Усилитель звуковой частоты мощностью 44 Вт

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Производство РЭС в настоящее время развивается высокими темпами, находит все более широкое применение во многих областях народного хозяйства и в значительной мере определяет уровень научно-технического прогресса. Современная РЭС используется в радиолокации, радионавигации, системах связи, вычислительной технике, машиностроении, на транспорте, в физических, химических, медицинских и биологических исследованиях и т. д. В связи с этим возникает потребность в расширении функциональных возможностей РЭС и серьезном улучшении таких технико-экономических показателей как надежность, стоимость, габариты, масса. Эти задачи могут быть решены только на основе рассмотрения целого комплекса вопросов системои схемотехники, конструирования и технологии, производства и эксплуатации. Именно на стадиях конструирования и производства РЭС реализуются системеи схемотехнические идеи, создаются изделия, отвечающие современным требованиям. Проектирование современной РЭС -- сложный процесс, в котором взаимно увязаны принципы действия радиотехнических систем, схемы и конструкции аппаратуры и технология её изготовления. Требования, предъявляемые к РЭС, постоянно ужесточаются, а усложнение аппаратуры приводит к необходимости внедрения последних достижений науки и техники в разработку, конструирование и технологию РЭС. электрический печатный плата покрытие

Радиоэлектроника немыслима сегодня без новой технической базы, в первую очередь, функциональной электроники и микроэлектроники. Создание интегральных микросхем, сверхбольших интегральных схем (СБИС), изделий функциональной микроэлектроники и многослойного монтажа позволило резко повысить надежность РЭС, уменьшить ее габариты, массу. Основное требование при проектировании РЭС состоит в том, чтобы создаваемое устройство было эффективнее своего аналога, т. е. превосходило его по качеству функционирования, степени миниатюризации и технико-экономической целесообразности. Современные методы конструирования должны обеспечивать: снижение стоимости, в том числе и энергоемкости; уменьшение объема и массы; расширение области использования микроэлектронной базы; увеличение степени интеграции, микро миниатюризацию межэлементных соединений и элементов несущих конструкций; магнитную совместимость и интенсификацию теплоотвода; взаимосвязь оператора и аппаратуры; широкое внедрение методов оптимального конструирования; высокую технологичность, однородность структуры; максимальное использование стандартизации.

Выполнение курсового проекта в рамках любой дисциплины - это одна из форм текущей и итоговой аттестации, которая позволяет углубить, расширить, закрепить и систематизировать знания учащихся.

Целью выполнения данного курсового проекта является разработка конструкции печатного узла автоматического зарядного устройства для аккумуляторов.

Работая над курсовым проектом необходимо усовершенствовать навыки пользования справочной и технической литературой, приобрести опыт проектирования печатных плат и выполнения расчетов.



1. Анализ технического задания

Техническое задание определяется руководителем курсового проекта и является основой для дальнейшей разработки.

Анализ технического задания должен включать следующие аспекты:

определение назначения и выполняемых функций устройства, в состав которого входит проектируемая печатная плата;

описание области применения или объекта установки устройства;

анализ и характеристику внешних факторов, воздействующих на ЭВС в процессе эксплуатации, и способов защиты от них;

анализ специальных конструкторско-технологических ограничений, указанных в задании (габаритные размеры, способ крепления в модуль более высокого уровня и др.);

анализ схемы электрической принципиальной, определение ее функциональной сложности.

1.1 Анализ назначения и общая характеристика устройства

Анализ назначения, применения и объекта установки необходим для определения принципиальных конструктивных особенностей того или иного устройства.

Автоматическое зарядное устройство предназначено для автоматической разрядки Ni-Cd или Ni-MH аккумуляторов типоразмера АА или ААА до заранее установленного напряжения. Устройство имеет световую индикацию режимов работы и не требует дополнительного источника питания, поскольку питается от разряжаемого аккумулятора.

По объекту установки различают следующие специализированные классы аппаратуры [35]:

наземная (стационарная, возимая, носимая и бытовая);

морская;

бортовая (самолетная, космическая и ракетная).

Каждый класс обусловливает уровень внешних воздействий и конструкторско-технологические ограничения.

Автоматическое зарядное устройство для аккумуляторов относится к группе бытовой аппаратуры.

1.2 Анализ условий эксплуатации ЭВС

Анализируя условия эксплуатации проектируемой конструкции необходимо определить, какие дестабилизирующие факторы оказывают на нее влияние, какие деградационные процессы они вызывают и наиболее эффективные способы защиты от них.

Так как автоматическое зарядное устройство для аккумуляторов относится к группе бытовой аппаратуры, в процессе эксплуатации на него будут воздействовать деградационные факторы, представленные в таблице 1.1 [35].

Таблица 1.1 - Влияние дестабилизирующих факторов на проектируемую печатную плату

Дестабилизирующий фактор	Деградационные процессы, которые он вызывает	Способ защиты
песок и пыль	абразивный износ	герметизация
	увеличение емкости проводников в результате увеличения диэлектрической проницаемости материалов	выбор материалов с хорошими диэлектрическими свойствами; увеличение ширины и толщины проводников и расстояния между ними
	химическое и электрохимическое разрушение ПП совместно с влагой	герметизация
солнечная радиация	разрушение поверхности диэлектрика; уменьшение поверхностной электрической прочности, диэлектрической проницаемости и других параметров совместно с влагой; ускоренное старение материалов под действием температуры	герметизация; выбор материала
вибрации	механические напряжения, вызывающие деформацию или потерю механической прочности; усталостные изменения ПП (разрушение); нарушение электрических контактов	отстройка ПП от резонанса для выхода низшего значения собственной частоты из спектра частот внешних воздействий: 1) путем выбора длины, ширины и толщины ПП; 2) изменением суммарной массы установленных на ПП ИЭТ; 3) выбором материала основания ПП; 4) выбором способа закрепления сторон ПП в модулях более высокого конструктивного уровня; повышение механической прочности и жесткости ПП: 1) приклеиванием ЭРИ к установочным поверхностям ПП; 2) покрытием лаком ПП вместе с ЭРИ; 3) заливкой компаундами; 4) увеличением площади опорных поверхностей; 5) использованием материалов с высокими демпфирующими свойствами; 6) демпфирующие покрытия; 7) ребра жесткости, амортизация и т.д.
удары, линейные ускорения	механические напряжения	повышение механической прочности и жесткости
плесневые грибы	снижение удельных поверхностного и объемного сопротивлений материала, напряжения пробоя; увеличение тангенса угла диэлектрических потерь; разрушение и отслаивание лакокрасочных покрытий; нарушение адгезии материалов; коррозия металлов; снижение прочности стеклопластиков; короткие замыкания между проводниками; разрушение низкомолекулярных соединений	применение горячих операций на начальных стадиях технологического процесса; аэрация воздуха в производственных помещениях; чистота рук рабочих; обработка ПП продуктами метаболизма; применение материалов со специальными свойствами, которые лежат за адаптивными возможностями живых огранизмов

