Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Самарский государственный технический университет» (ФГБОУ ВО «СамГТУ»)

Кафедра «Радиотехнические устройства»

Направление 17.05.01 «АСУ ДСП»

Курсовой проект

по дисциплине «Конструирование и технология СУСП»

«Разработка конструкции, технологии изготовления и сборки печатной платы»

Выполнил

Таумов Р.М.

Проверила:

Кривченко Е.С.

Самара 2018



Реферат

Пояснительная записка содержит 30 страниц, 7 рисунков, 12 таблиц, 8 источников, 4 листа графического материала.

ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА, РАДИОЭЛЕКТРОННАЯ АППАРАТУРА, ЭЛЕКТРО-РАДИО ЭЛЕМЕНТЫ, ФОТОПЕЧАТЬ.

Курсовой проект посвящен разработке конструкции и технологии изготовления, сборке печатной платы (ПП). В данном курсовом проекте рассмотрены основные правила и порядки при конструировании радиоэлектронных устройств на печатных платах. Описаны методы проектирования ПП, способы защиты конструкций радиоэлектронных устройств от внешних воздействий и процессов. Произведен расчет электрических параметров печатной платы. Разработана топология и произведена оценка показателей качества печатной платы.

Целью работы является:

· Анализ технического задания.

· Разработка топологии печатной платы.

· Оценка показателей качества печатной платы.

· Разработка технологического процесса сборки печатной платы.



Содержание

Введение

1. Анализ ТЗ

1.1 Анализ схемы электрически принципиальной

1.2 Выбор Элементной базы

1.3 Обоснование типа печатной платы

1.4 Выбор класса точности печатной платы

1.5 Выбор материала для изготовления печатной платы

1.6 Выбор метода изготовления печатной платы

2. Разработка топологии печатной платы

2.1 Расчет электрических характеристик печатной платы

2.2 Расчет потребляемой мощности

2.3 Расчет ширины печатных проводников

2.4 Расчет взаимной емкости и индуктивности печатных проводников

2.5 Выбор размера печатной платы

3. Оценка показателей качества печатной платы

3.1 Оценочный расчет теплового режима печатной платы

3.2 Оценочный расчет вибропрочности

3.3 Оценочный расчет надежности печатной платы

4. Разработка технологического процесса сборки печатной платы

Заключение



Введение

Печатная плата - это элементы конструкции, которые состоят из плоских проводников в виде участков металлизированного покрытия, размещенных на диэлектрическом основании и обеспечивающих соединение элементов электрической цепи. Они получили широкое распространение в производстве модулей, ячеек и блоков радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) по сравнению с традиционным объемным монтажом: проводниками и кабелями.

В зависимости от числа нанесенных печатных проводящих слоев печатные платы разделяются на одно- двух- и многосторонние.

Односторонние печатные платы (ОПП) применяют для монтажа бытовой радиоаппаратуры, блоков питания, устройств техники связи, в простой РЭА и вспомогательной аппаратуре. Низкие затраты, высокую технологичность и нагревостойкость имеют рельефные литые ПП, на одной стороне которых расположены элементы печатного монтажа, а на другой - объемные элементы.

Двусторонние печатные платы (ДПП) имеют проводящий рисунок на обеих сторонах диэлектрического или металлического основания и обеспечивают высокую плотность установки компонентов и трассировки. Переходы проводников из слоя в слой осуществляются через металлизированные переходные отверстия. Платы допускают как монтаж компонентов на поверхности, в том числе с двух сторон. ДПП являются самой распространенной разновидностью ПП в производстве модулей РЭА, используются в измерительной технике, системах управления и автоматического регулирования.

По виду материала основы ПП разделяют на

* изготовленные на основе органического диэлектрика (текстолит, гетинакс, стеклотекстолит);

* изготовленные на основе керамических материалов;

* изготовленные на основе металлов.

Цель - Разработать конструкцию, технологию изготовления и сборки печатной платы имитатора поднятия трубки телефонного аппарата.

Задачи:

· Анализ схемы электрической принципиальной.

· Выбор элементарной базы.

· Выбор вида печатной платы и класса точности.

· Выбор материала для изготовления печатной платы.

· Выбор метода изготовления печатной платы.

· Разработка топологии печатной платы.

· Расчет электрических характеристик печатной платы.

· Расчет потребляемой мощности.

· Расчет ширины печатных проводников.

