5.7 Расчет надежности

Проанализировав электрическую схему проектируемого устройства, с помощью справочника по величине значений интенсивностей отказов элементов РЭУ было сформировано групп однотипных элементов (=7) с одинаковым максимальным значением интенсивности отказов () и количество элементов в каждой группе (), где (j=1…k) [5].

Таблица 5.2 - Интенсивность отказов элементов РЭУ

Группа однотипных элементов	Количество элементов в j-й группе	Интенсивность отказов для элементов j-й группы , ×10-6 ч -1	Произведение *, ×10-6 ч -1
1	2	3	4
Резисторы постоянные непроволоч-ные (, ток постоянный), конденсаторы керамические	63	0,05	3,15

Продолжение таблицы 5.2

1	2	3	4
Конденсаторы электролитические, микросхемы аналоговые	29	0,55	15,95
Резисторы переменные	10	0,5	5
Трансформаторы, стабилитроны	2	0,9	1,8
Диодные мосты	2	0,4	0,8
Соединения пайкой (ток постоянный)	405	0,04	16,2
Плата, диоды	8	0,2	1,6

Найдем значение суммарной интенсивности отказов элементов устройства:

;

= 43,6·10^-6 ч ^-1.

Рассчитаем значение суммарной интенсивности отказов элементов РЭУ с учетом электрического режима и условий эксплуатации:

;

= 109·10^-6 ч ^-1.

где - обобщенный эксплуатационный коэффициент, выбираемый в зависимости

от вида РЭУ или условий его эксплуатации, принимаем = 2,5

(эксплуатация в закрытых помещениях).

Находим наработку на отказ :

=9174ч

Найдем вероятность безотказной работы изделия за заданное время :

= 0,9;

где - заданное время работы устройства,= 1000ч.

Найдем среднее время безотказной работы устройства (средняя наработка на отказ) :

= 9174ч,

Так как рассчитанное значение вероятности безотказной работы за заданное время удовлетворяет заданным показателям (вероятность безотказной работы изделия равна 90%), то можем сделать вывод о том, что наше устройство достаточно надежно.

6 Технологический раздел

6.1 Технология изготовления печатной платы

Печатные платы бывают односторонние, двухсторонние и многослойные. В проектируемом устройстве применяются два вида плат: односторонние и двухсторонняя. Этот выбор основан на том, что все устройство состоит из шести печатных плат, которые при их выходе из строй могут быть заменены на заменяемые. Также применение двух видов печатных плат предотвратит перерасход материала плат.

Для изготовления двухсторонней платы будем применять стеклотекстолит фольгированный двухсторонний марки СФ-2-35-1,5. Для односторонних печатных плат используем односторонний фольгированный стеклотекстолит марки СФ-1-15-1,5.

Метод изготовления печатной платы зависит от назначения конструкции, условий ее эксплуатации, от материала диэлектрика и т.д.

Методы изготовления печатных плат делятся: субтрактивные (удаление лишнего токопроводящего покрытия) и аддитивные (осаждение токопроводящего слоя). Субтрактивный метод бывает двух видов: химический и комбинированный. Аддитивный метод на химический и химикогальванический.

В субтрактивных методах в качестве основания для печатного монтажа используют фольгированный диэлектрик, на котором формируется проводящий рисунок путём химического удаления фольги с незащищённых участков. Для этого на медную фольгу диэлектрика наносится рисунок, а незащищённые участки фольги стравливаются. При необходимости металлизации монтажных отверстий (химико-гальваническая металлизация монтажных отверстий) применяют комбинированные методы изготовления печатных плат

Аддитивные методы основаны на избирательном осаждении токопроводящего покрытия на диэлектрическую подложку, на которую предварительно наносится слой клеевой композиции. Платы, изготовленные этим методом, имеют высокую разрешающую способность (проводники с шириной до 0.1 мм)

Для получения рисунка печатных проводников используют три способа: сеткографический, офсетный, фоторезистивный (позитивный и негативный).

Сеткографический способ нанесения рисунка схемы наиболее рентабелен для массового и крупносерийного производства. При минимальной ширине проводников и расстояния между ними ≥ 0.5 мм и точностью воспроизведения изображения ± 0.1 мм этот способ заключается в нанесении специальной трафаретной краски на плату путём продавливания резиновой лопаткой (ракель) через сетчатый трафарет с необходимым рисунком, образованным открытыми ячейками сетки. Для изготовления трафаретов используются металлические сетки из нержавеющей стали с толщиной проволоки 30-50 мкм и частотой плетения 60-160 нитей на см. Также применяют металлизированное нейлоновое волокно, имеющего лучшую эластичность, толщину нити 40 мкм и частоту плетения до 200 нитей на см. Изображение на сетке получают с помощью экспонирования жидкого или сухого плёночного фоторезиста, после проявления которого, образуются свободные ячейки сетки. Закрепление краски на заготовке осуществляется при длительной сушке в печах с температурой 150-180 ºС.

Метод офсетной печати состоит в изготовлении печатной формы (клише), на поверхности которой формируется рисунок платы. Форма покрывается офсетной краской с помощью валиков, а за тем цилиндром, покрытым слоем офсетной резины, переносят краску с формы на подготовленную поверхность печатной платы. Офсетная печать применяется для крупносерийного производства. Разрешающая способность 0.5-1 мм, а точность ±0.2 мм. Недостаток: высокая стоимость оборудования, квалифицированный персонал, сложность изменения рисунка.

Фоторезистивный способ получения рисунка позволяет получить ширину проводников и расстояние между ними 0.1-0.15 мм с точностью воспроизведения до 0,01 мм. С экономической точки зрения этот способ менее рентабелен, но позволяет получить максимальную разрешающую способность рисунка и поэтому применяется в мелкосерийном и серийном производстве. Способ основан на использовании светочувствительных композиций — фоторезисторов: негативный и позитивный.

При использовании негативного фоторезиста облучённые участки остаются (задубливаются), а не облученные смываются. Позитивный наоборот — облученные участки вытравливаются. Позитивный метод рекомендуется для изготовления насыщенных модульных плат. Негативный – для изготовления, преимущественно, неответственных плат специального назначения.

В настоящее время получило распространение разновидность комбинированного метода, в котором сочетается перенос фольги (метод временного основания) с гальвано-химической металлизацией монтажных отверстий. В этом способе основание платы в меньшей степени подвергается воздействию химических сред. Этот комбинированный метод наиболее перспективен, так как он позволяет с помощью автоматики решить сложную технологическую задачу создание надежных и дешевых в производстве переходных соединений между сторонами печатной платы.

Для получения рисунка печатных проводников односторонних печатных плат выбираем сеточно-химический метод. В качестве метода изготовления двухсторонней печатной платы комбинированный негативный метод. Этот выбор можно мотивировать тем, что плата является двухсторонней, и имеются металлизированные отверстия, так же этот метод наименее трудоёмок, легко механизируется, обеспечивает высокую разрешающую способность. Так же преимуществами комбинированного негативного метода являются освоенность процесса производства и широкую номенклатуру травителей.

Данный метод имеет следующую структуру состава операций:

005 Получение контура заготовки штамповкой

010 Подготовка поверхности заготовки

015 Нанесение негативного рисунка схемы, ретуширование

020 Подсушивание заготовок

025 Травление металлической фольги с пробельных мест

030 Промывка и подсушивание заготовок, контроль

035 Нанесение защитного слоя лака нитроклей АК-20, подсушивание заготовок

040 Сверление отверстий, их зенкование

045 Химическое меднение отверстий на толщину 1 – 2 мкм

050 Снятие защитного слоя лака

055 Гальваническое меднение отверстий до 25 мкм

060 Снятие фоторезиста

065 Покрытие проводников сплавом «Розе»

070 Контроль