Волкоморов(печать) / Evstifeev_5

2

1. Задание

На основе исходных данных о технологическом процессе обработки деталей двух наименований, условно обозначенных А и Б, рассмотреть и решать вопросы в указанной последовательности:

1.Выбор и обоснование типа печатной платы

1.1.Провести анализ электрической принципиальной схемы и выбор элементной базы с учётом требований ТЗ.

1.2.Провести выбор и обоснование типа и технологии печатной платы, класса точности, габаритных размеров, материала, толщины, шага координатной сетки.

1.3.Произвести размещение и трассировку элементов.

2.Конструкторско-технологический расчёт платы

2.1.Расчёт параметров проводящего рисунка с учётом технологических погрешностей его получения.

2.2.Расчёт параметров проводящего рисунка с учётом технологических погрешностей получения защитного рисунка.

3.Анализ ТЗ и выбор конструкции узла с учётом параметров печатной платы и вида соединителя

3.1.Выполнить конструкторские расчёты узла.

3.1.1.Расчёт механической прочности.

3.1.2.Расчёт теплового режима.

3.2.Оценить уровень качества конструкции. Технологичность.

4.Разработка технологического процесса

4.1.Разработать техпроцесс сборки узла.

4.2.Разработать приспособление для сборки или контроля.

4.3.Провести расчёт приспособления.

4.4.Оформить расчётно-пояснительную записку.

4.5.Оформить альбом карт техпроцесса сборки узла.

4.6.Оформить чертежи:

4.6.1.Электрической принципиальной схемы.

4.6.2.Топологии печатной платы.

4.6.3.Сборочного чертежа узла.

4.6.4.Сборочного чертежа приспособления.

3

2.Исходные данные

1.Схема электрическая принципиальная. Представлена на чертеже КП.101.008.000 ЭЗ;

2.Условия эксплуатации:

Усилитель предназначен для работы с двигателем АДП-123Б в следящей системе.

Устройство способно работать в следующих условиях внешней среды:

Диапазон рабочих температур, -10…+60 ̊C

Относительная влажность 90% (25 ̊C).

3.Годовая программа выпуска: 800…1000 шт./год. серийное производство.

4

3.Выбор и обоснование типа печатной платы

3.1.Анализ электрической принципиальной схемы и выбор элементной

базы с учётом требований технического задания

Выбор элементной базы осуществлён в рамках курсового проекта по расчёту усилителя.

3.2. Выбор и обоснование типа, класса точности, технологии изготовления, габаритных размеров, материала, толщины и шага координатной сетки

печатной платы.

3.2.1.Выбор и обоснование типа печатной платы

По конструкции, в зависимости от количества слоев с токопроводящим рисунком печатные платы делятся на три типа:

односторонние ПП;

двусторонние ПП;

многослойные ПП;

гибкие ПП.

При выборе типа ПП учитывают [1, c.82]: тип элементной базы, возможность выполнения всех коммутационных соединений, технико-эко- номические показатели (стоимость, технологичность, уровень унификации и стандартизации), возможность автоматизации процессов изготовления, контроля и диагностики.

Для данного узла выберем одностороннюю ПП, по следующим причинам:

высокая надёжность данного типа плат;

обеспечивает повышенные требования к точности изготовления проводящего рисунка;

отсутствие металлизированных отверстий;

удобная, без дополнительного изоляционного покрытия, установка навесных элементов на поверхность платы со стороны, противоположной стороне пайки;

возможность использования перемычек из проводникового материала;

низкая стоимость.

3.2.2.Выбор и обоснование 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

5

площадки (b), отношением диаметра отверстия к толщине ПП (γ) в узком месте. Однако сейчас изготавливают ПП по 6 и 7 классам точности с шириной проводников 70 ... 40 мкм.

Основными критериями при выборе класса точности ПП являются

[1, с.83]:

конструкторская сложность ФУ – степень насыщенности поверхности ПП ЭРИ (малая, средняя, высокая) при традиционной ЭБ или число выводов ПМК и шаг их расположения;

ЭБ (дискретные ЭРЭ, ИМС, МСБ, ПМК, бескорпусные ИЭТ);

тип, число и шаг выводов ЭРИ (штыревые, планарные, безвыводные, J-образные, матричные и пр.);

быстродействие;

надёжность;

массогабаритные характеристика;

стоимость;

условия эксплуатации;

максимальные ток и напряжение;

уровень технологического оснащения конкретного производства.

