Выбор типа печатной платы

Двухсторонняя печатная плата изготавливается комбинированным позитивным методом и имеет 3-й класс точности. Шаг координатной сетки выбираем равным 0,625мм, что диктуется расстоянием между ножками отдельных элементов. Класс точности 3 предназначен для ПП с микросборками и микросхемами, имеющими штыревые и планарные выводы, а также с безвыводными ИЭТ при средней и высокой насыщенности поверхности ПП навесными изделиями. Исходными данными являются:

толщина фольги, мкм - 35;

максимальный ток через проводник, мА - 450;

максимальная длина проводника, м – 0,12;

допустимое падение напряжение на проводнике, В - 0,2;

максимальный диаметр выводов ЭРЭ, мм – 0,8;

относительная диэлектрическая проницаемость среды между

проводниками - 5;

размеры платы, мм - 6050;

толщина платы, мм – 1,5;

расстояние между выводами микросхем, мм – 2,5;

Определяем минимальную ширину печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления, мм :

(6.4.3)

где - максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках;- допустимая плотность тока, выбираемая в зависимости от метода изготовления . В нашем случае= 48А/мм; t – толщина проводника, мм.

. Определяем минимальную ширину проводника, исходя из допустимого падения напряжения на нем, мм:

(6.4.4)

где p – удельное объемное сопротивление, для нашего случая p = 0,0175 .– допустимое падение напряжения,В.

Определяем номинальное значение диаметров монтажных отверстий:

(6.4.5)

где - максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ, мм;- нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия;= 0,1мм; r – разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ЭРЭ, ее выбирают в пределах 0,1…0,4 мм.

Рассчитываем диаметр контактных площадок. Минимальный диаметр контактных площадок, изготавливаемых комбинированным позитивным методом при фотохимическом способе получения рисунка, мм:

(6.4.6)

где - толщина фольги, мм;- минимальный эффективный диаметр площадки, мм:

(6.4.7)

где - расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки, мм;- допуски на расположение отверстий и контактных площадок, мм;- максимальный диаметр просверленного отверстия, мм;

Определим максимальный диаметр просверленного отверстия

(6.4.8)

где - допуск на отверстие, мм. В нашем случае= 0,035мм, = 0,25мм, = 0,1мм, = 0,05мм.

Максимальный диаметр контактной площадки:

(6.4.9)

Определяем ширину проводников. Минимальная ширина проводников , изготавливаемых комбинированным позитивным методом, мм:

(6.4.10)

где - минимальная эффективная ширина проводников,= 0,18мм для плат 1, 2, 3-ого класса точности.

Максимальная ширина проводников, мм:

(6.4.11)

Определяем минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка.

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой, мм:

где - расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм;- допуск на расположение проводников, мм. В нашем случае= 0,05мм.

Вычисление сопротивления изоляции печатных цепей, расположенных на поверхности платы, произведем по формуле :

(6.4.12)

где – сопротивление изоляции разобщенных печатных цепей,Ом; - удельное поверхностное сопротивление изоляционного основания,Ом; = 5Ом; S - изоляционный зазор разобщенных цепей, мм; - длина изоляционного зазора, мм;

Основными параметрами, обуславливающими стабильность работы печатных плат, являются тангенс угла потерь , диэлектрическая проницаемость, которые больше всего подвержены изменению в процессе старения органического основания платы.

Изменение диэлектрических свойств печатной плат (от воздействия температуры и влаги) приводит к существенным потерям, которые могут достигать 70% от расчетной мощности схемы .

Таким образом, параметры печатного монтажа отвечают требованиям, предъявляемым к платам 3-го класса точности.

6.5 Полный расчет надежности

Надежность характеризует свойство системы сохранять величины выходных параметров в пределах установленных норм при заданных условиях.

Существующие методы расчета показателей надежности РЭУ различаются степенью точности учета электрического режима и условий эксплуатации элементов. Ориентировочный расчет выполняется на начальных стадиях проектирования РЭУ, когда еще не выбраны типы и эксплуатационные характеристики элементов, не спроектирована конструкция и отсутствуют результаты конструкторских расчетов.

Уточненный расчет показателей надежности выполняют на заключительных стадиях проектирования РЭУ, когда выбраны типы и типоразмеры элементов, спроектирована конструкция и имеются результаты расчета тепловых режимов, виброзащищенности и т.п .

При уточненном расчете пользуются следующими допущениями (предпосылками):

а) отказы элементов случайны и независимы;

б) для элементов РЭУ справедлив экспоненциальный закон надежности;

в) принимаются во внимание только внезапные отказы, т.е. вероятность с точки зрения отсутствия постепенных отказов равны единице;

г) учитываются элементы электрической схемы, монтажные соединения, конструктивные элементы устройства (шасси, корпус, провода и т.п.);

д) учет электрического режима и условий эксплуатации элементов выполняется более точно.

Методика уточненного расчета:

1.Определяют коэффициенты электрической нагрузки элементов РЭУ.