1.3 Анализ схемы электрической принципиальной

На микросхеме DA1 собран повышающий преобразователь постоянного напряжения, формирующий напряжение, достаточное для функционирования остальных элементов устройства. Соединением вывода 2 микросхемы DA1 с минусовой линией питания выходное напряжение преобразователя выбрано равным 5 В.

На мощном биполярном транзисторе VT1 и переменном резисторе R2 собран регулируемый эквивалент нагрузки. Диапазон регулировки тока разрядки составляет 0,07…1 А. Полевой транзистор VT2 служит для подключения эквивалента нагрузки к разряжаемому аккумулятору, транзистор VT3 -- для управления напряжением питания преобразователя, а кнопка SB1 -- для запуска устройства.

На ОУ DA2.2 собран компаратор, который осуществляет контроль за нижним пороговым напряжением аккумулятора (1,05…1,1 В). На ОУ DA2.1 и светодиоде HL2 -- индикатор, сигнализирующий о том, Что напряжение аккумулятора превышает 1,2 В, он служит для ориентировочной оценки степени разрядки аккумулятора. На резисторах R5-R7 выполнен делитель напряжения, формирующий пороги срабатывания компаратора.

Если напряжение аккумулятора выше нижнего порога, то после запуска устройства кратковременным нажатием на кнопку SB1 на выходе ОУ DA2.2 устанавливается высокий уровень, это приведет к открыванию транзистора VT3 и позволит устройству остаться во включенном состоянии и после отпускания кнопки. Одновременно с транзистором VT3 откроется транзистор VT2, и эквивалент нагрузки будет подключен к аккумулятору. Свечение светодиода HL1 сигнализирует о идущей разрядке аккумулятора. Если при этом его напряжение превышает 1,2 В, загорается светодиод HL2.

Когда напряжение аккумулятора станет меньше нижнего порогового, на выходе ОУ DA2.2 высокий уровень сменится низким, транзисторы VT2, VT3 закроются, а следовательно, будут отключены эквивалент нагрузки и преобразователь напряжения, светодиод HL1 погаснет.



2. Выбор и описание конструкции устройства

2.1 Обоснование выбора элементной базы

Выбирать элементную базу следует с учетом:

совместимости ЭРИ по электрическим, конструктивным, электромагнитным, тепловым и другим параметрам, а также по условиям эксплуатации и надежности;

соответствия ЭРИ условиям эксплуатации, хранения, транспортирования, указанным в техническом задании.

Основными параметрами ЭРИ являются следующие:

технические параметры (номинальное значение параметров согласно схеме электрической принципиальной, допустимые рабочие напряжения, допустимые рассеиваемые мощности, диапазон рабочих частот, коэффициент электрической нагрузки и др.);

эксплуатационные параметры (диапазон рабочих температур, относительная влажность воздуха, атмосферное давление, воздействие ударов и вибраций и др.);

параметры надежности (минимальная наработка на отказ, срок сохраняемости и др.);

конструктивные параметры (габариты и масса).

Для зарядного устройства выбираем следующую элементную базу:

1) Аналоговые микросхемы:

а) DА1 MAX756. Конструктивно оформлена в корпусе DIP8:

Входное напряжение от 0.7 В до 5.5 В

Размещено на http://www.allbest.ru/

Максимальный ток Icc 0.Размещено на http://www.allbest.ru/

06 мА

Типовой выходной ток IРазмещено на http://www.allbest.ru/

_OUT 0.3 А

Работоспособен с входным напряжением питания вплоть до 0.7В

Размещено на http://www.allbest.ru/

КПД преобразования 87% при 200мА

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ток покоя 60мкА

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ток потребления 20 мкА в режиме Shutdown с активным Reference и LBI детектором

Размещено на http://www.allbest.ru/

Максимальная частота преобразования 500 кГцРазмещено на http://www.allbest.ru/

Допустимое отклонение VREF в диапазоне рабочих температур 1.5%

Размещено на http://www.allbest.ru/

Детектор разряда батареи (LBI/LBO)

Размещено на http://www.allbest.ru/

в) DА2 серии КА358. Конструктивно оформлена в корпусе DIP8:

напряжение питания Uи.п., В .3

выходное напряжение нуля , В.3,2

выходное напряжение единицы ., В 10

входной ток Iвх, мкА 0,5

выходной ток низкого уровня , мА 0,75

выходной ток высокого уровня , мА 0,3

ток потребления Iпот, мкА 5

время задержки выключения , нс 140

время задержки включения , нс 125

3) Конденсаторы:

а) конденсаторы С1 и С2 марки К50-35:

допускаемое отклонение емкости, %. .±20

тангенс угла потерь емкостью..0,24

сопротивление изоляции, Мом.1000

постоянная времени, МОм*мкФ.300

диапазон рабочих температур, єС. -40є…+85є

срок сохраняемости, лет.12

допустимая реактивная мощность, ВАР .0,06…2

масса, г…2

б) конденсатор С3 марки К10-17:

допускаемое отклонение емкости, %....±20

тангенс угла потерь емкостью.0,0015

сопротивление изоляции, Мом.1000

постоянная времени, МОм*мкФ300

диапазон рабочих температур, єС. -40є…+85є

срок сохраняемости, лет….12

4) Резисторы:

а) резисторы R1, R3R8, марки С2-33:

номинальная мощность, Вт..0,125

диапазон номинальных сопротивлений, кОм.1,5…39

масса, 0,15

температура окружающей среды, єСот -60 до +200

минимальная наработка, ч.25000

б) резистор R2 марки PTV09A-4:

номинальная мощность, Вт0,05

диапазон номинальных сопротивлений, кОм.1…1000

температура окружающей среды, єС.от -10 до +50

предельное рабочее напряжение

постоянного и переменного тока, В….50

5)Транзисторы:

а) транзистор VT1 марки КТ8172A:

-статический коэффициент передачи тока

в схеме с общим эмиттером25 275 при UКБ = 10 В, IЭ = 1 мА

обратный ток коллектора при UКБ = 10 В не более, мкА.100

обратный ток коллектор-эмиттер при RБЭ = 10 кОм, UКЭ = UКЭмакс, мкА не более…1

постоянные напряжения коллектор-база, коллектор-эмиттер при RБЭ = 10 кОм, В……40

постоянное напряжение база-эмиттер UБЭ, В……4

постоянный ток коллектора Iк, мА…3000

постоянная рассеиваемая мощность коллектора Р, мВт25

б) транзистор VT2 и VT3 марки КП505А:

-статический коэффициент передачи тока

в схеме с общим эмиттером20 140 при UКБ = 10 В, IЭ = 1 мА

постоянное напряжение сток-исток, В50

постоянный ток стока Iк, мА1,4

постоянная рассеиваемая мощность . Р, Вт…1

7) Диод:

а) VD1 марки КД521А кремневый стабилитрон.

напряжение стабилизации Uст, В…6

максимальный ток стабилизации Iст max, мА…1200

минимальный ток стабилизации Iст min, мА…4

дифференциальное сопротивление rст, Ом…15

мощность стабилитрона Рст, мВт…1000

диапазон рабочей температуры окружающей среды, єС. -60є…+125є

масса г, не более ….2

8) Светодиоды:

а) HL1, HL2 марки АЛ307.

напряжение прямое Uст, В..2

прямой ток If, мА10

диапазон рабочей температуры окружающей среды, єС.. -40є…+105є

масса г, не более 2

2.2 Выбор вариантов установки элементов и формовки выводов

Выбор вариантов формовки выводов и установки изделий электронной техники на печатные платы производится в соответствии с ГОСТ 29137-91 [25].

Резисторы R1, R3-R8 устанавливаются по варианту 010.02.0201.00.00.

Дроссель L1 устанавливается по варианту 010.02.0205.00.00.

Диод VD1 устанавливается по варианту 010.02.0202.00.00.

Конденсатор С3 устанавливается по варианту 180.00.000.00.00.

Транзисторы VT2, VT3 устанавливается по варианту 190.00.000.00.00.

2.3 Выбор типа конструкции и класса точности печатной платы

В настоящее время применяются односторонние, двусторонние и многослойные печатные платы, которые могут выполняться на жестком или гибком основании (гибкие печатные платы, гибкие печатные кабели, гибко-жесткие платы).

Односторонняя ПП - это печатная плата, на одной стороне основания которой располагается проводящий рисунок, с металлизированными или неметаллизированными монтажными отверстиями. Такие платы применяются в бытовой технике, технике связи и в блоках питания. Они имеют низкую стоимость, высокую надежность, низкую плотность компоновки.

Двусторонняя ПП - это печатная плата, имеющая проводящий рисунок на обеих сторонах основания, необходимые соединения слоев в которой выполняются чаще всего с помощью металлизированных отверстий. ДПП применяются в измерительной, вычислительной технике, технике управления и автоматического регулирования, технике связи, высокочастотной технике.

Многослойная ПП - это печатная плата, представляющая собой совокупность слоев изоляционного материала и проводящего рисунка, соединенных клеевыми прокладками в монолитную структуру путем прессования. МПП применяются в технике с высокими требованиями по быстродействию, плотности монтажа, волновому сопротивлению, времени задержки сигнала и т.д.

Печатные платы на гибком основании применяются в электронной аппаратуре для реализации уникальных и сложных технических решений, конструкция которых исключает применение жестких печатных плат.

Автоматическое зарядное устройство для аккумуляторов будет реализовываться на однасторонней печатной плате.

В зависимости от применяемой элементной базы возможны следующие варианты расположения ЭРИ на печатной плате:

традиционный монтаж (ЭРЭ и корпусные ИМС монтируются с одной стороны печатной платы);

поверхностный монтаж (поверхностно-монтируемые компоненты устанавливаются с одной или двух сторон печатной платы);

смешанный монтаж (ЭРИ, монтируемые в отверстия, устанавливаются с одной стороны, поверхностно-монтируемые элементы - с одной или двух сторон печатной платы).

Для автоматического зарядного устройства для аккумуляторов был выбран традиционный монтаж.

Печатная плата может иметь различные варианты крепления в модули более высокого конструктивного уровня. Закрепление может производиться:

в четырех точках по углам;

по периметру платы (жесткое закрепление всех сторон или закрепление двух сторон, на которых находится электрический соединитель, и двух свободно опертых сторон).

Печатная плата устройства крепится в четырех точках по углам.

В соответствии с ГОСТ 23751-86 [22] устанавливается 5 классов точности печатных плат, каждый из которых характеризуется определенными параметрами.

Печатные платы 1 и 2 классов точности наиболее просты в исполнении, надежны в эксплуатации и имеют минимальную стоимость. Для печатных плат 3 класса точности необходимо использовать высококачественные материалы, более точный инструмент и оборудование. Для 4 и 5 классов - специальные материалы, а также ососбые условия изготовления печатных плат. Проектируемая печатная плата 3 класса точности.



2.4 Выбор и описание материалов и покрытий

При выборе материала необходимо учитывать следующие факторы [30]:

материал является основой конструкции и определяется способностью изделия выполнять рабочие функции и противостоять действию климатических и механических факторов;

материал определяет технологические характеристики;

от свойств материала зависит точность изготовления конструкции;

материал определяет габариты и массу устройства;

материал оказывает влияние на эксплуатационные характеристики изделия, на его надежность и долговечность.

