Волкоморов(печать) / Evstifeev_5

Максимально допустимая длина проводника задается схемотехником, исходя из частотных характеристик функционального узла. При выполнении учебных расчетов, будем считать, что для электронной аппаратуры, работающей на низких и средних частотах (до 1 МГц) = 30 мм (условно); на высокой частоте (1...300 МГц) = 10 мм; СВЧ (свыше 300 МГц) - не рассматривается. Данный усилитель работает на низких частотах, соответственно = 30 мм = 0,03 м.

Допустимое рабочее напряжение определим из соотношения:

доп = (0,1 ÷ 0,2) п;

где п − напряжение питания схемы. п = 20 В [2, с. 3]

доп = 0,15 ∙ 20 = 3 (В).

Толщина печатного проводника, исходя из выбора материала печатной

платы, равна

= 35 мкм = 0,35 ∙ 10−4 м.

Рассчитаем минимально допустимую ширину проводника:

мд = 1,72 ∙ 10−8 ∙ 1,56 ∙ 0,03 = 7,67 ∙ 10−6м = 7,67 ∙ 10−3мм 0,35 ∙ 10−4 ∙ 3

4.1.4.Расчет расстояния между соседними элементами

проводящего рисунка

Наименьшее номинальное расстояние между элементами проводящего рисунка (между двумя проводниками):

= + ∆ в.о.;

где − минимально допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка; ∆ в.о. − верхнее предельное отклонение ширины проводника.

Значение назначается из расчета обеспечения электрической прочности изоляции в соответствии с ОСТ4 ГО.010.011. Учитывая то, что максимальное напряжение на плате равно 60 В, выберем значение расстояния между проводниками 0,4 мм.

Значение ∆ в.о. согласно ГОСТ 23751-86 для ПП без мегалитического покрытия равно 0,1 мм.

Тогда:

= 0,4 + 0,1 = 0,5 мм.

4.2.Расчет параметров проводящего рисунка с учетом технологических погрешностей получения защитного рисунка

Расчет производится по методике, изложенной в ОСТ 4.010.022-85 с учетом предельных значений технологических коэффициентов, полученных в результате экспериментальных исследований точности отдельных операций.

12

4.2.1.Расчет минимального диаметра контактных площа-

док

При расчете минимального диаметра контактных площадок необходимо учитывать явление подтравливания и разращивания проводящего слоя, погрешности относительного расположения отверстия и контактной площадки.

Минимальный диаметр контактных площадок для односторонних плат, изготавливаемых комбинированным методом, определяется следующим образом:

= 1 + 1,5 ф;

где ф − толщина фольги; 1 − минимальный эффективный диа-

метр площадки.

1 = 2 ∙ ( + 2 + 0 + кп) ;

где − гарантированный поясок; − максимальный диаметр просверленного отверстия; 0 − погрешность расположения отверстия относительно координатной сетки, обусловленная точностью сверлильного станка 0 = 0,02 . . .0,1 мм; кп − погрешность расположения контактной площадки для односторонних ПП.

= св + ∆ ;

где св − диаметр сверла; ∆ − погрешность диаметра отверстия.

св = отв + (0,1 … 0,15);

где отв − диаметр отверстия.

кп = ш + п + э ; 2

где ш − погрешность расположения оси координатной сетки на фотошаблоне, ш = 0,01 . . .0,08 мм; п − погрешность расположения базовых отверстий на фотошаблоне п = 0,01 . . .0,05 мм; э − погрешность расположения элементов при экспонировании на слое э = 0,01 . . .0,03 мм.

Выберем следующие значения величин:

0 = 0,05 мм;ш = 0,05 мм;п = 0,03 мм;э = 0,02 мм;

∆ = 0,1 мм;

0,03 + 0,02кп = 0,05 + 2 = 0,075 мм;

Рассчитаем, минимальные диаметры контактных площадок для выводов разного диаметра.

