close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Отчет готовый

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки РФ
Ижевский Государственный Технический Университет
Кафедра вычислительной техники
Пояснительная записка к курсовой работе "Разработка конструкторской документации к устройству Темброблок
по дисциплине: "Конструкторское и технологическое обеспечение производство ЭВМ"
Выполнил:
Гусаков Д. О.
группа 7-78-2 Приняла: Максимова И. Б.
Ижевск 2010
Оглавление
1. Техническое задание на разработку конструкторской документации сборки и монтажа устройства для обслуживания темброблока3
2. Анализ технического задания5
2.1 Анализ электрической принципиальной схемы5
2.2 Анализ элементной базы6
2.3 Анализ условий эксплуатации7
2.4 Анализ конструктивно-технологических требований7
3. Выбор защитного покрытия и паяльной пасты8
3.1 Выбор защитного покрытия8
3.2 Выбор паяльной пасты10
4. Выбор и обоснование конструкции печатной платы14
4.1 Выбор конструкции корпуса для устройства14
4.2 Выбор размеров печатной платы16
4.3 Выбор типа метода изготовления печатной платы17
4.4 Выбор материала основания печатной платы21
4.5 Оценка массы печатной платы с элементами23
4.6 Определение класса точности платы24
4.7 Размещение элементов на плате24
4.8 Вибрационный расчет25
5. Расчет элементов печатного монтажа27
5.1 Расчет ширины шин "питание" и "земля"27
5.2 Расчет диаметра переходных отверстий27
5.3 Расчет ширины сигнальных проводников27
5.4. Минимальное расстояние между элементами печатного рисунка28
5.5 Номинальные размеры сторон контактных площадок для установки элементов с двумя точками соединения28
5.6 Номинальные размеры сторон контактных площадок для установки элементов с тремя и более точками соединения30
6. Проверочные расчеты31
6.1 Помехоустойчивость. Паразитная емкость между печатными проводниками31
6.2 Помехоустойчивость. Взаимная индукция между печатными проводниками33
7. Трассировка печатных проводников34
8. Оценка технологичности конструкции37
9. Показатели качества конструкции39
10 Экономические показатели40
Заключение42
Список литературы43
Приложение. Размеры корпусов ЭРЭ.44
1. Техническое задание на разработку конструкторской документации сборки и монтажа устройства для обслуживания темброблока
1.1 Наименование и область применения.
Наименование: Цифровое управление аналоговым темброблоком
Область применения: Устройство предназначено для усиления звукового сигнала в вычислительной технике. 1.2 Основание для разработки.
Устройство разрабатывается на основании схемы электрической принципиальной Т000.465930.001 Э3.
1.3 Цель и назначение разработки.
Необходимо получить комплект конструкторской документации на Цифровое управление аналоговым темброблоком 1.4 Источники разработки.
А.Баширов " Цифровое управление аналоговыми темброблоками" Журнал "Радио" - 2010 - №9 - с. 13-15. 1.5 Технические требования.
1.5.1 Состав продукции и требования к конструктивному устройству:
- использование поверхностного монтажа с монтажом в отверстием
1.5.2 Основные технические характеристики:
- напряжение питания: 5В.
1.5.3 Условия эксплуатации:
- Температура окружающей среды - +10...+25
- Влажность 98%
- Параметры механического воздействия F=10..100 Гц
- амплитуда механических воздействий: ≤ 25 мм.
1.5.4 Требования к технологичности:
- тип производства: серийное.
1.5.5 Требования к составным частям продукции, исходным данным и эксплуатационным материалам:
- используемые материалы должны удовлетворять ТУ.
- печатную плату и элементы предохранить от воздействия дестабилизирующих факторов при производстве и эксплуатации. 1.5.6 Требования к ремонтопригодности:
- конструкция устройства должна обеспечить легкий доступ ко всем узлам, быстрый поиск неисправного узла и его замену, неопасную для всего устройства.
1.6 Экономические показатели: Изделие должно быть как можно более дешевым
1.7 Документация, подлежащая разработке:
- схема электрическая принципиальная Т000.465930.001 Э3.
- сборочный чертеж ТООО.465930.001 СБ
- спецификация ТООО.465930.001
- перечень элементов ТООО.465930.001
- плата печатная ТООО.758726.001
- пояснительная записка
1.8 Исполнитель: Гусаков Д.О. гр.7-78-2
1.9 Срок защиты: 2. Анализ технического задания
2.1 Анализ электрической принципиальной схемы
В качестве регулирующих элементов применены четыре сдвоенных переменных резистора (по числу параметров регулирования). Нижний из резисторов (назовем его "измерительным") отвечает за отображение информации на дисплее, а верхний - собственно за изменение соответствующего параметра (назовем его соответственно "регулировочным"). Происходит это следующим образом. Крайние выводы нижнего, "измерительного", резистора подключены к общему выводу и выводу питания, а средний - к одному из входов АЦП микроконтроллера (порты РС2-РС5). При вращении движка синхронно изменяется сопротивление каждого переменного резистора, и поэтому его значение у "измерительного" резистора соответствует значению "регулировочного", выводы которого подключены к соответствующим выводам темброблока. Причем совершенно не важно, линейную или экспоненциальную характеристику имеет переменный резистор. При необходимости в отображение информации на дисплее можно внести необходимые изменения, модифицировав управляющую программу микроконтроллера. Режимы работы темброблока отображаются на двустрочном символьном жидкокристаллическом индикаторе. Для управления работой ЖКИ используются линии портов РВ2-РВ7.
Кнопкой SB1 выбирают режим "MUTE". Сигнальный вывод кнопки SB1 подключен к линии порта PD3.
Выбор одного из четырех двухканальных входов коммутатора осуществляется кнопкой SB2 по кругу, т. е. каждое нажатие вызывает переключение входа. Сигнальный вывод кнопки SB2 подключен к линии порта PD2.
Коммутация входов осуществляется с помощью аналогового коммутатора TDA1029, включенного по типовой схеме. Для выбора источника сигнала используются адресные входы АО-А2 коммутатора, подключенные к портам PD5-PD7 микроконтроллера. Выходы коммутатора подключены к переключающим контактам реле К1, на основе которого реализован режим "MUTE", позволяющий при необходимости отключать темброблок и оконечный усилитель (например, при коммутации входов или для быстрого отключения громкости). Включение и выключение реле осуществляются подачей сигнала с линии порта РВ1 микроконтроллера через электронный ключ на транзисторе VT1. Защита от дребезга контактов кнопок SB1 и SB2 осуществляется программно.
Устройство собрано на двусторонней печатной плате толщиной 1 мм с металлизированными отверстиями. Это используется, так как упрощает разводку.