· Расчет взаимной емкости и индуктивности печатных проводников.

· Выбор топового размера печатной платы.

· Оценка показателей качества печатной платы.

· Оценочный расчет теплового режима печатной платы.

· Оценочный расчет вибропрочности.

· Оценочный расчет надежности печатной платы.

· Разработка технологического процесса сборки печатной платы.



1. Анализ ТЗ

1.1 Анализ схемы электрически принципиальной

В момент вызова на линии появляется переменное напряжение порядка 80 - 120 В, которое выпрямляется диодным мостом VD2, стабилизируется на уровне 15 В (стабилитрон VD5) и питает микросхему DD1. Благодаря накопительному конденсатору С3 напряжение питания между вызывными посылками не снижается ниже допустимого для микросхемы. В это же время через цепь VD3, R1, R2 начинает заряжаться диод С4. Как только на нем установится напряжение, достаточное для переключения триггера Шмидта (элементы DD1.1, DD1.2), последний сработает и откроет транзистор VT1, включенный в диагональ моста VD1. Линия окажется зашунтированной - включился режим удержания. Вызывные сигналы прекратятся, и звонивший услышит характерный щелчок снятия трубки. В это же время высоким уровнем переключившегося триггера начнется зарядка конденсатора С5. Как только он зарядится, переключится триггер на элементах DD1.3 DD1.4, что вызовет возврат основного триггера в исходное состояние. Транзистор закроется и разорвет линию - трубка «положена» на рычаг, звонивший услышит сигналы «отбоя». Настройка имитатора сводится к подбору номиналов резистора R2 и R8. Первый устанавливает время между началом вызова и «снятием трубки», второй - между «снятием трубки» и сигналом отбоя. Схема электрическая принципиальная имитатора поднятия трубки телефонного аппарата приведена в приложении 1.

1.2 Выбор Элементной базы

· К561ЛА7 - логический элемент (рисунок 1).

Технические характеристики К561ЛА7 приведены в таблице 1.



Таблица 1- Технические характеристики микросхемы К561ЛА7.

Характеристики	Значения
Наименование:	К561ЛА7;
Напряжение питания, В:	3 - 18;
Максимальное напряжение лог. "0", В:	<2.9;
Минимальное напряжение лог. "1", В:	>7.2;
Ток потребления при лог. "0" и Uпит=18В, mA:	15;
Ток потребления при лог. "1" и Uпит=18В, mA:	30;
Выходной ток, mA:	42;
Время задержки распространения сигнала, нС:	80;
Диапазон рабочих температур, С:	-45...+85
Корпус:	DIP 14

Рисунок 1- Габаритный чертеж микросхемы К561ЛА7.

· КС515А - стабилитрон ( Рисунок 2).

Технические характеристики стабилитрона КС515А приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Технические характеристики стабилитрона КС515А.

Характеристики	Значения
Мощность рассеяния, Вт:	0.2;
Минимальное напряжение стабилизации, В:	14;
Номинальное напряжение стабилизации, В:	15;
Максимальное напряжение стабилизации, В:	16;
Статическое сопротивление Rст., Ом:	25;
Температурный коэффициент напряжения стабилизации аUст., %/С:	0.1;
Минимальный ток стабилизации Iст.мин., мА:	1;
Максимальный ток стабилизации Iст.макс., мА:	53;
Рабочая температура, С:	-60…125;
Способ монтажа:	в отверстие;

Рисунок 2 - Габаритный чертеж стабилитрона КС515А.

· 11 постоянных резисторов с номиналами :

R2=R10=100к, R1=R4=R6=R7=R8=1М, R5=2М, R11 =20к, R3=R9=1М.

По условиям работы схемы данные резисторы должны рассеивать мощность 0,25Вт. Исходя из данного условия и температурного режима работы выбираем резисторы марки МЛТ-0,25. Подстроечные резисторы со схожими характеристиками марки Р1-35. Характеристики данных резисторов приведены в таблице 3. Габаритный чертеж - на рисунке 3.

Таблица 3 - Технические характеристики резисторов МЛТ-0,25

Характеристики	Значения
Предельное рабочее напряжение	250 В
Максимальная рассеиваемая мощность	0,25 Вт
Масса резистора	0,25 г
Уровень собственных шумов	5 мкВ
Минимальная наработка	25000 ч
Диапазон номинальных сопротивлений	8,2 Ом - 5,1 МОм

Рисунок 3 - Габаритный чертеж резисторов МЛТ-0,25.



