имеющий бумажную основу, пропитанную фенольной или эпоксидной смолой. В основном используется как основа заготовок печатных плат. Материал обладает низкой механической прочностью, легко обрабатывается и имеет относительно низкую стоимость. Широко используется для дешёвого изготовления плат в низковольтной бытовой аппаратуре, поскольку в разогретом состоянии допускает штамповку (сразу получается плата любой формы вместе со всеми отверстиями).

Стеклотекстолит, слоистый пластик, состоящий из стеклоткани (наполнитель), пропитанной синтетической смолой (связующим). По сравнению с гетинаксом стеклотекстолиты имеют лучшие механические и электрические характеристики, более высокую нагревостойкость, меньшее влагопоглощение. Однако у них есть ряд недостатков: невысокая нагревостойкость по сравнению с полиимидами, что способствует загрязнению смолой торцов внутренних слоев при сверлении отверстий, худшая механическая обрабатываемость, более высокая стоимость, существенное различие коэффициента теплового расширения меди и стеклотекстолита в направлении толщины материала, что может привести к разрыву металлизации.

Из выше сказанного выбор пал, на материал - стеклотекстолит. Существует несколько разновидностей стеклотекстолита, учитывая класс точности и стандарты предприятия, необходимо выбрать двусторонний стеклотекстолит с толщиной медной фольги 18 мкм.

Проведем сравнение различных видов стеклотекстолита:

Таблица 3 - Характеристики фольгированных диэлектриков

Наименование	Марка	Толщина материала, мм	Толщина фольги, мкм	Рабочий диапазон температур, °С
Стеклотекстолит Фольгированный	СФ-1-35Г СФ-2-35Г	0,5-3,0	35	-60…+85
	СФ-1-50Г СФ-2-50Г		50
	СОНФ-У-1-35Г СОНФ-У-2-35Г	0,5-3,0	35	-60…+85
	СОНФ-У-1-50Г СОНФ-У-2-50Г		50
Стеклотекстолит Теплостойкий Фольгированный	СТФ-1-18Г СТФ-2-18Г	0,1-2,0	18	-60…+105
	СТФ-1-35Г СТФ-2-35Г		35
Стеклотекстолит Теплостойкий Негорючий Фольгированный	СТНФ-1-18 СТНФ-2-18	0,1-2,0	18	-60…+105
	СТНФ-1-35 СТНФ-2-35		35
Стеклотекстолит Травящийся для МПП	ФТС-1-18А ФТС-2-18А	0,09-0,5	18	-60…+105
	ФТС-1-35А ФТС-2-35А	0,1-0,5	35

Для изготовления печатных плат выбираем стеклотекстолит фольгированный CТФ2-18-1,5 ТУ16-503.161-83, поскольку он обладает большей механической прочностью и подходит под нужный диапазон температур.

Расшифровка:

СТФ - Стеклотекстолит теплостойкий фольгированный, самый распространенный диэлектрик на который можно наносить медную фольгу толщиной 18 мкм;

2 - двухсторонняя плата, покрывается с двух сторон;

18 - толщина медной фольги, в соответствии с классом точности;

1,5 - толщина ПП;

2.7 Выбор габаритных размеров и конфигурации печатной платы

При выборе типоразмера ПП необходимо обратить внимание:

На число устанавливаемых на ПП корпусов ЭРИ, число задействованных выводов ЭРИ, тип корпуса ЭРИ; вариант установки ЭРИ, ПМК и их установочные площади;

На способ установки ЭРИ на ПП, так как максимальные размеры сторон ПП, предназначенных для автоматической установки ЭРИ выбирают с учетом технических характеристик оборудования, используемого для установки ЭРИ;

На уровни паразитных связей между элементами печатного монтажа, так как при неправильно выбранных расстояниях между ЭРИ, между элементами печатного монтажа могут возникнуть перекрестные помехи между сигнальными линиями связи, паразитные связи по цепям питания и заземления, искажения формы сигнала в линиях связи;

На эксплуатационные характеристики, так как собственная частота ПП, зависящая от ее длины, ширины, толщины, массы установленных ЭРИ, плотности материала ПП и массы ПП, способа закрепления ПП в модулях более высоких конструктивных уровней, не должны находиться в спектре частот внешних вибрационных воздействий;

На технико-экономические показатели;

Габаритные размеры печатных плат должны соответствовать ГОСТ 10317-79 при максимальном соотношении сторон 5:1. При выборе соотношения сторон печатной платы предпочтительными являются соотношения менее 1:3, для групповой заготовки - 2:1. Для печатных плат под автоматическую установку ИЭТ рекомендуется соотношение сторон не более 2:1.

