4.1 Определение требований к печатной плате

Для разработки   печатной платы выбираем фольгированный стеклотекстолит марки СФ-2-35-1.5  имеющий следующие свойства: широкий диапазон рабочих температур –60…+105°С, удельное поверхностное сопротивление 1010…1011Ом, прочность 3 – 4Н, штампуемость 1,5 – 2, время горения 10с. Стеклотекстолит марки СФ-2-35 обладает значительной стойкостью к короблению и низким водопоглащением. Данные свойства текстолита вполне соответствует условиям эксплуатации «Детектора излучения сотового телефона» - наземная подвижная группа аппаратуры с температурой эксплуатации 40°С, и методу изготовления печатной платы - субтрактивный.

Конструкция выполнена на одной двусторонней печатной плате размером 50x65 мм. Площадь платы составляет 3250 мм2. При определении площади платы учитывались площади размещаемых на плате элементов, площади вспомогательных зон, допустимые габариты с точки зрения технологических возможностей и условий эксплуатации, типы базовых несущих конструкций и их основные размеры. Суммарная площадь всех элементов, устанавливаемых на плату, составляет 1300  мм2. Для определения площади платы суммарную площадь устанавливаемых на нее элементов умножаем на коэффициент 2,5 и прибавляем площадь вспомогательных зон. Получаем площадь платы 3250 мм2, что приблизительно соответствует принятой площади и габаритам платы. На основании полученных расчетов (Раздел 5.1) и ГОСТ 23751-86 печатная плата соответствует второму классу точности.

          В соответствии с ГОСТ 10317-79 основной шаг координатной сетки выбран 2.5мм, исходя из того что наименьшее расстояние между выводами элементов 2,5мм.

В соответствии с ГОСТ 10317-79 основной шаг координатной сетки выбран 2.5мм, исходя из того что наименьшее расстояние между выводами элементов 2,5мм.

Предельные отклонения монтажных и переходных отверстий в соответствии с пунктом 2.2.3 ГОСТ 23751-86, для второго класса точности

ККЭП 2201 028 000 ПЗ

печатной платы равны: для выводов диаметром до 1мм  ± 0,1мм, для выводов диаметром более 1мм  ± 0,15мм.

      В соответствии со вторым классом точности:

- расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка должно быть в приделах: 0,45..0,75мм;

-     ширина гарантийного пояска отверстия: 0,20..0,30мм;

Задаваясь допустимой величиной падения напряжения можно найти реальную γ [п.5.1], а следовательно и площадь поперечного сечения печатного проводника и его ширину.

     Допустимое падение напряжения для ИМС выбирается по справочнику, для ИМС используемых в схеме «Детектора излучения сотового телефона» допустимое падение напряжения 5%, а напряжение питания ИМС 5В.

ККЭП 2201 028 000 ПЗ

4.2 Список соединений печатной платы.

DD1,9-DD1,11.

DD1,8-R3,1-VT1,1.

DD1,12-DD1,13-C3,1-R6,1-VD2,1.

DD1,6-DD1,10-C3,2.

DD1,5-R4,1-R5,2-C4,1.

DD1,2-DD1,1-R5,1.

DD1,3-C4,2.

DD1,11-DD2,8.

DD2,9-DD2,11.

DD2,10-DD2,12.

DD2,12-DD2,6.

DD2,4-C6,1-R12,1.

DD2,5-C5,1-R9,1.

DD2,3-DD2,13.

Общая шина

-6В  DD1,7-DD2,7-BA1,1-HL1,1-C5,2-R9,2-VT2,2-R7,2-R6,2-VD2,2.

Шина питания

+6В   DD1,14-DD2,14-C7,1-VT4,2-DD2,9-R11,1-VT3,1-R9,1-C5,1-DD2,5.

ККЭП 2201 028 000 ПЗ

      5.3 Расчет технологичности конструкции

Выполним расчёт показателей технологичности устройства «Детектора излучения сотового телефона».

В соответствии со схемой электрической  принципиальной и сборочным чертежом в устройство входят:

- микросхемы в количестве 2 штук

- конденсаторы в количестве 7 штук

- резисторы в количестве 13 штук

- диоды в количестве 2 штук

- транзисторы в количестве 4 штук.

Микросхемы имеют один тип корпуса на 14 выводов (штыревые выводы):

количество микросхем – 2шт.

количество выводов – 28шт.

Резисторы имеют 1 типоразмер, конденсаторы имеют 3 типоразмера, диоды имеют 2 типоразмера, транзисторы имеют 1 типоразмер.

Каждый резистор,  конденсатор и диод имеет по 2 вывода, транзистор 3 вывода

Количество выводов резисторов – 26шт.

