|
|
К555ИР35 |
К555ИР23 |
К555ИД14 |
К555АП3 |
К555АП5 |
|
|
кол-во |
1 |
3 |
1 |
1 |
1 |
|
|
I,mA |
13.5 |
13.5 |
13 |
15 |
15 |
=13,6 + 3×13,6 + 13 + 15 + 15 = 193,5 mA.
bmin = = 0,042 мм
2). Определение минимальной ширины печатного проводника исходя из допустимого падения напряжения на нём:
bmin = (2.3)
l – длина самого длинного проводника;
= 5% Епит; r = 0,0175 Ом×мм2/м
bmin = = 0,063 мм
2.3.2. Определение номинального значения монтажных отверстий.
d = (2.4)
– максимальный диаметр вывода конструктивного элемента;
– нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия;
r – разность между минимальным диаметром монтажного отверстия и максимальный диаметром вывода
Для ИС: d = 0,6+0,1+0,5 = 0,8
2.3.3. Определение диаметра контактной площадки для двухсторонних ПП изготовленных комбинированным позитивным методом.
Dmin = D1 min + 1.5hф + 0.03 (2.5)
D1 min – минимально эффективный диаметр площадки
D1 min = 2(bно + dmax/2 + dq + dp) (2.6)
dmax = d + Dd + (0.1 ¸ 0.15) – максимальный диаметр просверленного отверстия (1.4.4.3);
Dd = +0,05 для d 1 мм – допуск на отверстия;
dq, dp – допуски на расположение отверстий и контактных площадок;
dmax = 0,8 + 0,05 +0,15 = 1
D1 min = 2(0,1 + 1/2 + 0,015 +0,005) » 1,2
Dmin = 1,2 + 1,5×1,5 + 0,03 = 1 » 1,3
Dmax = Dmin + (0.02 ¸ 0.06) = 1.32
2.3.4. Определение ширины печатного проводника.
Минимальная ширина печатного проводника для ДПП изготовленных комбинированным позитивным методом:
bmin = + 1.5hф +0.03 = 0,25 + 1,5×0,035 + 0,03 = 0,33
максимальная ширина:
bmax = bmin + (0.02 ¸ 0.06) = 0.33 + 0.02 = 0.35
2.3.5. Определение минимального расстояния между элементами проводящего рисунка.
а) минимальное расстояние между проводником и КП:
S1 min = L0 – (Dmax/2 + dp + bmax/2 + dсп) (2.7)
L0 = 1,25 мм – расстояние между линиями координатной сетки, на которых расположены проводники и центры контактных площадок
S1 min = 1,25 – (1,32/2 +0,05 +0,35/2 + 0,05) = 0,315
б) минимальное расстояние между КП:
S2 min = L1 – (Dmax + 2dp) (2.8)
L1 = 2,5 мм – расстояние между центрами контактных площадок, кратное шагу координатной сетки
S2 min = 2,5 – (1,32 +2×0,05) = 1,08
в) минимальное расстояние между проводниками:
S3 min = L0 – ( bmax + 2dсп) = 1,25 – (0,35 + 2×0,05) = 0,8
При максимальном диаметре контактной площадки и координатной сетке 1,25 мм между выводами ИС можно провести печатный проводник.
2.4. Электрический расчёт печатной платы.
2.4.1. Определение падения напряжения на печатных проводниках.
.
r = 0,0175 Ом×мм2/м – удельное сопротивление меди;
lпрмах – самый длинный проводник.
2.4.2. Определение мощности потерь.
=2×3,14××10-6×52×0,002=0,045 мВт
f =1(для шины питания);
Еп – напряжение питания; F – суммарная площадь металлизации;
hпп – толщина печатной платы.
2.4.3. Определение взаимной емкости параллельных проводников.
(2.9)
(S=0,8 мм – зазор между краями проводников, lп – длинна взаимного перекрытия проводников).
.
2.4.4. Определение взаимной индуктивности печатных проводников.
(lшп – суммарная длина ШП и ШЗ)
Lшп = 2×880(2.3×lg+ 0.2235+0.5)×10-3 = 0,137 мкГн
Составленная схема печатных проводников удовлетворяет заданным условиям, так как полученные расчётные значения наиболее важных электрических параметров не превышает допустимых значений для данного типа печатной платы.
2.5. Тепловой расчет ПП
Компонентом с максимальной выделяющейся тепловой мощностью является микросхемный стабилизатор КР142ЕН5А.
Тепловая мощность, выделяемая микросхемой равна сумме мощностей, одна из которых собственно мощность, обусловленная начальным током стабилизации, другая - мощность равная произведению разности напряжений входа и выхода на ток потребления остальной части
РТЕПЛ = РСТАБ + РПОТР = UAK×ICTAБ + (UAKK - UПИТ) IИНД (2.11)
РТЕПЛ = 12×0,01 + 7×0,1935 = 1,4745 Вт.
Т.к. микросхема способна рассеивать тепловую мощность до 5 Вт, приходим к выводу о нецелесообразности применения радиатора. Но для улучшения теплового режима в качестве радиатора используем фольгу печатной платы.
