Разработка печатного узла (стр. 3 из 5)
Основными методами, применяемыми в промышленности для создания рисунка печатного монтажа, являются офсетная печать, сеткография и фотопечать. Выбор метода определяется конструкцией ПП, требуемой точностью и плотностью монтажа, производительностью оборудования и экономичностью процесса.
Метод офсетной печати состоит в изготовлении печатной формы, на поверхности которой формируется рисунок слоя. Форма закатывается валиком трафаретной краской, а затем офсетный цилиндр переносит краску с формы на подготовленную поверхность основания ПП. Метод применим в условиях массового и крупносерийного производства с минимальной шириной проводников и зазоров между ними 0,3 ... 0,5 мм (платы 1 и 2 классов плотности монтажа) и с точностью воспроизведения изображения ±0,2 мм. Его недостатками являются высокая стоимость оборудования, необходимость использования квалифицированного обслуживающего персонала и трудность изменения рисунка платы.
Сеткографический метод основан на нанесении специальной краски на плату путем продавливания ее резиновой лопаткой (ракелем) через сетчатый трафарет, па котором необходимый рисунок образован ячейками сетки, открытыми для продавливания. Метод обеспечивает высокую производительность и экономичен в условиях массового производства. Точность и плотность монтажа аналогичны предыдущему методу.
Самой высокой точностью (±0,05 мм) и плотностью монтажа, соответствующими 3—5 классу (ширина проводников и зазоров между ними 0,1—0,25 мм), характеризуется метод фотопечати. Он состоит в контактном копировании рисунка печатного монтажа с фотошаблона па основание, покрытое светочувствительным слоем (фоторезистом).
Учитывая вышесказанное и принимая во внимание требования технического задания, выбираем метод изготовления печатной платы химический с получением рисунка печатного монтажа методом фотопечати.
4.4 Выбор материала печатной платы
В качестве основания печатной платы используются слоистые диэлектрики на основе бумаги (гетинаксы) и на основе стеклоткани (стеклотекстолиты). Выбор материала определяется электроизоляционными свойствами, механической прочностью, обрабатываемостью, стабильностью параметров при воздействии агрессивных сред и изменяющихся климатических условий, себестоимостью. Стеклотекстолит превосходит гетинакс практически по всем техническим и электрическим характеристикам: допустимая влажность окружающей среды для платы без дополнительной влагозащиты (85% для гетинакса и 93% для стеклотекстолита). Стеклотекстолит имеет меньший тангенс угла диэлектрических потерь (0,035 против 0,07) и меньшую диэлектрическую проницаемость (5,5 против 7,0), что уменьшает паразитную емкость; водопоглощение при толщине 1,5мм (20мг против 80мг), прочность на отслаивание фольги после кондиционирования в гальваническом растворе (3,6Н против 1,8Н), прочность на отрыв контактной площадки (60Н против 50Н) – важный показатель для плат, эксплуатируемых в жестких механических условиях.
Исходя из выше сказанного стеклотекстолит превосходит гетинакс практически по всем показателям, но стоимость его значительно выше.
Предпочтительными значениями номинальных толщин одно- и двусторонних печатных плат являются 0,8; 1,0; 1,5; 2.0 мм.
Материалы, рекомендуемые для изготовления печатных плат, приведены ниже в таблице 11 .
Таблица 11
| Тип печатной платы | Наименование | Марка | Толщина материала, мм | ГОСТ. ТУ |
| ОПП и ДПП | Гетинакс фольгированный | ГФ-1-50 ГФ-2-50 ГФ-1-35 ГФ-2-35 | 1,0…3.0 1,5…3.0 1,0…3.0 1,0…3.0 | ГОСТ 10316-78 |
| ОПП и ДПП | Стеклотекстолит фольгированный | СФ-1-35 СФ-2-35 СФ-1-50 СФ-2-50 СФ-1Н-50 СФ-2Н-50 | 0,8…3.0 0,8…3.0 0,5…3.0 0,5…3.0 0,8…3.0 0,8…3.0 | ГОСТ 10316-78 |
| ОПП и ДПП | Стеклотекстолит фольгированный повышенной нагревостойко-сти | СФНП-1-50 СФНП-2-50 | 0,5…3,0 0,5…30 | ГОСТ 10316-78 |
Исходя из того, что проектируемая аппаратура является носимой и эксплуатируется при высоких значениях механических нагрузок и жестких климатических условий необходимо использовать стеклотекстолит фольгированный повышенной нагревостойкости.
Таким образом, выбираем СФНП-1-35-2 ГОСТ 10316-78 – фольгированный стеклотекстолит с повышенной нагревостойкостью, толщиной 2 мм, облицовочный с одной стороны медной электролитической фольгой толщиной 35 мкм.
4.5 Выбор способа пайки
В зависимости от конструктивной реализации узла, программы выпуска, чувствительности компонентов к нагреву, имеющегося оборудования и его производительности могут применяться пайка оплавлением дозированного припоя, пайка волной припоя, селективная пайка, ручная пайка.
Выберем пайку селективную пайку. Она обеспечивает более высокое качество пайки поверхностномонтируемых компонентов, чем групповая пайка компонентов в установке пайки двойной волной припоя, особенно при высокой плотности монтажа на плате. К тому же компоненты не погружаются в волну припоя и не подвергаются дополнительному термическому воздействию. Обеспечивается тем самым высокое качество изделий.
5 Определение основных конструктивных параметров печатной платы
5.1 Определение размеров печатной платы
Размеры печатной платы определяются исходя из площади, необходимой для размещения всех электрорадиоэлементов, элементов печатного монтажа и площади дополнительных зон.
При компоновке элементов на печатных платах оперируют понятием установочной площади элемента, которую для большинства элементов вычисляют по формуле (3):
Sуст = 1.3 BL , (3)
где В – максимальная ширина (диаметр элемента);
L – длина элемента, включая отформованные выводы (установочный размер).
Установочная площадь учитывает зазоры, которые необходимы для работы укладочного инструмента.
Расчет установычных площадей элементов производился в пункте 3.
Если печатная плата содержит краевые поля, необходимые для маркировки, установки контрольных точек, элементов фиксации и коммутации, то их площадь также включается в полную площадь печатной платы.
При определении полной площади платы вводят коэффициент ее увеличения, находящийся в пределах КS= (1,5...3) :
, (1)где N - количество компонентов на плате;
Sкп - площадь краевых полей платы.
Sуст – установочная площадь отдельных элементов
Задавшись коэффициентом увеличения 3, определим площадь печатной платы:
Sуст=3*234=527мм2 Тогда Snn=3655mm2
Масса элементов равна примерно 20 грамм.
Если печатный узел используется в составе стойки или как субблок, выбирается стандартный типоразмер печатной платы. В нашем случае проектируемый функциональный узел располагается в автономном блоке, поэтому возможно применение ПП произвольных размеров, обеспечивающих необходимую площадь. Исходя из площади печатной платы, определяем конкретные, габаритные размеры в соответствии с ГОСТ 10317-79. По техническому заданию не требуется плата оригинальной формы, поэтому выбрана прямоугольная форма печатной платы. Полученной установочной площади соответствует плата с линейными размерами 43,8*47,6мм
6.1 Выбор элемента внешней коммутации узла
Для обеспечения электрической связи ФУ с другими узлами, блоками, выносными элементами в конструкции должны быть предусмотрены элементы контактирования - соединители.
Соединители могут быть выбраны в виде вилки навесных разъемов; сформированных печатных концевых вставок на ПП; монтажных отверстий; штырей, впаянных в монтажные отверстия; и, наконец, контактных площадок. Для обеспечения удобства монтажа и ремонта все элементы коммутации ФУ должны быть выведены на одну из сторон ПП.
6.2 Варианты компоновки узла
Под компоновкой РЭС понимают часть процесса конструирования, связанного с размещением на плоскости или в объеме отдельных составных частей изделия с учетом реализации необходимых электрических связей, взаимного влияния электромагнитных и тепловых полей. При компоновке ПП электрорадиоэлементы обычно заменяют их установочными моделями, которые представляют собой проекцию элемента на плату. Вариантов компоновки может существовать очень много. На рисунке 15 представлен один из вариантов компоновки проектируемого узла.
Рисунок 15.
6.3 Трассировка печатной платы
При разработке трассировки печатной платы следует учитывать необходимость проложения печатных проводников по линиям координатной сетки или под углом 450 к ним. Это нужно для облегчения автоматизированного получения рисунка печатной платы. Для третьего класса точности шаг координатной сетки 1.25 мм. Также следует учитывать выдерживание небходимого расстояния между печатными проводниками . Для платы третьей класса точности минимальная ширина проводника t и зазора s: 0.25 мм. Для уменьшения плотности протекающего через проводник тока выберем среднюю ширину проводника t=0.3 мм. В узких местах допустимая ширина может принимать значение t=0.25 мм. Трассировка платы показана на рисунке 16.
Рисунок 16.
Вариант трассировки представлена на рисунке 16.
6.4 Маркировка печатной платы
Маркировка выполняется обычно методом проводящего рисунка (например, травлением) или же маркировочной краской. Маркировка травлением используется в основном при мелкосерийном производстве при невысокой плотности расположения проводников, когда экономически не выгодно изготовление сеточных трафаретов для маркировки краской. В нашем же случае предполагается крупносерийное производство аппаратуры. В этом случае выгоднее использовать маркировку краской. Современные технологии позволяют применять для всех видов маркировок краску и типографскую печать на твердых поверхностях.