2. Выбор типа электрического монтажа

В разрабатываемой конструкции используется два типа монтажа: печатный и объемный. Печатный монтаж применяется для соединения между собой радиоэлементов, входящих в функционально законченный узел – печатную плату. Объемный монтаж применяется для соединения друг с другом функционально законченных узлов схемы.

3. Выбор способов защиты устройства от внешних воздействий

Прибор необходимо предохранять от пыли, воды и механических воздействий. Для этого применяется частичная герметизация отдельных блоков устройства. В частности для защиты индикатора, устанавливается прозрачное защитное стекло, которое приклеивается к корпусу.

4. Конструкторские расчеты

1. Расчет печатного монтажа

Для соединения радиоэлементов электрической схемы проектируемого устройства между собой, в качестве базовой несущей конструкции выбираем двухстороннюю печатную. Учитывая, что при проектировании ПП используются интегральные схемы, а также высокий уровень насыщенности ПП навесными элементами по ГОСТ 23751-86 выбираем четвертый класс точности.

В соответствии с тем, что максимальный диаметр выводов навесных элементов, размещаемых на плате, равен 1 мм (резисторы), то выбираем толщину платы равной 1,5 мм.

Для конструкции модуля используются двусторонние печатные платы, изготовленные комбинированным позитивным методом. Материал изготовления печатной платы - стеклотекстолит фольгированный СФ-2Н-50Г-1,5 ГОСТ 10317-79.

Для рациональной компоновки проведем расчет элементов конструкции печатной платы в соответствии с ГОСТ 23751-86.

Размер печатной платы в соответствии с ГОСТ 23751-86 равен 90110 мм. Метод изготовления двусторонней печатной платы - комбинированный позитивный, по четвертому классу точности.

Исходные данные:

1. расчетная толщина печатной платы H_Р, мм 1,5;

2. толщина фольги h, мм 0,05;

3. диаметры выводов радиоэлементов: D_выв1, мм 0,6,

D_выв2, мм 1;

4. максимальный постоянный ток I_max, А 0,53;

5. напряжение питания U, В 12;

6. допустимая плотность тока i_доп, А/мм² 38;

7. наибольшая длина проводника L, м 0,1.

При проведении расчета будут использованы коэффициенты, допуски, параметры, которые соответствуют четвертому классу точности изготовления двусторонних печатных плат по ГОСТ 23751-86./1, стр.48/

Расчет по постоянному току. Допустимое падение напряжения на проводниках не должно превышать 5% от питающего напряжения

U_dop = U0,05 = 120,05 = 0,6 В, (22)

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

мм, (23)

Определяем минимальную ширину печатного проводника исходя из допустимого падения напряжения на нем

мм, (24)

где  - удельное объемное сопротивление материала проводника, Оммм²/м. Для меди =0,0175 Оммм²/м.

Для стабильной работы печатных проводников их ширина должна быть больше b_min1 и b_min2. Минимальная ширина проводника, которую можно получить при использовании комбинированной позитивной технологии равна 0,15 мм, что превышает значение b_min2, но меньше b_min1. Принимаем ширину проводников питания и заземления равной b = 1,5 мм.

2. Конструктивно-технологический расчет

В печатных платах применяются монтажные металлизированные отверстия для установки ЭРЭ и переходные металлизированные отверстия для создания электрических связей между слоями. Диаметр монтажного отверстия должен быть больше диаметра выводов навесных элементов на величину, удовлетворяющую условиям пайки и автоматической сборки ячеек.

Определяем номинальное значение диаметров монтажных отверстий, без металлизации:

d_ном1 = D_выв+|d_н.о|+Δ_з, (25)

где d_выв – максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ;

d_н.о. – нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия, принимаем d_н.о.=0,05 для неметаллизированных отверстий.

Δ_з – разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ЭРЭ, (0,1…0,4) мм, принимаем Δ_з=0,1мм.

d_ном1 = D_выв1 + 0,05 + 0,1 = 0,6 + 0,05 + 0,1 = 0,75 мм; (26)

d_ном2 = D_выв2 + 0,05 + 0,1 = 1 + 0,05 + 0,1 = 1,15 мм, (27)

Диаметр сверла определим исходя из номинального значения диаметров монтажных отверстий приведенных к нормированному ряду сверл, т.е.

D_св1 = 0,8 мм;

D_св2 = 1,2 мм.

Максимальный диаметр просверленного отверстия:

D_max1 = D_св1 + D = 0,8 + 0,03 = 0,83 мм; (28)

D_max2 = D_св2 + D = 1,2 + 0,03 = 1,23 мм, (29)

где - погрешность, обусловленная биением и заточкой сверла (0,02...0,03);

Определим диаметр металлизированных отверстий:

d_ном1 = D_выв+|d_н.о|+Δ_з, (30)

где d_н.о.= 0,1 для металлизированных отверстий.

