Реферат: Разработка конструкции и технологии изготовления печатного узла

/>

      БАЛТИЙСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф.Устинова

Кафедра Н2Курсоваяработа

на тему: Разработка конструкции и технологии печатного узла

                                                                    Студент:             

                                                          Группа:                  

                                                                             Преподаватель:   Акимов Г.А.                                                        

       Санкт-Петербург

       200 год

Содержание

1. Исходные данные.

1.1. Условия эксплуатации.

1.2. Годовая программа выпуска.

2. Конструкторско-технологический расчет платы.

2.1. Расчет параметров проводящего рисунка с учетомтехнологических 

       погрешностей получениязащитного рисунка.

2.2. Расчет параметров проводящего рисунка с учетомтехнологических 

      погрешностей получениязащитного рисунка.

2.3. Расчет проводников по постоянному току.

2.4. Расчет проводников по переменному току.

3. Анализ технического задания и выбор конструкции узлас учетом

    параметров печатной платыи вида соединителя.

3.1. Расчет механической прочности.

3.2. Расчет теплового режима.

1.ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1.1.    Условия эксплуатации.

Цифровой октан-корректор применяется вавтомобильной РЭА (возимая РЭА на транспорте).

ДаннаяРЭА обладает следующими основными характеристиками:

1)Окружающая температура, К: ТMIN = 233К;

                                                       ТMAX = 333К;

2)Относительная влажность при 298К, %: 93%;

3)Удары:

а)длительность, мс: /> = 5 … 10мс;

б)ускорение, м/с2: аН 147м/с2;

в)частота, мин-1: /> = 40 …80мин-1;

4)Вибрации:

а)диапазон частот, Гц: fH … fB = 4 … 80Гц;

б)виброускорение, м/с2: а = 78,5м/с2;

5)Линейные ускорения, м/с2: 3,12м/с2;

6)Пониженное атмосферное давление, кПа: Н = 61кПа;

7)Дополнительные условия:

   Возникновение инея и росы, дождя, воздушного потока,

   ГОСТ 16019 – 78.

1.2.Годовая программа выпуска.

Технологиясборки и монтажа печатного узла разрабатывается для массового и крупносерийногопроизводства.

1.3.Анализ электрической принципиальной схемы.

Описываемыйниже электронный цифровой октан-корректор позволяет оперативно, с рабочегоместа водителя, менять ОЗ от 0 до 16,80относительно начальногоугла, определяемого механическим октан корректором; шаг регулирования – 1,40.Технические характеристики электронного октан-корректора практически не зависятот температуры окружающей среды. Возможные колебания установленного угла непревышает ±0,10. Устройство предназначено для работысовместно с любой системой электронного зажигания. Угол ОЗ регулируютмалогабаритным галетным переключателем на 12 положений.

Устройствосостоит из узла, устраняющего влияние дребезга контактов прерывателя (VT1,DD3.1, DD3.4), генератора прямоугольных импульсов (DD1.1, DD1.4), счетчика DD4с переменным коэффициентом счета, реверсивного счетчика (DD5 – DD7), триггера (DD2.1,DD2.2), одновибратора (DD3.3, DD1.2) и усилителя,формирующего выходной импульс (VT3, VT4).

Послевключения питания триггер DD2.1, DD2.2 может установиться в любое положение. Предположим,что на выходе элемента DD2.2 будет высокий уровень. Тогда импульсы частотойоколо 640кГц с выхода генератора DD1.1, DD1.4, пройдя через счетчик DD4,делитель частоты на счетчике DD8, элемент DD2.3, попадут на вход +1реверсивного счетчика DD5 – DD7. При появлении на выходах 4,8 счетчика DD7сигнала высокого уровня элемент DD1.3 запретит работу счетчика DD4 и заполнениесчетчика DD5 – DD7 прекратится.

Послепервого размыкания контактов прерывателя на выходе одновибратора DD3.1, DD3.4сформируется импульс длительностью около 500мкс, необходимый для устранениявлияния дребезга контактов при их размыкании. После дифференцирования цепьюC5R13R14 этот импульс переключит триггер DD2.1, DD2.2 и обнулитсчетчик DD8, триггер своими выходными сигналами обнулит счетчик DD4, запретитпрохождение импульсов с генератора на вход +1 реверсивного счетчика и разрешитпрохождение импульсов через делитель частоты DD8 и элемент DD2.4 на вход –1счетчика DD5 – DD7. В момент обнуления реверсивного счетчика на катодах диодовVD6 – VD17 появится сигнал низкого уровня. Выходной импульс эмиттерногоповторителя на транзисторе VT2 запускает одновибратор DD3.3, DD1.2.