Максимальные размеры печатной платы и (или) рабочего поля групповой заготовки для каждого класса точности должны быть не более следующих значений (мм):

- для одно-, двусторонних и многослойных плат класса точности 1 и 2 - до 470 х 470;

- для одно-, двусторонних плат класса точности 3 - до 400 х 400;

- для многослойных класса точности 3 и односторонних класса точности 4-до 240 х 240;

- для двусторонних и многослойных класса точности 4 - до 180 х 180.

Сопрягаемые размеры контура печатной платы должны иметь предельные отклонения по 12 квалитету ГОСТ 25347-82 (СТ СЭВ145-75).

Несопрягаемые размеры контура печатной платы должны иметь предельные отклонения по 14 квалитету ГОСТ 25347-82 (СТ СЭВ 145-75).

В настоящее время широко применяются два международных стандарта на механические конструктивы для электронного оборудования:

19 дюймовые конструктивы по МЭК 297 (формат 482,6 мм)

метрические конструктивы по МЭК 917 (формат 25 мм).

Используем 19-ти дюймовые конструктивы МЭК 297 и размеры базовой ячейки 3U (100х160 мм).

Рисунок 1 - Размеры печатной платы

Тогда площадь платы

Sпл = 16000 мм2;

Коэффициент заполнения

Приемлемый коэффициент заполнения ? 0,3, чему соответствует полеченный результат.

Масса печатной платы

Выбор креплений для печатной платы

Для основы кронштейна выберем базовую заготовку используемую на предприятии ЭЦВИЯ.746144.004.

Доработаем ее в соответствии в выбранным разъемом и его расположением на ПП.

Подробнее смотреть в Приложении 2.

Для закрепления кронштейна используем стандартные изделия и детали.

Крепление кронштейна к плате в количестве двух штук:

Стойка ЭЦВИЯ.715121.013-02, две штуки

Винт крепления кронштейна к блоку ЭЦВИЯ.758152.004, две штуки

Для крепления стойки к ПП используем:

Шайба 2.65Г.019 ГОСТ 11648-75, две штуки

Винт ВМ2,5-6gх10.48.013 ГОСТ 17473-80, две штуки

Для крепления разъема вилки 09031646921:

Винт ВМ2,5-6gх10.48.013 ГОСТ 17473-80, две штуки

Гайка М2,5-6Н.5.013 ГОСТ 5915-70, две штуки

Шайба 2,5.04.019 ГОСТ 10450-78, две штуки

2.8 Определение толщины ПП

Толщина ПП определяется толщиной материала основания ПП и проводящего рисунка (без дополнительных покрытий). Ее выбирают в зависимости от конструктивных, технологических особенностей и механических нагрузок: вибраций и ударов при эксплуатации и транспортировке, которые могут вызвать механические перегрузки и привести к деформации и разрушению ПП.

Предпочтительными значениями номинальных толщин ОПП и ДПП являются 0,8; 1,0; 1,5; 2,0 мм. Допуск на толщину ПП устанавливают по техническому условию на материал или по ГОСТ 23751-86.

Выбирается толщина ПП равная 1,5 мм.



3. Расчет диаметров монтажных металлизированных отверстий

Расположение, размеры и конфигурацию крепежных и других конструктивных отверстий следует выбирать в зависимости от требований конструкции. Межцентровые расстояния крепежных отверстий рекомендуется выполнять с допуском не менее 0,2 мм.

На одной печатной плате должно быть минимальное количество различных диаметров крепежных и металлизированных отверстий, причем для металлизированных отверстий, предназначенных для межслойного соединения, рекомендуется выбирать один диаметр.