3. Проектирование печатного узла в САПР PCAD – 2001.
Проектировщик узла ПП радиоэлектронных средств (РЭС) обычно вместе с техническим заданием на проектирование получает на бумажном носителе и исходную электрическую схему. При этом состав электронной библиотеки с условными схемными обозначениями элементов в проектном подразделении может быть либо неполным, либо вообще отсутствовать. В этом случае такая библиотека должна пополняться силами сотрудников самого подразделения. Поэтому проектировщик должен владеть всем арсеналом средств системы (от создания условных графических элементов схем до получения рисунка печатной платы) и уметь в нужный момент использовать тот или иной программный модуль.
В одном из вариантов использования модулей системы P-CAD 2001 при выполнении процедур проектирования узлов печатных плат порядок выполнения следующий.
1). Создание условных графических обозначений (УГО) отдельных элементов электрических схем с помощью редактора символов Р-CAD Symbol Editor.
Графический редактор P-CAD Symbol Editor содержит набор команд, позволяющих создавать символы электрорадиоэлементов (ЭРЭ). Symbol Editor работает с файлами отдельных символов (.sym) и библиотек (.lib).
2). Разработка посадочных мест для всех конструктивных электрорадиоэлементов электрической принципиальной схемы с помощью редактора корпусов P-CAD Pattern Editor.
Графический редактор P-CAD Pattern Editor имеет набор команд, позволяющих создавать и редактировать посадочные места для установки ЭРЭ на печатных платах. Программа работает с файлами отдельных посадочных мест (.pat) и библиотек (.lib).
Посадочное место (ПМ) — это комплект конструктивных элементов печатной платы, предназначенный для монтажа отдельного ЭРЭ. В него входят в различных сочетаниях контактные площадки (КП), металлизированные отверстия, печатные проводники на наружных слоях и гладкие крепежные отверстия. Кроме этого ПМ может включать в себя параметры защитной и паяльной масок, элементы маркировки и графические элементы сборочного чертежа.
3). Упаковка выводов конструктивных элементов (перенос схемы на ПП) средствами программы P-CAD Library Executive.
При проектировании печатных плат необходимы сведения о схемных образах ЭРЭ и посадочных местах для них. Программы размещения и трассировки должны иметь информацию о соответствии каждого конкретного вывода условного графического обозначения выводу в корпусе элемента. В версии P-CAD 2001 эта работа выполняется автоматически программой Library Executive (Администратор библиотек). Для этого соответствующие данные заносятся в так называемые упаковочные таблицы, указывающие основные характеристики используемых ЭРЭ. В программе предусмотрены эффективные приемы работы, аналогичные приемам программных продуктов Microsoft Office. Эта программа не является графическим редактором. Она лишь сводит введенную ранее графическую информацию в единую систему — библиотечный элемент, в котором сочетаются несколько образов представления элемента: образ на схеме, посадочное место и упаковочная информация.
4). Разработка схемы электрической принципиальной с помощью графического редактора P-CAD Schematic.
Графический редактор P-CAD Schematic предназначен для разработки электрических принципиальных схем с использованием условных графических обозначений элементов. При этом УГО ЭРЭ могут извлекаться из соответствующей библиотеки или создаваться средствами самой программы.
Если не разрабатывается узел печатной платы, то при вычерчивании схем берутся УГО элементов, не связанные с их конструктивной базой. Такая схема может использоваться как иллюстративный материал. При возникновении необходимости разработки ПП ее надо дополнить соответствующей конструкторско-техноло-гической информацией.
При выполнении проекта с разработкой узла ПП схема должна формироваться из библиотечных элементов, которые включают полную информацию о конструктивных особенностях ЭРЭ и их посадочных местах на ПП.
5). Формирование контура печатной платы и размещение конструктивных элементов на ней с помощью графического редактора печатных плат P-CAD PCB.
Графический редактор P-CAD РСВ предназначен для выполнения работ, связанных с технологией разработки и конструирования узлов печатных плат. Он позволяет упаковывать схемы на плату, задавать размеры ПП, ширину проводников и величину индивидуальных зазоров для разных проводников, задавать размеры контактных площадок и диаметры переходных отверстий, экранные слои. Редактор позволяет выполнять маркировку ЭРЭ, их размещения, неавтоматическую трассировку проводников и формировать управляющие файлы для технологического оборудования.
Запуск программы осуществляется через кнопку «Пуск» с последующим выполнением в выпадающем меню команд программы P-CAD 2001 и P-CAD РСВ. В том случае, если на компьютере запущена одна из программ P-CAD 2001, необходимо щелкнуть ЛК по команде Utils. Откроется выпадающее меню, в котором несколько пунктов начинаются с аббревиатуры P-CAD. Щелчок мыши по P-CAD РСВ запустит программу. При этом действующая программа не закроется, а только свернется, и к ней всегда можно будет вернуться.
6). Трассировка проводников печатных плат:
- в ручном и интерактивном режимах средствами графического редактора печатных плат P-CAD PCB;
- в автоматическом режиме программами модуля P-CAD Autorouters, вызываемым из управляющей оболочки Р-CAD РСВ.