Вкорректоре использованы резисторы: R6 – МЛТ-2, остальные МЛТ-0,125;конденсаторы: С15 – К52-1, остальные – КМ6-Б или КМ5. Переключатель SA1 –ПГ2-8-12П4НВ, SA2 – МТ-3. Вместо КД522А (VD1 – VD4) можно применить любыекремниевые маломощные диоды, рассчитанные на прямой ток не менее 100мА(например, КД102А, КД509А). Остальные диоды можно заменить на КД503А, КД509А.

ТранзисторКТ817Б можно заменить на КТ801А, Кт815А.

1.4.Выбор типа и технологии печатной платы, класса точности, габаритных размеров,материала, толщины и шага координатной сетки.

Наименование

воздействующего фактора

Значение воздействующего фактора по группе жесткости 1 2 3 4

Температура

окружающей среды

Повышенная

Пониженная

Время выдержки

85 -60 100 120 Повышенная влажность

Относ. влажность

Температура

Время выдержки

2 суток

93

40

4 суток

10 суток 21 суток

Циклическое

воздействие

температур

Верхнее значение

Нижнее значение

Число циклов

55

-40

2

85

4

120

9

Давление, кПа/мм рт ст 53,6/400 0,67/5

Приведенная таблица – группы жесткости по ОСТ4.077.000. Нашей схеме соответствует 3 группа жесткости по значениямвоздействующих факторов.

Выбираем двухстороннюю печатную плату (ДПП) сметаллизированными монтажными и переходными отверстиями, так как онаобеспечивает достаточно высокую плотность монтажа (больше, чем приодносторонней) и низкую себестоимость) меньше, чем у многослойных). Такжеобеспечивается повышенная ремонтопригодность и прочность.

Выбираем полуаддитивный метод формирования проводящегослоя, так как он обеспечивает достаточную точность при наименьшей из всехметодов себестоимости при массовом и крупносерийном производстве.

Выбираем сеткографический метод нанесения защитногопокрытия, как обеспечивающий высокую производительность и экономичность вмассовом производстве, а также имеющем высокую точность.

Выбираем 3 класс точности:

а) ширина проводника – 0,25мм;

б) расстояние между элементами – 0,25мм;

в)гарантированный поясок – 0,1мм;

г)отношение диаметра отверстия к толщине – 0,33.

Габаритныеразмеры платы 100x60мм. Материал основания печатной платы – стеклотекстолит,так как он обеспечивает необходимый запас по прочности без примененияспециальных методов увеличения прочности.

Шагкоординатной сетки 2,5мм.

2.КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПЛАТЫ

2.1.Расчет параметров проводящего рисунка с учетом технологических погрешностей егополучения.

Номинальноезначение диаметра монтажного отверстия (для установки навесного элемента):

dЭ= 1мм – максимальное значение диаметра вывода навесного элемента;

r= 0,25мм – разность между минимальным значением диаметра отверстия и 

                        максимальным диаметром вывода устанавливаемого элемента;

/>dHO =- 0,15мм – нижнее предельное отклонение номинального значения

                                   диаметра отверстия;

/>

d = 1,4мм – диаметрмонтажного отверстия.

Номинальное значение ширины проводника:

tМД=0,25мм – минимально допустимая ширина проводника;

/>tHO =- 0,08мм – нижнее предельное отклонение ширины проводника;

/>

t = 0,33мм – номинальноезначение ширины проводника.

Номинальноезначение расстояния между элементами проводящего рисунка:

SМД = 2,35мм – минимально допустимое расстояниемежду элементами

                              проводящего рисунка;

/>tВО = 0,1мм – верхнее предельное отклонение шириныпроводника;

/>

Диаметральноезначение позиционного допуска расположения центров отверстий относительнономинального положения узла координатной сетки:

/>

Диаметральноезначение позиционного допуска расположения контактных площадок относительно ихноминального положения:

/>

Минимальныйдиаметр контактной площадки:

/>dВО = 0,05мм – предельное отклонение;

bП = 0,1мм – ширина гарантированного пояска;

/>dТР = 0 – глубина подтравливания диэлектрика;

/>

Номинальноезначение диаметра монтажного отверстия (для установки навесного элемента):

dЭ= 0,5мм – максимальное значение диаметра вывода навесного элемента;

r= 0,2мм – разность между минимальным значением диаметра отверстия и 

                        максимальным диаметром вывода устанавливаемого элемента;

/>dHO =- 0,15мм – нижнее предельное отклонение номинального значения

                                   диаметра отверстия;

/>

d = 0,85мм – диаметрмонтажного отверстия.

Минимальныйдиаметр контактной площадки:

/>dВО = 0,05мм – предельное отклонение;

bП = 0,1мм – ширина гарантированного пояска;

/>dТР = 0 – глубина подтравливания диэлектрика;

/>

2.2. Расчет конструктивныхпараметров печатных плат с учетом погрешностей получения защитного рисунка.

Технологические коэффициенты и погрешности, мм Обозначение Величина 1 2 3 Толщина предварительно осажденной меди

hПМ

0,006 Толщина наращенной гальванической меди

hГ

0,05 Толщина металлического резиста

hР

0,02 Погрешность расположения отверстия относительно координатной сетки, обусловленная точностью сверлильного станка

/>о

0,05 Погрешность базирования плат на сверлильном станке

/>б

0,03 Погрешность расположения оси контактной площадки относительно оси координатной сетки на фотошаблоне

/>Ш

0,04 Погрешность расположения проводника на фотошаблоне относительно координатной сетки

/>ШТ

0,04 Погрешность расположения элементов при экспонировании на слое

/>Э

0,03 Погрешность расположения контактной площадки на слое из-за нестабильности его линейных размеров, % от толщины

/>М

0,1 Погрешность расположения базовых отверстий на заготовке

/>Б

0,03 Погрешность расположения базовых отверстий на фотошаблоне

/>П

0,03 Погрешность расположения контактной площадки на слое, обусловленная точностью пробивки базовых отверстий

/>ПР

0,03 Погрешность расположения контактной площадки, обусловленная точностью изготовления базовых штырей пресс-форм

/>ПФ

0,04 Погрешность диаметра отверстия после сверления

/>d

0.03 Погрешность изготовления окна фотошаблона

/>DШ

0,03 Погрешность изготовления линии фотошаблона

/>tШ

0,04 Погрешность диаметра контактной площадки фотокопии при экспонировании рисунка

/>Э

0,03

Минимальныйдиаметр металлизированного отверстия:

HП= 2мм – толщина платы;

     /> = 0,4мм – отношениедиаметра металлизированного отверстия к толщине

                               платы;

/>

Минимальныйдиаметр просверленного отверстия:

dМОТВ = 1мм – диаметр металлизированного отверстия;

dСВ= 1,1мм – диаметр сверла;

dMAX = 1,3мм

Погрешностьрасположения отверстия:

/>

Минимальныйдиаметр контактных площадок:

/>

Минимальныйдиаметр окна фотошаблона для контактной площадки:

DШMIN = DMIN – (hГ+ hP) = 1,869мм

Максимальный диаметр окна фотошаблона дляконтактной площадки:

DШMАX = DШMIN + />DШ = 1,899мм

Максимальныйдиаметр контактной площадки:

DMАХ = DШMAX + />Э + hP+ hГ  =1,999мм

Минимальнаяширина проводников:

tП1MIN= 0,18мм – эффективная минимальная ширина проводника;

/>

Минимальнаяширина линии на фотошаблоне:

/> =/> –(hГ + hP) = 0,189мм

Максимальнаяширина линии на фотошаблоне:

tШMАX= tШMIN + />tШ = 0,229мм

Максимальнаяширина проводников:

tПМАХ = tШMAX + />Э + hP  =1,999мм

Минимальноерасстояние между проводником и контактной площадкой:

L0= 2,5мм – расстояние между рассматриваемымиэлементами;

/>

Минимальноерасстояние между контактными площадками:

/>

Минимальное расстояние между двумя проводниками:

/>

Минимальное расстояние между проводником иконтактной площадки:

/>

Минимальноерасстояние между двумя контактными площадками на фотошаблоне:

/>

Минимальноерасстояние между двумя проводниками на фотошаблоне:

/>

Минимальныйдиаметр просверленного отверстия:

dМОТВ = 0,5мм – диаметр металлизированногоотверстия;

dСВ= 0,6мм – диаметр сверла;

dMAX = 0,8мм

Минимальныйдиаметр контактных площадок:

/>

Минимальныйдиаметр окна фотошаблона для контактной площадки:

DШMIN = DMIN – (hГ+ hP) = 1,369мм

Максимальный диаметр окна фотошаблона дляконтактной площадки:

DШMАX = DШMIN + />DШ = 1,399мм

Максимальныйдиаметр контактной площадки:

DMАХ = DШMAX + />Э + hP+ hГ  =1,499мм

Минимальноерасстояние между проводником и контактной площадкой:

L0= 2,5мм – расстояние между рассматриваемымиэлементами;

/>

Минимальноерасстояние между контактными площадками:

/>

Минимальное расстояние между двумя проводниками:

/>

Минимальное расстояние между проводником иконтактной площадки:

/>

Минимальноерасстояние между двумя контактными площадками на фотошаблоне:

/>

Минимальноерасстояние между двумя проводниками на фотошаблоне:

/>

2.3.Расчет проводников по постоянному току.

а)падение напряжения на проводнике:

/>-удельное сопротивление проводника;

hФ = 0,05мм – толщина фольги;

bФ= 0,259мм – ширина проводника;

I = 0,4мм – ток;

l = 115мм –  длина проводника;

/>

УсловиеUП < UЗПУ  =  60,39мВ < 0,4В.

б)Для шин питания и земли:

ЕП= 12В – номинальное значение напряжения питания;

l= 103мм;

/>

SПЗ= 0,29мм2 – сечение проводника шины питания и земли.

в)Определение сопротивления изоляции:

   Поверхностное сопротивление изоляции параллельных печатных 

   проводников:

               />= 5*1010Ом – удельное поверхностное сопротивление

                                                  диэлектрика из стеклотекстолита;

l  = 22,5мм;

               />= 2,5мм – зазормежду проводниками;

/>

Объемноесопротивление изоляции между проводниками

противоположныхслоев ДПП:

/>= 5*109 Ом*м – объемное удельноесопротивление диэлектрика из

                                стеклотекстолита;

hПП = 2мм – толщина печатной платы;

SП = 8,84мм2 – площадьпроекции одного проводника на другой;

/>

Сопротивление изоляции параллельных проводников:

bПР = 0,259мм – ширина проводника;

               />= 2,5мм – зазор междупроводниками;

l = 5мм – длина совместного прохождения;

/>

2.4.Расчет проводников по переменному току.

Падениеимпульсного напряжения на проводнике в 1 см.

LПО= 1,73А – погонная индуктивность одиночного проводника;

/>I= 8*10-3мкГн/см – изменение выходного тока переключения;

tИ = 100нс – длительность импульса;

/>

Максимальнаядлина проводника:

/>

Задержкасигналов в линии связи:

/>-задержка по проводнику в вакууме;

           />= 5 – относительнаядиэлектрическая проницаемость платы;

           />= 1 — относительнаямагнитная проницаемость платы;

l = 0,25м;

/>

Рассчитываемзначение емкости печатных проводников ( С ) и коэффициент взаимоиндукции ( М ):

/> -ширина проводника;

/> -зазор между проводниками;

/> -толщина фольги;

/>;

/>

3.Анализ технического задания и выбор конструкции узла с учетом

    параметров печатной платыи вида соединителя.

3.1.Расчет механической прочности.

Исходныеданные для расчета ПУ на вибропрочность:

-    длина платы, м: />                              

-    ширина, м: />

-    толщина, м: />

-    материал печатной платы:

-    плотность, кг/м3: />

-    модуль упругости, Н/м2:/>

-    коэффициент Пуассона: />

-    предел прочности, Н/м2:/>

-    масса всех ЭРЭ на ПП, кг: />

-    виброускорение, м/с2: />

-    виброперегрузка: />.

1)  Низшие собственные частотыпечатных узлов:

/> -главный центральный момент инерции;

/> =484,45

/>556,74кГц

2)Напряжение в пластине:

/>-масса ПУ;

РН=120Н – дополнительное усиление стягивания винтами;

/>-нагрузка на пластину;

/>

Запаспрочности: />.

Список литературы

1. Е.М.Парфенов, Э.Н.Камышная, В.П.Усачев.

    “Проектирование конструкций радиоэлектроннойаппаратуры”

    М.: Радио и связь, 1989г. — 272с.

2. В.А.Егоров, К.М.Лебедев, Ю.Г.Мурашев, Ю.Ф.Шеханов

    “Конструкторско-технологическое проектированиепечатных  

    узлов” Под редакцией Ю.Г.Мурашева. БГТУ СПб,1995г. – 92с.

3. www.sitednl.narod.ru/1.zip — базасотовых по Петербургу