Трассировка соединений и расчёт элементов печатного монтажа

1. Исходя из технологических возможностей, выбираем метод получения платы – комбинированный, способ получения рисунка – позитивныйи 3-й класс точности. Плата ДПП и ее размер 160х100 мм.

2. Определяем ширину минимальную, в мм, печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления:

 

 

где,  – максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках (определяется из анализа электрической схемы);

 – допустимая плотность тока, выбирается в зависимости от метода изготовления из таблицы.

t – толщина проводника, мм.

 

Таблица 25 - Основные параметры методов изготовления

Метод изготовления	Толщина фольги,	Допустимая плотность тока,	Удельное сопротивление,
	ф, мкм	, А/мм2	r, Ом×мм2/м
Химический внутренний слой МПП	20, 35, 50	15	0,050
Наружные слои ОПП, ДПП	20, 35, 50	20
Комбинированный	20, 35, 50	75, 48, 38	0,0175
Позитивный
Электромеханический	–	25	0,050

I_мах=!.6А J_доп=48А/мм² t=1мм

3. Определяем минимальную ширину проводника в мм, исходя из допустимого падения напряжения на нем :

 

 

где, – удельное объемное сопротивление (табл.);

 – длина проводника, м;

– допустимое падение напряжения, определяется из анализа электрической схемы.

 

Допустимое падение напряжения на проводниках не должно превышать 5% от питающего напряжения для микросхем и не более запаса помехоустойчивости.

 

r=0,0175Ом×мм²/м;

t=1мм; L=0,12м;

U_доп=0.25В;

I_мах=1.6А;

 мм

 

Ширина печатного проводника принимается равной

B=2 мм

4. Определяем номинальное значение диаметра монтажных отверстий d:

 

 

где, – максимальный диаметр вывода, устанавливаемого ЭРЭ;

– нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия;

– разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ЭРЭ в пределах 0,1¸0,4 мм.

d_э = 0,6 мм;

r = 0,15 мм;

Dd_но= -0,05 мм

мм

 

Из ряда диаметров переходных отверстий по ГОСТТ 10317-79 0.5 выбираем из предпочтительного ряда диаметров отверстий 0.8мм.

3. Рассчитаем диаметр контактных площадок.

Минимальный диаметр контактных площадок для ДПП, изготавливаемых комбинированным методом:

 

 

где, – толщина фольги;

– минимальный эффективный диаметр площадки;

 

 

где – расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки;

и – допуски на расположение отверстий и контактных площадок

– максимальный диаметр просверленного отверстия, мм;

 

мм

мм;

мм

 мм

мм

мм

мм

 

Максимальный диаметр контактной площадки:

 

мм

 

6. Определяем ширину проводников. Минимальная ширина проводников для ДПП, изготовленных комбинированным позитивным методом, мм:

 

 

где – минимальная эффективная ширина проводника;

мм для плат 3-го класса точности

 

мм

 

Максимальная ширина проводников:

мм

 

7. Определяем минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой:

 

 

где – расстояние между центрами рассматриваемых элементов;

– допуск на расположение проводников (таблица)

мм

модуль электронная вычислительная машина плата

 

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками:

 

 

где, – расстояние между центрами рассматриваемых элементов;

 

мм

 

Минимальное расстояние между двумя проводниками:

 

где, – расстояние между центрами рассматриваемых элементов;

 

мм

 

Таблица 26 - Допуски на расположение отверстий и контактных площадок

Параметры	Класс точности ПП
	1	2	3	4
Расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки, в м	0,06	0,045	0,035	0,025
Допуск на расположение проводников на ОПП и ДПП , мм	0,15	0,10	0,05	0,03
Допуск на расположение контактных площадок dр на ОПП и ДПП при размере платы менее 180 мм, мм	0,35	0,25	0,20	0,15
Допуск на расположение отверстий dd при размере платы менее 180 мм, мм	0,20	0,15	0,08	0,5
Допуск на отверстие Dd, с металлизацией, Æ=1мм, мм	±0,10	±0,10	±0,05	±0,05
Минимальное значение номинальной ширины проводника в, мм	0,60	0,45	0,25	0,15

 

На основании произведенных расчётов параметров печатного монтажа были изготовлены печатные платы и произведён монтаж электронных компонентов.

Расчёт надёжности

Современная РЭА имеет очень высокую функциональную возможность. При непрерывном усложнении радиотехнических приборов и систем наблюдения происходит диспропорция между темпами роста сложности и покомпонентной надежности РЭА. Особое значение приобретает проблема надежности для систем управления сложными автоматическими процессами, для систем бортовой РЭА. Необходимо также учитывать, что элементной базой для современной специальной аппаратуры являются интегральные микросхемы (ИМС), где отказ каждой из них может привести к выходу из строя аппаратуры в целом. Таким образом, при проектировании РЭА одной из основных задач является задача обеспечения требуемой надежности. В ряде случаев задача обеспечения надежности приобретает первостепенное значение и имеет приоритет перед задачами обеспечения минимальных габаритов, массы и стоимости аппаратуры.

Надежность – свойство выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям пользования. Из определения следует, что надежность является комплексным свойством аппаратуры, которое в зависимости от сложности изделия и условий его эксплуатации может характеризоваться одним или целым набором показателей, основным из которых является безотказность в работе.

Безотказностью называется свойство аппаратуры непрерывно сохранять работоспособность в течение определенного времени.

Вероятность безотказной работы – вероятность того, что в пределах заданной наработки – отказ не возникнет.

Отказом называется событие, заключающееся в полной или частичной потере работоспособности изделия.

Существуют различные методы повышения надежности. Наиболее жесткие требования по надежности предъявляют к космической РЭА и РЭА специального

назначения. При этом необходимо еще учитывать, что указанные категории аппаратуры, подвергаются сложным климатическим и механическим воздействиям. К общим мерам по обеспечению заданной высокой надежности относятся:

1. четкая регламентация условий эксплуатации изделий;

2. выбор для изделия комплектующих элементов обладающих высокой надежностью и стабильностью характеристик;

3. реализация технологических мероприятий обеспечивающих бездефектное изготовление устройств;

4. создание системы всесторонних производственных испытаний, обеспечивающих выявление производственных дефектов аппаратуры и ее элементов.

Произведем расчет надежности изделия.

Вначале рассчитаем интенсивность отказов каждой группы элементов. Выбранные по табличным данным значения λ_oi, для используемых в модуле ЭРИ.

 

Таблица 27 - Интенсивность отказов каждой группы элементов

Элемент	Обозначение	Номинальная интенсивность отказа λoi*10-6 ,1/ч	Количество mi, шт
Резисторы	λoр	0,87	8
Диоды	λoд	0,2	5
Конденсаторы	λoк	0,04	28
Микросхемы	λoмкс	0,013	18
Паяльное соединение	λoпс	0,01	450
Кварц	λoкв	0,05	1

 

 

Используя полученные данные, определяются интенсивности отказов ЭРИ.

Интенсивность отказов резисторов:

 

λ_р= λ_oр к m_р ,1/ч

λ_р= 0,87*2,07*8= 14,4 *10^-61/ч

 

Интенсивность отказов диодов:

λ_д= λ_oд к m_д ,1/ч

λ_д= 0,2*2,07*5= 2,07*10^-6 1/ч

 

Интенсивность отказов конденсаторов:

 

λ_к= λ_oк к m_к ,1/ч

λ_к= 0,04*2,07*28= 2,32*10^-6 1/ч

 

Интенсивность отказов микросхем:

 

λ_мкс= λ_oмкс к m_мкс ,1/ч

λ_мкс= 0,013*2,07*18= 0,48*10^-6 1/ч

 

Интенсивность отказов паяльных соединений:

 

λ_пс= λ_oпс к m_пс ,1/ч

λ_пс= 0,01*2,07*450= 9,32* 10^-61/ч

 

Интенсивность отказов кварца:

 

λ_кв= λ_oкв к m_кв ,1/ч

λ_кв= 0,05*2,07*1=0,1*10^-6 1/ч

 

Определяем интенсивность отказов модуля:

 

Λ=Σλ_{i ,}1/ч

Λ=14,4 +2,07 +2,32 +0,48 +9,32+0,1=28,69 *10^-61/ч

 

Определяем среднее время наработки на отказ:

Т_{ср. расч}=1 / Λ, ч

Т_{ср. расч}=1 / 28,69*10^-6=34855 час

 

Определяем вероятность безотказной работы:

 

Р(t)=е ^{- Λt}

Р(1000)=е ^-28,69*1000 = 0.98

 

Заключение

 

В последнее время научно-исследовательские и производственные предприятия радиотехнической и электронной промышленности передовых стран мира тратят много сил и средств на отыскание путей уменьшения габаритов и массы радиоэлектронной аппаратуры. Работы эти получают поддержку потому, что развитие многих отраслей науки и техники, таких как космонавтика, вычислительная техника, кибернетика, бионика и другие, требуют исключительно сложного электронного оборудования. К этому оборудованию предъявляются высокие требования, поэтому аппаратура становится такой сложной и громоздкой, что требования высокой надежности и значительного уменьшения габаритов и массы приобретают важнейшее значение. Особенно эти требования предъявляются ракетной технике. Известно, что для подъема каждого килограмма массы аппаратуры космического корабля необходимо увеличить стартовую массу ракеты на несколько сотен килограммов. Чтобы удовлетворить эти требования, необходимо миниатюризировать аппаратуру. Это достигается несколькими методами конструирования радиоэлектронной аппаратуры.

При микромодульном методе конструирования повышение плотности монтажа достигается за счет применения специальных миниатюрных деталей и плотного их монтажа в микромодуле. Благодаря стандартным размерам микромодули размещаются в аппаратуре с минимальными промежутками.

Применение гибридных интегральных микросхем и микросборок также дало возможность миниатюризации радиоэлектронной аппаратуры. При использовании микросхем повышение плотности монтажа достигается тем, что на общей изоляционной подложке располагаются в виде тонких пленок резисторы, проводники, обкладки конденсаторов, такой же принцип используются и в устройствах, изготовленных методом молекулярной электроники, при этом для создании пассивных (резисторы и конденсаторы) и активных (диоды, транзисторы) элементов схем используются слои полупроводниковых материалов.

Следующий этап развития технологии производства радиоэлектронной аппаратуры - технология поверхостного монтажа кристалла (ТПМК). ТМПК обеспечивает миниатюризацию радиоэлектронной аппаратуры при росте ее функциональной сложности. Навесные компоненты намного меньше, чем монтируемые в отверстия, что обеспечивает более высокую плотность монтажа и уменьшает массо-габаритные показатели. ТПМК допускает высокую автоматизацию установки электрорадиоэлементов вплоть до роботизации.

Повышение надежности радиоэлектронных устройств, выполненных указанными методами микроминиатюризации, достигается тем, что во первых, все методы основаны на автоматизации производственных процессов, при этом предусматривается тщательный контроль на отдельных операциях.

Вторая причина состоит в том, что в изделиях, изготовленных на базе микросхем, значительно уменьшается количество паяных соединений, которые являются причиной многих отказов. Метод молекулярной электроники исключает отказы, связанные с различными коэффициентами линейного расширения материалов, ибо при этом методе предусматривается, что конструкция выполняется из однородного материала.

Увеличение надежности конструкций, выполненных методами микроминиатюризации, объясняется также гораздо большими возможностями обеспечить защиту от воздействия внешней среды. Малогабаритные узлы могут быть гораздо легче герметизированы, что к тому же увеличит и механическую прочность. Наконец, применение миниатюрных узлов и деталей позволяет лучше решить задачи резервирования как общего, так и раздельного.

Приложения

 

Приложение А

 

Опись документов

№	Формат	Обозначение	Наименование	Кол-во листов	№ экз.	Прим.
1	A4		Пояснительная записка	54
2	А1		Схема электрическая	1	1
3			принципиальная
4	А1		Печатная плата	1	1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33

Приложение B

 

Перечень элементов

строки	Формат	Обозначение	Наименование	Кол-во	Прим.
1			Микросхемы
2		DD1,DD2,DD14,DD15	КР580ИР82	4
3		DD3	К155ЛА2	1
4		DD4	7411	1
5		DD5	КР580ВВ55А	1
6		DD6	КР580ВВ51А	1
7		DD7	LM393	1
8		DD8, DD9	TLP2630	2
9		DD10	ADM485	1
10		DD11, DD18	К555ИД7	2
11		DD12	КР580ВК28	1
12		DD13	КР580ВМ80А	1
13		DD16	КР580ГФ24	1
14		DD17	КР568РЕ5	1
15			Конденсаторы
16		C1-C21	4700 пФ	21
17		C22-C28	4700 мкФ	7
18			Диоды
19		VD1	КД226Г	1
20		VD2-VD5	КД527Г	4
21			Кварцевый резонатор
22		ZQ1	РК308N	1
23			Кнопки
24		SB1, SB2	МС1031100	2

 

Литература

1.Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры. Под редакцией В.А. Шахнова. Москва, изд. МГТУ им. Баумана. 2002.

2.Е.В. Пирогова. Проектирование и технология печатных плат. М.:Издательство МГТУ имени Н.Э. Баумана,2002

3.Шахнов В.А. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем. Москва, Радио и связь, 1992.

4.Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. Справочник. Москва, РадиоСофт, 2000.

5.Кузнецов С.А. Проектирование печатных плат.Москва,Информатика, 2001.