В качестве конструкционных материалов для изготовления печатных плат используют фольгированные и нефольгированные диэлектрики. Фольгу делают из меди, которая обладает хорошей электропроводностью.

Диэлектриками могут являться гетинакс и стеклотекстолит.

Гетинакс представляет собой спрессованный слой электроизоляционной бумаги, пропитанной фенольной смолой. Он легко поддается механической обработке, обладает химической стойкостью к травительным растворам, низкой теплопроводностью, большим температурным коэффициентом линейного расширения основания, но уступает другим материалам по физико-механическим и изоляционным свойствам.

Материал, представляющий собой спрессованные слои стеклоткани, пропитанные эпоксифенольной сломой, - стеклотекстолит, отличается широким диапазоном рабочих температур, малым влагопоглощением, высокими значениями поверхностного и объемного сопротивления.

Для изготовления печатной платы проектируемого устройства в соответствии с ГОСТ 10316-78 [18] выбирается СФ-2-50-1,5 - фольгированный стеклотекстолит с двусторонней металлизацией. Толщина выбранного материала - 1,5 мм, толщина фольги - 50 мкм.

Сохранение физико-химических свойств материалов в процессе их эксплуатации достигается выбором для них необходимых покрытий.

В зависимости от материала, наносимого на поверхность, выделяют две основные группы покрытий:

- покрытия металлические и неметаллические неорганические, наносимые на металлические поверхности;

- покрытия лакокрасочные, наносимые на любые поверхности.

Металлические и неметаллические неорганические покрытия при производстве печатных плат в основном используются для защиты печатных проводников и поверхности основания печатной платы от воздействий припоя, для защиты элементов проводящего рисунка от замыкания навесными электрорадиоэлементами, для улучшения паяемости и проводимости, а также как защитно-декоративные. Лакокрасочные покрытия применяются в качестве защитно-декоративных.

Назначение и общие требования к металлическим и неметаллическим неорганическим покрытиям устанавливаются ГОСТ 9.301-86 [16], общие требования к выбору лакокрасочных покрытий содержит ГОСТ 23852-79 [24].

Контактные площадки, печатные проводники и металлизированные отверстия печатной платы проектируемого устройства покрываются металлическим покрытием - сплавом «Розе» ТУ 6-09-4065-75 (олово-свинец).

Для создания защитного покрытия платы после сборки выбирается лак УР-231 ТУ 6-10-863-75, который образует на поверхности платы механически прочную, гладкую, блестящую пленку с целью повышения влагостойкости и увеличения механической и электрической прочности.



2.5 Выбор габаритных размеров печатной платы

Для выбора габаритных размеров печатной платы необходимо рассчитать площадь печатной платы [30]:

(2.1)

где площадь вспомогательных участков;

коэффициент дезинтеграции, принимается равным 2 в соответствии с заданием на курсовое проектирование;

количество элементов;

установочная площадь i-го элемента.

Таблица 2.1 - Значения установочной площади элементов, устанавливаемых на плату

Элемент	Количество	Установочная площадь элемента, мм2
Резисторы:
С2-2 -0,125	7	25
PTV09A-4	1	100
Конденсаторы:
К50-35	2	20
К10-17	1	15
Диод КД521А	1	20
Светодиоды АЛ307	2	30
Транзисторы:
КТ817А	1	30
КП505А	2	30
Кнопка TS-A3PS-130	1	80
Катушка индуктивности ЕС24	1	30
Микросхемы: МАХ756 КА358	1 1	120 120

Площадь печатной платы автоматического зарядного устройства для аккумуляторов:

= 3000 мм².

ГОСТ 10317-79 [19] устанавливает следующие требования к размерам печатных плат:

предельный размер стороны не более 470 мм;

размеры сторон должны быть кратны:

1) 2,5 мм при длине стороны не более 100 мм;

2) 5,0 мм при длине стороны не более 350 мм;

3) 10,0 мм при длине стороны более 350мм;

соотношение сторон не более 3:1;

шаг координатной сетки должен составлять 0,5 мм, 1,25 или 2,5 мм.

Исходя из расчетной площади и вышеизложенных тербований габаритные размеры печатной платы следующие 40Ч75 мм.



3. Расчет элементов проводящего рисунка печатной платы

3.1 Расчет диаметра монтажных отверстий

Номинальное значение диаметров монтажных отверстий ():

мм, (3.1)

где диаметр вывода элемента.

Для микросхем, светодиодов, диода, конденсаторов С1-С2, полевых транзисторов и катушки индуктивности:

мм.

Для резисторов, конденсатора С1, биполярного транзистора и кнопки:

мм.

Для разъемов:

мм.

3.2 Расчет диаметра контактных площадок

Наименьший номинальный диаметр контактной площадки:

, (3.2)

где верхнее предельное отклонение диаметра отверстия, равное 0,05 мм;

верхнее предельное отклонение диаметра контактной площадки, равное 0,15 мм;

значение позиционного допуска расположения центра отверстия относительно узла координатной сетки, равное 0,15 мм;

значение позиционного допуска расположения контактной площадки относительно номинального положения, равное 0,25 мм;

нижнее предельное отклонение диаметра контактной площадки, равное 0,1 мм.

Для микросхем, светодиодов, диода, конденсаторов С1-С2, полевых транзисторов и катушки индуктивности:

мм.

Для резисторов, конденсатора С1, биполярного транзистора и кнопки:

мм.

Для разъемов:

мм.

3.3 Расчет ширины печатных проводников

Минимальная ширина проводников для ДПП, изготавливаемых комбинированным позитивным методом при фотохимическом способе получения рисунка считается по формуле:

b_min =b_1min +1,5h_ф +0,03,

где b_1min - минимальная эффективная ширина проводника.

Для третьего класса точности ширина проводника равна:

b_min= 0,1+1,5· 0,035+0,03=0,183 мм.

Максимальная ширина проводника:

b_max =b_min +(0,02..0,06)=0,183+0,02=0,203 мм.



3.4 Расчет расстояния между элементами проводящего рисунка

Наименьшее номинальное расстояние для прокладки n-го количества проводников:

, (3.3)

где диаметры контактных площадок;

количество проводников;

значение допуска печатного проводника, равное 0,1.

