- •Введение
- •Расширенное техническое задание
- •Оценка элементной базы
- •Разработка конструкции тахометра
- •Предварительная разработка конструкции устройства
- •Объемно-компоновочный расчет
- •Сравнение вариантов компоновки блоков
- •Выбор типа электрического монтажа
- •Выбор способов защиты устройства от внешних воздействий
- •Конструкторские расчеты
- •Расчет печатного монтажа
- •Расчет по постоянному току
- •Конструктивно-технологический расчет
- •Расчет теплового режима
- •Расчет электрических параметров печатной платы
- •Описание конструкции устройства
- •Описание конструкции блока
- •Выбор типа электрического монтажа
- •Приложение 1 Печатная плата Корпус 110 Плата индикации 110 Корпус Плата индикации Печатная плата 110 110 Рисунок 1 Рисунок 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 (печатной платы и платы индикации).
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 защитное стекло, которое приклеивается к корпусу.
Конструкторские расчеты
Расчет печатного монтажа
Для соединения радиоэлементов электрической схемы проектируемого устройства между собой, в качестве базовой несущей конструкции выбираем двухстороннюю печатную плату. 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 (диод Д226), 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 60110 мм. Метод изготовления двусторонней печатной платы - комбинированный позитивный, по четвертому классу точности.
Исходные данные:
расчетная толщина печатной платы HР, мм 1,5;
толщина фольги h, мм 0,05;
диаметры выводов радиоэлементов: Dвыв1, мм 0,6,
Dвыв2, мм 1;
максимальный постоянный ток Imax, А 0,5;
напряжение питания U, В 12;
допустимая плотность тока iдоп, А/мм2 38;
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.
Расчет по постоянному току
Допустимое падение напряжения на проводниках не должно превышать 5% от питающего напряжения
Udop = U0,05 = 120,05 = 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, Оммм2/м. Для меди =0,0175 Оммм2/м.
Для стабильной работы печатных проводников их ширина должна быть больше bmin1 и bmin2. Минимальная ширина проводника, которую можно получить при использовании комбинированной позитивной технологии равна 0,15 мм по 4-му классу точности, что превышает значение bmin2. Ширина проводников питания и заземления равна: b = 1,0 мм.
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:
dном1 = Dвыв+|dн.о|+Δз, (25)
где dвыв – максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ;
dн.о. – нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия,
Δз – разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ЭРЭ, (0,1…0,4) мм, принимаем Δз=0,1мм.
dном1 = Dвыв1 + 0,05 + 0,1 = 0,6 + 0,05 + 0,1 = 0,75 мм; (26)
dном2 = Dвыв2 + 0,05 + 0,1 = 1 + 0,05 + 0,1 = 1,15 мм, (27)
Определим диаметр сверла:
Dсв1 = dном1 + (0,10,5) = 0,75 + 0,1 = 0,85 мм; (28)
Dсв2 = dном2 + (0,10,5) = 1,15 + 0,1 = 1,25 мм, (29)
Принимаем Dсв1 = 0,9 мм; Dсв2 = 1,3 мм.
Максимальный диаметр просверленного отверстия:
Dmax1 = Dсв1 + D = 0,9 + 0,03 = 0,93 мм; (30)
Dmax2 = Dсв2 + D = 1,3 + 0,03 = 1,33 мм, (31)
где - погрешность, обусловленная биением и заточкой сверла (0,02...0,03);
Диаметры металлизированных отверстий: D0ном1 = 0,9 мм; D0ном2 = 1,3 мм.
Определяем минимальный диаметр металлизированного переходного отверстия.
Для максимального уплотнения монтажа диаметр переходных отверстий выбирается наименьшим. Однако в связи ограниченной рассеивающей способностью электролитов при гальванической металлизации необходимо выдерживать предельное соотношение между минимальным диаметром металлизированного отверстия и толщиной платы:
DMmin HРv = 1,50,33 = 0,495 мм, (32)
где HР - расчетная толщина печатной платы;
v - коэффициент, характеризующий отношение диаметра отверстия к толщине пластины.