Для вывода диаметром 0,5 мм

отв = 0,7 мм;св = 0,7 + 0,1 = 0,8 мм;

= 0,8 + 0,1 = 0,9 мм;

13

= 2,3 + 1,5 ∙ 0,035 = 2,35 мм

4.2.2.Расчет максимального диаметра контактных площа-

док

Максимальный диаметр контактной площадки рассчитывается по фор-

муле:

= ш + ∆Э;

где ш − максимальный диаметр окна фотошаблона; ∆Э − погрешность диаметра контактной площадки фотокопии при экспонировании рисунка

(0,01...0,03).

ш = ш + ∆ ш;

где ∆ ш − погрешность изготовления окна фотошаблона (0,01 ...0,03 мм).

14

Минимальный диаметр окна фотошаблона гарантирует получение контактной площадки не менее заданного, с учетом возможного уменьшения, за счет подсвета при экспонировании рисунка и определяется по формуле;

ш = + ∆Э;

После подстановки получим:

= + ∆ ш + 2 ∙ ∆Э;

зададимся ∆Э = 0,02 мм и ∆ ш = 0,02 мм, тогда:

= + 0,02 + 2 ∙ 0,02 = + 0,06 мм;

Рассчитаем, минимальные диаметры контактных площадок для выводов разного диаметра.

Для вывода диаметром 0,5 мм

= 1,6 + 0,06 = 1,66 мм;

Для вывода диаметром 0,6 мм

= 1,7 + 0,06 = 1,76 мм;

Для вывода диаметром 0,8 мм

= 1,9 + 0,06 = 1,96 мм;

Для выводе, диаметром 1,5 мм

= 2,75 + 0,06 = 2,81 мм;

Для вывода размером 0,88 × 0,6 мм:

= 2,35 + 0,06 = 2,41 мм;

4.2.3.Расчет минимальной ширины проводников

Минимальная ширина проводников определяется из условия достаточного сцепления (без отслаивания) проводника с диэлектриком, которое обуславливается адгезионными свойствами материала основания и гальваностойкостью оксидированного слоя фольги.

Расчет минимальной ширины проводников изготовленных комбинированным методом производится по формуле:

п = 1 + 1,5 ф;

где 1 − минимальная эффективная ширина проводника, которая определяется экспериментально и составляет 0,18 мм для 1-го и 2-го классов точности ПП. Тогда:

п = 0,18 + 1,5 ∙ 0,035 = 0,23 мм;

4.2.4.Расчет максимальной ширины проводников

Максимальная ширина проводника рассчитывается по следующей фор-

∆ ш = 0,03. . .0,06 мм.

Зададимся ∆ ш = 0,05 мм.

п = 0,23 + 2 ∙ 0,02 + 0,05 = 0,32 мм

15

4.2.5.Расчет минимального расстояния между проводни-

ком и контактной площадкой

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой рассчитывается по формуле:

1 = 0 − ( + кп + п + шт) ;

2 2

где 0 = 2,5 мм − расстояние между центрами рассматриваемых элементов (расстояние между выводами микросхемы);шт − погрешность расположения проводника на фотошаблоне относительно координатной сетки, шт = 0,03 . . . 0,06 мм.

Примем шт = 0,045 мм.

Рассчитаем минимальное расстояние между проводником и контакт-

4.2.6.Расчет минимального расстояния между двумя кон-

тактными площадками

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками рассчитывается по формуле:

2 = 0 − ( + 2 кп);

Рассчитаем минимальное расстояние между двумя контактными площадками различного диаметра:

Для вывода диаметром 0,5 мм

2 = 2,5 − (1,66 + 2 ∙ 0,075) = 0,69 мм;

Для вывода диаметром 0,6 мм

2 = 2,5 − (1,76 + 2 ∙ 0,075) = 0,596 мм;

Для вывода диаметром 0,8 мм

2 = 2,5 − (1,96 + 2 ∙ 0,075) = 0,39 мм;

16

•Для вывода размером 0,88 × 0,6 мм:

2 = 2,5 − (2,41 + 2 ∙ 0,075) = −0,06 мм;

4.2.7.Расчет минимального расстояния между двумя про-

водниками

Минимальное расстояние между двумя проводниками рассчитывается по формуле:

3 = 0 − ( п + 2 шт);3 = 2,5 − (0,32 + 2 ∙ 0,045) = 0,4 мм;

Контактные площадки могут иметь произвольную форму. Предпочтительной является круглая. Печатные проводники рекомендуется выполнять постоянной, возможно большей ширины на всем протяжении. В узком месте печатные проводники следует выполнять наименьшей номинальной ширины по возможно меньшей длине. Печатные проводники следует располагать равномерно на возможно большем расстоянии от соседних элементов проводящего рисунка следующим образом:

параллельно линиям координатной сетки или под углом: к ним;

параллельно направлению волны припоя или под углом к нему не более 30° со стороны пайки, если проводящий рисунок не покрывается защитной маской.

по оси, перпендикулярно касательной к контуру круглой контактной площадки.

5.Анализ технического задания и выбор конструкции узла с учётом параметров печатной платы и вида соединителя

5.1. Конструкторский расчет узла

Конструкторский расчет узла включает в себя расчет его механической прочности (на действие вибрации и удара) и теплового режима.

5.1.1.Расчет механической прочности

Рассчитаем узел на действие вибрации.

Периодическая вибрация характеризуется спектром, т.е. суммой гармонических составляющих. Коэффициент виброперегрузки в амплитуды виброускорения 0 и виброперемещение 0 связаны между собой соотношениями:

в = 0 = 4 2 2 0 ;

Зададимся амплитудой виброускорения 00 = 2 м/с2. Коэффициент виброперегрузки в0 равен:

17

где и - длина и ширина пластины; - цилиндрическая жесткость; - масса

пластины с элементами.

3

= 12(1 − 2) ;

где - модуль упругости; - толщина пластины; - коэффициент Пуассона.

419,61 г.

Найдем массу печатной платы без элементов по формуле:

пп = ∙ ∙ ∙ ;

где − плотность текстолита, = 1700 кг/м3.

пп = 0,18 ∙ 0,1 ∙ 0,0015 ∙ 1700 = 0,0459 кг;

= пп + эл = 0,41961 + 0,0459 = 0,4655;

Теперь рассчитаем частоту собственных колебаний ПП:

19

в с = 0,867 мкм.

Для кинематического возбуждения:

в к = | в к − 0| ;

где в к − амплитуда виброперемещения (для кинематического возбуждения).

Расчет амплитуды виброускорения в с и виброперемещения произве-

дем по следующим формулам:

в к = 4 2 02 0 = 00 ;в к = 0 ;

где − коэффициент динамичности для кинематического возбуждения.

= 1,65 [3, с. 165, рис. 4.30].

Тогда:

в к = 1,65 ∙ 2 = 3,3 м/с2;в к = 1,65 ∙ 0,867 = 1,431 мкм;

в к = |1,431 − 0,867| = 0,564 мкм;

Для оценки вибропрочности печатного узла необходимо проверить следующие условия:

в < доп 2;в < 0,003 ′;

где в − максимальный прогиб при силовом или кинематическом возбуждении; доп − допустимый размер стрелы прогиба на длине 1 м; − расстоянии от места закрепления до стрелы прогиба; ′ − размер стороны ПП, параллельно которой установлены элементы.

в = ( в с, ; в к) ;доп = 25 мм = 0,025 м;

= 0,066 м; [4, с. 143];

′ = ;

в = (0,867; 0,564) = 0,867 мкм = 0,867 ∙ 10−6 м; 0,867 ∙ 10−6 < 0,025 ∙ 0,0662;

0,867 ∙ 10−6 < 0,109 ∙ 10−3;

Первое условие выполняется. Проверим второе:

20

0,867 ∙ 10−6 < 0,003 ∙ 0,08; 0,867 ∙ 10−6 < 0,24 ∙ 10−3;

Второе условие выполняется. Следовательно, данный печатный узел соответствует требованиям вибропрочности.

Рассчитаем узел на действие удара.

Ударные воздействия характеризуются формой и параметрами ударного импульса. Учитывая, что максимальное воздействие на механическую систему оказывает импульс прямоугольной формы, расчеты будем проводить для такого импульса.