мм;

мм;

мм;

мм;

мм.

Проводники на всем их протяжении должны иметь заданную ширину. Если один или несколько проводников проходят через узкое место, ширина проводников может быть уменьшена. При этом длина участка, на котором уменьшена ширина, должна быть минимальной.

Если проводник проходит в узком месте между двумя отверстиями, то нужно прокладывать его так, чтобы он был перпендикулярен линии, соединяющей центры отверстий. При этом можно обеспечить максимальную ширину проводников и максимальное расстояние между ними.



4. Технология производства ЭВС

4.1 Выбор и описание технологического процесса изготовления печатной платы

В качестве материала печатной платы был выбран СФ-2-50-1,5 - стеклотекстолит толщиной 1,5 мм, покрытый с обеих сторон медной фольгой толщиной 50 мкм.

Такой материал применяется для изготовления двусторонних печатных плат, имеющих проводящий рисунок на обеих сторонах основания, необходимые соединения слоев которых выполняются с помощью металлизированных отверстий.

Двусторонние печатные платы позволяют реализовать сложные схемы, обладают повышенной плотностью монтажа и надежностью соединений, имеют лучший теплоотвод, однако требуют нанесения изоляционного покрытия и достаточно сложны в изготовлении.

Одним из способов изготовления двусторонней печатной платы является комбинированный позитивный способ, включает следующие основные операции [40]:

получение заготовки.

Заготовку отрезают с припуском по контуру 10 мм гильотинными ножницами, которые состоят из подвижного и неподвижного ножей, изготовленных из инструментальной стали У8А, прижима разрезаемых материалов и упора, регулирующего ширину заготовок;

подготовка поверхности заготовки;

нанесение рисунка схемы (данная операция необходима для дальнейшего осуществления процессов металлизации и травления. Рассматриваемый фотографический метод позволяет получить минимальную ширину проводников и расстояние между ними 0,1-0,15 мм с точностью воспроизведения до 0,01 мм. Способ основан на использовании светочувствительных композиций, называемых фоторезистами, в данном случае, позитивного фоторезиста ФП-383 (разрешающая способность 350-400 лин/мм, спектральная чувствительность 480 нм, проявитель - тринатрийфосфат-5%, сниматель фоторезиста - ацетон, срок хранения заготовки - 1 год). Для получения рисунка схемы при использовании позитивного фоторезиста экспонирование производят через позитив. После световой обработки экспонированные участки разрушаются и вымываются);

нанесение защитного слоя лака (операция применяется для предохранения от воздействия химически активных растворов при химической металлизации и включает в себя нанесение окунанием, поливом или с помощью краскораспылителей 2-3 слоев лака (нитроклей АК-20, эмаль ХСЭ, ХСЛ), а затем его сушку в сушильных печах в течение 20-40 мин при температуре 60-80С);

сверление отверстий в плате (производится согласно чертежу на координатно-сверлильных или вертикально-сверлильных станках групповым (при массовом производстве) или одиночным методом);

химическое меднение отверстий (толщина получаемого слоя меди - 1-2 мкм);

гальваническое меднение (применяется для усиления слоя химической меди до толщины 25-30 мкм);

удаление защитного слоя лака;

нанесение металлического резиста (участки заготовки, не защищенные фоторезистом, покрывают сплавом Розе);

удаление фоторезиста;

травление пробельных мест (это процесс избирательного удаления меди с непроводящих (пробельных) участков для формирования проводящего рисунка печатного монтажа);

оплавление металлического резиста (применяется для улучшения паяемости); контроль, маркировка.



4.2 Разработка технологической схемы сборки

Технологическая схема сборки изделия является одним из основных документов, составляемых при разработке технологического процесса сборки. Расчленение изделия на сборочные элементы проводят в соответствии со схемой сборочного состава, при разработке которой руководствуются следующими принципами:

· схема составляется независимо от программы выпуска изделия на основе сборочных чертежей, электрической и кинематической схем изделия;

· сборочные единицы образуются при условии независимости их сборки, транспортировки и контроля;

· минимальное число деталей, необходимое для образования сборочной единицы первой ступени сборки, должно быть равно двум;

· минимальное число деталей, присоединяемых к сборочной единице данной группы для образования сборочного элемента следующей ступени, должно быть равно единице;

· схема сборочного состава строится при условии образования наибольшего числа сборочных единиц;

· схема должна обладать свойством непрерывности, т.е. каждая последующая ступень сборки не может быть осуществлена без предыдущей ступени.

Включение в схему сборочного состава технологических указаний превращает ее в технологическую схему сборки. Наиболее широко применяются схемы сборки "веерного" типа, на котором стрелками показано направление сборки деталей и сборочных единиц. Достоинством схемы является ее простота и наглядность, но она не отражает последовательности сборки во времени.

Схема сборки с базовой деталью указывает временную последовательность сборочного процесса. При такой сборке необходимо выделить базовый элемент, т.е. базовую деталь или сборочную единицу, в качестве которой обычно выбирают ту, чьи поверхности будут использованы при установке в готовое изделие. В большинстве случаев базовой деталью служит плата, панель, шасси и другие элементы несущих конструкций изделия. Направление движения деталей и сборочных единиц на схеме показывается стрелками, а прямая линия, соединяющая базовую деталь и изделие, называется главной осью сборки. Точки пересечения осей сборки, в которые подаются детали или сборочные единицы, обозначаются как элементы сборочных операций, например: Сб.1-1, Сб.1-2 и т.д., а точки пересечения вспомогательной оси с главной - как Сб.1, Сб.2 и т.д.

При построении технологической схемы сборки каждую деталь или сборочную единицу изображают в виде прямоугольника, в котором указывают позицию детали по спецификации к сборочному чертежу, ее наименование и обозначение согласно конструкторскому документу, а также количество деталей, подаваемых на одну операцию сборки. Размеры прямоугольника рекомендуются 50х15 мм. Допускается изображение нормализованных или стандартных крепежных деталей в виде круга диаметром 15 мм, в котором указывают позицию по спецификации и количество деталей.

Технологические указания по выполнению сборочных операций или электрического монтажа помещают в прямоугольник, ограниченный штриховой линией, а место его выполнения указывают наклонной стрелкой в точку, соответствующую данной операции.

Так, на технологических схемах сборки оговаривают характер выполнения неразъемных соединений, например, сварку, пайку, склеивание, запрессовку и т.д.; применяемый материал при сборке; характер операций монтажа элементов: волной припоя, электропаяльником и т.д.; характер операций влагозащиты изделия, контроля и маркировки (технологическая схема сборки приведена в приложении).

Для определения количества устанавливаемых ЭРЭ и ИМС на платы в ходе выполнения сборочных операций необходим предварительный расчет ритма сборки:

(мин/шт)

где Ф_д - действительный фонд времени за плановый период;

Д_р - количество рабочих дней в году, Д_р=254 дней;

S - число смен, S =2;

m - продолжительность рабочей смены, m=8 ч;

К_{рег.пер.} - коэффициент, учитывающий время регламентированных перерывов в работе, К_{рег.пер.}=0,94-0,95;

N - программа выпуска.

Количество элементов, устанавливаемых по i-й операции, должно учитывать соотношение:

0,9 < < 1,2

где T_i - трудоемкость i-й операции сборки.

Разработка технологических схем сборки способствует дифференциации процессов сборки, что значительно сокращает длительность производственного цикла. После выбора оптимальной схемы сборочного состава из сравниваемых вариантов проводят расчет следующих коэффициентов:

1.Средняя полнота сборочного состава (количество сборочных единиц на каждой ступени сборки):



Е_ср = Е/(i - 1)=1/(2-1)=1

где Е - количество сборочных единиц в схеме сборочного состава;

i - показатель степени сложности сборочного состава, равный количеству ступеней сборки изделия.

2. Показатель расчлененности данного процесса сборки М:

М = n/Е=7/1=7

где n - число рабочих операций, определенных для конкретных условий производства (при М < 1 ТП концентрирован, М > 1 - дифференцирован).

3. Коэффициент сборности изделия:

К_сб = Е/(Е+D)=1/(1+1)=0,5

где D - число деталей.

4.3 Описание сборки и монтажа печатного узла

Структура технологического процесса сборки и монтажа включает следующие операции: входной контроль ЭРЭ и печатных плат, подготовку их к монтажу, установку элементов на плату, нанесение флюса и его сушку, пайку, очистку от остатков флюса, контрольно-регулировочные работы, технологическую тренировку, маркировку, герметизацию и приемно-сдаточные работы. Рассмотрим технологические особенности выполнения основных операций.

Входной контроль это технологический процесс проверки поступающих на завод-потребитель ЭРЭ, ИМС и печатных плат по параметрам, определяющим их работоспособность и надежность перед включением этих элементов в производство. Необходимость входного контроля вызвана ненадежностью выходного контроля на заводе-изготовителе, а также воздействием различных факторов при транспортировании и хранении, приводящих к ухудшению качественных показателей готовых изделий.

Интегральные микросхемы, ЭРЭ и печатная плата должны пройти подготовку к монтажу. Они поступают на участок сборки уже подготовленными, с удостоверенным уровнем качества. Подготовка ЭРЭ и ИМС включает распаковку элементов, выпрямление, зачистку, формовку, обрезку и лужение выводов, размещение элементов в технологической таре в количестве, достаточном для выполнения производственного задания.

Проведение подготовительных операций резисторов, конденсаторов, полупроводниковых приборов и ИМС на установках комплексной подготовки, объединяющих две и более операции с автоматической подачей элементов в зону обработки.

Для повышения производительности сборочных аппаратов элементы упаковывают в технологические магазины, кассеты (для ИМС) или липкую ленту. Подача из магазинов является более дешевым способом, но подача с ленты более универсальна. Элементы могут, вклеиваются в ленту одного номинала (для автоматических линий) или разных номиналов и типоразмеров по программе (для отдельных автоматов). В последнем случае применяются комплектующие автоматы переклейки элементов (секвенсоры), их производительность в зависимости от типа колеблется от 2 до 14 тыс. эл/ч.

Установка элементов на печатные платы выполняется при помощи автоматов и полуавтоматов. При автоматической сборке подготовленные элементы раскладываются по номиналам в технологические кассеты, объединенные в кассетницы, а печатная плата с нанесенными со стороны установки маркировочными знаками, определяющими место элемента, его полярность и направление сборки, закрепляется в держателе с помощью быстрозажимных фиксаторов. После сопряжения элементов с поверхностью платы их положение фиксируется подгибкой или расплющиванием выводов у пассивных элементов, установкой в специальные кассеты ИМС со штыревыми выводами.

Для обеспечения высокого качества паяных соединений применяется ряд вспомогательных операций: нанесение и подсушка флюса, предварительный нагрев платы и ЭРЭ. На практике получило распространение флюсование кистью, погружением, протягиванием, накатыванием, распылением, вращающимися щетками, пенное и волной. Более надежное нанесение флюса на поверхность платы при уплотненном монтаже достигается использованием волнового флюсования. Нанесенный слой флюса перед пайкой подсушивается при температуре 353...375 К, а плата и ЭРЭ подогреваются.

Групповая пайка элементов со штыревыми выводами производится волной припоя на автоматизированных установках модульного типа, которые оснащаются конвейерами с постоянным или регулируемым углом наклона относительно зеркала припоя. В зависимости от типа модуля ширина конвейеров составляет 230, 300, 380, 455, 610 мм. Из этих модулей компонуются монтажные линии. Включение в состав линии модуля обрезки выводов позволяет упрощать процесс подготовки ЭРЭ к пайке.

Следующей технологической операцией является отмывка. После пайки на поверхности плат остается некоторое количество флюса и продуктов его разложения, которые способны вызвать коррозию контактных соединений и ухудшить диэлектрические характеристики используемых материалов. Технологически просто происходит удаление остатков водорастворимых флюсов путем промывки плат в проточной горячей воде с использованием мягких щеток или кистей. Следы канифольных флюсов удаляются промывкой в течение 0,5...1,0 мин в таких растворителях, как спирт, смесь бензина и спирта (1:1) или фреона и ацетона (7:1), трихлорэтилен, четырех-хлористый углерод и др.

Выходной контроль можно условно разделить на три последовательных этапа: 1) визуальный контроль правильности сборки и качества паяных соединений; 2) контроль правильности монтажа и поиск неисправностей; 3) функциональный контроль.

При визуальном контроле проверяется соответствие установленных ЭРЭ и ИМС требованиям конструкторской и технологической документации на тип, номинал, маркировку, форму изгиба выводов, полярность, место на плате. Установленные элементы не должны иметь надломов выводов, трещин или царапин корпуса, повреждений используемых изоляционных трубок, маркировочных знаков и т. д. Качественные паяные соединения характеризуются «скелетной» формой, при которой через тонкий слой припоя хорошо просматриваются контуры паяемых элементов, гладкой блестящей поверхностью без пор, раковин, вздутий, пузырей, посторонних включений. Визуальный контроль соединений обычно дополняется выборочной проверкой их механической прочности, а при производстве ответственных изделий -- просвечиванием паек рентгеновскими лучами или тепловизионным контролем соединений. Рабочее место контролера обеспечивается шаблонами, лупами, зеркалами, подставками с подсветкой, вспомогательными инструментами (держателями, пинцетами), емкостями для плат, цветными ручками для обозначения неисправностей. В некоторых случаях для облегчения поиска неисправностей используются приборы технического зрения. Обнаруженные неисправности маркируются цветными знаками и отправляются на ремонт.

4.4 Оценка технологичности конструкции электронного блока

Технологичность - это совокупность свойств конструкции, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технологической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими конструкциями при заданном показателе качества [20].

Отработка конструкций на технологичность ведется на всех стадиях проектирования и изготовления. При необходимости в разработанную ранее конструкторскую документацию вносятся требуемые изменения.

Критериями оценки технологичности конструкции являются показатели уровня технологичности по всему комплексу базовых показателей, указанных в техническом задании.

Согласно стандартам ЕСТПП различают 2 вида технологичности конструкций:

производственная, обеспечивает сокращение затрат труда, средств, материалов и времени при технологической подготовке производства и изготовлении;

эксплуатационная, проявляется в возможности сокращения затрат труда, средств, материалов и времени на технологическое обслуживание и ремонт.

Производственная технологичность может быть достигнута вследствие:

повышения серийности изделий с помощью стандартизации, унификации и группирования их по конструктивным признакам;

ограничения номенклатуры изделий за счет повышения применяемости, заимствования из других изделий и повторяемости деталей и сборочных единиц в пределах одного изделия;

снижения массы деталей и изделия в целом;

ограничение номенклатуры применяемых материалов;

применение высокоэффективных технологических процессов и средств технологического оснащения;

обеспечение взаимозаменяемости деталей и сборочных единиц;

разбивка изделий на параллельнособираемые сборочные единицы.

Эксплуатационная технологичность достигается в процессе конструирования изделия за счет рациональной компоновки и разбивки его на составные части.

Оценка технологичности может быть качественной и количественной.

Качественная оценка предшествует количественной и определяет ее целесообразность, обобщенно характеризует достоинства конструкции на основе опыта исполнителя.

Количественная оценка выражается системой показателей, которые используются для сравнения различных вариантов конструкции в процессе проектирования изделий, определения уровня технологичности разработанного изделия и накопления статистических данных, необходимых для прогнозирования и расчета базовых показателей технологичности.

Различают частные и комплексные показатели технологичности.

Частные показатели технологичности характеризуют конструкцию только с одной стороны, определяются стандартами ЕСТПП и разделяются на конструкторские и технологические.

Комплексные показатели объединяют несколько частных с учетом весовой характеристики и дают обобщающее представление о конструкции.

Для электронных блоков применима следующая методика расчета.

Рассчитываются частные показатели технологичности:

Коэффициент применения микросхем и микросборок ():

, (4.1)

где общее число дискретных элементов, замененных микросхемами и установленных на микросборках;

общее количество изделий электронной техники (ИЭТ), не вошедших в микросхемы;

Коэффициент автоматизации и механизации монтажа ():

, (4.2)

где количество монтажных соединений ИЭТ, которые предусматривается осуществить автоматизированным или механизированным способом;

общее количество монтажных соединений;

Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ИЭТ к монтажу ():

, (4.3)

где количество ИЭТ в штуках, подготовка выводов которых осуществляется с помощью полуавтоматов и автоматов;

общее число ИЭТ, которые должны подготавливаться к монтажу в соответствии с требованиями конструкторской документации.

Коэффициент автоматизации и механизации регулировки и контроля ():

, (4.4)

где количество операций контроля и настройки, выполняемых на полуавтоматических и автоматических стендах;

общее количество операций контроля и настройки.

Коэффициент повторяемости электрорадиоэлементов (ЭРЭ) ():

, (4.5)

где число типоразмеров ЭРЭ;

общее число ЭРЭ.

Коэффициент применения типовых технологических процессов ():

, (4.6)

где количество примененных типовых технологических процессов;

общее количество технологических процессов, применяемых в изделии.

Коэффициент прогрессивности формообразования деталей ():

, (4.7)

где число деталей, полученных прогрессивными методами формообразования (штамповка, прессование из пластмасс, литье, порошковая металлургия и т.д.);

общее число деталей.

На основе рассчитанных показателей и их весовых характеристик , определяется комплексный показатель технологичности ():



. (4.8)

Таблица 4.1 - Весовые характеристики показателей технологичности устройства

Коэффициенты	Обозначение	Весовые характеристики
Применения микросхем и микросборок		0,51
Автоматизации и механизации монтажа		1
Автоматизации и механизации подготовки ИЭТ к монтажу		0,48
Автоматизации и механизации регулировки и контроля		0,5
Повторяемости ЭРЭ		1
Применения типовых технологических процессов		1
Прогрессивности формообразования деталей		0,05

Изделие считается технологичным, если выполняется следующее условие:

, (4.9)

где нормативный коэффициент технологичности.



Заключение

В соответствии с техническим заданием в ходе курсового проектирования была разработана конструкция автоматического зарядного устройства для аккумуляторов.

Конструкция полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к данному классу аппаратуры.

Современные требования конструирования и технологии учитывались при выборе компоновочной схемы устройства, элементной базы, материалов и покрытий. При выбранных конструкторских решениях устройство способно надежно функционировать с заданными параметрами, а также отвечать требованиям технологичности.



Литература

1. Боголюбов, С.К. Черчение: учебник для машиностроительных специальностей средних специальных учебных заведений/ С.К. Боголюбов, А.В. Воинов. - М.: Машиностроение, 1981.

2. Боровиков, С.М. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности/ С.М. Боровиков. - Мн.: Дизайн ПРО, 1998.

3. ГОСТ 2.102-68 ЕСКД. Виды и комплектность конструкторских документов

4. ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам.

5. ГОСТ 2.106-96 ЕСКД. Текстовые документы.

6. ГОСТ 2.109-73 ЕСКД. Основные требования к чертежам.

7. ГОСТ 2.417-91 ЕСКД. Правила выполнения чертежей печатных плат.

8. ГОСТ 2.701-84 ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению.

9. ГОСТ 2.702-75 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем.

10. ГОСТ 2.708-81 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем цифровой вычислительной техники.

11. ГОСТ 2.710-81 ЕСКД. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах.

12. ГОСТ 3.1001-81 ЕСТД. Общие положения.

13. ГОСТ 3.1109-82 ЕСТД. Термины и определения основных понятий

14. ГОСТ 3.1129-93 ЕСТД. Общие правила записи технологической информации в технологических документах на технологические процессы и операции.

15. ГОСТ 3.1428-91 ЕСТД. Правила оформления документов на технологические процессы (операции) изготовления печатных плат.

16. ГОСТ 9.301-86 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Общие требования.

17. ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики.

18. ГОСТ 10316-78. Гетинакс и стеклотекстолит фольгированные. Технические условия.

19. ГОСТ 10317-79. Платы печатные. Основные размеры.

20. ГОСТ 14205-83 Технологичность конструкции. Основные положения и определения.

21. ГОСТ 15150-69. Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды

22. ГОСТ 23751-86. Платы печатные. Основные параметры конструкции.

23. ГОСТ 23752-79. Платы печатные. Общие технические условия.

24. ГОСТ 23852-79 Покрытия лакокрасочные. Общие требования к выбору по декоративным свойствам.

25. ГОСТ 29137-91. Формовка выводов и установка ИЭТ на печатные платы.

26. Григорьев, О.П. Диоды: справочник/ О.П. Григорьев, В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, С.Л. Пожидаев. - М.: Радио и связь, 1990.

27. Грицай, А.В. Оформление электрических схем/ А.В. Грицай, Т.Я. Альферович. - Мн.: МГВРК, 2000.

28. Достанко, А.П. и др. Технология производства ЭВМ / А.П. Достанко, М.И. Пикуль, А.А. Хмыль: Учеб. - Мн.: Выш. шк., 1994.

29. Компоновка и конструкции микроэлектронной аппаратуры: справочное пособие/ П.И. Овсищер, И.И. Ливщиц, А.К. Овчинский [и др.]; под ред. Б.Ф. Высоцкого. - М.: Радио и связь, 1982.

30. Конструирование радиоэлектронных устройств: учеб.-метод. пособие для студентов специальности 1-08 01 01-02 «Профессиональное обучение (Радиоэлектроника)» и учащихся специадьности 2-39 02 02 «Проектирование и производство РЭС»/ Н.И. Василевская, И.М. Снежкова, О.Н. Образцова. - Мн.: МГВРК, 2004.

31. Оформление курсовых и дипломных проектов: метод. указания для студентов специальности 1-08 01 01-02 «Профессиональное обучение. (Радиоэлектроника)» и учащихся специадьности 2-39 02 02 «Проектирование и производство РЭС», 2-41 01 31 «Микроэлектроника», 2-40 02 02 «Электронные вычислительные средства», 2-39 02 31 «Техническая эксплуатация РЭС»/ Т.И. Фещенко, Ю.С. Сычева, О.Н. Образцова, Н.И. Василевская. - Мн.: МГВРК, 2006.

32. Медведев, А.М. Печатные платы. Конструкции и материалы/ А.М. Медведев. - М.: Техносфера, 2005

33. Медведев, А.М. Технология производства печатных плат/ А.М. Медведев. М.: Техносфера, 2005

34. Пикуль, М.И. Конструирование и технология производства ЭВМ: Учебник / М.И. Пикуль, И.М. Русак, Н.А. Цырельчук. - Мн.: Выш. шк., 1996.

35. Пирогова, Е.В. Проектирование и технология печатных плат: Учебник/ Е.В. Пирогова. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005

36. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: справочник/ Н.Н. Акимов, Е.П. Ващуков, В.А. Прохоренко [и др.] - Мн.: Беларусь, 1994.

37. Справочник конструктора-приборостроителя. Проектирование. Основные нормы/ В.Л. Соломахо, Р.И Томилин, Б.В. Цитович, Л.Г. Юдовин. - Мн.: Выш. шк., 1988.

38. Сычева, Ю.С. Автоматизированное проектирование печатных плат в программе P-CAD 2001: учеб. пособие для студентов специальностей 2-39 02 02 «Проектирование и производство РЭС», 2-40 02 02 «Электронные вычислительные средства», 2-41 01 02 «Микроэлектроника», 1-08 01 01-02 «Профессиональное обучение (Радиоэлектроника)»/ Ю.С. Сычева. - Мн.: МГВРК, 2005.

39. Технология и автоматизация производства радиоаппаратуры: лаб. практикум для учащихся специальности 2-39 02 02 «Проектирование и производство радиоэлектронных средств»/ сост. Т.И. Фещенко. - Мн.: МГВРК, 2010.

40. Технология радиоэлектронных устройств и автоматизация производства: учебник/ А.П. Достанко, В.Л. Ланин, А.А. Хмыль, Л.П. Ануфриев; под ред. А.П. Достанко. - Мн.: Выш. шк., 2002.

Размещено на Allbest.ru

...