Диаметры монтажных отверстий следует выбирать в зависимости от диаметров выводов навесных элементов, устанавливаемых в эти отверстия. Разность между диаметром монтажного отверстия и диаметром вывода должна быть (0,2-0,4) мм с уч?том допусков, а для селективной пайки - (0,3-0,4) мм с учетом допусков.

Предельное соотношение минимального диаметра металлизированного отверстия к толщине платы не менее 1:8.

Диаметры монтажных и переходных, металлизированных и неметаллизированных отверстий рекомендуется выбирать в интервале от 0,2 до 3 мм с интервалом 0,1 мм. Предельные отклонения диаметров отверстий:

При диаметре отверстия от 0,3мм до 1мм [ГОСТ Р 53429-2009, пункт 5:

Без металлизации ± 0,05мм

С металлизацией без оплавления ± 0,1мм

С металлизацией и с оплавлением ± 0,13мм

При диаметре отверстия от 1мм [ГОСТ Р 53429-2009, пункт 5.3.4]:

Без металлизации ± 0,1мм;

С металлизацией без оплавления + 0,05 мм -0,15мм;

С металлизацией и с оплавлением + 0,05 мм -0,18 мм;



Минимальный диаметр металлизированного монтажного отверстия d0 на ПП выбирают из соотношения

d0 ? Hnг, (5)

Где Hn - толщина ПП;

г - отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине ПП.

Тогда d0 = 1,5*0,25=0,375, округляем до 0,4 мм;

Номинальный диаметр монтажных металлизированных и не металлизированных отверстий устанавливают

(6)

где dн.о - нижнее предельное отклонение диаметра отверстия; dэ - максимальное значение диаметра вывода ИЭТ, устанавливаемого на печатную плату (для прямоугольного вывода за диаметр берется диагональ его сечения); r - разность между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным значением диаметра вывода устанавливаемого ИЭТ.

Диаметр монтажных отверстий можно оценить по формуле:

при этом диаметр сверления отверстия под металлизацию, мм:

Металлизированные отверстия должны иметь контактные площадки с двух сторон печатной платы.

Предельные отклонения диаметров монтажных отверстий при автоматической установке ИЭТ устанавливают не ниже 3-го класса точности по ГОСТ 23751 независимо от класса точности печатной платы. Диаметры монтажных и переходных отверстий металлизированных и не металлизированных должны соответствовать ГОСТ 10317-79.

Центры отверстий на печатной плате располагают в узлах координатной сетки в соответствии с ГОСТ 10317.

Таблица 4 - Диаметры монтажных отверстий

Элементы	, мм	Общий допуск dm, мм	dсв, мм	По ГОСТ 10317-79	Элементы
Источник питания TMR 3-4811WI TRACO	0,56	0,3	0,86	0,9	Источник питания TMR 3-4811WI TRACO
Розетка 09664566610 HARTING	1	0,3	1,3	1,3	Розетка 09664566610 HARTING
	3,1±0,1	0,3	3,3	3,3
Вилка 09031646921 HARTING	1	0,3	1,3	1,3	Вилка 09031646921 HARTING
	2,8±0,1	0,3	3,3	3,3
Вилка 09185106324 HARTING	1	0,3	1,3	1,3	Вилка 09185106324 HARTING

Выбор расстояния от края ПП до элемента проводящего рисунка

Расстояние Q1 должно быть не менее толщины ПП с учетом допусков на размеры сторон, кроме экранов, шин земли, концевых печатных контактов, знаков маркировки.

Q1 = 2 мм;

Расчет расстояния от края паза, выреза, неметаллизированного отверстия до элементов печатного рисунка

Расчет расстояния от края паза, выреза, неметаллизированного отверстия до элементов печатного рисунка определяется по формуле:

Где, q - ширина ореола, скола в зависимости от толщины материала основания и класса точности ПП;

При толщине = 1,5 мм и классе точности 4, q = 0,35 мм;

k - Наименьшее расстояние от ореола, скола, до соседнего элемента проводящего рисунка, которое должно быть не менее 0,15 мм для 4-го класса точности ПП;

Td - значение позиционного допуска расположения осей отверстия в диаметральном выражении, мм.