· VT1 - транзистор, КТ940А (рисунок 4).

Таблица 4 - Технические характеристики транзистора КТ940А.

Характеристики	Значения
Структура	n-p-n
Максимально допустимое (импульсное) напряжение коллектор-база	300 В
Максимально допустимое (импульсное) напряжение коллектор-эмиттер	300 В
Максимально допустимый постоянный(импульсный) ток коллектора	100(300) мА
Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора без теплоотвода (с теплоотводом)	1.2(10) Вт
Статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером	=>25
Обратный ток коллектора	<=0.05 мкА
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером	=>90 МГц
Коэффициент шума биполярного транзистора	<1 дБ

Рисунок 4 - Габаритный чертеж транзистора КТ940А.

· VD1, VD2 - диодные мосты КЦ407А (рисунок 5).

Таблица 5 - Технические характеристики диодного моста КЦ407А.

Характеристики	Значение
Максимальное постоянное обратное напряжение.	400В
Максимальный постоянный прямой ток.	3А
Максимальная рабочая частота диода	20кГц
Постоянное прямое напряжение	5В
Постоянный обратный ток	5мкА



Рисунок 5 - Габаритный чертеж диодного моста КЦ407А.

· VD3,VD4 - диоды КД522Б (рисунок 6).

Таблица 6 - Технические характеристики диода КД522Б.

Характеристики	Значение
Максимальное постоянное обратное напряжение	50 В;
Максимальный прямой ток	100 мА;
Постоянное прямое напряжение	не более 1,1 В
Постоянный обратный ток	не более 2 мкА
Общая емкость	4 пФ

Рисунок 6 - Габаритный чертеж диода КД522Б.

· 5 конденсаторов с номиналами:

С1=C2=1мк*63В, С3= 220мк*25В, С4=C5=10мк*15В.

Исходя из температурного режима работы схемы и максимального напряжения работы конденсатора, выбираем марку К50-35. Габаритный чертеж представлен на рисунке 7.



Таблица 7 - Технические характеристики конденсатора К50-35.

Характеристики	Значения
Диапазон ёмкостей	2,2 - 4700 мкФ
Диапазон напряжений	6,3 - 350 В
Допустимое отклонение ёмкости	±20%
Ток утечки	3 мкА
Тангенс угла потерь, tgд	0,07 - 0,24
Содержание драгоценных металлов	серебро 0,0013 г
Выработка	2000 ч

Рисунок 7 - Габаритный чертеж конденсатора К50-35.

1.3 Обоснование типа печатной платы

Печатная плата - изоляционное основание с нанесенным на его поверхность печатным монтажом. Их применение повышает надежность аппаратуры, обеспечивает повторяемость электрических параметров, создает предпосылки для автоматизации производства (высокая производительность и низкая себестоимость), уменьшает габариты и массу. Наиболее распространены односторонние печатные платы (ОПП) и двухсторонние печатные платы (ДПП) с основаниями из слоистого диэлектрика. Проведем их сравнение.

ОПП характеризуется: возможностью обеспечить повышенные требования к точности выполнения проводящего рисунка; установкой навесных элементов на поверхность платы со стороны, противоположной стороне пайки, без дополнительной изоляции; возможностью использования перемычек без изоляции; низкой стоимостью конструкции. В ОПП для трассировки пересекающихся цепей используют перемычки из проволоки.

Главным достоинством ОПП является ее низкая стоимость и простота изготовления. Применяется, главным образом, для несложных схем.

ДПП выполняется с металлизированными отверстиями, характеризуются высокими коммутационными свойствами, повышенной прочностью соединения вывода навесного ЭРЭ с проводящим рисунком. Недостатком ДПП является более высокая стоимость по сравнению с ОПП. Применяется для схем повышенной сложности.

Учитывая несложность схемы проектируемой аппаратуры, предлагается применить ОПП. При этом будет обеспечиваться необходимая точность изготовления платы и низкая стоимость.

1.4 Выбор класса точности печатной платы

ГОСТ 23751-86 устанавливает пять классов точности ПП, каждый из которых характеризуется минимальным допустимым значением номинальной ширины проводника(t),расстоянием между проводниками(S), расстоянием от края просверленного отверстия до края контактной площадки(b),отношением диаметра отверстия к толщине ПП(d) в узком месте. Однако в настоящее время изготавливают ПП по 6 и 7 классам точности с шириной проводников 70..40 мкм.

