Разработка печатного узла (стр. 4 из 5)

Таким образом, маркировка производится офсетным способом, который удобен при автоматизированном производстве.

Маркировочная краска разрабатываемого функционального узла должна отвечать следующим требованиям:

- возможность автоматического нанесения в условиях крупносерийного производства;

- механическая прочность;

- хорошая адгезия к маркируемой поверхности;

- диапазон рабочих температур от -60 до +45⁰ С;

- рекомендация к маркировке стеклотекстолита.

Всем этим требованиям в полной мере удовлетворяет краска ЭП-572 (ТУ6-10-1539-79). Предлагается использовать краску белого цвета. Свойства краски ЭП-572: диапазон температур от –60 до +150⁰ С; обладает механической прочностью, маслостойкостью, хорошей адгезией к маркируемым материалам, водостойкостью, спиртобензиностойкостью.

6.5 Выбор покрытий и обеспечение влагозащиты печатной платы

В конструкции разрабатываемой печатной платы должны использоваться различные вида покрытий, которые предназначены для улучшения паяемости, защиты участков печатных проводников от воздействия припоя, обеспечения влагозащиты платы.

В качестве металлических покрытий для улучшения паяемости согласно ОСТ4.ГО.014.000. используются легкоплавкие припои, представленные в таблице 12.

Таблица 12

Припой	Олово, %	Висмут, %	Свинец, %	Кадмий, %	Температура плавления
Сплав ВудаСплав РозеПОСВ-33ПОС-61	12,52533,461	505033,3–	252533,339	12,5–––	68 °С94 °С130 °С190 °С

Предлагается использовать сплав Розе в виду его лучшей антикоррозийной защиты проводников по сравнению со сплавом Вуда или сплавом Липовитца, а также улучшенной способности к пайке. Его ближайшей заменой является ПОСВ-33.

Для электромонтажных соединений используется, обычно, припой марки ПОС-61. Он относится к легкоплавким припоям и предназначен для пайки выводов дискретных ЭРЭ и ИМС. Его выбор также обусловлен тем, что в изделии имеются полупроводниковые приборы, для которых недопустим перегрев.

Защита от влаги, а также от опасных механических повреждений предусматриваются в виде покрытия печатного узла после сборки лаком. Пленка лака создает барьер воздействию влаги и загрязнений на диэлектрическое основание, предохраняет тонкие проводники от повреждений, увеличивает механическую жесткость платы. Причем лак должен быть бесцветным для свободного прочтения маркировки нанесенной на плату. К покрытиям предъявляются требования хорошей адгезии, малой водопроницаемости и коррозионной стойкости.

В качестве покрытия достаточно применение лака УР-231. Он обеспечивает хорошую защиту платы и ЭРЭ от воздействия климатических факторов, а также повышает и ее механическую жесткость. При этом он дешевле лака ЭП-730.

7 Проверочные расчеты

При разработке конструкции ПП необходимо провести ряд проверочных расчетов, которые подтвердили бы правильность примененных конструктором решений. К таким расчетам относятся: определение минимального расстояния для прокладки n-го количества проводников между двумя отверстиями; расчет проводников по постоянному току; расчет электрических параметров печатных проводников; расчет механической устойчивости печатного узла.

Необходимость проведения тех или иных видов расчетов следует из технического задания и особенностей компоновки и трассировки.

Как видно из выбранного варианта трассировки (пункт 6.3), необходимость определения минимального расстояния для прокладки n-го количества проводников между двумя отверстиями отпадает в виду отсутствия прохождения проводников в узких местах между отверстиями. Расчет электрических параметров печатных проводников (паразитной емкости и индуктивности) производится, главным образом, для высокочастотных устройств. Ввиду того, что проектируемое устройство работает от постоянного напряжения, необходимость такого расчета тоже отпадает.

Таким образом, производится расчет проводников по постоянному току и расчет механической устойчивости печатного узла.

7.1 Расчет проводников по постоянному току

Расчет проводников по постоянному току выполняется с целью определения нагрузочной способности печатных проводников по току, величине падения напряжения на проводниках. Критичными в этом отношении являются проводники цепей питания. Минимально допустимая ширина печатного проводника определяется по формуле (2):

t > I_max/hj, ( 2)

где I_max – максимальный ток, протекающий через проводник, в нашем случае составляет 6 мА для входной цепи;

h – толщина проводника (мм), в нашем случае 35 мкм ;

j – допустимое значение плотности тока (A/мм²), зависит от метода изготовления ПП и для химического метода при толщине фольги 35 мкм составляет 20 A/мм².

Произведенный расчет показывает t > 0,08 мм. Таким образом, печатный проводник шириной 0,25 мм (минимальная ширина проводника для печатной платы третьего класса точности) обладает более чем достаточной нагрузочной способностью по току.

Допустимое падение напряжения для микросхемы на цепях питания не должно превышать 1-2% номинального значения подводимого напряжения, то есть 0,24 В (при напряжении питания 15 В). Падение напряжения на проводнике определяется по формуле (12):

U=ρ l_пр I_max/ht (3)

где ρ - удельное сопротивление проводника, для медной катаной фольги ρ = 0,017 Ом*мм²/м²;

l_пр – длина проводника, 50 мм.

Произведенный расчет показывает U=0.048 В, гораздо меньше 0,24 В.

Таким образом, проводники удовлетворяю предъявляемым требованиям.

Допустимое рабочее напряжение между проводниками печатной платы определяется по таблице 13. Как известно из пункта 2, максимальное (амплитудное) значение действующего в проектируемом устройстве напряжения 15В.

Таблица 13

Атмос-ферное давление Па	Мате-риал	Напряжение, B, не более при расстоянии между проводниками, мм
		0,15…0,2	0,2…0,3	0,3…0,4	0,4…0,7	0,7…1,2	1,2…2	2…3,5
Нормаль-ное	ГФ	-	30	100	150	300	400	500
	СФ	25	50	150	300	400	600	830
53600	ГФ	-	25	80	110	160	200	250
	СФ	20	40	110	160	200	300	430
666	ГФ	-	20	30	58	80	100	110
	СФ	10	30	50	80	100	130	160

Как видно из таблицы 13, для проектируемого функционального узла расстояние между проводниками должно быть не меньше 0,50 мм. Выбранный третий класс точности печатной платы (минимальное расстоянии между проводниками 0,25 мм) вполне удовлетворяет этому требованию.

7.2 Расчет на вибропрочность печатной платы

Вибропрочность платы определяется его собственной частотой (Гц), определяемой по формуле (4):

, (4)

где а – длина пластины, см;

h – толщина пластины, см;

с – частотная постоянная.

Значения частотной постоянной в зависимости от варианта закрепления и от отношения длин сторон платы определяются по таблице 4.1 [2].

В качестве варианта установки разрабатываемого узла будем использовать вариант установки путем закрепления винтами по углам. Схема закрепления платы приведена на рисунке 17.

Рис. 17. Вид закрепления платы

Имеет отношение длин сторон а/b=1,0. Тогда по таблице 4.1 [3] частотная постоянная с=45,8.

Формула (4) используется для расчёта стальных ненагруженных пластин. Если пластина изготовлена не из стали, а из другого материала, то в формулу вводится поправочный коэффициент на материал:

, (5)

где Е_СФ и ρ_СФ - модуль упругости (3.45×10⁵ кг/см²) и плотность (2,5 г/см³) стеклотекстолита фольгированного; Е_с и ρ_c - модуль упругости (21*10⁵ кг/см²) и плотность (7,35 г/см³) стали.

Тогда К_м=0,69.

Если пластина равномерно нагружена, то вводится поправочный коэффициент на массу элементов:

, (6)

где М_Э – масса элементов, равномерно размещенных на пластине, равна 15 г;

М_П – масса пластины, при толщине 2мм и размерах 43,8*47,6 мм его масса будет около 13,76 г.

Тогда К_мас=0,710.

Таким образом, формулу для определения собственной частоты колебаний равномерно нагруженной пластины можно записать в следующем виде:

=0,710*0,69*45,8*150000/43,8²=1754

При подстановке данных в формулу (7) получится f_c=1754 Гц. Внешняя верхняя частота из технического задания равна 15 Гц. Так как отношение внешней частоты к собственной равна двум, то виброзащита данной платы удовлетворительна.

Заключение

В данной курсовой работе было проведено проектирование функционального узла на печатной плате. При разработке функционального узла были произведены работы по выбору элементной базы, соответствующей техническому заданию и схеме электрической принципиальной; определены необходимые тип, класс точности, метод изготовления и размеры печатной платы, а так же необходимые размеры для установки элементов. Кроме того, произведен выбор необходимых покрытий для маркировки, обеспечения влагозащиты платы и паяемости контактных площадок.