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 защитное стекло, которое приклеивается к корпусу. Используются резиновые прокладки при монтаже кнопок и регулятора.

4. Конструкторские расчеты

   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 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 60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 0,5;

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.

2. 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, ()

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

мм, ()

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

мм, ()

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 по 4-му классу точности, что превышает значение b_min2. Ширина проводников питания и заземления равна: b = 1,0 мм.

3. 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_ном1 = D_выв+|d_н.о|+Δ_з, ()

где d_выв – максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ;

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

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; ()

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

Определим диаметр сверла:

D_св1 = d_ном1 + (0,10,5) = 0,75 + 0,1 = 0,85 мм; ()

D_св2 = d_ном2 + (0,10,5) = 1,15 + 0,1 = 1,25 мм, ()

Принимаем D_св1 = 0,9 мм; D_св2 = 1,3 мм.

Максимальный диаметр просверленного отверстия:

D_max1 = D_св1 + D = 0,9 + 0,03 = 0,93 мм; ()

D_max2 = D_св2 + D = 1,3 + 0,03 = 1,33 мм, ()

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

Диаметры металлизированных отверстий: D_0ном1 = 0,9 мм; D_0ном2 = 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:

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

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 = 0,5 мм.

Диаметр отверстия d_отв = 0.8 мм для двухсторонней печатной платы, диаметр сверла принимаем равным D_св1= 0,8 мм

Максимальный диаметр просверленного отверстия:

D_max3 = D_св3 + D = 0,8 + 0,03 = 0,83 мм; ()

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

Определяем диаметры контактных площадок. Минимальный эффективный диаметр контактных площадок:

мм; ()

мм, ()

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 = D_0ном + Δd + (0,1…0,15), ()

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

D_0ном - номинальный диаметр металлизированного отверстия, мм;

D_0max1 = D_0ном1 + 0,05 + 0,1 = 0,9 + 0,05 + 0,1 = 1,05 мм; ()

D_0max2 = D_0ном2 + 0,05 + 0,1 = 1,3 + 0,05 + 0,1 = 1,45 мм. ()

Минимальный диаметр контактных площадок, при покрытии олово-свинец:

D_min1 = D_1min + 1,5h_r = 1,43 + 1,50,05 = 1,505 мм; ()

D_min2 = D_2min + 1,5h_r =1,83+1,50,05=1,905 мм, ()

где h_r - толщина металлорезиста, мм.

Максимальный диаметр контактных площадок отверстий:

D_max= D_min + (0,02…0,06), ()

где D_min- минимальный диаметр контактной площадки.

D_max1 = D_min1 + 0,05 = 1,505 + 0,05 = 1,555 мм; ()

D_max2 = D_min2 + 0,05 = 1,905 + 0,05 = 1,955 мм. ()

Округляем максимальный диаметр контактных площадок до значений равных: D_max1 = 1,6 мм, D_max2 = 2 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, ()

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, ()

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:

()

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:

()

мм.

Минимальное расстояние между двумя сигнальными проводниками:

S_3min1 = L_E – (t_max + 2₁), ()

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

Минимальное расстояние между проводником питания и сигнальным проводником:

, ()

мм.

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками.

, ()

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:

, ()

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

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

мм.

На основании расчетов выполним трассировку.