2.2 Анализ элементной базы
Для функционирования устройства необходимо, чтобы параметры подбираемых элементов соответствовали техническим требованиям, указанным в ТЗ. ОбозначениеНаименованиеДлина, ммШирина,мм КоличествоПлощадь, мм2Масса гX1-XHEADER 3x27,5641800,5X6-X9HEADER 3x17,53367,50,2R1,R2,R4,R5
R7,R8,R10,R11
R13TS535692700,7R3,R6,R9,R12
R14..R17CR06031,70,6810,240,01C1..C9,C11,C13DARF 06031,70,61114,080,05C10,C12CAPXON3,21,6210,240,1SB1,SB2DTSL7,256,75897,870,6VT1BC817-4032160,1DA1D2-PAK8,810,4191,522DA2TDA1029229,512093DD1 ATMEGA 816,2516,251264,06254К1 JRC-19F 1210,511262,5DR1 EXBS08059,93,9138,610,08 МикросхемаUПИТ ,ВUНУ ,ВUВУ ,ВIвх, НУ ,мАIвх, ВУ ,мАIвых, НУ ,мАIвых, ВУ ,мАP, мВтt, °CATMEGA 84,75..5,250,33-0,444-160-55...+125TDA10294,75..5,250,54-0,33,54-0,450 -30...+180 МикросхемаUПИТ ,ВUВХ ,ВIвх, НУ ,мАIвых, ВУ ,мАP, мВтt, °CD2-PAK4,75..5,254,8-0,4570-55...+125 ПолупроводникUКБ(Uпр) ,ВUКЭ ,ВUЭБ ,ВIпр(Iэ) ,мАСп ,пФIк ,мАIобр/Iвых/кол t, °CТранзистор BC817-4060605-1004100-0,4 мА -65...+150 Из приведенных параметров видно, что используемые ЭРЭ являются электрически совместимыми и их технические параметры удовлетворяют техническим требованиям, предъявляемых в ТЗ.
2.3 Анализ условий эксплуатации
Анализ температурного режима
Согласно ТЗ, устройство будет эксплуатироваться при температурах: +10...+25 ºС. В п. 1.5.3 были приведены значения температур, являющихся допустимыми для эксплуатации используемых ЭРЭ. Таким образом, видно, что все элементы могут работать в диапазоне температур, установленном техническим заданием, а значит применять меры по обеспечению температурного режима нет необходимости.
Анализ воздействия вибраций
Анализ воздействия вибраций, проведем после всех необходимых расчётов, связанных с конструктивными особенностями платы. 2.4 Анализ конструктивно-технологических требований
Техническим заданием определен серийный тип производства. Серийное производство характеризуется одновременным изготовлением на предприятии сравнительно широкой номенклатуры однородной продукции, выпуск которой повторяется в течение продолжительного времени.
Серийное производство разрабатываемого устройства предполагает возможность автоматизации всех этапов изготовления и сборки устройства, что ведет к снижению трудоемкости и себестоимости. Исходя из этого, установим следующие требования:
1. Так как установка элементов будет производиться автоматом, то необходимо стремиться к уменьшению числа типоразмеров корпусов элементов, одинаковой их ориентации на плате
2. Корпуса ИМС необходимо располагать регулярными рядами с одинаковыми интервалами и дистанциями между ИМС, что позволит облегчить работу автомату, устанавливающему элементы.
3. Для уменьшения количества операций, все обозначения на плате необходимо выполнить травлением.
4. Необходимо применить групповые методы пайки. Так как предполагается наличие переходных отверстий под корпусами, будем использовать пайку расплавлением паяльной пасты в печи для смд элементов и пайку волной припоя для элементов в отверстие.
3. Выбор защитного покрытия и паяльной пасты
3.1 Выбор защитного покрытия
Техническим заданием заданы условия в салоне геометеослужбе. Как правило, печатные платы подвержены влиянию окружающей среды (имеется в виду пыль, грязь, влага, микрофлора и многое другое). Кроме того, печатные проводники на наружных слоях оказываются просто без электрической изоляции, что может стать причиной всяческих отказов в работе аппаратуры. Все эти проблемы решаются при помощи защитного изоляционного покрытия. В простейшем случае плата после монтажа всех элементов и промывки покрывается лаком (одним или несколькими слоями). Лак наносится методами окунания, полива или распыления, и под ним оказываются не только все проводники, но и элементы, что не всегда желательно. Некоторые элементы просто не допускают лакировки, например соединители, различные лепестки, контакты и ряд микросхем.
Для защиты поверхности печатной платы, а также защиты печатных проводников от физических воздействий, коррозии, покроем плату защитным лаком. Рассмотрим распространенные защитные покрытия: EMILAC, GRAPHITE, ISOTEMP, PLASTIK, POSITIV RESIST, SOLDERLAC, URETHANE CLEAR.
EMILAC: Эффективная защита от электромагнитных волн - токопроводящее защитное покрытие на основе меди, используется для защиты от электромагнитных волн. Используется как для защиты от электромагнитных помех (EMI), так и против электростатических разрядов (ESD). EMILAC легко наносится и показывает высокую стабильность в самых тяжелых окружающих средах как по температуре, так и по влажности. выдерживает самые тяжелые условия, термостойкий и водоотталкивающий. Лак приклеивается очень прочно, легко высыхает и не повреждает полезные материалы.
GRAPHITE: Токопроводящий лак на графитовой основе - легкий в применении токопроводящий лак на основе коллоидного графита, образует токопроводящее покрытие, прочно приклеенное к обработанной поверхности. Хорошо пристает к гладким поверхностям, таким как стекло и пластик. Сохраняет свою эффективность до +300°С. Его сопротивление (от 1000 до 2000 Ом) зависит от толщины слоя.
ISOTEMP: Прозрачное термостойкое покрытие на силиконовой основе для печатных плат - термостойкое, влагоотталкивающее и водонепроницаемое защитное покрытие на силиконовой основе, используется в микроэлектронике для жестких и гибких печатных плат. Сохраняет свою эффективность до +300°С. Кроме того, оно огнеупорно (в соответствии со стандартом UL 94), эластичное и хорошо держится на поверхности. Он предохраняет компоненты от влаги, сырости, соли, плесени и коррозионных испарений.
PLASTIK: Прозрачное защитное покрытие для печатных плат и электронных компонентов - изготовлен на основе акриловой смолы, идеально удовлетворяет требованиям микроэлектроники. Образует блестящую и гибкую защитную пленку, которая устойчива к кислоте, соли, плесени, коррозионным испарениям, термическим воздействиям, механическим повреждениям, щелочи, спирту, влаге и агрессивной окружающей среде. Сохраняет эффективность в широком температурном диапазоне: от -70 до +90 °С. Он приклеивается к различным материалам, таким, как металл, пластик, дерево, картон, стекло и т.д. Не течет и позволяет осуществлять пайку сквозь слой лака.
POSITIV RESIST: Светочувствительный лак для производства печатных плат - светочувствительное покрытие, позволяющее фотокопировать линии, формы и контуры. Он предлагает относительно простую процедуру аккуратного переноса любого изображения на самые различные материалы, легок в применении, быстро высыхает, обеспечивает хорошую контрастность и высокую точность.
SOLDERLAC: Прозрачное защитное покрытие и флюс для печатных плат. Разработан специально для защиты от окисления контактных площадок на только что изготовленных печатных платах и для выполнения аккуратной и надежной пайки. Его составляющие обеспечивают долговременную защиту от окисления, а также быструю пайку, предотвращая появление некачественных паяных соединений, благодаря своей хорошей теплопроводности, заметно снижает риск перегрева печатной платы и ее компонентов. Он восстанавливает способность к спаиванию (смачиваемость припоем) у ржавых металлических поверхностей.
URETHANE CLEAR: Высококачественное защитное, устойчивое и изолирующее покрытие - высококачественный, прозрачный однокомпонентный полиуретановый лак. Защищает и изолирует. Образует прочную, надежную гибкую пленку, не проводящую ток. Он разработан специально для печатных плат, электронных компонентов и электротехники. Предохраняет изделия в различных условиях, таких как высокая влажность, соленасыщенные и коррозионные испарения, плесень. Предохраняет от температурных и механических воздействий. Кроме того, устойчив к кислоте, щелочи и растворителям. Образует прочную и долговечную влагоотталкивающую пленку, исключительно прочно прикрепленную к обработанной поверхности. Ввиду своей высокой сопротивляемости данный продукт не предусматривает пайку сквозь слой лака.
Учитывая требования, обозначенные в техническом задании, цену на лак, выберем URETHANE CLEAR. Рассмотрим его подробнее.
Применение: защита и гидроизоляция печатных плат. Используется как прочное защитное покрытие в электродвигателях, трансформаторах и других приборах и компонентах. Испытанное средство для защиты, как электрических устройств, так и материалов от повреждений, причиняемых влагой, коррозией и химическими веществами.
Поставляемые емкости: 400 мл, 1 л, 5 л, 20 л. Цветпрозрачный
Температура воспламенения (с открытой крышкой)+40°C
Вязкость (20°С)25 - 40 сП
Термостойкость120°С
Прочность диэлектрика82.900 В/мм
Диэлектрическая проницаемость2.21 (1000 Гц)
Удельное сопротивление5.1х1014 Ом см
Время высыхания15-20 минут
Время полной полимеризации48 ч
3.2 Выбор паяльной пасты
Элементы будем паять двумя методами: пайкой волной для элементов в отверстие, и методом в печи для смд элементов. Сначало, паяются смд элементы в печи, потом паяем в отверстие волной припоя. Перед паяние элементов в печи, необходимо нанести паяльную пасту на контактные площадки. Паяльная паста представляет собой пастообразное вещество, состоящее из смеси очень мелких частиц припоя сферической формы, флюса и различных добавок. Свойства паяльной пасты, в основном, зависят от процентного содержания входящих в припой металлов, типа сплава, размеров частиц припоя и типа используемого флюса.
Главные составляющие наиболее популярного припойного сплава паяльных паст: 62% олова и 36% cвинца. Также в состав может входить 2% серебра (Ag), что влияет на поведение пасты при оплавлении и снижает эффект поднятия компонентов при пайке (эффект "надгробного камня"). К ним относятся паяльные пасты SMT623602-38, SMT623602W-38)
№ /п Свойство SMT9603005-38 SMT9603005W-38 Прим. 1 Внешний вид Неплотное серое стообразное вещество, без посторонних включений Неплотное серое пастообразное вещество,без посторонних включений 2 Сплав Sn/Ag3.0/Cu0.5/Ni0.06/Ge0.01 Sn/Ag3.0/Cu0.5/Ni0.06/Ge0.01 3 Точка плавления 217~219 град.С 217~219 град.С 4 Форма частиц порошка припоя Сферическая Сферическая 5 Содержание флюса 11 ± 0.5 весовых % 11 ± 0.5 весовых % 6 Содержание галогенидов 0.05 ± 0.02 весовых % (во флюсе) 0.05 ± 0.02 весовых % (во флюсе) 7 Вязкость 200 ± 30 Pa.s (25 ± 1град.С, 10rmp, по Малькому ) 200 ± 30 Pa.s (25 ±1град.С, 10rmp, по Малькому ) 8 Тип флюса ROL1 ORH0 9 Цена за 500 мл, у.е. 44,75 52,5 SMT9603005-38 и SMT9603005W-38 отличаются типом содержащегося в них флюса и ценой. Рассмотрим типы флюсов для более полного представления о данных паяльных пастах.
ORH0 - флюс на органической основе.
Органические флюсы изготавливаются на основе низкомолекулярных органических кислот и растворителей, которые, растворяя их, создают азеотропную смесь, т.е. испаряются вместе с ними. В результате воздействия высоких температур в процессе пайки основная часть активной составляющей флюса испаряется вместе с растворителем. Главными преимуществами данных флюсов являются высокая активность в сочетании с практически незаметными остатками значительно меньше, чем у канифольных флюсов), а также полная инертность остатков флюса после пайки волной. Остатки органических флюсов легко удаляются в процессе отмывки. Недостатком таких флюсов является их низкая температурная стойкость и стабильность, что означает более узкое окно технологического процесса пайки.
ROL1 - флюс на канифольной основе.
Чистая канифоль и синтетические смолы обладают слабой флюсующей активностью, поэтому в состав таких флюсов вводят тщательно подобранные растворители и активаторы, которые оказывают на них активирующее воздействие за счет разрыва их химических связей и образования свободных функциональных групп (процесс деполиконденсации). После пайки при охлаждении происходит обратный процесс: поликонденсация с образованием сшитого полимера, обладающего высоким уровнем электрических и эксплуатационных свойств.
Таким образом, исходя из вышеописанных свойств паяльных паст, а также их относительной стоимости, сделаем выбор в пользу SMT9603005-38.
Для пайки волной нужны припои, рассмотри 5 бессвинцовых припоев,рассматриваем именно бессинцовые потому что они экологично-чистые и активно внедряются в последнее время.
1. SnCu Медьсодержащие эвтектические припои изначально создавались для пайки печатных плат волной припоя. Недостатком этого типа является высокая температура расплавления и худшие механические свойства по сравнению с другими бессвинцовыми припоями. 2. SnAg Серебросодержащие припои используются в качестве бессвинцовых припоев уже много лет. Они имеют хорошие механические свойства и лучше паяются чем медьсодержащие припои. Эти припои также являются эвтектическими, температура расплавления 221°С. Сравнительные тесты пайки таким типом припоя и обычным свинецсодержащим припоем показывают значительное преимущество бессвинцового припоя по надежности пайки. 3. SnAgCu Сплав олова серебра и меди является трехкомпонентным эвтектическим припоем. Он использовался задолго до появления серебросодержащего припоя. Преимущество такого типа заключается в более низкой температуре расплавления (217°С). Соотношение компонентов в таком припое является по сей день предметом постоянных дискуссий. Припой с составом 95,5%Sn+3,8%Ag+0,7Cu рекомендован для Brite-Euram project (European Research in Advanced Materials). Этот проект показал, что такой тип припоя обладает лучшей надежностью и спаиваемостью чем серебро- и медьсодержащие бессвинцовые припои. Добавление сурьмы (0,5%Sb) позволило приспособить этот тип припоя для пайки волной. Этот тип припоя используется в промышленности наряду с серебросодержащим. Предпочтение тому или иному типу отдается исходя из экономических соображений и оборудования производства. 4. SnAgBi (Cu) (Ge). Низкая температура плавления такого сплава сильно повышает надежность пайки. Температура расплавления такого типа припоя в различных сочетаниях соотношений металлов колеблется в диапазоне 200-210°С. Компания Matsushita подтвердила, что этот тип припоев обладает лучшей спаиваемостью среди бессвинцовых припоев. Добавление Cu и/или Ge улучшает прочность паяного соединения, а также смачиваемость спаиваемых поверхностей припоем. Значительная тенденция такого типа припоев образовывать припойные перемычки по сравнению с другими бессвинцовыми припоями может быть уменьшена добавлением других примесей. 5. SnZnBi Этот тип припоев имеет температуру расплавления близкую к эвтектическим свинецсодержащим припоям, однако наличие Zn приводит ко многим проблемам связанным с их химической активностью: 1. Малое время хранения припойной пасты 2. Необходимость использования активных флюсов 3. Чрезмерное шлакование и оксидирование 4. Потенциальные проблемы коррозии при сборке Использование такого типа припоев рекомендуется для пайки в среде защитного газа. Для сборки особо важных устройств (оборонная промышленность, автономные устройства) рекомендуется использование высококачественных SnAgCu припоев с добавкой (при необходимости) Sb. Для профессиональной техники (промышленность, системы связи) рекомендуется использование SnAgCu или SnAg двухкомпонентых эвтектических припоев. Для техники широкого потребления (TV, аудио- видео, офисное оборудование) может использоваться широкий диапазон сплавов, таких как SnAgCu(Sb) и сплавов SnAg группы. В меньшей степени используются SnCu, SnAgGe, SnAgBi припои - их выбор обусловлен финансовой политикой компаний (в основном по отношению к Bi содержащим припоям). Из всего выше перечисленного для пайки волной припоя выбирем припой SnAgGe. Выбираем этот припой потому что он эффективнее чем SnCu и SnAgBi, и незначительно дороже. 4. Выбор и обоснование конструкции печатной платы
4.1 Выбор конструкции корпуса для устройства
Условия эксплуатации разрабатываемого устройства - стационарные, то есть условия не агрессивные, поэтому выберем корпус из пластмассового основания. Выберем корпус GAINTA115, поскольку он сделан из пластика, имеет габаритные размеры, соответствующие размерам печатной платы
Технические характеристики корпусов GAINTA:
* Обеспечивают класс защиты от пыли и влаги IP-65 (IEC 529);
* Отверстия для крепежа на стену и для подсоединения крышки находятся вне герметизированной области;
* Крышка оснащена заглубленным неопреновым уплотнителем;
* Внутренняя часть основания корпуса имеет отливы для горизонтального крепления печатной платы, подсоединения заземления, клемм и пр.
* Внутри корпуса также имеются направляющие пазы для вертикальной установки печатных плат;
* Отверстия для винтов крепления крышки имеют внутреннюю резьбу;
* Винты крепления крышки заглублены;
* Корпус и крышка изготовлены из алюминиевого сплава, соответствующего промышленному стандарту Японии ADC-10 (JIS), покрытие натуральное (возможно покрытие: покраска эпоксидное покрытие (суффикс "E") в черный цвет).
Данный корпус необходимо доработать для обеспечения просмотра персоналом, и для управления с помощью кнопок, надо сделать отверстия в корпусе, через которые крепятся кнопки и ЖКИ, доработать как показано на рисунке 1. После доработки его надо герметизировать. Герметизации в инертной среде служат для выполнения стандарта MIL 883 и других, регламентирующих остаточное содержание влаги и необходимость герметичности корпуса прибора. В общем случае, система обеспечивает следующий технологический процесс: 1) Отжиг / дегазация изделий в вакууме для удаления остатков влаги при температуре 60 - 90 С 2) Сварка крышки с корпусом прибора в среде азота с добавлением гелия. Сварка проводится одним из четырех способов (конденсаторная, роликовая, холодная или лазерная). Для оперативного управления средой в скафандре системы устанавливается монитор влажности 3) Вынос изделий из системы через шлюз для последующего тестирования. Рис.1
4.2 Выбор размеров печатной платы
С целью максимального использования физического объёма конструкции устройства и упрощения его изготовления выгодно спроектировать печатную плату прямоугольной формы. Согласно ГОСТ 10317-79 размеры платы должны быть кратны 5 мм (при размерах большей стороны больше 100 мм). Размеры печатной платы найдём, исходя из площади, которую занимают электрорадиоэлементы и микросхемы. Обозначение Наименование Длина, мм Ширина, мм Количество Площадь, мм2 X1-X5 HEADER 3x2 7,5 6 4 180 X6-X9 HEADER 3x1 7,5 3 3 67,5 R1,R2,R4,R5
R7,R8,R10,R11
R13 TS53 5 6 9 270 R3,R6,R9,R12
R14..R17 CR0603 1,6 0,8 8 10,24 C1..C9,C11,C13 DARF 0603 1,6 0,8 11 14,08 C10,C12 CAPXON 3,2 1,6 2 10,24 SB1,SB2 DTSL 7,25 6,75 8 97,87 VT1 BC817-40 3 2 1 6 DA1 D2-PAK 8,8 10,4 1 91,52 DA2 TDA1029 22 9,5 1 209 DD1 ATMEGA 8 16,25 16,25 1 264,0625 К1 JRC-19F 12 10,5 1 126 DR1 EXBS0805 9,9 3,9 1 38,61 Таблица 1. Конструктивные параметры элементной базы
Суммарная площадь всех ИС (площадь, занимаемая элементом на плате, рассчитывается с учётом площади, занимаемой контактными площадками, к которым припаивают выводы элементов) примерно равна 1467,12 мм2. Таким образом, площадь печатной платы должна быть не меньше 35 мм2. С учётом этих расчётов в соответствии с ГОСТ 10317-79 размеры платы стоит выбрать следующими: 105×80 мм.
4.3 Выбор типа метода изготовления печатной платы
Разводка проводников на односторонней печатной плате будет невозможной в связи с маленьким размером используемых ИМС и большим количеством их корпусов, а использование многослойной печатной платы увеличивает время изготовления конструкции, стоимость, затраты на оборудование. В связи с этим будем использовать двустороннюю печатную плату на диэлектрическом основании.
Для изготовления двусторонних печатных существуют следующие основные методы: тентинг, комбинированный позитивный метод, полуаддитивный метод с дифференциальным травлением. Кратко охарактеризуем данные методы:
Тентинг (от английского tenting - устанавливать шатер) - метод, при котором отверстия для предохранения от стравливания металлизации закрываются "крышками" или "тентами", формируемыми из фоторезиста. Этот метод еще называют негативным, так как используются негативные фотошаблоны (белые поля в местах, где должен остаться металл). Также его называют субтрактивным (от английского Альтернативные методы изготовления печатных плат (заметки практикующего технолога) subtract - вычитать), так как формирование рисунка происходит путем вытравливания ("вычитания") не входящих в рисунок участков.
Тентинг - метод - самый дешевый и быстрый процесс изготовления печатных плат, при котором помимо металлизации отверстий происходит металлизация всей поверхности. Для тентинг - метода необходимо использовать толстопленочные фоторезисты (50 мкм), чтобы после проявления они смогли выдержать напор струй травящих растворов.
Рисунок 2. Схема тентинг метода
Комбинированный позитивный метод - позволяет воспроизводить более тонкие проводники за счет меньшей толщины вытравливаемого металла. Толщина используемых в этом методе фоторезистов определяется лишь тем, что толщина рельефа должна быть больше толщины наращиваемой в этом рельефе металлизации (проводников).
Рисунок 3. Схема комбинированного позитивного метода
Полуаддитивный метод с дифференциальным травлением - позволяет воспроизводить еще более тонкие проводники, чем вышеуказанные методы. На нефольгированный диэлектрик осаждают минимальный слой меди, чтобы обеспечить возможность дальнейшей металлизации проводников и отверстий. И так как вытравливается только этот минимальный слой (около 3 мкм), то величина подтравов минимальна (до 2 мкм), что позволяет воспроизводить проводники малой ширины.
Рисунок 4. Схема полуаддитивного метода с дифференциальным травлением
Исходя из приведенных характеристик методов изготовления ПП, а также требований накладываемых на конструкцию (третий класс точности, отсутствие необходимости изготавливать более тонкие и менее широкие проводники, чем соответствующие классу точности, максимально возможное снижение себестоимости и сложности изготовления), выбираем в качестве метода изготовления - тентинг метод и опишем его основные преимущества.
1. Короткий техпроцесс. Это связано, главным образом, с отсутствием необходимости наносить, а потом снимать металлорезист.
2. Высокое качество гальванического осадка. При тентинге процесс гальванической металлизации происходит по всей поверхности заготовки, когда на ней еще нет фоторезиста. Отсутствие больших масс органического вещества в ваннах гальванической металлизации позволяет легко формировать высокопластичный медный осадок в металлизированных отверстиях, что существенно повышает надежность печатной платы.
3. Постоянная величина тока - определяемая постоянной площадью металлизации из-за отсутствия рисунка. Это очень удобно в условиях многономенклатурного производства и устраняет возможность субъективных ошибок оператора - при установке режимов линии, а также технологов - при подготовке производства и расчете площади металлизации и выравнивающих рамок.
4. Высокое качество поверхности под паяльную маску - так как на поверхности меди отсутствуют остатки металлорезиста, которые могут приводить к ухудшению адгезии паяльной маски. Наличие остатков металлорезиста - типовой и трудно контролируемый дефект при позитивной технологии, приводящий к ухудшению адгезии паяльной маски, в том числе и при работе по все еще широко распространенному в отечественной практике варианту без снятия металлорезиста (ПОС).
5. Единая методика формирования внутренних и наружных слоев. Внутренние слои всегда изготавливаются негативным (субтрактивным) методом. Использование единой техники изготовления наружных и внутренних слоев существенно упрощает организацию производства.
6. Одна программа сверления. Тот факт, что металлизация отверстий при тентинге происходит по сплошной заготовке, позволяет до металлизации просверлить как металлизированные, так и не металлизированные отверстия. Впоследствии при фотолитографическом формировании рисунка отверстия, которые не должны иметь металлизацию, не тентируются (в фотошаблоне наружного слоя) и металлизация из них удаляется при операции травления. Это сокращает техпроцесс и увеличивает точность совмещения массивов, не металлизированных и металлизированных отверстий с рисунком наружного слоя.
7. По сравнению с позитивным процессом, в котором в качестве металлорезиста используется сплав олово-свинец, существенным преимуществом тентинга является отсутствие свинца в стоках. В последнее время, правда, этот металлорезист повсеместно вытесняется чистым оловом.
8. Отсутствие ванны металлорезиста (снижение издержек на приобретение компонентов рабочих растворов, оловянных анодов и т.п.).
Полуаддитивный метод с дифференциальным травлением Комбинированный позитивный метод с прямой металлизацией Традиционный комбинированный метод с химической металлизацией Тентинг метод с общей металлизацией поверхности заготовки 18 мкм 18 мкм 18 мкм Фольга 3 мкм 6 мкм 35 мкм Общая металлизация поверхности 30 мкм 40 мкм 40 мкм 50 мкм Фоторезист 2 5мкм 35 мкм 35 мкм Металлизация рисунка 15 мкм 15 мкм Металлорезист 3 мкм 18 мкм 24 мкм 53мкм Глубина травления меди 0,04/0,04 0,075/0,075 0,085/0,085 0,13/0,13 Проводник/зазор 2..3 1,2..1,3 1,3..1,4 1,0 Относительная стоимость основного производства 8..10 3..4 2..3 1 Относительная стоимость инженерного обеспечения 2 1,1 1,2 1 Относительный объем прямых издержек Таблица 2. Результаты сопоставления методов изготовления ПП
4.4 Выбор материала основания печатной платы
Проведем сравнение различных материалов основания печатной платы:
В качестве анализируемых возьмем гетинакс фольгированный ГФ2, стеклотекстолит СТНФ, ФДМ2, СТАП, полиимид. Сравнить характеристики можно по таблице 3.
Материалы ГФ2 СТНФ ФДМ2 СТАП Полиимид Поверхностное
сопротивление, Ом 108 5∙1010 1014 5∙1011 1014 Удельное объемное
сопротивление, Ом∙м 5∙107 1,4∙1013 2∙1012 1011 1014 Диэлектрическая
проницаемость 7 5,5 4,7 5,4 3,5 Тангенс
диэлектрических
потерь 0,07 0,35 0,024 0,025 0,001 Водопоглощение, %
мг, не менее 2,9
0,20-0,25
15 1,5 15 2,9 Рабочая температура -60...+85 -60...+105 -60...+100 -60...+100 -196...+400 Таблица 3. Сравнение характеристик материалов основания ПП
Гетинакс электротехнический листовой, ГОСТ 2718-74, представляет собой слоистый материал, полученный методом горячего прессования бумаги, пропитанной термореактивным связующим на основе фенолформадегидных или эпоксидных смол. Применяется как изоляционный материал в условиях нормальной относительной влажности окружающей среды и в трансформаторном масле при напряжении до 1000В. Характеризуется низкой стойкостью к влажности. Поскольку относительная влажность окружающей среды задана 98%, то не возможно применение гетинакса.
Текстолит электротехнический листовой, ГОСТ 5-78 представляет собой слоистый материал, полученный методом горячего прессования хлопчатобумажных тканей, пропитанных термореактивной фенолформальдегидной смолой. Благодаря применению х/б тканей текстолит обладает высокой прочностью при сжатии и повышенной ударной вязкостью, прекрасно подвергается механической обработке сверлением, резанием, штамповкой, поэтому он широко применяется при изготовлении деталей, нагруженных знакопеременными электрическими и механическими нагрузками или работающих при трении (втулки, кулачки). Как электроизоляционный материал текстолит применяется для работы в трансформаторном масле и на воздухе в условиях нормальной относительной влажности окружающей среды 45-75% , так как влажность 98%, то применение текстолита не возможно. Секлотекстолит, ГОСТ 10316-78 представляет собой слоистый прессованный материал, облицованный с одной или двух сторон медной электролитической гальваностойкой фольгой толщиной 18 или 35 мкм. Предназначен для изготовления печатных плат. Рабочий диапазон температур от -60 до +155 °С с влажностью до 99,7%
Согласно техническому заданию, эксплуатация аппаратуры будет производиться в условиях с повышенной влажностью. Приведенные материалы в таблице 3 соответствуют эксплуатационным температурам, заданным ТЗ. Наиболее влагостойким, с высокой влажностью материалом, является СТНФ. Его характеристики такие, как сопротивление и диэлектрическая проницаемость материала достаточны для обеспечения работоспособности устройства. Поэтому среди прочих материалов, используемых для изготовления печатных плат выбираем стеклотекстолит теплостойкий негорючий фольгированный ГОСТ 10316-78, выпускаемый заводом "Изолит". Дополнительную защиту от влаги, коррозии, плеснестойкость обеспечим нанесением защитного покрытия.
Стеклотекстолит представляет собой слоистый прессованный пластик, изготовленный на основе ткани или стекловолокна, пропитанного термореактивными связующими, облицованный с двух сторон электролитической медной фольгой. Выберем толщину фольги равной 15 мкм, так как этого значения, с учетом наращенного при осаждении слоя (суммарная толщина достигнет 53 мкм), достаточно для обеспечения протекания токов.
Приведем также некоторые другие характеристики стеклотекстолита СТНФ 2-18-1,5(ТУ 16-503.161-83):
Толщина платы: Н = 1,5 мм
Толщина фольги: hф= 18 мкм
Удельное сопротивление фольги: 2050 кг/м3
Прочность на изгиб: Ударная вязкость: Температурный коэффициент линейного расширения: Время пайки: 4.5 Оценка массы печатной платы с элементами
Обозначение Масса г Количество Общий вес, г. X1-X5 0,5 4 2 X6-X9 0,2 3 0,6 R1,R2,R4,R5
R7,R8,R10,R11
R13 0,7 9 6,3 R3,R6,R9,R12
R14..R17 0,01 8 0,08 C1..C9,C11,C13 0,05 11 0,55 C10,C12 0,1 2 0,2 SB1,SB2 0,6 8 4,8 VT1 0,1 1 0,1 DA1 2 1 2 DA2 3 1 3 DD1 4 1 4 К1 2,5 1 2,5 DR1 0,08 1 0,08 Таблица 4. Вес отдельных элементов устройства.
Просуммировав массу отдельных элементов, получаем:
Общая масса элементов: mэ = 26,21 г. Масса печатной платы: Общая масса устройства M = mэ + mп = 26,21+25,8 =52,01 г.
4.6 Определение класса точности платы
Согласно ГОСТ 23751-86 существует пять классов точности, которые устанавливают основные размеры конструкции и в свою очередь обусловливают уровень технологического оснащения производства. В проектируемом устройстве имеются поверхностно монтируемые микросхемы. Печатные платы третьего класса точности наиболее распространены, поскольку, с одной стороны, обеспечивают достаточно высокую плотность трассировки и монтажа, а с другой - для их производства не требуется специализированного оборудования. Руководствуясь всем этим, выбираем 3 класс точности. ГОСТ 23751-86 устанавливает следующие основные параметры плат 3 класса точности:
0,25 мм- расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка; 0,25 мм- ширина печатного проводника; 0,10 мм - гарантийный поясок;
0,33 - отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы.
4.7 Размещение элементов на плате
Техническим заданием определен серийный тип производства. При данном типе производства возможно наличие автоматов по установке элементов. Для упрощения работы этого автомата и повышения производительности, необходимо ИМС разместить равномерными рядами. Также это будет способствовать равномерному распределению тепла, выделяемом микросхемами при своей работе. При размещении ИМС на плате необходимо также согласно электрической принципиальной схеме учесть элементы, имеющие наибольшее количество электрических соединений между собой, и разместить их как можно ближе друг к другу, для обеспечения минимальной длины линий связи.
Рисунок 5. Размещение элементов на плате
4.8 Вибрационный расчет
Необходимо проверить, способна ли печатная плата выдерживать нагрузки, заданные в ТЗ.
Так как при совпадении собственных частот печатной платы с частотами внешних возмущающих воздействий значительно увеличиваются нагрузки, то необходимо, чтобы собственная частота колебаний платы находилась вне спектра частот внешних воздействий.
Определение частот собственных колебаний ведется с учетом характера закрепления печатной платы в модуле более высокого конструктивного уровня. В нашем случае закрепление производится так, как показано на рисунке 6. Рисунок 6. Закрепление печатной платы
На этом же этапе производится выбор толщины ПП. Изначально необходимо взять толщину = 0,001м и провести расчет для нее. Если полученное значение собственной частоты не попадет в спектр частот внешних вибраций, то данное значение толщины можно оставить. При расчете было установлено, что толщину ПП следует выбрать равную 1,5 мм.
Габаритные размеры платы выбираются в п. 4.1, поэтому подбирать их в ходе анализа вибраций не будем.
Частота собственных колебаний [10]: , где:
a = 0,105 м - длина ПП;
b= 0,08 м - ширина ПП:
E = - модуль упругости для материала ПП;
ν = 0,22 - коэффициент Пуассона;
M= 0,05201 кг - масса ПП (рассчитывается в п. 4.4);
= 3,14.
, где k=22.37, α=1, β=0.61, γ=1 для способа закрепления платы, указанном на рисунке 6
Техническим заданием определен спектр вибраций 10...100 Гц. Полученное значение собственной частоты не попадает в этот диапазон, а значит, размеры печатной платы были подобраны правильно, и усиления нагрузки на нее от вибраций в процессе работы происходить не будет. 5. Расчет элементов печатного монтажа
5.1 Расчет ширины шин "питание" и "земля"
Для упрощения будем полагать, что ИМС расположены равномерно. В этом случае можно воспользоваться формулой, определяющей минимальную ширину шин питания и земли:
, где
Uпит = 5В - напряжение питания микросхем
- потребляемая мощность.
- шаг установки микросхем по вертикали.
- шаг установки микросхем по горизонтали.
- количество рядов микросхем по вертикали
- количество рядов микросхем по горизонтали
- удельное сопротивление медной фольги.
- толщина фольги.
- толщина покрытия .
Примем tпит = 0,5 мм.
5.2 Расчет диаметра переходных отверстий
Диаметр переходных отверстий следует выбирать в соответствии с условием d / Hn  1 / 3 , где Hn - толщина ПП. Толщина платы.
, . Так как есть металлизация и плюс само отверстие, получаем из установленного ГОСТ 10317-79 ряда допустимых диаметров отверстий, d = 0,9 мм.
5.3 Расчет ширины сигнальных проводников
Наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника (t), рассчитывают по формуле , где
tmin Д - минимально допустимая ширина печатного проводника, рассчитываемая в соответствии с формулой : , где
,- удельное сопротивление и толщина проводника.
Для медной фольги =18мкм; =2 Омм .
- максимальная длина проводника.
= 12мА - максимальный ток через проводник для используемых микросхем.
UП = 5 В - допустимое падение напряжения на проводнике
tн.о.. = 0,1 мм - нижнее предельное отклонение размеров элементов конструкции, в соответствии с классом 3 точности при наличии покрытия.
t = 0,1мм + 0,027мм = 0,127 мм, что меньше ширины печатного проводника, для третьего класса точности, равного 0,25 мм.
Таким образом, выбираем ширину сигнальных проводников равной 0,25 мм.
5.4. Минимальное расстояние между элементами печатного рисунка
= 0,25 мм - минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка для 3 класса точности (п. 4.5). 5.5 Номинальные размеры сторон контактных площадок для установки элементов с двумя точками соединения
Номинальные размеры сторон контактных площадок для установки элементов с двумя точками соединения рассчитывают по формулам:
, где
B(D)max - максимальная ширина контактирующей части элемента.
Tэ = 0,1мм - позиционный допуск расположения геометрического центра корпуса устанавливаемого элемента относительно номинального положения, определяемый используемым оборудованием.
TD = 0,15мм - значение позиционного допуска расположения центров контактных площадок для 3 класса точности.
tн.о = 0,1мм - нижнее предельное отклонение размеров элементов конструкции (ширины контактной площадки)
l = 0,1мм - верхнее предельное отклонение длины контактирующей части элемента;
P = 0,3мм - минимальное расстояние от края контактной площадки до контактирующей части корпуса элемента, необходимое для обеспечения качественной пайки при пайке паяльной пастой.
Qn - гарантированный размер контактной площадки, необходимый для совмещения с контактирующей частью элемента, который устанавливается от 0,1 до 0,3 мм.
Расстояние между внешними и внутренними сторонами контактных площадок (Sн, Sв) под элементы с двумя точками подсоединения рассчитывают по формулам:
, где L - длина корпуса устанавливаемого элемента Ti = 0,1мм - позиционный допуск расположения элемента проводящего рисунка относительно реперного знака.
Для керамических конденсаторов:
B(D)max = 0,6 мм
0,6+(0,12 + 0,152 + 0,12)1/2 = 0,8 мм
0,953мм
L = 1,7мм
мм
Для оксидных конденсаторов
B(D)max = 1,6 мм
1,6+(0,12 + 0,152 + 0,12)1/2 = 1,8 мм
0,953мм
L = 3,2мм
мм
Для постоянных резисторов:
B(D)max = 0,6 мм
0,6+(0,12 + 0,152 + 0,12)1/2 = 0,8 мм
0,953мм
L = 1,7мм
мм
5.6 Номинальные размеры сторон контактных площадок для установки элементов с тремя и более точками соединения
Номинальные размеры сторон контактных площадок для установки элементов с тремя и более точками соединения рассчитывают по формулам:
, где bk - ширина контактирующего элемента.
Расстояние между внешними и внутренними сторонами контактных площадок (Sн, Sв) под элементы с тремя и более точками подсоединения рассчитывают по формулам:
, где
Hэ - расстояние между внешними сторонами выводов (контактирующих элементов), расположенных на противоположных сторонах элемента
Для транзистора BC817-40:
bk max = 0,4 мм
Hэ = 1,8 мм
Для Atmega 8:
bk max = 0,4 мм
Hэ = 1,8 мм
Для 4816P-1-103LF Bourns
bk max = 0,4 мм
Hэ = 1,9 мм
6. Проверочные расчеты
6.1 Помехоустойчивость. Паразитная емкость между печатными проводниками
Паразитная емкость возникает в трех случаях:
а) Паразитная емкость параллельных печатных проводников относительно проводящей земной плоскости (рисунок 7)
Рисунок 7. Взаимная ориентация проводников и земляной плоскости
Погонная емкость параллельных печатных проводников, расположенных на внешней стороне платы, относительно проводящей земляной плоскости :
, где
, = - диэлектрическая проницаемость среды для проводников, для ПП покрытых защитным покрытием. Диэлектрическая проницаемость =4 - покрытия УР-231, =5,5 - материала основания ПП - стеклотекстолита СТНФ.
толщина печатной платы.
hф = 53·10-6 м - толщина фольги
S = 0,25 - минимальное расстояние между элементами печатного рисунка в 3 классе точности
= =(4+5,5)/2=4,75
б) Паразитная емкость параллельных печатных проводников расположенных с разных сторон диэлектрического основания платы (рисунок 8)
Рисунок 8. Взаимная ориентация проводников, расположенных с разных сторон ПП
Погонная емкость проводников, расположенных с разных сторон диэлектрического основания платы:
в) Паразитная емкость одиночного проводника относительно проводящей земляной плоскости (рисунок 9)
Рисунок 9. Взаимная ориентация одиночного проводника и земляной плоскости
Погонная емкость одиночного проводника относительно проводящей земляной плоскости: Общая погонная емкость составляет Максимальное значение длины сигнальных проводников в этом случае составляет:
., где Сдоп - допустимая паразитная емкость. Для цифров Atmega 8 , тогда максимальная длина сигнального проводника может составлять . В схеме отсутствуют проводники такой длины, а значит, устройство отвечает требованию электрической совместимости по максимально допустимой паразитной емкости.
6.2 Помехоустойчивость. Взаимная индукция между печатными проводниками
Взаимная индукция для двух параллельных проводников относительно экранирующей плоскости:
, где
м - длина печатного проводника.
-ширина проводников
= 0,0003 м
м
Разрабатываемое устройство будет устойчивым к индуктивной помехе в случае выполнения неравенства:
=45 нс - время задержки срабатывания ИМС.
=1,2 В - значение помехоустойчивости микросхем.
= 0,4 В - величина напряжения логического нуля.
кзап - коэффициент запаса (кзап =0,5..1,0) I = 17 мА- перепад тока в цепи питания при переключении ИМС.
, а значит, используемая длина параллельных проводников удовлетворяет требованиям помехоустойчивости по индуктивной помехе. 7. Трассировка печатных проводников
Размещение радиоэлементов на плате и трассировку печатных проводников выполним в программе Altium Design. В качестве исходных данных для трассировки задается принципиальная схема, выполненная в том же программном пакете, стратегия трассировки - с минимизацией числа переходных отверстий, параметры печатного рисунка: Толщина сигнальных проводников: 0,25 мм
Толщина шин питания и земли:0,5 мм
Диаметр контактной площадки переходного отверстия:0,9 мм
Минимальное расстояние между элементами печатного рисунка0,25 мм
Фотошаблон ТООО.758726.001 Т1М
Вид со стороны установки элементов
Вид с нижней стороны
Фотошаблон трафарета нанесения паяльной пасты ТООО.758726.001 Т2М
Данные для сверление ТООО.758726.001
8. Оценка технологичности конструкции
Основным показателем оценки технологичности конструкции является комплексный показатель технологичности , который определяется с помощью базовых показателей.
Комплексный показатель технологичности
, где Значимости весовых коэффициентов:
Коэффициент использования ИМС , где
число ИМС.
число радиоэлементов.
Коэффициент автоматизации и механизации монтажа
, где
число монтажных соединений выполненных с помощью автоматизации и механизации.
общее число монтажных соединений.
Коэффициент автоматизации и механизации подготовки элементов к монтажу
, где
число элементов, подготовка которых к монтажу может осуществляться механизированным или автоматизированным способом, включая и те, которые не требуют специальной подготовки.
общее число элементов.
Коэффициент механизации операций контроля и настройки , где
число операций контроля и настройки, осуществляемых автоматизированным или механизированным способом, включая и те, которые не требуют использования средств механизации.
общее число операций контроля и настройки.
Коэффициент повторяемости элементов
, где
общее число типоразмеров элементов в блоке.
Под типоразмером элемента понимается габаритный размер (без учета номинальных значений).
Коэффициент применяемости элементов
, где
число типоразмеров оригинальных элементов в блоке.
Оригинальными считаются те детали, которые впервые разрабатываются самим предприятием или поступают в порядке кооперации.
общее число типоразмеров.
Коэффициент прогрессивности формообразования деталей
, где
число деталей, которые или заготовки которых получены прогрессивными методами формообразования (штамповка, прессование, пайка, сварка...).
общее число деталей без нормализованного крепежа.
Получаем следующее значение комплексного показателя технологичности:
Согласно нормативам комплексных показателей технологичности электронно-вычислительной техники для серийного производства, комплексный показатель технологичности должен быть К=0,55...0,85, таким образом получаем, что изделие технологично.
9. Показатели качества конструкции
Целесообразно при оценке качества конструирования ЭВА использовать два показателя упаковки:
а) отношение количества электрорадиоэлементов Nэрэ к полезному объему Vп, в котором реализуются функции изделия, т.е. объем корпусов элементов схемы электрической принципиальной Э3:
б) отношение количества элементов к общему объему устройства Vу :
Отношения
показывают, во сколько раз ухудшается показатель плотности упаковки из-за зазоров несущих конструкций, плат, электрических соединителей и т.п.
То есть. Кз.о. есть коэффициент заполнения объема электронного устройства или коэффициент дезинтеграции. Обратим величину Кз.о. и получим коэффициент интеграции
Если ИМС и другие ЭРЭ являются 1-м конструктивным уровнем, а плата, кассета и т.п. - 2-м уровнем, то коэффициент заполнения объема для 2-го уровня:
10 Экономические показатели
Рассчитаем стоимость изделия. Так как задано серийное производство, значит, покупка элементов, производится по оптовым ценам, это будет более дешевле.
10.1 Элементы
Конденсаторы
10.1.1.1 0603 0,1 мкФ 50В Y5V Darf - 0,25 руб. 10.1.1.2 100мкФ 16В LV SMD Capx - 2,38 руб.
Микросхемы
10.1.2.3 MC33269DT D2-Pack - 80 руб.
10.1.2.4 TDA1029 Philis - 20 руб.
10.1.2.5 ATMEGA 8 Atmel - 380 руб.
10.1.2.6 4816Р-1-103LF Bourns - 18,03 руб. 10.1.2.7 HY1602E Hyunday - 300 руб.
Реле
10.1.3.1 JRC-19F NHG - 22,32 руб.
Резисторы
10.1.4.1 TS53 Vishay - 4,8 руб.
10.1.4.2 СR0603 5% 1K Bourns - 0,07 руб.
Транзисторы
10.1.5.1 ВС817-40 Philips - 2,7 руб.
Кнопка тактовая
10.1.6.1 DTSL - 20 руб.
Соединители
10.1.7.1 Header 3x2 - 6.50 руб.
10.1.7.2 Header 3x1 - 5 руб.
10.1.7.3 Header 2x1 - 5 руб.
Корпус
10.1.8.1 Корпус Gainta - 210
10.2 Печатная плата
Изготовление двухсторонней печатной платы третьего класса точности тентинг методом, включая подготовку к производству, по запросу в ОАО "Электроконнект" составляет 1238 руб., по запросу в компанию "Резонит" - 1891 руб. Руководствуясь п.6 ТЗ, плату следует изготавливать в ОАО "Электроконнект".
10.3 Материалы
10.3.1 Краска МКЭ(280гр.) - 250 руб
10.3.2 Паста-SMT9603005-38(8гр.) - 48 руб.
10.3.3 Припой-SnAgGe(250гр.) - 990 руб
10.3.4 Лак "URETHANE CLEAR"(400мл) - 700 руб.
После всех данных посчитаем цену
Ц=70+40+48+5+1238+210+5+20+26+40+2,7+0,56+43,2+22,32+300+18,03+380+20+80+5,76+2,75=2577,32 руб.
Таким образом цена нашего изделия 2577,32 рубля.
Заключение
В ходе выполнения курсовой работы была разработана конструкторская документации, необходимая для производства устройства "темброблок". В ходе выполнения работы были подобраны зарубежные аналоги отечественным электрорадиоэлементам и микросхемам. Подобранные элементы удовлетворяют условиям, поставленным в ТЗ:
* выбранные элементы доступны для поверхностного монтажа и монтажа в отверстия
* выбранные элементы выдерживают заданные температуры эксплуатации.
Был подобран корпус, обеспечивающий легкий доступ ко всем узлам, данный корпус был еще доработан и герметизирован. Также вычислен размер платы, и общая масса устройства, на основании чего, был произведен вибрационный расчёт. Техническим заданием определен спектр вибраций 10...100 Гц. Полученное значение собственной частоты (107гц) не попадает в этот диапазон, а значит, размеры печатной платы были подобраны правильно, и усиления нагрузки на нее от вибраций в процессе работы происходить не будет. Выбран класс точности, была произведена расстановка элементов на ПП, произведен расчет переходных отверстий, контактных площадок, сигнальных линий, и линий питания и земли. После этого была произведена трассировка проводников. Трассировка производилась автоматически в альтиуме и представлена виде фотошаблона. Правильность выполнения всех вычислений и трассировки подтвердили проверочные расчеты. Была рассчитана цена нашего устройства она составляет 2577,32 рубля
Производимое устройство "Темброблока" отвечает всем требованиям технического задания.
Список литературы
1. Параметры резистора Vishay TS53: http://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:3IO3meK9aSMJ:www.vishay.com/docs/51008/ts53y.pdf+TS53YL+pdf&hl=ru&gl=ru&pid=bl&srcid=ADGEESg_hYJAXRywfsPluCZqoEi7IPA4OLFd-jrpnmt0SE6GKTL3VGqyFUeCbn70FBi94yxNyvmalJPIpSGtpCQPSu3Knkbk0vHng5xDt0dUUWF0UZczoumCf67QLmGQwldp4_CFiIaX&sig=AHIEtbT8U0c8ciaK9iGBV65Na8H1BbYRew
2. Параметры резистора BOURNS СR0603: http://pdf.datasheet.su/bourns/cr0603-fx-7152elf.pdf
3. Кнопка тактовая: http://lib.chipdip.ru/063/DOC000063883.pdf
4. Транзистор BC817-40: http://www.datasheetcatalog.org/datasheet2/d/0jy1708g7zc3wqs1l4j0egsrs9py.pdf
5. Конденсаторы керамические: http://lib.chipdip.ru/056/DOC000056707.pdf
6. Защитные покрытия для печатных плат: http://www.pribor.ru/p_mat/12.html
7. Паяльная паста
http://www.smtservice.ru/pasta/623602W-38.pdf
8. Корпуса (Gainta): http://www.rct.ru/catalogue/25/26/231/561/
9. А. Медведев. Технология производства печатных плат. ТЕХНОСФЕРА, Москва 2005.
10. Методы изготовления печатных плат. http://www.smtservice.ru/platyi/tech_choice_pcb.php
11. Пирогова Е.В. "Проектирование и технология печатных плат". - М.: ФОРУМ: ИНФА - М, 2005.
12. Максимова И.Б. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине "конструкторское и технологическое обеспечение производства ЭВМ" - Ижевск, ИжГТУ, 2008.
13. Л.Н. Преснухин, В.А. Шахнов Конструирование электронных вычислительных машин и систем. Высшая школа. Москва 1986 14. Конструирование электронных устройств систем автоматизации и вычислительной техники. Феникс. Ростов-на-Дану 2007
15. Радио. Журнал №9, 2010 стр. 13-15 16. Параметры резисторов, конденсаторов, транзисторов, диодов:http://www.smd-component.ru/webcatalog/section.php?s_id=64
17. Магазин Чип и Дип: http://www.chipdip.ru/search.aspx?tmpl=results&searchtext=cap
18. Магазин радиобокс: http://www.radiobox.ru/php/search.php
19. VDG-электронные компоненты: http://vdg-el.com/catalog/index.php?manufacturers_id=143&sort=3a&filter_id=251
20. Паяльная пасты: http://www.smtservice.ru/pasta/
21. Основные размеры SMD-компонентов http://lib.chipdip.ru/244/DOC000244219.pdf
Приложение. Размеры корпусов ЭРЭ.
Параметры корпусов HY1602e
Параметры Atmega 8
Параметры 4816Р-1-103-LF Bourns
Параметры MC33269DT D2-Pak
Параметры JRC-19F
Параметры TS-53
Параметры CR0603 Параметры Capxon
Параметры 0603 Darf
43
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
394
Размер файла
2 100 Кб
Теги
готовый, отчет, практика
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа