Описание общей конструкции электронного термометра

 

Конструктивно термометр выполнен в металлическом корпусе, состоящем из основания и крышки. Все элементы термометра размещены на двух печатных платах, установленных на промежуточной рамке. Расстояние между платами определяется высотой электрорадиоэлементов. Для подключению к термометру термодатчиков и элементов внешней схемы применяется колодка с контактами-зажимами винтового типа. На верхней, лицевой части прибора находится светодиодный индикатор температуры, светодиод, сигнализирующий срабатывание реле и кнопка переключения показаний «сухого» и «влажного» датчика.

 

Разработка печатной платы

 

К печатной плате предъявляют требования:

– по внешнему виду;

– электрическим параметрам;

– устойчивости при технологических, климатических и механических воздействиях;

– надежности. Особенно важным является требования к надёжности.

1) По внешнему виду проводящий рисунок должен быть чётким, без рваных краёв, вздутий, отслоений, разрывов, протравок, тёмных пятен, загрязнений и окислов. На поверхности проводящего рисунка не должно быть технологических повреждений и посторонних включений. Сквозные отверстия должны быть чистыми и свободными от включения любого рода. Расстояния между элементами проводящего рисунка и краем платы не должно быть менее 0,3 мм. Металлическое покрытие на элементах проводящего рисунка должно иметь гладкую глянцевую поверхность. Покрытие должно быть сплошным, без трещин, пор, крупнозернистости.

Требования электрических параметров печатного монтажа должны обеспечивать правильность монтажных соединений (соответствие цепей технической документации, целостность электрических соединений, отсутствие коротких замыканий).

Требования к устойчивости при технологических, климатических и механических воздействиях. Контактные площадки должны обладать паяемостью и способностью равномерно смачиваться припоем при воздействии его на плату в течение 3 с. Печатная плата должна быть устойчива к перепайке, и выдерживать не менее двух циклов перепаек на контактных площадках. Прочность сцепления печатных проводников и контактных площадок с основанием должна обеспечиваться соответствием материала требованиям ТУ и стандартов на фольгинированые диэлектрики.

Печатная плата должна соответствовать требованиям ТУ в процессе и после воздействия на них климатических факторов.

Требования к надёжности. Печатная плата должна сохранять конструкцию, внешний вид и электрические параметры в пределах нормы, а также соответствовать техническим условиям на изделие в рабочем режиме в течение гарантированного срока службы. Надёжность печатных схем влияет на надёжность РЭА. Она проверяется в составе РЭА и определяется минимальным значением вероятностью безотказной работы. Отказом считается полная или частичная утрата работоспособности печатной платы, нарушение печатного монтажа или отклонение любого параметра печатной платы от нормы.

Основными наиболее часто употребляемыми материалами печатных

плат являются гетинакс и стеклотекстолит. Проведём сравнительный анализ этих материалов.

Гетинакс значительно дешевле стеклотекстолита. Гетинакс также легче обрабатывается, что способствует повышению технологичности платы.

По электроизоляционным свойствам гетинакс уступает стеклотекстолиту. Тангенс угла диэлектрических потерь у гетинакса 0.06, у стеклотекстолита 0.03. Гетинакс также уступает и по механической прочности и жесткости, что приводит к увеличению требуемой толщины платы. Гетинакс более подвержен воздействиям химических реактивов при химическом методе изготовления печатной платы. Это еще больше ухудшает его диэлектрические свойства

Прочность сцепления проводящего покрытия с гетинаксовом основанием невысокая и резко падает при повышении температуры. Это затрудняет производство плат высоких классов точности на гетинаксовом основании, а также практически исключает возможность замены элементов из-за отслаивания контактных площадок. При изготовлении двухсторонних печатных плат на гетинаксовом основании, практически невозможно выполнить качественную металлизацию отверстий.

Рассмотренные недостатки делают гетинакс практически непригодным для изготовления печатной платы ЭИРТ. Поэтому выбираем в качестве материала печатной платы стеклотекстолит марки СФ-2Н-50 ТУ16.503.27–86.

 

Таблица 3.1. Таблица основных характеристик гетинакса и стеклотекстолита

Материал	Плотность		Рабочая температура °С	Удельное сопротивление
Гетинакс ГФ1–50 ГОСТ 10316–78	1,4	78	-60 +105
Стеклотекстолит СФ-2Н-50 ТУ16.503.27–86	1,5	294	-60 +105

 

Для данного изделия достаточно использовать одностороннюю печатную плату.

2) Метод изготовления П.П. существенно влияет на схемо-конструкторские и эксплутационно-экономические параметры. Для получения проводящего рисунка П.П. выбираем химический метод производства печатных плат из фольгинированых диэлектриков. Достоинствам химического метода являются: доступность механизации и автоматизации, возможность получения высокого качества печатных плат, которые обладают высокой агдезией печатных проводников к диэлектрическому основанию.

Способ формирования изображения рисунка печатной платы – фотографический, достигается с помощью фотошаблонов методом контактной печати.

При химическом методе, основанном на травлении фольгинированого диэлектрика, отверстия не металлизируются. Этот метод простой и обеспечивает высокую разрешающую способность и плотность монтажа.

В избежания отслаивания контактных площадок при действии механических нагрузках при химическом методе изготовления все элементы должны быть установлены вплотную к плате без зазора.

3) Конфигурация и габаритные размеры П.П. будут зависеть от габаритных размеров разрабатываемого изделия, электрической схемы, применяемых навесных элементов, эксплутационных требований, предъявляемых к изделию, технико-экономических показателей. Форма печатной платы – прямоугольная.

Навесные элементы будут размещены с учётом электрических и паразитных связей между навесными элементами; необходимо также равномерно распределить массу навесных элементов по поверхности платы. Для удобства монтажа однотипные ЭРЭ будем размещать группами.

Установочные размеры и варианты установки навесных элементов будут выбираться в соответствии с действующими стандартами на установку навесных элементов.

Проведём трассировку соединений между собой контактов каждого из элементов. При трассировке учитываются следующие параметры: суммарная длина соединений (длинна соединений между элементами, должна бытьминимальной), число узлов в соединениях, взаимные наводки трасс различных цепей. Трассировка соединений после компоновки элементов должна выполняться так, чтобы обеспечивались заданные электрические параметры изделия.

Наряду с обеспечением заданных электрических параметров изделия трассировка обеспечивает проведение наибольшего числа соединений при ограниченных размерах монтажного пространства.

Проводящий рисунок печатной платы, разработанный в результате трассировки соединений, будет удовлетворять следующим требованиям: соответствовать принципиальной электрической схемы, всем конструктивным, технологическим и электрическим требованиям; обеспечивать нормальную работу схемы при соответствующих условиях эксплуатации и удобства сборочно-монтажных и регулировочных работ.

Печатная плата по плотности проводящего рисунка будет относится ко второму классу. Зависимость расстояния между проводниками и размерами элементов проводящего рисунка приведена в табл. 3.2.

 

Таблица 3.2. Размеры элементов проводящего рисунка, мм

Параметры	Класс
	2
Ширина проводника	0,25
Расстояние:
между проводниками, контактными площадками,
проводником и площадкой	0,25
от края просверленного отверстия до края контакт-
ной площадки данного отверстия	0,035

 

4) Центры всех отверстий на печатной плате, располагаются в узлах координатной сетки. Центры отверстий, предназначенных под выводы многовыводных навесных элементов (микросхемы, реле и т.д., которые из-за конструктивных особенностей элемента не попадают в узлы координатной сетки), располагаются в соответствии с размерами, указанными в нормативной документации на эти элементы. Центр отверстия, принятого за основное, будет по возможности располагаться в узле сетки, остальные отверстия для этого элемента по возможности будут расположены на вертикальных или горизонтальных линиях координатной сетки.

Номинальное значение диаметров монтажных отверстий:

а) для микросхем

d_э=0,5 мм d=0,9 мм

б) для резисторов

d_э=0,5 мм d=0,9 мм

в) для диодов

d_э=0,5 мм d=0,9 мм

г) для транзисторов

d_э=0,5 мм d=0,9 мм

д) для конденсаторов

d_э=0,5 мм d=0,9 мм

е) для реле

d_э=1,5 мм d=2,1 мм

Значения диаметров сводятся к предпочтительному ряду размеров монтажных отверстий:

0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5; 2,1 мм.

Отверстия под выводы навесных элементов со стороны фольги должны иметь контактные площадки. Размеры контактных площадок будут выбираться с учётом механических нагрузок и массы устанавливаемых элементов. Площадь оставшейся части контактной площадки, за вычетом площади отверстия, должна составлять не менее 1,0 мм² для печатных плат 2^го класса плотности.

5) Выбор типа элемента проводится с учётом номиналов, указанных в схеме.Важнейшим условием устойчивой работы электронной схемы является использование проверенных и абсолютно исправных комплектующих, а также технологически правильный монтаж на печатной плате. При установке и креплении навесных элементов на печатную плату следует учитывать следующие требования: работоспособность элементов в заданных условиях эксплуатации изделия, рациональную компоновку полупроводниковых приборов и микросхем по тепловому режиму (удаление этих элементов от источников, выделяющих большое количества тепла); влияние магнитных полей на элементы, критичные к магнитным полям; ремонтопригодность печатного узла (доступность подборочных и регулировочных элементов схемы при ремонте и регулировке параметров, при настройке); защиту монтажа, расположенного вблизи схемных элементов от механических повреждений; возможность доступа к элементам (особенно к микросхемам) для замены; возможность технологических процессов ручной или механизированной установки элементов.

Для каждого вывода устанавливаемого элемента предусмотрено отдельное монтажное отверстие. Элементы с выводами, сечения которых квадратные или прямоугольные, устанавливаются в круглые отверстия.

При установке навесных элементов на П.П. необходимо учитывать расстояние между корпусами элемента и краем печатной платы, которое должно быть не менее 1 мм, а между корпусом выводами элемента и краем печатной платы – не менее 2 мм. Расстояние между корпусом соседнего элемента или между корпусом и выводами соседних элементов, которые выбирают с учётом условий теплоотвода и допустимой разности потенциалов между ними. Это расстояние не должно быть менее 0,5 мм.

При монтаже и пайке элементов, проводников и кабелей следует избегать длительного прогревания паяльником, так как это приводит к невосстановимым изменениям параметров, плавлению изоляции, смещению внутренних жил проводников и др. При пайке должен использоваться только низковольтный маломощный паяльник с тонким жалом и регулируемой температурой нагрева.

В качестве припоя с низкой температурой плавления, используется ПОС-61. В качестве флюсов можно применять спиртовой раствор канифоли. После пайки остатки флюса должны быть смыты спирто-бензиновой смесью с соблюдением всех мер предосторожности при работе с легковоспламеняющимися жидкостями.

Надёжную и долговременную работу электронного ЭИРТ, можно обеспечить только при правильном и точном выполнении требований по установке, монтажу и пайке микросхем. ИМС на плате располагают линейно и пряморядно, при этом штырьковые выводы должны совпадать с узлами координатной сетки. Микросхемы устанавливаются с зазором или прокладкой, чтобы обеспечить изоляцию корпуса от печатных проводников, размещённых на основании П.П. Изоляционные прокладки предварительно приклеивают к поверхности платы. ИМС необходимо установить на печатной плате на значительном расстоянии от тепловыделяющих элементов схемы, на них не должны действовать внешние электромагнитные поля от трансформаторов, дросселей и постоянных магнитов. Между корпусом каждой микросхемы и печатной платы должен быть выдержан зазор не менее 1,5 мм.

Перед установкой микросхемы на плату необходимо произвести формовку и обжатие выводов с помощью специального монтажного инструмента так, чтобы исключалась механическая нагрузка на места крепления выводов. Выводы микросхемы изгибаются радиусом, равным двойному диаметру этого вывода. После формовки и обрезки выводов ИМС их длина должна быть не менее 5,5 мм при толщине печатной платы 1,5 мм.

Для установки и монтажа ИМС будем придерживаться следующих правил:

¨ по возможности воздерживаться от кислотных флюсов, лучше применять канифоль или бескислотные флюсы с обязательной промывкой места пайки спиртом;

¨ не пользоваться высокотемпературными припоями;

¨ необходимо использовать металлический теплоотвод, который прикладывается к каждой ножке ИМС, припаиваемой к печатной плате (в качестве теплоотвода удобно применять пинцет);

¨ время нагрева отдельных выводов ИМС при пайке не должно превышать 1…2с;

¨ места на печатной плате перед установкой ИМС должны быть тщательно подготовлены; с них должны быть удалены всевозможные посторонние частицы, следы грязи и ржавчины;

¨ демонтаж ИМС допускается производить не более двух раз;

¨ при распайки выводов ИМС температура жала паяльника должна быть не более 280ºС;

¨ минимальное расстояние от корпуса микросхемы до границы припоя по длине вывода-1…1,5 мм;

¨ интервал времени между пайками соседних выводов не менее 3с;

¨ мощность паяльника не должна превышать 25 Вт;

¨ жало паяльника должно быть заземлено, при этом переходное сопротивление в месте контакта заземления не должно превышать 0,1 Ом;

¨ корпус ИМС и изоляторы выводов необходимо оберегать от брызг и паров флюса;

После монтажа места пайки необходимо очистить от остатков флюса моющей жидкостью, не оказывающей вредного влияния на корпус и выводы ИМС.

S_уст.=1,25ВН х N_DD, (3.1.)

 

где В-ширина МС, а Н – длина МС, N_DD – количество МС. Ширина и длина корпуса одной микросхемы 7х22 мм. Подставим эти данные в формулу (3.1.) и получаем:

S_уст.=1,25 х 0,7 х 2,2 х 4=7,7 см²

С учётом коэффициента использования площади печатной платы (2…3) установочная площадь равна 15,4…23,1 см².

Сборочный чертёж печатной платы изображён на листе № графической части дипломного проекта.