(6.5.1)

В качест­ве электрической нагрузки F_ном используют номинальные или предельные по ТУ электрические характеристики элементов, вы­бранные для проектируемой конструкции РЭУ. Электрические характеристики F_раб берут из результатов электрического расчета принципиальной электрической схемы РЭУ или получают путем экспресс-анализа (ориентировочной оценки) электрических нагру­зок схемных элементов.

2.Принимают решение о том, какие факторы, кроме коэф­фициента электрической нагрузки, будут учтены. Используя результаты конструкторских расчетов, опреде­ляют значения параметров, описывающих учитываемые факторы, причем эти значения желательно иметь для каждого элемента.

3. Формируются группы однотипных элементов. Признаками объединения элементов в одну группу в данном расчете является не только функциональное назначение элемента, но и примерное равенство коэффициентов электрической нагруз­ки и параметров, описывающих другие учитываемые эксплуата­ционные факторы. Если для элементов одного и того же функционального на­значения значения Кн < 0,05...0,1, то такие элементы по коэффи­циенту электрической нагрузки допускается объединять в одну группу.

4. Определяется суммарная интенсивность отказов элемен­тов с учетом коэффициентов электрической нагрузки и условий их работы в составе устройства.

(6.5.2)

(6.5.3)

где – интенсивность отказов элементовj-й группы с учетом электрического режима и условий эксплуатации;

–справочное значение интенсивности отказов элемен­тов j-й группы, j = 1...k;

n_j – количество элементов в j-й группе; j = 1...k;

k – число сформированных групп однотипных элементов;

в предельном случае каждый элемент РЭУ может со­ставить

отдельную группу;

–поправочный коэффициент, учитывающий влияние фактора x_i,

i = 1...m;

m – количество принимаемых во внимание факторов.

5. По общепринятым формулам для экспоненциального рас­пределения подсчитывают показатели Т₀, P_Σ(t_з), Тγ.

6. Подсчитывают показатели восстанавливаемости РЭУ. Среднее время восстановления рассчитывают по формуле:

(6.5.4)

где – среднее время восстановления элементовj-й группы;

Вероятность восстановления РЭУ за заданное время t_з рассчиты­вают по выражению:

(6.5.5.)

в предположении, что время восста­новления распределено по экспоненциальному закону.

Для разрабатываемого аппарата характерны следующие условия эксплуатации:

– диапазон рабочих температур – +10 … +35˚С;

– относительная влажность воздуха до 80% при температуре 25˚С;

– атмосферное давление – 93±13 кПа;

– перегрев в нагретой зоне составляет не более 12˚С;

– средний нагрев воздуха в устройстве – 8˚С.

Таблица 6.5.1 – Данные для расчета показателей надежности

Группа элементов	Кол-во элем-ов в группе nj	, х10-6 1/ч	коэф. нагрузки Кн	макс. раб. темп. ˚С		Значение , х10-6 1/ч	, х10-6 1/ч
1	2	3	4	5	6	7	8
DD5	1	0,55	0,1	47	0,8	0,44	0,44
C1	1	0,25	0,1	43	0,1	0,025	0,025

Продолжение таблицы 6.5.1

R8..R11,R13,R15, R17..R22,R24, R27..R30	17	0,05	0,1	47	0,15	0,015	0,315
C1	1	0,05	0,17	43	0,02	0,001	0,006
DD3, DD4	2	0,6	0,17	47	1,5	0,9	0,9
C2	1	0,25	0,1875	43	0,18	0,045	0,045
C3	1	0,25	0,2	43	0,2	0,04	0,24
C4,C7	2	0,25	0,2	43	0,2	0,04	0,2
DD2	1	0,45	0,2	47	1,6	0,72	4,32
VD1,VD2	2	3,25	0,2	43	1,3	4,225	4,225
R2..R7,R25	7	0,05	0,2	47	0,2	0,01	0,12
R12,R14,R16, R23,R26	5	0,5	0,2	47	0,4	0,2	0,2
C5,C6	2	0,25	0,3	43	0,5	0,125	0,125
DD1	1	0,55	0,4	47	1,3	0,715	2,145
VT1	1	0,37	0,3	43	1	0,37	0,37
VT2..VT4	3	0,3	0,3	47	0,4	0,12	0,48
R1	1	0,25	0,4	43	0,8	0,2	0,2
Печат. плата	1	0,2	–	43	0,2	0,04	0,12
Итого:							27,446

1. Определяем наработку на отказ :

(6.5.6)

Рассчитываем вероятность безотказной работы устройства за время t_З = 1000 ч.

(6.5.7)

1. Определяем гамма-процентную наработку до отказа (при γ = 84%)

(6.5.8)

2. Подсчитываем среднее время восстановления Т_В по формуле (6.5.4):

Т_В ≈ 0,75 ч

4. Подсчитываем значение вероятности восстановления аппарата за заданное время τ_З = 1,5 ч по формуле (6.5.5):

.