Размер большей стороны печатной платы до 180 мм включительно, при классе точности 4: 0,05мм. [ГОСТ Р 53429-2009, пункт 5.4.1]

TD - значение позиционного допуска расположения центров контактных площадок в диаметральном выражении, мм. Вид ПП-ДПП,

Размер большей стороны печатной платы до 180 мм включительно, при классе точности 4: 0,1 мм. [ГОСТ Р 53429-2009, пункт 5.4.3]

Дtв.о. - верхнее предельное отклонение размеров элементов конструкции, мм; для класса точности 4: 0,05 мм;

Подставляя значения в формулу (7), получим



4. Расчет ширины печатных проводников и их расположение

Ширина печатного проводника зависит от электрических, конструктивных и технологических требований.

Ширину печатного проводника выбирают в зависимости от токовой нагрузки, но не менее 0,12 мм. Значения допустимой токовой нагрузки согласно [ГОСТ Р 53429 (пункт 5.5.4)].

Печатные проводники должны быть выполнены с номинальными размерами. При этом расстояние между ЭПМ должно быть увеличено на величину верхнего предельного отклонения размера ЭПМ. Значения предельных отклонений размеров проводящего рисунка, соответствующие классу точности 4:

Без покрытия ± 0,03 мм

С покрытием ± 0,05 мм

Взаимное расположение проводников не регламентируется.

При этом разработчик печатных плат должен:

- избегать выполнения проводников минимальной ширины в местах, где достаточно места для увеличения ширины проводников;

- в узких местах выполнять местные сужения;

- избегать размещения отдельно стоящих проводников на краю платы;

- равномерно распределять проводники по площади платы;

- не размещать проводник на минимально допустимом расстоянии от других печатных элементов, если это расстояние может быть увеличено;

- максимально сокращать протяженность проводников;

- входные и выходные цепи по возможности разносить друг от друга;

- с целью уменьшения паразитных емкостей размещать проводники на смежных слоях перпендикулярно друг другу;

- учитывать взаимовлияние печатных слоев, отдельных проводников.

Устранение взаимовлияния достигается рациональным расположением слоев, проводников относительно друг друга или введением экранирующих слоев или проводников.

На ОПП и ДПП, на всех слоях МПП рекомендуется выдерживать расстояние между краем проводника, контактной площадки, экрана и краем платы, в том числе краем неметаллизированного отверстия, паза, выреза и т.п. При невозможности соблюдения данного требования в технических требованиях чертежа должна быть запись: «Расстояние от края печатной платы (или неметаллизированного отверстия и т.п.) до элементов печатного монтажа не контролировать».



5. Расчет диаметра контактных площадок

Контактные площадки следует выполнять с учетом технологического допуска. Не допускается выполнение контактной площадки набором проводников.

Расчет минимального номинального диаметра контактной площадки Д можно рассчитать по упрощенной формуле:

Д=(d+?dв.о.)+К, (12)

где d - диаметр отверстия, мм;

Дdв.о - верхнее предельное отклонение диаметра отверстия, мм;

К - минимальная разница между диаметром контактной площадки и диаметром металлизированного отверстия, мм. Для наибольшего размера платы до 180 мм с покрытием и с соответствием классу точности 4: 0,33 мм;

Таблица 5 - Диаметры контактных площадок

Элементы	По ГОСТ 10317-79	Д, мм	Округляя Д, мм
Источник питания TMR 3-4811WI TRACO	1,1	1,48	1,5
Розетка 09664566610 HARTING	1,3	1,68	1,7
	3,3	3,68	3,7
Вилка 09031646921 HARTING	1,3	1,68	1,7
	3,3	3,68	3,7
Вилка 09185106324 HARTING	1,1	1,48	1,5
Переходное отверстие	0,4	0,78	0,8
Отверстие под стойку	3,1		6

При использовании SMD-компонентов необходимо пользоваться техническими требованиями на основе:

ГОСТ Р МЭК 61191-1-2010

ГОСТ Р МЭК 61191-2-2010



ГОСТ Р МЭК 61191-3-2010

ГОСТ Р МЭК 61191-4-2010

По данным стандартам устанавливает классификацию электронных и электрических сборок в соответствии с их назначением в используемой аппаратуре. Учреждены три основных класса, отражающие уровень работоспособности, требования к эксплуатационным характеристикам и

периодичности проверок (контроля/испытаний). Печатные узлы могут одновременно относиться к разным классам. Заказчик печатных узлов является ответственным за определение класса, к которому принадлежит изделие. Контракт должен, где необходимо, задавать требуемый класс и указывать на любые исключения или дополнительные требования к параметрам.

Класс В: Специализированная электронная аппаратура

Включает коммуникационную аппаратуру, сложные вычислительные средства и электронную аппаратуру, для которых требуются высокое качество и длительный срок службы и для которых желательна, но не обязательна, бесперебойная эксплуатация. Типовые условия эксплуатации у конечного заказчика, как правило, не приводят к отказам.

Технические требования для поверхностного монтажа, связанного с ним технологий, монтажа в сквозные отверстия, и монтажа контактов должны соответствовать Классу В.

Каждый типоразмер SMD-компонента должен иметь свою конфигурацию монтажного поля и форму контактных площадок (целесообразно руководствоваться стандартами 1РС-СМ-770Е «Surface Mount Design and Land Pattern Standard» и IPC-7351 «Generic Requirements for Surface Mount Design and Land Pattern Standards» или соответствующими им стандартами МЭК).

Для обеспечения возможности использования микросхем в различных корпусах рекомендуется использование универсального монтажного поля с возможностью замены корпусов от различных поставщиков компонентов.

Контактные площадки вокруг отверстий и площадки для SMD-компонентов должны соединяться между собой проводником номинальной ширины, перекрытым защитной маской. Слияние этих площадок недопустимо.

Расстояние между соседними элементами проводящего рисунка устанавливают в зависимости от электрических, конструктивных и технологических требований.

Согласно ГОСТ 23752-79 выбирается расстояние между элементами печатного рисунка 0.25 мм.

Размер большей стороны печатной платы до 180 мм включительно, при классе точности 4: 0,05мм. [ГОСТ Р 53429-2009, пункт 5.4.1];

Наименьшее номинальное расстояние для размещения двух контактных площадок номинального диаметра в узком месте для ДПП в зависимости от класса точности выбирают по [Пирогова «Проектирование печатных плат» табл. 3.24].

При диаметре отверстия:

0,5…0,5 мм = 0,95 мм

0,5…0,9 мм = 1,15 мм

0,5…1,1 мм = 1,25 мм

0,9…0,9 мм = 1,35 мм

1,1…1,1 мм = 1,65 мм

Наименьшее номинальное расстояние для размещения печатного проводника номинальной ширины между двумя контактными площадками в узком месте для ДПП в зависимости от класса точности выбирают по [Пирогова «Проектирование печатных плат» табл. 3.25].

При диаметре отверстия:

0,5…0,5 мм = 1,28 мм

0,5…0,9 мм = 1,48 мм

0,5…1,1 мм = 1,63 мм



0,9…0,9 мм = 2,20 мм

1,1…1,1 мм = 2,50 мм

Наименьшее номинальное расстояние для прокладки n печатных проводников между двумя отверстиями с контактными площадками диаметров D1 и D2



6. Конструктивные покрытия

Стабильность электрических, механических и других параметров печатных плат обеспечивает использование как металлических, так и неметаллических конструктивных покрытий.

Конструктивные покрытия выбирают по ОСТ 4.Г0.014.000 и в соответствии со стандартами предприятий - изготовителей. Вид и толщину покрытия указывают в чертеже.

Неметаллическое конструктивное покрытие используют в следующих случаях:

- для сохранения паяемости;

- для защиты проводников и поверхности основания печатных плат от воздействия припоя;

- для защиты элементов проводящего рисунка от замыкания навесными элементами.

Для сохранности паяемости используют спирто- и цетоноканифольные лаки. Данное покрытие является технологическим, его в чертеже не указывают.

Для защиты проводников и поверхности основания платы от воздействия припоя используют резистивные маски на основе эпоксидных смол, сухого пленочного резиста, холодных эмалей, оксидных пленок.

Для защиты элементов проводящего рисунка от замыкания навесными элементами используют прокладочные стеклоткани, гетинаксы и другие изоляционные материалы.

Для обеспечения равномерного покрытия гальванической медью и травления схемы при разработке топологии необходимо схему наружных сло?в размещать равномерно по всей поверхности платы. Наличие отдельно стоящих проводников шириной менее 0,3 мм не рекомендуется. В случаях неравномерной насыщенности схемы ЭПМ рекомендуется дополнительно размещать в пробельных местах платы сетчатые полигоны (проводник 0,3 мм, расстояние 0,5 мм) или холостые контактные площадки (рекомендуемые размеры: шаг - 2,5 мм, диаметр - 1,5 мм), которые должны иметь потенциал 0 В.

Рекомендуемые защитные покрытия элементов печатного монтажа плат:

для плат без защитных масок - О-С (60)12. опл.; Гор. ПОС 61; Н9. 3л-Ко(99,5)0,25; Н9. 3л-Ко(99,5)0,5;

для печатных плат с защитными масками - покрытие Гор. ПОС 61; Н9. 3л-Ко(99,5)0,25; Н9. 3л-Ко(99,5)0,5.

Покрытие О-С (60)12. опл при новом проектировании не применять.

Пример записи для покрытия Гор. ПОС 61 в КД: «Поверхность проводящего рисунка, свободную от защитной маски, покрыть Гор. ПОС 61»

Покрытие ламелей Н9. 3л-Ко(99,5)2.

Выбираем покрытие Гор. ПОС 61, ГОСТ 21930-76.

Материалы, используемые для контактирования ИЭТ к контактным площадкам ПП.

Электрический контакт между выводом элемента (ЭРИ) и контактной площадкой на ПП осуществляется в основном пайкой. Для этого используют низкоплавкие (с температурой плавления до 450 С) припои. Для выполнения качественного соединения целесообразно использовать эвтектический свинцово-оловянистый припой ПОС 61, ГОСТ 21930-76, обладающий небольшим интервалом кристаллизации, хорошей жидкотекучестью, температурой плавления 183 С.

Пайку печатных узлов с элементами поверхностного монтажа (SMD) осуществляют с использованием припойных (паяльных) паст. Паста продавливается ракелем через трафарет на контактные площадки платы.

Элементы по программе устанавливают на пасту, которая фиксирует их и удерживает от смещения. Паста состоит из мелкодисперсного порошка припоя, флюса, пластификатор. После установки всех элементов плату помещают в печь, где она оплавляется ИК-нагревом, горячим воздухом или инертным газом.

Выбираем паяльную пасту Sn 62

Для припоя различных разъемов используют припой типа Sn63 или Pb37.

Лакокрасочные защитные покрытия

Выбор оптимальных защитных покрытий является непростой задачей, которую приходится решать ещё на этапе конструирования РЭА.

Рассмотрим наиболее распространённые покрытия, которые применяются в производстве РЭА различного назначения.

Основными и широко применяемыми покрытиями являются двухкомпонентные лаки, номенклатура которых была установлена отраслевыми стандартами. Наибольшее распространение получили эпоксидные лаки:

УР-231 (ТУ 6-10-863-76) раствор алкидно-эпоксидной смолы в смеси органических растворителей (ксилол, бутилацетат) с добавкой отвердителя ДГУ (диэтиленгликольуретан);

ЭП-9114 (ОТУ 6-10-429-79);

ЭП-730 (ГОСТ20824-75);

КЭВ (ТУ 301-05-ОХЗ-07-93).

Эти лаки обладают высокими эксплуатационными параметрами и предназначены для защиты электронных модулей, работающих в условиях повышенной влажности и температуры в различных климатических

условиях.

Недостатками этих лаков являются их высокая пожароопасность, токсичность, длительное время сушки и проблемы, возникающие при необходимости замены элементов на плате в условиях эксплуатации электроаппаратуры.

Недостатки, присущие двухкомпонентным эпоксидным композициям, в значительной степени устраняются однокомпонентными плёночными защитными покрытиями отечественного производства.