4. Расчёт показателей надёжности.
Расчет надежности заключается в определении показателей надежности изделия по известным характеристикам надежности составляющих компонентов и условиям эксплуатации. Данные для расчета надежности сведены в таблице 5, приведенной ниже:
Таблица 5. Параметры надежности элементов схемы
Наименование элементов
Ni
λоэ, ч-1
КН
at
aЭ
Nλ0KнataB
Микросхемы К555
8
0,02·10-6
0,6
3
10
2,88·10-6
Микросхемы КР142 ЕН
1
0,02·10-6
0,6
3
10
0,36·10-6
Резисторы С2-23
3
0,002·10-6
0,5
3
10
0,09·10-6
Конденсаторы керамические
1
0,03·10-6
0,25
3
10
0,225·10-6
Двухсторонняя печатная плата
1
0,2·10-6
1
3
10
6·10-6
Пайка выводов ЭРЭ
208
0,01·10-6
1
3
10
62,4·10-6
Контакт разъема
36
0,02·10-6
1
3
10
21,6·10-6
Ni – количество элементов;
λоэ – интенсивность отказов в нормальном режиме работы;
КН – коэффициент нагрузки; at – температурный коэффициент;
аЭ – коэффициент, учитывающий условия эксплуатации; .
Коэффициенты нагрузки электрорадиоэлементов находятся по формулам:
ü для микросхем (4.1), где Iвыхmax – максимальный выходной ток; Iвхi – входной ток микросхем; n – число нагруженных входов;
ü для конденсаторов (4.2), где U – напряжение на обкладках;
ü для резисторов (4.3), где P – рассеиваемая мощность.
1) Среднее время наработки на отказ:
.
2) Вероятность безотказной работы устройства в течение 1 года работы: . Вероятность отказов за 1 год работы: .
3) Вероятность безотказной работы устройства в течение 5 лет работы: . Вероятность отказа за 5 лет работы: .
5. Технологические процессы при изготовлении печатной платы.
Электрические и механические свойства современных электронных узлов основываются на пространственной комбинации электропроводящих, полупроводниковых и изоляционных материалов определенного химического состава. Для производства ЭРЭ, электронных узлов и их соединений привлекаются все известные методы, которые обеспечивают возможность создания определенных материалов и их обработку при очень точном соблюдении геометрических размеров. Это связано с тем, что требования к физическому функционированию аппаратуры, определяемые техническим прогрессом, влекут за собой все уменьшающиеся допуски на геометрию этих элементов. В последние десятилетия методы травления, гальваники, печати, процессы легирования и диффузии, а также механическая обработка получили стремительное развитие. Так, например, в настоящее время с помощью травления получают металлические структуры с шириной линий в несколько микрон, а сверлильный автомат для ПП позволяет за одну минуту просверлить свыше 2000 отверстий диаметром в несколько десятых долей миллиметра.
Необходимость изготовления большого числа элементов требует применения групповых методов обработки с очень высокой надежностью. Поэтому большое значение имеют дальнейшая автоматизация, точность и исследование всех факторов, влияющих на ход технологических операций. Ниже рассматриваются отдельные операции технологического процесса изготовления ПП.
1). Механическая обработка.
При изготовлении ПП используются механические методы обработки для создания отверстий и внешнего контура, а также для очистки поверхности фольги и стенок отверстий. Речь идет о пробивке, резке, сверлении, фрезеровании, шлифовании и способах очистки. Выбор метода производится с учетом обрабатываемого диэлектрика, требований к качеству обрабатываемой поверхности, а также экономичности в зависимости от размера партии.
При резке необходимо учитывать быстрое изнашивание резца, в основном, при обработке материалов на основе стекловолокна. Так как некоторые связующие слоистых диэлектриков при низкой температуре становятся хрупкими, а материалы заготовок при обработке склонны к расслоению, то в большинстве случаев необходимо работать с нагретыми материалами. При этом нужно учитывать влияние их теплового расширения на допуск в размещении отверстий. Общепринято считать, что структуру слоистых диэлектриков с помощью механических или термических воздействий изменять нельзя, так как в результате этого при дальнейшей обработке могут возникать дефекты, например при металлизации отверстий.
Бесстружечная обработка отличается особенно низкими затратами при использовании специальных инструментов. Кроме того, при этом исключается нагрев слоистых диэлектриков.
2). Производство покрытий.
Производство ПП известными методами (субтрактивным, аддитивным, послойного наращивания), так же как и производство ИМ, не обходится без нанесения различных металлических и неметаллических покрытий. Видом покрытий, необходимой точностью, размерами основания и покрываемой поверхности определяется большое разнообразие существующих методов нанесения покрытий. Для производства ПП значение имеют только те из них, которые обеспечивают при массовом производстве нанесение покрытий толщиной от 1 до 70 мкм. Важнейшими методами получения металлических и неметаллических покрытий являются трафаретная печать и термовакуумное испарение. Для получения только металлических покрытий применяют химическую и гальваническую металлизацию, а для получения только неметаллических покрытий — метод фотопечати (с нанесением фоторезиста погружением, вальцеванием и центрифугированием) и офсетную печать.
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.