Δ_з = 0,1мм.

d_ном1 = D_выв1 + 0,1 + 0,1 = 0,6 + 0,1 + 0,1 = 0,8 мм; (31)

d_ном2 = D_выв2 + 0,1 + 0,1 = 1 + 0,1 + 0,1 = 1,2 мм. (32)

Диаметры металлизированных отверстий с учетом диаметров сверл и металлизации в отверстиях принимаем равным: D_0ном1 = 0,8 мм; D_0ном2 = 1,2 мм./1, стр. 40/

Определяем минимальный диаметр металлизированного переходного отверстия.

Для максимального уплотнения монтажа диаметр переходных отверстий выбирается наименьший. Однако в связи ограниченной рассеивающей способностью электролитов при гальванической металлизации необходимо выдерживать предельное соотношение между минимальным диаметром металлизированного отверстия и толщиной платы:

D_Mmin  H_Рv = 1,50,33 = 0,495 мм, (33)

где H_Р - расчетная толщина печатной платы;

v - коэффициент, характеризующий отношение диаметра отверстия к толщине пластины./1, стр.48/

Так как число отверстий с различным диаметром должно быть минимальным, то принимаем минимальный диаметр переходного отверстия равным:

D_M = 0,5 мм.

Для переходный отверстий выбираем сверло диаметром D_св1 = 0,8 мм, тогда номинальный диаметр переходного отверстия равен D_0ном1 = 0,8 мм.

Определяем диаметры контактных площадок. Минимальный эффективный диаметр контактных площадок:

мм; (34)

мм, (35)

где b_M - расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки (гарантийный поясок), мм;

_d, _P - допуски на расположение отверстий и контактных площадок, мм;

D_max - максимальный размер просверленного отверстия, мм.

Минимальный диаметр контактных площадок, при покрытии олово-свинец:

D_min1 = D_1min + 1,5h_r = 1,32 + 1,50,05 = 1,395 мм; (36)

D_min2 = D_2min + 1,5h_r =1,72+1,50,05=1,795 мм, (37)

где h_r - толщина металлорезиста, мм.

Максимальный диаметр контактных площадок отверстий:

D_max= D_min + (0,02…0,06), (38)

где D_min- минимальный диаметр контактной площадки.

D_max1 = D_min1 + 0,05 = 1,395 + 0,05 = 1,445 мм; (39)

D_max2 = D_min2 + 0,05 = 1,795 + 0,05 = 1,845 мм. (40)

Округляем максимальный диаметр контактных площадок до значений равных: D_max1 = 1,5 мм, D_max2 = 1,9 мм.

Определяем минимальную ширину сигнального проводника.

t_min= t_min1 + 1,5h + t = 0,15 + 1,50,05 + 0,05 = 0,275 мм, (41)

где t = 0,05 – допуск на ширину проводника, мм;

t_min1 = 0,15 мм – минимальная эффективная ширина проводника, мм.

При формировании проводников на фольгированном диэлектрике их минимально допустимая в производстве ширина определяется, прежде всего, адгезионными свойствами материала основания и гальваностойкостью оксидированного слоя фольги, так как браком является даже частичное отслаивание проводника от основания диэлектрика. Поэтому минимальную эффективную ширину t_min1 выбирают в соответствии с классом точности печатных плат по ГОСТ 23751-86.

Максимальная ширина сигнального проводника

t_max = t_min + (0,02…0,06) = 0,275 + 0,02 = 0,295 мм, (42)

Округляем максимальную ширину сигнального проводника до значения равного: t_max= 0,3 мм.

Определяем минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка.

Минимальное расстояние между сигнальным проводником и контактной площадкой первого типа:

(43)

где L_E = 1,25 мм – расстояние между центрами рассматриваемых элементов;

δ_l = 0,3 мм – допуск на расположение проводников;

δ_Р = 0,15 мм – допуск на расположение контактных площадок.

мм.

Минимальное расстояние между сигнальным проводником и контактной площадкой второго типа:

(44)

мм.

Минимальное расстояние между двумя сигнальными проводниками:

S_3min1 = L_E – (t_max + 2₁), (45)

S_3min1 = 1,25 – (0,3 + 20,03) = 0,89 мм.

Минимальное расстояние между проводником питания и сигнальным проводником:

, (46)

мм.

При комбинированном позитивном способе изготовления печатной платы зазор между проводниками должен быть не менее 0,15 мм, при 4 классе точности./1, стр. 48/

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками.

, (47)

где L₂ = 2,5 мм – расстояние между центрами рассматриваемых элементов.

мм;

мм.

Минимальное расстояние для прокладки проводников в магистральном канале между двумя контактными площадками металлизированных отверстий:

, (48)

где D_1max, D_2max – диаметры металлизированных отверстий;

N = 1 – число проводников в магистральном канале;

S – номинальное расстояние между проводниками, S = 0,15 мм.

мм.

Минимальное расстояние для прокладки проводников в магистральном канале между краем платы и контактной площадкой первого типа

, (49)

где l_op – расстояние от края платы или выреза до печатного проводника, мм.

мм.

В результате расчета в результате расчета, мы определили минимальные и максимальные диаметры контактных площадок, определили эффективную ширину проводника, минимальные расстояния между проводниками, что позволяет правильно сконструировать плату в соответствии с 4 классом точности печатных плат. /1, стр. 48/

На основании расчетов выполним трассировку.