Эти покрытия имеют высокую химическую стойкость, хорошие диэлектрические свойства, низкую газо- и влагопроницаемость, благодаря которым они получают всё большее применение в радиоэлектронной промышленности. Помимо эксплуатационных, эти покрытия имеют ряд существенных технологических преимуществ. Они просты в изготовлении, быстро твердеют на поверхности, не требуют специальных материалов для удаления при ремонте, длительное время сохраняют свои свойства после изготовления. К ним относятся:

«Поливоск» (ТУ 301-05-95-90) - полимерная композиция из низкомолекулярного полиэтилена и других добавок. Наносится на изделие методом окунания, при этом образует плёнку толщиной 10-20 мкм, которая становится совершенно прозрачной при последующей термообработке. Стабильные электроизоляционные свойства не препятствуют пайке через покрытие (полиэтиленовое покрытие при температуре 220-250єС проявляет себя как флюсующий состав).

PLASTIC (торговая марка CRAMOLIN) на основе акриловой смолы и используется как защитное покрытие для электронных модулей. Имеет хорошие адгезионные свойства к металлу, пластику, дереву, картону,

стеклу. Устойчив к коррозии, кислоте, соли, термическим воздействиям, механическим повреждениям. Наносится методом распыления или погружения в раствор. Возможна пайка сквозь слой покрытия.

URETHANE (торговая марка CRAMOLIN) - высокоэффективное покрытие для электронных модулей на основе полиуретана. Применяется также для защиты и гидроизоляции электромоторов, трансформаторов, проводов и кабелей. Обладает всеми эксплуатационными свойствами лака PLASTIC, но имеет более прочную к механическим воздействиям плёнку и не размягчается под воздействием температуры жала паяльника.

К вышеизложенному необходимо добавить технологию влагозащиты и электроизоляции изделий РЭА полипараксилиленом, которая имеет ряд существенных преимуществ перед эпоксидными, уретановыми, силиконовыми лаками.

В отличие от этих покрытий толщиной 30-70 мкм, получающихся при многократном нанесении материала, при использовании парилена эквивалентное по защитным свойствам покрытие толщиной 5 мкм наносится за одну операцию.

При этом обеспечивается равномерное покрытие париленом в самых труднодоступных местах на плате с минимальными зазорами. В связи с малой толщиной покрытия создаётся улучшенный теплоотвод с поверхности изделий. Недостатками этой технологии являются относительно высокая стоимость и необходимость иметь специальное оборудование для нанесения покрытия.

Выбираем однокомпонентный лак URETHANE CLEAR, фирмы CRAMOLIN.



7. Маркировка печатных плат

Общие требования

Место расположения маркировки на чертеже обозначают по ГОСТ 2.314.

Маркировочные символы дополнительной маркировки при наличии свободного места следует выполнять печатным способом, которым выполняется проводящий рисунок.

Маркировочные символы, выполненные из проводникового материала, не должны уменьшать минимально допустимого расстояния между соседними элементами проводящего рисунка. Допускается частичное одностороннее касание контуром символа соседнего элемента проводящего рисунка.

Обозначение печатной платы должно быть выполнено шрифтом размером не менее 2,0 мм.

Маркировочные символы позиционных или схемных обозначений располагают вне изображения контура над ним или справа от ИЭТ и так, чтобы они читались слева направо или снизу вверх.

Расстояние от контура маркировочного символа, выполненного маркировочной краской, до края контактной площадки со стороны пайки или концевого контакта, должно быть не менее 0,5 мм.

Маркировочные символы, выполненные краской, допускается располагать на печатных проводниках, экранах, шинах земли.

Обозначение первого вывода многовыводного навесного ИЭТ и точек контроля рекомендуется располагать вне проекции контура станавливаемого ИЭТ.

Используемая для маркировки краска должна быть устойчивой к воздействию расплавленного припоя, нейтральных растворителей (спирта, фреона, толуола, бензина) или их смеси.



Место и способ маркировки определяется разработчиком.

На плате рекомендуется маркировать:

Обозначение платы. Допускается маркировать последние три цифры обозначения;

порядковый номер изменения: фотошаблона - в числителе, чертежа - в знаменателе;

дату изготовления (год, месяц);

заводской номер.

Рекомендуется маркировать обозначение сборочной единицы. Допускается маркировать последние три цифры обозначения.

Примечание - Если в цехе - изготовителе плат выполняются сборочные операции (склейка, штифтовка), то дату изготовления на входящие детали не маркировать.