Основными критериями при выборе класс точности ПП являются:

· Конструкторская сложность - степень насыщенности поверхности ПП электрорадиоизделиями (ЭРИ) (малая, средняя, высокая) при традиционной элементной базе или число вывода поверхностно - монтируемый компонент (ПМК) и шаг их расположения;

· Элементная база

· Тип, число и шаг вывода ЭРИ

· Быстродействие

· Надежность

· Массогабаритные характеристики

· Стоимость

· Условия эксплуатации

· Максимальные ток и напряжение

· Уровень технологического оснащения конкретного производства.

Изготовление ПП определенного класса точности обеспечивают, применяя технологическое оснащение и вспомогательные материалы.

Печатные платы 1 и 2 классов точности наиболее просты в исполнении, надежны в эксплуатации и имеют минимальную стоимость. Для ПП 3 класса точности необходимо использовать высококачественные материалы более точный инструмент и оборудование, для ПП 4 и 5 классов специальные материалы, прецизионное оборудование, особые условия при изготовления, ПП 6 и 7 классов - это высокоплотные ПП, для которых нужны специальные конструкции, материалы и технологические оснащение.

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

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

Для рассматриваемого примера выбираем одностороннюю печатную плату, изготавливаемую по 3 классу. Выбор типа обусловлен компоновочной схемой узла, выбор класса точности - плотностью электрических связей и шагом расположения выводов. В схеме используется только один элемент в корпусе DIP-14 с шагом расположения выводов 2,54 мм.

Номинальные значения основных параметров элементов конструкции ПП для третьего класса точности берутся следующими:

? Максимальные размеры ПП, мм: 470Ч470;

? Минимальная ширина проводника t=0.25мм;

? Минимальная ширина зазора s=0.25мм;

? Предельное отклонение печатного проводника ?t= ±0,10

? Гарантийный поясок контактной площадки bmin=0,10мм;

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

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

? Отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы г=0,33

Коммутационная способность ПП зависит от класса точности и шага координатной сетки. Шаг координатной сетки выбираем равным 1,25 мм для третьего класса точности.

1.5 Выбор материала для изготовления печатной платы

В качестве основания печатной платы используются слоистые диэлектрики на основе бумаги (гетинакс) и на основе стеклоткани (стеклотекстолиты). Выбор материала определяется электроизоляционными свойствами, механической прочностью, обрабатываемостью, стабильностью параметров при воздействии агрессивных сред и изменяющихся климатических условий, себестоимостью. Стеклотекстолит превосходит гетинакс практически по всем техническим и электрическим характеристикам: допустимая влажность окружающей среды для платы без дополнительной влагозащиты (85% для гетинакса и 93% для стеклотекстолита). Стеклотекстолит имеет меньший тангенс угла диэлектрических потерь (0,035 против 0,07) и меньшую диэлектрическую проницаемость (5,5 против 7,0), что уменьшает паразитную емкость; водопоглощение при толщине 1,5мм (20мг против 80мг), прочность на отслаивание фольги после кондиционирования в гальваническом растворе (3,6Н против 1,8Н), прочность на отрыв контактной площадки (60Н против 50Н) - важный показатель для плат, эксплуатируемых в жестких механических условиях.

Исходя из выше сказанного стеклотекстолит превосходит гетинакс практически по всем показателям, но стоимость его значительно выше.

Предпочтительными значениями номинальных толщин одно- и двусторонних печатных плат являются 0,8; 1,0; 1,5; 2.0 мм.

Материалы, рекомендуемые для изготовления печатных плат, приведены ниже в таблице 8.

Таблица 8- Материалы для изготовление ПП:

Тип печатной платы	Наименование	Марка	Толщина материала, мм	ГОСТ. ТУ
ОПП и ДПП	Гетинакс фольгированный	ГФ-1-50 ГФ-2-50 ГФ-1-35 ГФ-2-35	1,0…3.0 1,5…3.0 1,0…3.0 1,0…3.0	ГОСТ 10316-78
ОПП и ДПП	Стеклотекстолит фольгированный	СФ-1-35 СФ-2-35 СФ-1-50 СФ-2-50 СФ-1Н-50 СФ-2Н-50	0,8…3.0 0,8…3.0 0,5…3.0 0,5…3.0 0,8…3.0 0,8…3.0	ГОСТ 10316-78
ОПП и ДПП	Стеклотекстолит фольгированный повышенной нагревостойкости	СФНП-1-50 СФНП-2-50	0,5…3,0 0,5…30	ГОСТ 10316-78

Исходя из того, что проектируемая аппаратура эксплуатируется при обычных значениях механических нагрузок и средних климатических условий используем стеклотекстолит СФ-1-35. Толщиной 1,5мм.