Выберем второй класс точности, так как платы данного класса просты и дёшевы в изготовлении, а также надёжны в эксплуатации. Согласно табл. 3.6. [1, с. 84] данный класс точности имеет следующую область применения и технологическое обоснование:

Область применения: для ПП с дискретными ЭРИ при малой и средней насыщенности поверхности ПП ЭРИ;

Оборудование: без ограничений;

Основные материалы: Без ограничений для ПП 1-й и 2-й групп жесткости. Для 3-й и 4-й групп – на основе стеклоткани;

Вспомогательные материалы: без ограничения;

Тип производства: от мелкосерийного до крупносерийного; Учитывая выбранный класс точности, данная ПП должна удовлетворять

следующим требованиям:

Минимально допустимые значения:

Номинальная ширина проводника (t), мм………………………0,45

Расстояние между проводниками (S), мм…………………….…0,45

Расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки – гарантированный поясок (b), мм …………………... 0,2

Отношение диаметра отверстия к толщине ПП (γ) в узком месте

…………………………………………………………………...….0,4

3.2.3. Выбор и обоснование технологии изготовления печатной платы

6

Согласно ОСТ4 ГО.010.01 1 при создании новых изделий радиоэлектронной аппаратуры рекомендуются следующие методы изготовления печатных плат:

комбинированный (позитивный и негативный) для изготовления двусторонних и односторонних печатных плат по нормам класса Б, предназначенных для использования в наиболее ответственной аппаратуре.

химический - для изготовления односторонних печатных плат, предназначенных для использования в широковещательной аппаратуре;

металлизация сквозных отверстий - для изготовления многослой-

ных печатных плат.

Выберем комбинированный позитивный метод изготовления ПП по следующим причинам:

возможность воспроизведения всех типов печатных элементов с высокой степенью разрешения;

защищенность фольгой изоляции от технологических растворов - хорошая надежность изоляции;

хорошая прочность сцепления (адгезия) металлических элементов платы с диэлектрическим основанием (следовательно – повышенная надежность и срок службы).

3.2.4.Выбор и обоснование материма и толщины основа-

ния печатной платы

По ГОСТ 10316-78 с учетом ГОСТ 23751-86, а также условий эксплуатации устройства выберем в качестве материала основания ПН стеклотекстолит марки СФ-1-35Г (Стеклотекстолит, облицованный с одной стороны медной электролитической гальваностойкой фольгой толщиной 35 мкм). Выбор обусловлен следующими преимуществами данного материала перед гетинаксом:

огнеупорность;

высокая прочность;

хорошее сцепление с фольгой;

предельно допустимая рабочая температура фольгированного материала в виде печатной платы, 85 °С. (Температура характеризует нагревостойкость фольгированного материала по ГОСТ 8865, определение термина «нагревостойкость» - по ГОСТ 21515.

Продолжительность работы печатной платы устанавливается по-

требителем в зависимости от конструкции и технологии изготовления платы.)

Согласно ОСТ4 Г0.010.01 1 рекомендуются платы толщиной 0,8; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 мм. Толщину плат следует выбирать с учетом метода изготов-

7

ления, исходя из механических требований, предъявляемых к конструкции печатного узла. Толщина платы обеспечивается для одно и двусторонних плат подбором материала по соответствующим техническим условием и стандартам:.

Исходя из вышесказанного, выберем толщину материала с фольгой рав-

ной

1,5 мм;

3.2.5.Выбор и обоснование габаритных размеров печат-

ной платы

Согласно ГОСТ 10317-79 размеры каждой стороны печатной платы должны быть кратными :

2,5 – при длине до 100 мм;

5.0– при длине до 350 мм;

10.0 – при длине более 350 мм.

Максимальный размер любой из сторон должен быть не более 470 мм. Допуски на линейные размеры сторон печатной платы должны соответствовать установленным ГОСТ 25346-89 и ГОСТ 25347-82. Соотношение линейных размеров сторон печатной платы должно быть не более 3:1. ОСТ4 ГО.010.011 дополнительно устанавливает предпочтительные и возможные соотношения размеров ПП и ее предпочтительную' форму. Согласно ОСТ4

ГО.010.011:

Разрабатываемые печатные платы рекомендуется выполнять прямоугольной формы. Конфигурацию плат, отличную от прямоугольной, следует использовать только при необходимости, Размеры разрабатываемых плат не должны превышать для одно- и двусторонних плат 240x360 мм (круп негабаритные). Рекомендуемые соотношения сторон 1:1;; 1:2; 2:3; 2:5. Платы всех размеров рекомендуется выполнять с плотностью монтажа, соответствующей классу А. Плотность монтажа, соответствующую классу Б, следует использовать на малогабаритных платах (до 120x180 мм).

Исходя из вышесказанного, а также анализа элементной базы печатного узла на возможность ее размещения на ПП, принимаем следующие размеры ПП:

Размер платы 80x160 мм что соответствует ГОСТ 10317-79 и ОСТ4 ГО.010.011. Сопрягаемые размеры контура платы должны иметь предельные отклонения по 12-му квалитету ГОСТ 25347-82, несопрягаемые – по 14-му.

3.2.6.Выбор и обоснование шага координатной сетки пе-

чатной платы

В соответствии с ГОСТ 10317-79, и исходя из особенностей схемы, выбираем шаг координатной сетки 0,5 мм

8

4.Конструкторско-технологический расчёт платы

4.1.Расчет параметров проводящего рисунка с учетом технологических по-

грешностей его получения

Конструкторско-технологический расчет ПП производится с учетом производственных погрешностей проводящего рисунка, фотошаблонов, базирования, сверления, экспонирования и др. по ГОСТ 23751 -86 и ОСТ 4.010.02285. Для большей наглядности приведем схему участка печатной платы с указанием необходимых величин (рис. 1).