Количество выводов конденсаторов – 14шт.

Количество выводов диодов – 4шт.

Количество выводов транзистора – 12шт.

Все микросхемы и электрорадиоэлементы стандартные.

Данная конструкция имеет одну оригинальную деталь: печатную плату.

5.3.1.Расчет показателей технологичности.

Рассчитаем конструкторские показатели технологичности.

Коэффициент применяемости деталей рассчитывается по формуле:

Кпд=(1-Дтр ор)/Дтр общ                                                                                       (5.3.1)

где Дтр ор – число типоразмеров оригинальных деталей

ККЭП 2201 200 028

       Дтр общ – общее число типоразмеров деталей без учета крепежа.

Кпд=1-1/8=0,87

Т.к. все микросхемы и электрорадиоэлементы стандартные, то расчет коэффициента применяемости производится по формуле:

Кп эрэ=1-Дтр ор эрэ/Дтр общ эрэ  ,                                                                          (5.3.2)

где Дтр ор эрэ – число типоразмеров оригинальных электрорадиоэлементов;

      Дтр общ эрэ – общее число типоразмеров электрорадиоэлементов;

Кп эрэ =1- 0=1.

Коэффициент повторяемости микросхем и микросборок рассчитывается по следующей формуле:

Кпов имс=1-Нтр имс/Нис,                                                                        (5.3.3)        

где Нтр имс – число типоразмеров корпусов интегральных микросхем

       Нис – общее число интегральных микросхем и микросборок в изделии.

Конструкция содержит интегральные микросхемы с двумя различными ти-пами корпусов. Всего интегральных микросхем в данном изделии 2шт:

Кпов имс=1-1/2=0,5.                                                                                

Так как в данной конструкции используется только одна печатная плата то: Кпов пп=1-1=0.                                                                                        

Коэффициент использования интегральных микросхем вычисляется по формуле:

Кисп ис=Нис/(Нис+Нэрэ),                                                                         (5.3.4)                 

где Нэрэ – общее число электрорадиоэлементов.

В данной конструкции применяется 26 электрорадиоэлемента и 2 интегральных микросхемы:

Кисп ис=2/(2+26)=0,071.

Коэффициент установочных размеров электрорадиоэлементов вычисляется по формуле:

Кур=1-Нур/Нэрэ,                                                                                                  (5.3.5)          Где Нур – число установочных размеров электрорадиоэлементов.

Количество установочных размеров конденсаторов – 3шт, число в – 1шт.

ККЭП 2201 200 028

установочных размеров резисторов – 1шт, диодов – 2шт, транзисторов-1шт.

Всего электро-радиоэлементов – 26шт:

Кур=1-8/26=0,70.

5.3.2.Рассчитаем технологические показатели технологичности:

Коэффициент автоматизации и механизации монтажных соединений. При расчете считаем, что автоматизированную пайку можно применять только для ЭРЭ и ИМС со штыревыми выводами. Так как вся схема подвергается автоматизации то:

Кам= Нам / Нм  ,                                                                                          (5.3.6)        

где Нам – число монтажных соединений, выполняемых с использованием автоматизации и механизации; Нм - общее число монтажных соединений;

Кам =84/84=1.

Коэффициент механизации подготовки ЭРЭ к монтажу:

Кмп эрэ=Нмп / Нм          ,                                                                                     (5.3.7)

где Нмп - число элементов, подготовленных к монтажу с использованием автоматизации и механизации;

Нм - общее число подготовленных элементов;

Кмп эрэ=26/26=1.

Коэффициент автоматизации контроля и настройки примем равным:

Км кн =0,7.

Определим коэффициент применения типовых технологических процессов.

При изготовлении данной конструкции применяются следующие типовые технологические процессы: ТТП изготовления печатной платы; ТТП подготовки ЭРЭ к монтажу, ТТП групповой пайки компонентов со штыревыми выводами. Кроме этого конструкция имеет оригинальную деталь для которой необходимо разработать технологический процесс. Поэтому:

Ктп=Нтп / Нп  ,                                                                                            (5.3.8)

где Нтп - число типовых технологических процессов;

 Нп - общее число технологи­ческих процессов;

Ктп =3/4=0,75

ККЭП 2201 200 028

Рассчитаем значение комплексного показателя технологичности для базовых показателей, представленных в таблице:

,                                        (5.3.9)               

где Ki - базовые показатели технологичности;

φ - коэффициенты значимости каждого базового показателя, значения функций φ выбираем по таблице из справочника.

К=(0,87*0,187)+(1*0,187)+(0,5*0,31)+(0*0,31)+(0,071*1)+(0,7*0,31)+(1*1)+(1*0,75)+

(0,7*1)+(0,75*1)/ 0,187+0,187+0,31+0,31+1+0,31+1+0,75+1+1= 4,675/6,054=0,77.

ККЭП 2201 200 028

5 Расчетный раздел

5.1 Расчет электрических и конструктивных параметров элементов печатной платы

5.1.1 Расчет площади печатной платы

Площадь печатной платы определяется по формуле:

          S=∑Si*2,5                                                                                         (5.1.1)

где S-площадь печатной платы;

Si- площадь каждого элемента схемы;

2,5- коэффициент

Определим площадь печатной платы:

          S=(13*(2,2*6,0)+(3,0*7,5)+(3,8*1,9)+4*(5,3*5,84)+(4,7*5,2)+2*(19,5*7,5)+5*(8*

12)+(22*6)+(15*3)) *2,5 = 3250мм2

Размеры сторон: 50мм Х 65мм

5.1.2 Расчет ширины печатного проводника

     При определении класса точности печатной платы и ширины печатного проводника, воспользуемся формулой определения ширины печатного проводника. Для нормальной работы печатного проводника должно соблюдаться неравенство:

 t ≥ I / (γдоп*h)                                                                                    (5.1.2)

где t- ширина проводника;

I- номинальный ток протекающий по печатному проводнику;

γдоп- допустимая плотность тока;

h- толщина фольги.

Для нашего устройства t ≥ (0,45/(25*0,0355)) = 0,507мм, что близко по значению ко второму классу точности печатной платы: 0,45…0,75мм по ГОСТ

ККЭП 2201 028 000 ПЗ

23751-86 таблица 1. На печатной плате будем использовать ширину печатного проводника 0,5мм ±0,1мм.

5.1.3 Диаметры монтажных и переходных отверстий, контактных площадок для этого воспользуемся формулами:

dотв=dвыв+0,1                                                                                  (5.1.3)

D= d + 2b + ∆tв.о                                                                              (5.1.4)         

где b- гарантийный поясок;

∆tв.о – верхнее придельное отклонение.

Определим диаметры монтажных и переходных отверстий для элементов схемы «Детектора излучения сотового телефона».

К561ЛА7, транзисторы КТ3102Е,диоды КД514А,КД522Б, светодиод АЛ307КМ: d=0,5мм + 0,1мм=0,6мм;

 Резисторы МЛТ: d=0,6мм + 0,1мм=0,7мм;

Конденсаторы К50-3А , К10-17, КМ-4: d=0,8мм + 0,1мм=0,9мм;

Рассчитаем диаметры контактных площадок для монтажных и переходных отверстий для элементов схемы устройства:

К561ЛА7, транзисторы КТ3102Е,диоды КД514А,КД522Б, светодиод АЛ307КМ:

D= 0,6мм + 2*0,2мм + 0.1мм = 1,1мм;

Резисторы МЛТ:

D= 0,7мм + 2*0,2мм + 0.1мм = 1,2мм;

Конденсаторы К50-3А , К10-17, КМ-4: D= 0,9мм + 2*0,2мм + 0.1мм = 1,4мм;

5.1.4 Расчет шины питания

 -                                                                                              (5.1.5)

                   ρ – удельное объемное электрическое сопротивление ((Ом*мм2)/м),

            l – длина проводника (м).

Ширина печатного проводника шины питания:

ККЭП 2201 028 000 ПЗ

 t ≥ I/(γдоп*h) ,

где I – ток, протекающий в печатном проводнике, А;

       h – толщина проводника, мм.

Согласно ГОСТ 23.751-86, γдоп=250 А/мм2. Зависит от допустимого перегрева печатного проводника и технологии получения проводника.

Ток, протекающий в печатном проводнике шины питания, определяется суммой токов потребления ИМС, присоединенных к рассчитываемой шине питания.

t ≥ (0,4*10-3)/(250*0,45)=0,35мм.

Для нормальной работы схемы необходима ширина печатного проводника не менее 0,35мм, в нашей схеме мы используем ширину печатного проводника 0,5мм что соответствует условию.

Падение напряжения на печатном проводнике шины питания:

U=I*R=ρ* γдоп* l ,                                                                               (5.1.6)        

 где l – длина проводника шины питания.

U=0,4*250*13,5=0,67 В.

ККЭП 2201 028 000 ПЗ

ККЭП 2201 028 000 ПЗ

6. Подготовительные операции производства печатных плат в субтрактивных методах.

   Подготовительные операции предназначены для обеспечения качества при выполнении основных процессов формирования элементов печатного монтажа. Они включают очистку исходных материалов  и монтажных отверстий от окислов, жировых пятен, смазки, пленок и других загрязнений, активирование поверхностей проводящего рисунка, специальную обработку диэлектриков, а также контроль качества подготовки. В зависимости  от характера и степени загрязнений  очистку (активирование) проводят механическими, химическими, электрохимическими, плазменными методами и их сочетанием. Выбор технологического оборудования для подготовительных операций определяется серийностью производства.

       Механическая подготовка в условиях мелкосерийного производства осуществляется вручную смесью венской извести и шлиф-порошка под струей воды. Экономически оправдано применение механизированных и автоматических конвейерных линий в условиях крупносерийного и массового производства. Инструментом на этих линиях служат абразивные круги, капроновые или нейлоновые щетки, на которые подается абразивная суспензия. В некоторых зарубежных установках для зачистки используются круги из нетканого нейлона, насыщенные мелкодисперсным порошком карборунда или алунда, которые для устранения перегрева обильно смачивают водой.

Для очистки монтажных отверстий от наволакивания смолы и других загрязнений широко применяются установки гидроабразивной обработки (рис. 1), в которых платы со скоростью 0,2…0,4м/ мин проходят рабочую, промывную сушильную камеры установки.    

ККЭП 2201 200 028

Рис.1. Схема рабочей камеры модуля гидроабразивной очистки отверстий и поверхности печатных плат:

1-камера; 2-форсунки барботажа; 3- фильтр; 4- инжекторные форсунки; 5- заготовка;  6- патрубок слива излишков воды; 7- патрубок слива рабочей смеси из камеры.

ККЭП 2201 200 028

      В рабочей камере через инжекторные форсунки, качающиеся вокруг оси с частотой 35…100 циклов в минуту, под давлением 0,5…0,7 МПА подается пульпа, состоящая из абразивного порошка (2А, 63С) и воды, которая производит эффективную очистку. Подача воды под давлением 1…1,2 МПА обеспечивает тщательную промывку отверстий в следующей камере. Сушка заготовок осуществляется сжатым воздухом.

     Ручная химическая и электрохимическая подготовка поверхности проводится в  ваннах с различными растворами при покачивании плат и последующей их промывкой, а механизированная- на автооператорных линиях модульного типа по заданной программе (табл.1).

Таблица 1

Состав растворов, режимы химической и электрохимической подготовки фольгированного диэлектрика

ККЭП 2201 200 028

      Высокое качество и производительность обеспечивает плазменная очистка ПП, которая устраняет использование токсичных кислот, щелочей и их вредное воздействие на обслуживающий персонал, материалы обработки и окружающую среду. Установка плазмохимической обработки МПП  c программным управлением УПХО-П предназначена для удаления диэлектрика с торцов контактных площадок. Карусельный принцип позволяет обрабатывать при одной загрузке до 8 плат размером 400х800мм или 16 плат-500х500мм, 64 платы-270х170мм. Аналогичная установка для тех же целей разработана фирмой Branson IPC, США. Она состоит из реактора, мощного ВЧ-генератора, устройства управления и регулирования процессов, вакуумного насоса. Давление в камере 20…40 ПА. Плазмообразующий газ, состоящий из кислорода (70%) и тетрафторметана (30%), подается в камеру со скоростью 600…900 см³/мин. Мощность ВЧ-генератора регулируется в диапазоне 0…4000 Вт, а частота составляет 13,56 МГц. На установке одновременно обрабатывается до 15 плат размером 45х60 см, каждая из которых имеет до 3000 отверстий. Длительность операции очистки пакета-10…16 мин.   

ККЭП 2201 200 028

7 Заключение

В соответствии с заданием на курсовой проект была рассмотрена работа «Детектора излучения сотового телефона» по схеме электрической принципиальной, приведенной в графической части лист 1 [Э3].

Схема выполнена на одной двухсторонней печатной плате размером 65х50мм. Для печатной платы разработан сборочный чертёж печатной платы, показанный в графической части лист 3 [СБ].

Также были описаны конструктивные особенности элементов устройства и печатной платы, выполнен расчет технологичности конструкции, включающий расчет комплексного показателя технологичности, который равен К=0,77. Показатель соответствует нормативному значению для единичного производства.

В технологическом разделе был разработаны подготовительные операции производства ПП в субтрактивных методах. Также определены технологические режимы, технологическое оборудование, инструменты и приспособления, используемые при выполнении технологических операций.

Технология изготовления печатной платы «Детектора излучения сотового телефона» представлена в графической части лист 5.

Конструкция устройства представляет собой законченное изделие, изготовленное на одной печатной плате и помещенное в специальный корпус.

ККЭП 2201 028 000