1.6 Выбор метода изготовления печатной платы

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

В промышленности в настоящее время широко внедряются химические методы получения проводящего рисунка печатных плат из фольгированных материалов с утонченной фольгой (5…10 мкм). В таких печатных платах удается получить узкие печатные проводники и повысить плотность печатного монтажа.

Основными методами, применяемыми в промышленности для создания рисунка печатного монтажа, являются офсетная печать, сеткография и фотопечать. Выбор метода определяется конструкцией ПП, требуемой точностью и плотностью монтажа, производительностью оборудования и экономичностью процесса.

Метод офсетной печати состоит в изготовлении печатной формы, на поверхности которой формируется рисунок слоя. Форма закатывается валиком трафаретной краской, а затем офсетный цилиндр переносит краску с формы на подготовленную поверхность основания ПП. Метод применим в условиях массового и крупносерийного производства с минимальной шириной проводников и зазоров между ними 0,3 ... 0,5 мм (платы 1 и 2 классов плотности монтажа) и с точностью воспроизведения изображения ±0,2 мм. Его недостатками являются высокая стоимость оборудования, необходимость использования квалифицированного обслуживающего персонала и трудность изменения рисунка платы.

Сеткографический метод основан на нанесении специальной краски на плату путем продавливания ее резиновой лопаткой (ракелем) через сетчатый трафарет, па котором необходимый рисунок образован ячейками сетки, открытыми для продавливания. Метод обеспечивает высокую производительность и экономичен в условиях массового производства. Точность и плотность монтажа аналогичны предыдущему методу.

Самой высокой точностью (±0,05 мм) и плотностью монтажа, соответствующими 3--5 классу (ширина проводников и зазоров между ними 0,1--0,25 мм), характеризуется метод фотопечати. Он состоит в контактном копировании рисунка печатного монтажа с фотошаблона па основание, покрытое светочувствительным слоем (фоторезистом).[6]

Учитывая вышесказанное и принимая во внимание требования технического задания, выбираем метод изготовления печатной платы химический с получением рисунка печатного монтажа методом фотопечати.



2. Разработка топологии печатной платы

2.1 Расчет электрических характеристик печатной платы

Исходные данные для расчетов:

- толщина печатных проводников;

- длина участка, на котором проводники параллельны друг друга;

- ширина проводников;

- расстояние между проводниками;

- удельное объемное электрическое сопротивление проводника полученного методом химического травления;

- плотность тока для проводниеов полученных методом химического травления;

- частота переменного тока в проводнике;

- коэффициент, зависящий от свойств токопроводящего материала меди;

- коэффициент концентрации тока на углах сечения проводника.

Постоянный ток в печатных проводниках

Постоянный ток в печатном проводнике распределяется равномерно по его сечению при условии, что материал однороден не имеет локальных посторонних включений других веществ.

Сопротивление проводника шириной b (мм) и толщиной tn (мм)

,

Расчет на допустимую плотность тока следует проводить для узких проводников (b<1 мм), в которых ток не превышает 2 А можно не проводить.

Падение напряжения на печатных проводниках:

,

Переменный ток в проводниках.

В противоположность постоянному току распределение переменного тока в печатных проводниках происходит неравномерно. Это обусловлено наличием поверхностного эффекта, возникающего при протекании по проводнику высоко частотного переменного тока.

Явление поверхностного эффекта может быть количественно охарактеризовано эффективной глубиной проникновения тока, которая для немагнитных проводников определяется по формуле:

,

Сопротивление наиболее распространенных в технике печатных плат плоских медных проводников на высоких частотах:

,

2.2 Расчет потребляемой мощности

Максимальное количество мощности схема потребляет в зависимости от типов, применяемых элементов. Микросхема серии К561 потребляют мощность не более 25 мВт. Транзистор потребляет мощность 1,2 Вт. Стабилитрон потребляет мощность 0,2 Вт, такую же мощность потребляют диоды. Диодный мост потребляет мощность 0,3 Вт. Резисторы потребляют 2,75 Вт. Конденсаторы потребляют не более 0,5 Вт,



,

2.3 Расчет ширины печатных проводников

Для стабильной работы печатных проводников должно соблюдаться неравенство: печатный плата проводник индуктивность

,

Где I=0,2А - максимальный ток протекающий через проводник;

=30А/мм2 - допустимая плотность тока для проводников, полученных методом химического травления;

=35мкм - толщина проводника;

b - ширина проводника [мм].