Рисунок 1.Схема участка печатной платы. Нм. - толщина основания ПП: Нп - толщина ПП; d - диаметр отверстия; D - диаметр контактной площадки: t - ширина проводника; S – расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка.

4.1.1. Расчет диаметров монтажных отверстий

Номинальный диаметр монтажных металлизированных и неметаллизированных отверстий рассчитывается исходя из соотношения:

= э + + |∆н.о.|;

где ∆н.о. - нижнее предельное отклонение диаметра отверстия; э - максимальное значение диаметра вывода ЭРИ, устанавливаемого на ПП (для прямоугольного вывода за диаметр принимается диагональ его сечения); - разность между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным диаметра вывода, устанавливаемого ЭРИ (0,1…0,4 мм при ручной установке ЭРИ, 0,4…0,5 мм - при автоматической).

Учитывая относительно невысокий годовой объем производства, что значит высокую вероятность ручной установки ЭРИ на ПП, примем значение

= 0,1 мм.

Монтажные отверстия неметаллизированны - учтем это при выборе нижнего предельного отклонения диаметра отверстия (по ГОСТ 23751-86, табл. 2).

9

Рассчитаем, номинальные диаметры монтажных отверстий для выводов разного диаметра, при этом размеры монтажных отверстий выберем из ряда по ГОСТ 10317-79.

Расчет диаметра отверстия для вывода диаметром 0,5 мм:

≥ 0,5 + 0,1 + 0,1 = 0,7 мм;

Выберем = 0,7 мм.

Расчет диаметра отверстия для вывода диаметром 0,6 мм:

≥ 0,6 + 0,1 + 0,1 = 0,8 мм;

Выберем = 0,8 мм.

Расчет диаметра отверстия для вывода диаметром 0,8 мм:

≥ 0,8 + 0,1 + 0,1 = 1 мм;

Выберем = 1 мм.

Расчет диаметра отверстия для вывода диаметром 1,5 мм:

≥ 1,5 + 0,1 + 0,15 = 1 ,75 мм;

Выберем = 1,8 мм.

Расчет диаметра отверстия для вывода размером 0,88 × 0,6 мм:

э = √0,882 + 0,62 ≈ 1,065 мм.≥ 1,065 + 0,1 + 0,15 = 1 ,4 мм;

Выберем = 1,4 мм.

4.1.2. Расчет диаметра контактных площадок

Наименьший номинальный диаметр контактной площадки рассчитывается по следующей формуле:

где − номинальное значение диаметра монтажного отверстия; ∆ в.о. − верхнее предельное отклонение диаметра отверстия; − гарантированный поясок; ∆ в.о. − верхнее предельное отклонение ширины проводника; ∆ тр − величина подтравливания диэлектрика в отверстии (0,03 мм - для многослойных ПП, 0 - для однослойных и двухслойных ПП); − позиционный допуск расположения осей отверстий; ); − позиционный допуск расположения центров контактных площадок; ∆ н.о. − нижнее предельное отклонение ширины проводника.

Рассчитаем, номинальные диаметры контактных площадок для выводов разного диаметра, при этом размеры выберем из ряда по ГОСТ 10317-79.

Расчет диаметра контактной площадки для вывода диаметром 0,5

мм

= 0,7 + 0,05 + 2 ∙ 0,2 + 0,1 + √0,152 + 0,252 + 0,12 = 1,558 мм;

Выберем = 1,6 мм.

10

Расчет диаметра контактной площадки для вывода диаметром 0,6

мм

= 0,8 + 0,05 + 2 ∙ 0,2 + 0,1 + √0,152 + 0,252 + 0,12 = 1,658 мм;

Выберем = 1,7 мм.

Расчет диаметра контактной площадки для вывода диаметром 0,8

мм

= 1 + 0,05 + 2 ∙ 0,2 + 0,1 + √0,152 + 0,252 + 0,12 = 1,858 мм;

Выберем = 2 мм.

Расчет диаметра контактной площадки для вывода диаметром 1,5

мм

= 1,8 + 0,1 + 2 ∙ 0,2 + 0,1 + √0,152 + 0,252 + 0,12 = 2,708 мм;

Выберем = 2,8 мм.

Расчет диаметра контактной площадки для вывода размером

0,88 × 0,6 мм:

= 1,4 + 0,1 + 2 ∙ 0,2 + 0,1 + √0,152 + 0,252 + 0,12 = 2,308 мм;

Выберем = 2,4 мм.

4.1.3.Расчет ширины печатных проводников

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

Наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника рассчитывают по формуле:

= мд + |∆ н.о.|;

где мд − минимально допустимая ширина проводника. Которая с учетом допустимого падения напряжения на нем, если конструкция проводника состоит из одного слоя меди, рассчитывают по формуле [1, с. 113]:

мд = ;

где − удельное сопротивление слоя меди; − максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках; − максимально допустимая длина проводника; − толщина печатного проводника; доп − допустимое рабочее напряжение.

Удельное сопротивление слоя меди равно = 1,72 ∙ 10−8Ом ∙ м (медная фольга).

Максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках, найдем исходя из того, что максимальный переменный ток в проводниках равен: