Разработка конструкции и технологического процесса изготовления печатной платы (стр. 2 из 8)
Для данного блока достаточно естественного воздушного охлаждения.
1.5 Расчет параметров электрических соединений
Расчет печатного монтажа состоит из следующих этапов:
Печатная плата выполняется комбинированным позитивным методом, т.к. он обеспечивает максимальную надежность соединения печатных проводников с основанием платы. Установка ИМС на печатную плату производится вручную, поэтому устанавливать большие размеры допусков нет необходимости и возможно изготовление печатной платы по третьему классу точности (ГОСТ 4.010.022 - 85).
1.5.1 Определение минимальной ширины печатного проводника
Определение минимальной ширины проводника, исходя из допустимого падения напряжений на нем:
bmin = p * Imax * L/ (Uдоп * t),
где р = 0,0175 Ом мм2/м - удельное объемное сопротивление;
L - 0,5 мм - максимальная длина проводника;
Uдоп = 0,5 В - допустимое падение напряжения (из анализа электрической схемы, не должно превышать 5% от питающего напряжения для микросхем и не более запаса помехоустойчивости микросхем).
bmin = 0,0175*0,4*0,5 / (0,035*0,5) = 0,2 мм.
Таблица 1.5.1 Допустимая плотность тока в зависимости от метода изготовления
| Метод изготовления | Толщина фольги t, мкм | Допустимая плотность тока yдоп, А / мм2 | Удельное сопротивление p, Ом*мм2/ м |
| Химический:внутренние слои МППнаружные слои ОПП, ДПП | 20, 35, 5020, 35, 50 | 1520 | 0.050 |
| Комбинированный позитивный | 203550 | 754838 | 0.0175 |
| Электрохимический | - | 25 | 0.050 |
1.5.2 Определение минимального диаметра монтажных отверстий
Определение минимального диаметра монтажных отверстий
d = dэ + [ΔdH.0.] + r,
гдеdэ = 0,5 - максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ;
ΔdH.0. = 0,1 - нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия (по таблице 1.5.2)
r = 0,1 - разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ЭРЭ (выбирается в пределах 0,1…0,4), тогда:
d = 0,5 + 0,1+ 0,1 = 0,7м
Для металлизированных отверстий:
dmin ≥ Нрасч * γ,
где
- расчетная толщина платы;γ ≥ 0,33 (для ПП 3-го класса точности) - отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы;
НСi = 1,5 - номинальная толщина i-го слоя;
Нnpi= 0 - номинальная толщина материала i-ой прокладки из стеклоткани (т.к. 1 слой, то прокладок вообще нет);
n = 1 - число слоев;
hn = 0,035 - толщина гальванически осажденных металлов
Нрасч = 1,5 + 1* 0,035 = 1,57 мм
dmin>=1,57* 0,33 ;
dmin>=0,52 мм.
Исходя из этого, выбираем диаметр отверстия d = 0,7 мм из ряда ГОСТ 10317-79.
Таблица 1.5.2 Классы точности ПП
| Параметры | Класс точности ПП | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Минимальное значение номинальной ширины проводника b, мм | 0,60 | 0,45 | 0,25 | 0,15 |
| Номинальное расстояние между проводниками s, мм | 0,60 | 0,45 | 0,25 | 0,15 |
| Отношение диаметра отверстия к толщине платы g | >=0,50 | >=0,50 | >=0,33 | >=0,33 |
| Допуск на отверстие Dd, мм, без металлизации, d<=1 мм | ± 0,10 | ± 0,10 | ± 0,05 | ± 0,05 |
| То же, d >1 мм | ± 0,15 | ± 0,15 | ± 0,10 | ± 0,10 |
| Допуск на отверстие Dd, мм, с металлизацией, d<=1 мм | + 0,10- 0,15 | + 0,10- 0,15 | + 0,05- 0,10 | + 0,05- 0,10 |
| То же, d >1 мм | + 0,15- 0,20 | + 0,15- 0,20 | + 0,10- 0,15 | + 0,10- 0,15 |
| Допуск на ширину проводника Db, мм, без покрытия | ± 0,15 | ± 0,10 | + 0,03- 0,05 | ± 0,03 |
| То же с покрытием | + 0,25- 0,20 | + 0,15- 0,10 | + 0,10- 0,08 | ± 0,05 |
| Допуск на расположение отверстия при размере платы до 180 мм dd | 0,20 | 0,15 | 0,08 | 0,05 |
| Допуск на расположение контактных площадок dp, мм, на ОПП и ДПП при размере платы до 180 мм | 0,35 | 0,25 | 0,20 | 0,15 |
| Допуск на расположение контактных площадок dp, мм, на МПП при размере платы до 180 мм | 0,40 | 0,35 | 0,30 | 0,25 |
| Расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки bm | 0,06 | 0,045 | 0,035 | 0,025 |
5.3 Расчет диаметра контактных площадок
Минимальный диаметр контактных площадок печатных плат, изготовленных комбинированным позитивным методом:
D min = D1min + 1,5 hф + 0,03,
где hф - 0,035 мм - толщина фольги;
D1min = 2*(bm+ dmax/2 + δd + δр) - минимальный эффективный диаметр площадки;
bm = 0,035 мм (для ПП 3-го класса точности - таблица 1.5.2) - расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки;
δd = 0,05 мм; δр = 0,2 мм - допуски на расположение отверстий и контактных площадок (таблица 1.5.2)
dmax= d + Δd + (0,1 ..... 0,15) - максимальный диаметр просверленного отверстия;
Δd = 0,1 мм - допуск на отверстие (таблица 1.5.2);
d = 0,7 мм - номинальное значение диаметра;
Итак:
dmax = 0,7 + 0,1 + 0,1 =0,9 мм;
D1min = 2*(0,035 + 0,9/2 + 0,05 + 0,2) = 1,47 мм
D min = 1,47 + 1,5*0,035 + 0,03 = 1,5525 мм
Dmax = D min + (0,02 ..... 0,06) = 1,5525 + 0,02= 1,5725мм.
Максимальный диаметр контактной площадки 1,5725 мм.
1.5.4 Определение ширины проводников
Минимальная ширина проводников для ПП, изготовленных комбинированным позитивным методом:
b min = b1min + 1,5 hф + 0,03
где b1min = 0,18 мм (для ПП 3-го класса точности) - минимальная эффективная ширина проводника;
hф = 0,035 мм - толщина фольги;Тогда:
bmin = 0,18 + 1,5*0,035 + 0,03 = 0,2625 мм;
bmax = bmin + (0,02...0,06) = 0,263 + 0,04 = 0,3025 мм;
Максимальная ширина проводника 0,3025 мм.
1.5.5 Определение минимального расстояния между элементами проводящего рисунка
S1min = L0 - [(Dmax/2 + δр) + (bmax /2 + δ1)
S1min - минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой, где
L0 - 2,5 мм - расстояние между центрами рассматриваемых элементов; δ1 = 0,25 - допуск на расположение проводников.
S1min = 2,5 - [(1,5725/2 + 0,2) + (0,3025/2 + 0,25)] = 1,475 мм
S2min = L0 - (Dmax + 2 * δp) - минимальное расстояние между 2 - мя контактными площадками;
S2min = 2,5 - (1,5725 + 2*0,2) = 0,5275 мм
S3min = L0 - (Dmax+ 2 * δ1) - минимальное расстояние между 2-мя проводниками;
S3min = 2,5 - (1,5725 + 2 * 0,25) = 0,4275 мм
1.6 Расчет надежности.
Расчет надежности заключается в определении показателей надежности изделия по известным характеристикам надежности составляющих компонентов и условиям эксплуатации. Для расчета надежности необходимо иметь логическую модель безотказной работы системы. При ее составлении предполагается, что отказы элементов независимы, а элементы и система могут находиться в одном из 2-х состояний: работоспособном и неработоспособном. Элемент, при отказе которого отказывает вся система, считается последовательно соединенным; а элемент, отказ которого не приводит к отказу системы, считается включенным последовательно на логической схеме надежности.
Расчет надежности можно производить по внезапным и по постепенным отказам. При конструировании данного устройства расчет будем проводить по внезапным отказам.
Определим интенсивность потока отказов элементов с учетом условий эксплуатации изделия:
λ = λ0i * k1 * k2 * k3 * k4 * ai(T,kn),
где l0i- номинальная интенсивность потока отказов;
k1, k2 - поправочные коэффициенты, зависящие от воздействия механических факторов;
k3 - поправочный коэффициент, зависящий от воздействия влажности и температуры;
k4 - поправочный коэффициент, зависящий от давления воздуха;
аi(Т,kn) - поправочный коэффициент, зависящий от температуры поверхности элемента и коэффициента загрузки.
Так как расчет надежности блока ведется на этапе технического проектирования, то значения всех поправочных коэффициентов еще не определены. Поэтому воспользуемся полученными из опыта эксплуатации значениями неких обобщенных поправочных коэффициентов, представляющих собой комплексный поправочный коэффициент К, зависящий от объекта установки ЭВМ и учитывающий все условия эксплуатации. Для наземной аппаратуры К=20.
Для последовательного соединения элементов на структурной схеме надежности вероятность безотказной работы составит:
где n - количество элементов.
Интенсивность отказов системы составит
Среднее время наработки на отказ :
Так как разрабатываемый узел не имеет резервных элементов и при отказе любого элемента узла производится полная замена платы (это будет обходиться дешевле, чем поиск неисправности и замена отказавшего элемента), то получаем не резервированную невосстанавливаемую систему. Т.к. все элементы платы являются практически необходимыми для функционирования устройства, то получим последовательную структурную схему надежности.
Исходя из этого получим : li = 20*liн*n, (для элементов соединенных последовательно на структурной схеме надежности блока) где n - количество элементов;
liн - интенсивность отказа i-ro элемента при нормальных условиях эксплуатации (таблица 1.6.1);
lимс= 20* 0,013*10-6* 26 =6,76*10-6
lпп =20*0,7*10-6*1 = 1,4*10-5
lразъема= 20 * 0,062*10-6*46 * 1 = 5,7*10-5
lпаян.соед = 20 * 0,01*10-6 * 315 = 7,3*10-5
lперех.отв =20*0,01*10-6*112 = 2,24*10-5