0.19мм

Ширина дорожек должна быть больше или равна 0,19 мм. Так как ширина проводников равна 0,25 мм, то это значит, что ширина проводников достаточна для обеспечения надёжной работы устройства.

2.4 Расчет взаимной емкости и индуктивности печатных проводников

Емкость между печатными проводниками, используемыми в качестве линий связи в логических схемах, служит источником помех, оказывающих существенное влияние на работу аппаратуры.

Печатная плата, рассматриваемая в данной работе является односторонней, поэтому расчет взаимных емкостей и индуктивностей будем производить для проводников расположенных на одной стороне печатной платы.

Емкость (пФ) между двумя параллельными печатными проводниками одинаковой ширины, расположенными на одной стороне платы:

,

где - диэлектрическая проницаемость среды (воздуха);

Индуктивность с одной стороны печатной платы:

,

L

L=

,

Из расчета видно, что задержка сигнала не будет существенно влиять на работу схемы.

2.5 Выбор размера печатной платы

Для нахождения размеров печатной платы сначала определяют площадь печатной платы. Воспользуемся данными таблицы 9.

Таблица 9 - Данные для определения площади печатной платы.

Тип ЭРЭ	Установочная площадь Si, мм2	Количество, n	Si *n, мм2
К561ЛА7	193,7	1	193,7
Транзисторы	21,84	1	21,84
Диоды	18,6	2	37,2
Стабилитрон	55	2	110
Диодный мост	75	2	150
Резисторы	27	11	297
Ключ	55	1	55
Конденсатор 1мкФ,10мкФ	32,15	4	128,6
Конденсатор 220 мкФ	113	1	113

Площадь печатной платы, Sпп определяется по формуле:

2

Линейные размеры печатной платы, установленные ГОСТ 10317-79, следует выбрать из Таблицы 10:

Таблица 10 - Линейные размеры ПП по ГОСТ 10317 - 79.

Ширина, мм	Длина, мм	Ширина, мм	Длина, мм	Ширина, мм	Длина, мм	Ширина, мм	Длина, мм
20	30	60	90	100	120	140	150
	40		100		130		200
30	40		140	110	150	150	150
40	60		150		170		170
45	75	75	75	120	120		180
	80		80		140		200
50	60		140		150	160	170
	80	80	130		160		200
	100		140		170	170	180
	150	90	90		180		200
60	60		120		200		280
	80		150	130	200	200	360

Размер печатной платы выберем 40х60мм. Коэффициент заполняемости печатной платы будет равен 0,46.



3. Оценка показателей качества печатной платы

3.1 Оценочный расчет теплового режима печатной платы

Расчет размеров нагретой зоны

Определение объема деталей:

Складываем объем всех деталей по формуле.

,

Конструкция является системой многих тел с неравномерно распределенными источниками и стоками тепловой энергии. Ее температурное поле может иметь достаточно сложный характер, зависящий от распределения источников и стоков тепловой энергии, геометрии элементов конструкции и их теплофизических свойств. При построении тепловой модели упрощают элементы конструкции и идеализируют протекающие в них тепловые процессы.

Одним из способов упрощения - замена сложной по форме нагретой зоны элемента конструкции прямоугольными параллепипедом - эквивалентной нагретой зоной с одинаковой среднеповерхностной температурой и равномерно распределенным источником тепловой энергии. Такая замена выполняется на основании принципа усреднения. Эффективная толщина нагретой зоны:

,

Где - толщина печатной платы;

- длина печатной платы;

- ширина печатной платы;

- температура среды;

- мощность рассеиваемой зоны;

- точность вычисления температуры;

1.Задаем перегрев зоны - относительно окружающей среды в 1 - ом приближении перегрев равен 10К.

2.Определяем температуру зоны:

,

3.Рассчитываем среднюю температуру между нагретой зоны и средней.

,

4.Рассчитываем площадь поверхности зоны:

,

5.Находим определяющий размер эквивалентного куба :

,

6. Определяем вид теплового потока от зоны к среде по условию:

,

7. Если условие выполняется, то коэффициент теплообмена определяется: Для конвективного:



Где - предполагаемая температура зоны,

- температура среды,

А- коэффициент теплопередачи, зависит от вида окружающей среды, для воздуха A=1.34.

8. Для лучевого:

,

9.Находим суммарную тепловую проводимость:

,

10.Находим реальный перегрев корпуса:

,

11.Проверяем условия:

,

т. к , то

Расчет второго приближения производится так же как и 1-ого:

1.

2.



3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10. ,

11.

т. к , то

Реальный перегрев зоны относительно среды . Из расчета видно, что дополнительных мер по охлаждению платы не нужно, так как все элементы при таком значении перегрева сохраняют свою работоспособность.

3.2 Оценочный расчет вибропрочности

Исходные данные для расчетов:

Длина платы (a) =0.06 м;

Ширина платы (b) =0.04 м;

кг/м3 - плотность материала СФ-1-35;

м - толщина печатной платы;

Н/м2;

- Коэффициент Пауссона;

- линейное ускорение для третьей степени жесткости.

1. Определяем цилиндрическую жесткость ПП:



,

2. Расчет массы ПП:

,

3.Расчет массы радиоэлементов:

Масса микросхем:

Масса резисторов:

Масса разъемов:

Масса конденсаторов:

Масса диодов:

где- масса одной микросхемы; - масса одного резистора; - масса одного разъема; - масса одного конденсатора; - масса одного диода; - количество микросхем на плате; - резисторов; - разъемов; - кондесаторов; - диодов; Данные сведем в таблицу 11.

Таблица 11 - Масса всех элементов и их количество:

Название	Масса, гр	количество
К561ЛА7	5,6	1
Транзистор	8	1
Диоды	0.5	5
Постоянный резистор	0.15	11
Конденсаторы	0.2	5

Суммарная масса всех элементов:

,



Расчет резонансной частоты

.

где б=1/a2 - для четырехточечного закрепления печатной платы.

Условие вибропрочности имеет вид где - максимальная частота воздействующих на плату вибраций.

Устройство в данном курсовом проекте соответствует III степени жесткости вибронагрузок, так как для III степени . 425,21 > 120 Гц

Расчет на вибропрочность показал, что данная печатная плата не испытывает больших перегрузок и не нуждается в дополнительном закреплении.

3.3 Оценочный расчет надежности печатной платы

Надежность -- свойства изделия выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели в допустимых в пределах в течении требуемого промежутка времени.

Работоспособность - это такое состояние системы, при котором она в данный момент времени соответствует всем требованиям в отношении основных параметров, характеризующих нормальное протекание всех процессов.[3]

Отказ - событие, состоящее в полной или частичной утрате работоспособности системы.

Исходные данные для расчета показателей надежности типовых конструкции : принципиальная схема с указанием типов деталей, входящих в неё; режимы работы всех деталей (электрические, климатические и механические); значения интенсивности отказов всех типов деталей при номинальных и фактических режимах, значения среднего времени без отказной работы.

Суммарная интенсивность отказов типовой конструкции:

,

где i - интенсивность отказов, представляет собой вероятность отказов в единицу времени, - интенсивность отказа всего устройства

Основной показатель надежности восстанавливаемых изделий - наработка на отказ Т0 ,определяемая как среднее значение наработки между отказами. Наработка на отказ:

,

Интенсивность отказов комплектующих элементов, являющихся их исходной характеристикой надежности, зависит от режима работы и степени тяжести таких внешних воздействии, как температура, тепловой удар, влажность, вибрации, линейные ускорения, удары, радиация и т.д. =0к1к2...кн

Исходные данные:

i- отказ i-ого устройства

0- интенсивность отказа

Данные по интенсивности отказов для каждого элемента сведем в таблицу 12.

Таблица 12 - Интенсивности отказов для различных узлов конструкции:

Элемент	Интенсивность отказа, 0 (ч-1)	Число элементов, n	n0
КЛ561А7	0.013	1	0.013
Конденсаторы	0.013	5	0.169
Диоды	0.2	5	1
Резисторы	0.087	11	1.131
Транзистор	0,77	1	1.87
Паяные соединения	0.5	242	0.121
Печатная плата	0.001	1	0.001
ИТОГО , ч-1			3,384

Наработка на отказ: T0=1/=1/2.96 10-6 = 660502 ч.

Наработка на отказ 660502 ч., что равно 27520.92 суткам или 917.36 месяцам или 76.5 лет.



4. Разработка технологического процесса сборки печатной платы

Выбор конкретного варианта ТП проводится на основе анализа типового технологического процесса с учётом специфики производства изделия. В общем случае типовой процесс сборки и монтажа узла РЭА на ПП включает в себя следующие операции:

1) Подготовка выводов элементов.

Подготовка выводов элементов включает в себя формовку, обрезку и лужение выводов, с целью обеспечения правильного положения корпуса элемента относительно печатной платы и обеспечения хорошей паяемости выводов.

2) Подготовка поверхности ПП.

Обычно ПП поступают на сборку подготовленными к монтажу, с нанесенным консервирующим покрытием. Поэтому, перед сборкой производят расконсервацию платы и проверку паяемости. Однако при длительном хранении плат их качественные показатели ухудшаются. В этом случае производят горячее лужение или оплавление ПП

3) Сборка компонентов на ПП.

Состоит из подачи их к месту установки, ориентации выводов относительно монтажных отверстий или контактных площадок, сопряжением со сборочными элементами и фиксации в требуемом положении. Фиксация может производиться подгибкой выводов после их введения в монтажные отверстия, а также легкоплавкими жидкостями - припоем или органическим составом. Развитие элементной базы потребовало в отдельных случаях введение приклейки компонентов, так как в условиях механических воздействий прочность паяных соединений, выводов элементов может оказаться недостаточной для удержания компонентов на ПП.

4) Контроль правильности установки компонентов на ПП.

Производится визуально или с помощью автоматических оптических приборов-тестеров.

5) Подогрев платы.

Предварительный нагрев платы способствует установлению теплового баланса в системе "плата-припой", уменьшает тепловой удар, внутренние напряжения в соединениях и коробления ПП.

6) Пайка.

Способы пайки бывают контактные вручную и групповые. В нашем случае для пайки навесных элементов используется пайка волной припоя, а для пайки светодиодов используется ручная пайка.

7) Контроль пайки.

Выявление дефектов паяных со единений может производиться визуальным осмотром или с помощью таких способов, как тепловой контроль, контроль по току, рентгенотелевизионный контроль и др.

8) Промывка.

Для очистки печатных узлов от остатков флюса применяют следующие методы: ручная и механизированная очистка щетками, химическое и электрохимическое обезжиривание, струйная промывка, ультразвуковой метод, вибрационный метод. Для очистки применяют такие жидкости как трихлорэтилен, спирто-бензиновая смесь, хладон-113 и т.д.

9) Маркирование печатного узла.

10) Лакирование печатного узла с целью влагозащиты.

11) Выходной контроль печатного узла.

На данной операции выявляют различные внешние дефекты и контролируют параметры изделий с помощью КИП или на специальных стендах.



Заключение

В результате проделанной работы была разработана печатная плата имитатора поднятия трубки телефонного аппарата.

Был произведён анализ материалов и методов изготовления печатных плат. Был выбран 3 класс точности. Исходя из того, что проектируемая аппаратура эксплуатируется при обычных значениях механических нагрузок и средних климатических условий используем стеклотекстолит СФ-1-35. Толщиной 1,5мм. Выбрали размер платы по ГОСТ 10316 - 78 размером 40х60.

Также был произведён расчёт печатного монтажа с учётом погрешностей изготовления, в котором было выяснено, что минимальные расстояния между печатными проводниками, проводниками и контактными площадками достаточны для гарантированной работы устройства. Расчёт характеристик печатного узла выявил, что взаимная ёмкость и индуктивность проводников не оказывают существенного влияния на работу схемы. Был произведен расчет потребляемой мощности, она составила не более 5,475 Вт.

Расчёт устойчивости печатного узла к механическим воздействиям показал, что печатная плата имеет почти в четыре раза больший запас по резонансной частоте для третьей степени жёсткости и выдерживает установленные линейные ускорения для этой степени жёсткости.

Плата, разрабатываемая в курсовом проекте, имеет высокие показатели надёжности. В частности, наработка на отказ составляет около 76 лет.

Размещено на Allbest.ru

...