Маркировку рекомендуется наносить методом получения проводящего рисунка (кроме даты изготовления и заводского номера).

Для малогабаритных плат и плат с отсутствием места под маркировку, маркировку выполнять на бирке, а для малогабаритных плат, поставляемых в виде мультиплаты, маркировку даты изготовления и заводского номера допускается выполнять на технологическом поле мультиплаты.

Допускается расположение маркировки, выполняемой краской, на печатных проводниках. Допускается применение стилизованного шрифта почтовой индексации(1,2, 3,4…) при маркировании методом получения проводящего рисунка. Высота шрифта не менее 1,5 мм.

Наложение маркировочных знаков на контактные площадки не допускается.



8. Способы маркирования

Ручную маркировку плат серийного производства на изделия народно-хозяйственного назначения выполнять маркировочными красками ультрафиолетового отверждения: TAIYO UVR-110W N85 белая или COATES XV 1300 ч?рная. В остальных случаях - краской МКЭ (цвет) по ОСТ 92-1586.

В случае нанесения на плату большого количества надписей и условных обозначений необходимо использовать один из методов маркирования по защитной маске или диэлектрику сеткографический или фотохимический:

Сеткографический метод применять только на печатных платах серийного производства с программой выпуска не менее 200 шт. в месяц;

Для маркировки сеткографическим методом белого цвета использовать маркировочную краску XZ-81 фирмы COATES или краску для трафаретной печати 45981-84 ТУ 29-02-1126;

Маркировка сеткографическим методом должна быть выполнена с уч?том следующих требований:

1) минимальная ширина линии 0,2 мм;

2) минимальное расстояние между линиями 0,2 мм;

3) расстояние от края окна слоя защитной маски до маркировочного знака не менее 0,2 мм;

4) минимальная высота знаков 1,5 мм.

Для маркировки фотохимическим методом черного цвета использовать жидкую защитную паяльную маску IMAGECURE XV501T;

Для маркировки фотохимическим методом белого цвета использовать фоточувствительную маркировочную краску TAIYO PMR6000 W01;

Маркировка фотохимическим методом должна быть выполнена с уч?том следующих требований:

1) минимальная ширина линии 0,15 мм;

2) минимальное расстояние между линиями 0,15 мм;

3) расстояние от края окна слоя защитной маски до маркировочного знака не менее 0,1 мм;

4) минимальная высота знаков 1,5 мм;

В технических требованиях чертежа на печатные платы с маркировкой по защитной маске или диэлектрику должна быть запись: «Маркировку выполнять фотохимическим (или сеткографическим) методом … (вид и марка краски). Шрифт … по ГОСТ 26.020-80»;

Выбираем краску МКЭ белый по ОСТ 92-1586.

Итоги по подготовке печатной платы

Компоновочная структура - с обеих сторон, тип монтажа ТМО и SMD

Тип конструкции - двухсторонняя ПП;

Класс точности - 4; Класс жесткости - 2;

Метод изготовления - комбинированный позитивный;

Материал основания - CТФ2-18-1,5 ТУ16-503.161-83;

Типоразмер ПП - по МЭК 297, 100х160 мм;

Толщина ПП - 1,5 мм; Минимальное ширина шины питания и земли - 0,28 мм; Минимальная ширина сигнальных проводников - 0,15 мм;

Минимальное расстояние между проводниками - 0,25 мм;

Покрытие - ПОС 61, ГОСТ 21930-76;

Паяльная паста - Sn 62;

Защитное покрытие - лак URETHANE CLEAR;

Маркировочная краска - МКЭ белый по ОСТ 92-1586;

Элементы	По ГОСТ 10317-79	Д, мм
Розетка 09664566610 HARTING	1,3	1,9
	3,3	4
Вилка 09031646921 HARTING	1,3	1,9
	3,3	3,7
Вилка 09185106324 HARTING	1,1	1,3
Переходное отверстие	0,4	0,8
Отверстие под стойку	3,1	6



9. Размещение и установка элементов

Размещение элементов можно осуществить следующим образом: принципиальная электрическая схема разбивается на функционально связанные группы, составл...