4 Конструкторские расчеты

4.1 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 0,7 мм (конденсаторы), 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 10316-78.

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 6080 мм. Метод изготовления двусторонней печатной платы - комбинированный позитивный, по четвертому классу точности.

Исходные данные:

Расчетная толщина печатной платы H_Р, мм 1,5;

Толщина фольги h, мм 0,05;

Диаметры выводов радиоэлементов: D_выв1, мм 0,5;

D_выв2, мм 0,7;

D_выв3, мм 1,0;

максимальный постоянный ток I_max, А 0,02;

напряжение питания U, В 15;

допустимая плотность тока J_доп, А/мм² 38;

наибольшая длина проводника L, м 0,25.

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

4.1.1 Расчет по постоянному току

Допустимое падение напряжения на проводниках не должно превышать 5% от питающего напряжения.

U_доп=U0,05=150,05=0,75 В (22)

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

(23)

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

(24)

где  - объемное удельное 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. Поэтому ширина проводников питания и заземления равна: b=1 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:

D= D_выв+d_н.о+Δ_з; (25)

где d_н.о. - нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия,

Δ_з - разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ЭРЭ, принимаем Δ_з=0,1мм,

D_ном1= D_выв+0,1+0,1=0,5+0,1+0,1=0,7; (26)

D_ном2= D_выв2+0,1+0,1=0,7+0,1+0,1=0,9 (27)

D_ном3= D_выв3+0,1+0,1=1+0,1+0,1=1,2 (28)

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

D_MminH_Рv=1,50,33=0,495 мм, (29)

где H_Р - расчетная толщина печатной платы;

v - коэффициент, характеризующий отношение диаметра отверстия к толщине пластины.

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

D_M=0,6 мм

D_ном4= D_выв3+0,1+0,1=0,6+0,1+0,1=0,8 (30)

Определяем диаметры контактных площадок. Эффективный минимальный диаметр контактных площадок:

(31)

(32)

(33)

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

D_0max=D₀+Δd+0,1; (34)

где Δd - допуск на отверстие, мм, Δd = 0,1

D₀ - номинальный диаметр металлизированного отверстия, мм;

D_0max1=D₀+0,1+0,1=0,7+0,1+0,1=0,9мм; (35)

D_0max2=D₀+0,1+0,1=0,8+0,1+0,1=1мм; (36)

D_0max3=D₀+0,1+0,1=0,9+0,1+0,1=1,1мм; (37)

Максимальный диаметр контактной площадки:

D_max= D_min+0,05; (38)

где D_min- минимальный диаметр контактной площадки.

Минимальный диаметр контактных площадок, при покрытии олово-свинец

D_min1= D_min1+1,5h_r=1,15+1,50,05=1,225 мм; (39)

D_min2= D_min2+1,5h_r=1,25+1,50,05=1,325 мм, (40)

D_min3= D_min3+1,5h_r=1,25+1,50,05=1,425 мм, (41)

где h_r - толщина металлорезиста, мм;

Максимальный диаметр контактных площадок отверстий

D_max1= D_п.min1+0,05=1,225+0,05=1,275 мм; (42)

D_max2= D_п.min2+0,05=1,325+0,05=1,375 мм; (43)

D_max3= D_п.min3+0,05=1,425+0,05=1,475 мм (44)

Округляем максимальный диаметр контактных площадок до значений равных: D_max1=1,3 мм, D_max2=1,4 мм, D_max3=1,5 мм

Определяем минимальную ширину сигнального проводника

t_min= t_min1+1,5h+t=0,15+1,50,05+0,03=0,255 мм, (45)

где t - допуск на ширину проводника, мм;

t_min1 - 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 эффективную минимальную 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=0,275 мм (46)

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:

(47)

где L_э- расстояние между центрами рассматриваемых элементов;

δ _l - допуск на расположение проводников, мм, δ_l = 0,3мм.

М инимальное расстояние между сигнальным проводником и контактной площадкой второго типа

Минимальное расстояние между сигнальным проводником и контактной площадкой третьего типа

При комбинированном позитивном способе изготовления печатной платы зазор между проводником и контактной площадкой должен быть не менее 0,15 мм.

Минимальное расстояние между двумя сигнальными проводниками:

S_min1= L_Э -(t_max+2₁)=1,25-(0,3+20,03)=0,89 мм. (48)

Минимальное расстояние между проводником питания и сигнальным проводником

(49)

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками третьего типа (если данная рассчитываемая величина войдет в допустимый предел, то нет смысла определять расстояние между контактными площадками первого типа, или контактными площадками первого и второго типов, первого и третьего типов и так далее, так как контактные площадки третьего типа наибольшие по диаметру)

S_min1= L_Э -(D_max3+2_P)=2,5-(1,5+20,15)=0,7 мм (50)