В соответствии с требованиями автоматизации проектирования и изготовления печатных плат, с целью уменьшения количества отверстий разного диаметра, принимаем диаметр переходного отверстия dотв = 0.8 мм для двухсторонней печатной платы, диаметр сверла принимаем равным Dсв1= 0,8 мм
Максимальный диаметр просверленного отверстия:
Dmax3 = Dсв3 + D = 0,8 + 0,03 = 0,83 мм; (33)
где - погрешность, обусловленная биением и заточкой сверла (0,02...0,03);
Определяем диаметры контактных площадок. Минимальный эффективный диаметр контактных площадок:
мм; (34)
мм, (35)
где bM - расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки (гарантийный поясок), мм;
d, P - допуски на расположение отверстий и контактных площадок, мм;
Dmax - максимальный размер просверленного отверстия, мм.
D0max = D0ном + Δd + (0,1…0,15), (36)
где Δd - допуск на отверстие, мм, Δd = 0,1
D0ном - номинальный диаметр металлизированного отверстия, мм;
D0max1 = D0ном1 + 0,05 + 0,1 = 0,9 + 0,05 + 0,1 = 1,05 мм; (37)
D0max2 = D0ном2 + 0,05 + 0,1 = 1,3 + 0,05 + 0,1 = 1,45 мм. (38)
Минимальный диаметр контактных площадок, при покрытии олово-свинец:
Dmin1 = D1min + 1,5hr = 1,43 + 1,50,05 = 1,505 мм; (39)
Dmin2 = D2min + 1,5hr =1,83+1,50,05=1,905 мм, (40)
где hr - толщина металлорезиста, мм.
Максимальный диаметр контактных площадок отверстий:
Dmax= Dmin + (0,02…0,06), (41)
где Dmin- минимальный диаметр контактной площадки.
Dmax1 = Dmin1 + 0,05 = 1,505 + 0,05 = 1,555 мм; (42)
Dmax2 = Dmin2 + 0,05 = 1,905 + 0,05 = 1,955 мм. (43)
Округляем максимальный диаметр контактных площадок до значений равных: Dmax1 = 1,6 мм, Dmax2 = 2 мм.
Определяем минимальную ширину сигнального проводника.
tmin= tmin1 + 1,5h + t = 0,15 + 1,50,05 + 0,05 = 0,275 мм, (44)
где t = 0,05 – допуск на ширину проводника, мм;
tmin1 = 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 tmin1 выбирают в соответствии с классом точности печатных плат по ГОСТ 23751-86.
Максимальная ширина сигнального проводника
tmax = tmin + (0,02…0,06) = 0,275 + 0,02 = 0,295 мм, (45)
Округляем максимальную ширину сигнального проводника до значения равного: tmax= 0,3 мм.
Определяем минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка.
Минимальное расстояние между сигнальным проводником и контактной площадкой первого типа:
(46)
где LE = 1,25 мм – расстояние между центрами рассматриваемых элементов;
δl = 0,3 мм – допуск на расположение проводников;
δР = 0,15 мм – допуск на расположение контактных площадок.
мм.
Минимальное расстояние между сигнальным проводником и контактной площадкой второго типа:
(47)
мм.
Минимальное расстояние между двумя сигнальными проводниками:
S3min1 = LE – (tmax + 21), (48)
S3min1 = 1,25 – (0,3 + 20,03) = 0,89 мм.
Минимальное расстояние между проводником питания и сигнальным проводником:
, (49)
мм.
Минимальное расстояние между двумя контактными площадками.
, (50)
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:
, (51)
где D1max, D2max – 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
где lop – расстояние от края платы или выреза до печатного проводника, мм.
мм.
На основании расчетов выполним трассировку.