Название: Конструирование РЭС (Н.С. Шляпников)

Жанр: Радиотехнический

Просмотров: 1587


3.1.4. конструктивно-технологические расчеты

Конструктивно-технологический расчет ПП производится с учетом производственных погрешностей рисунка проводящих элементов, фотошаблонов, базирования, сверления и т.д.

Нормы на конструирование ПП устанавливаются ГОСТ 2.417 — 91, ГОСТ 10317 — 79,

ГОСТ 23751 — 86, ГОСТ 22318 — 77.

Координатная сетка в декартовой системе координат имеет шаг 2,5; 1,25;

0,5 мм. Большую сторону ПП ориентируют по оси X. Шаг координатной сетки ПП, применяемых в изделиях автоматизации промышленных процессов, измерительной и вычислительной технике, рекомендуется определять:

 

Наименьшее

от —

0,1

0,500

0,625

1

,25       2,50

расстояние для размещения

 

 

 

 

 

 

элементов:

ДО 0,1

0.5

0,625

1,250

2

,50       -

 

 

Шаг сетки       0,1       0,1       0,5       0,625   1,25     2,50

 

Диаметры монтажных и переходных отверстий должны соответствовать ГОСТ 10317

— 79*. Предпочтительные размеры монтажных отверстий выбирают из ряда 0,7; 0,9; 1,1;

1,5; 1,5 мм, а переходных отверстий из ряда 0,7; 0,9; 1,1 мм. Предельные отклонения

диаметров монтажных и переходных отверстий ( в миллиметрах) в соответствии с ГОСТ

25751 — 83 приведены в табл. 3.7.

 

Таблица 3.7

 

Диаметр отверстия

Наличие металлизации

Класс точности

1

2

3

4

5

До 1,0

 

Свыше 1,0

Нет

 

Есть

 

Нет Есть

±0,10

 

±0,05

 

±0,15

±0,10

±0,10

 

±0,05

 

±0,15

±0,10

±0,05

 

+0

 

±0,10

±0,05

±0,05

 

+0

 

±0,10

±0,05

±0,025

 

+0

 

±0,10

±0,05

 

 

Предельные отклонения ширины печатных проводников, площадок, экранов и др. для узких мест указаны в табл. 3.8.

 

Таблица 3.8

Наличие металлического

покрытия

Класс точности

1

2

3

4

5

Без покрытия

 

С покрытием

±0,15

 

±0,25

 

±0,20

±0,00

 

±0,15

 

±0,10

±0,03

 

±0,10

 

±0,08

±0,03

 

±0,05

±0

 

±0,03

Позиционные допуски по ГОСТ 23751 — 86 для осей отверстий применять по табл. 3.9.

 

Таблица 3.9

 

Размер большой стороны платы

Класс точности

1

2

3

4

5

L<=180 180 < L < 560

0,20

0,25

0,30

0,15

0,20

0,25

0,08

0,10

0,15

0,05

0,08

0,10

0,05

0,08

0,10

L>360

 

Предельные отклонения значения номинального расстояния между центрами двух отверстий ПП определяют как полусумму позиционных допусков расположения центров этих отверстий.

Значение позиционного допуска oР расположения контактных площадок относительного его номинального положения выбирают по табл. 3.10

 

Таблица 3.10

 

Вид платы

Размер большой стороны платы

Класс точности

1

2

3

4

5

ОПП,ДПП ГПК,МПП

(наружный слой)

L<180 180 < L

< 360 L>360

0,35 0,40

0,45

0,25

0,50

0,35

0,15 0,20

0,25

0,10 0,15

0,20

0,05

0,08

0,15

МПП

L^180

0,40

0,30

0,20

0,15

0,10

(внутренний слой)

180<L<360

L>360

0,45 0,50

0,35 0,40

0,25 0,30

0,20 0,25

0,15 0,20

 

 

Основные формулы для расчета размеров элементов конструкции ПП:

1. Номинальные значения диаметра монтажного отверстия,

 

где do — максимальное значение диаметра вывода навесного элемента, устанавливаемого на ПП;

г — разность между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным значением диаметра вывода устанавливаемого элемента;

AdHo— нижнее предельное отклонение номинального значения диаметра отверстия.

Диаметры монтажных отверстий рекомендуется выбирать так, чтобы значения г были

в пределах 0,1. ..0,4 мм.

2. Номинальное значение ширины проводника t  в миллиметрах рассчитывается по формуле

где tмд — минимально допустимая ширина проводника;

Ad Hо — нижнее предельное отклонение ширины проводника.

3.  Номинальное  значение  расстояния  между  соседними  элементами  проводящего

 

 
рисунка S в миллиметрах определяют по формуле

 

где SМ.Д — минимально допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка;

Atво — верхнее предельное отклонение ширины проводника.

Величину Sм.Д. выбирают из расчета обеспечения электрической прочности изоляции в соответствии с ГОСТ 23751 — 86 или по ОСТ 4.010.019—81.

4. Расчет минимального диаметра контактной площадки производят по формуле

где Аdво — верхнее предельное отклонение диаметра отверстия;

Admp — глубина подтравливания диэлектрика для MПП (принимается равной 0,03 мм).

5.  Расчет  минимального  расстояния  для  прокладки  п-го  количества  проводников между двумя отверстиями с контактными площадками диаметрами D1 и D2 производят по формуле

где n — количество проводников;

Я — допуск, который учитывается только при и > 0.

6. Сопротивление изоляции Rн параллельных проводников приближенно вычисляется

как

 

где Rs — поверхностное сопротивление изоляции,

 

 

Rs  

ps Smin

S

 

Rv — объемное сопротивление изоляции,

 

 

Rv  

pv d s

 

Smin — минимальная площадь проекции печатных проводников друг на друга.

Для нормальной работы ПП сопротивление изоляции между разобщенными цепями в

условиях наивысшей влажности должно подчиняться неравенству RИ >. 103 R

входное сопротивление коммутируемых схем.

BX, где RBX —

7.  При  оценке  теплового  режима  ЭРЭ  на  ПП  необходимо  исходить  из  того,  что максимальная рабочая температура ЭРЭ обычно ограничивается

пределами Тэ = 75...85 °С. С другой стороны, температура несущей базовой конструкции, которая принимается условно как бесконечно теплоемкий радиатор, может иметь следующие значения:

для естественной конвекции Т = 25 °С;

для принудительных видов охлаждения Tk = 15 °С.

Перегрев  элемента  определяется  следующим  образом  АТэ=Тэ-Тк  и  составит  АТэ

 

 
=50...60 °С. Перегрев имеет в основном две составляющие:

 

где       АТн  —  наружный  перегрев  (перегрев  в  результате теплового  взаимодействия поверхности элемента с окружающей средой);

ДТв — внутренний перегрев (перегрев ЭРЭ вследствие прохождения тепловой энергии по внутренним конструктивным элементам). Перегрев связан с тепловым сопротивлением соотношением

АТ=КтР, где Р — мощность, рассеиваемая элементом, Вт.

Величина внешнего перегрева может определяться также по формуле

где S — площадь поверхности элемента, см2;

а — коэффициент теплообмена между поверхностью и окружающей средой,

Вт/(см2. 0С) (табл. 3.11).

 

Таблица 3.11

 

Условия охлаждения

a, Вт/(см2.  0С)

Естественная конвекция:

 

воздух пар фреона жидкий фреон Принудительная конвекция:

 

воздух пар фреона вода и жидкий фреон Кипение:

 

жидкий фреон вода

 

 

(6...25). Ю-4 (3...20) • Ю-3

(3...4) • Ю-2

 

(0,25 ... 10) • Ю-2 (2 ... 2) •

Ю-2 (4 ... 80) • 10"2

 

0,15 ...0,7 0,5 ... 1.3

 

Внутренний перегрев АТв в значительной мере зависит от теплопроводности материала, из которого изготовлены корпус или плата. В табл. 3.12 приведены данные по тепловому сопротивлению для различных модификаций печатных плат.

Можно произвести полный расчет теплового сопротивления от температуры воздуха, составив его тепловую схему. Суммарный перегрев должен быть не больше допустимого. Если это условие не выполняется надо искать пути уменьшения теплового сопротивления по «внутренним» и «внешним» каналам.

 

Таблица 3.12

 

Основание ПП

Температура ЭРЭ, °С

Тепловое сопротивление, °С / Вт

Стеклоэпоксидное (гетинакс,

стеклотекстолит и др.)

70... 90

26

Стеклоэпоксидное с тепло-

отводящей медной фольгой

65 ...90

16

Гибкая ПП, приклеенная на стальное основание

18... 23

8 .

 

 

Проверочные расчеты

Подтверждением соответствия конструктивного решения ПП заданному ТЗ являются результаты    проверочных    расчетов,    перечень    и    место    которых    определяется

индивидуально          в          зависимости от        применяемых             методов,         способов        и            принципов

конструирования.

Расчет по постоянному току

 

 
Расчет по постоянному току практически выполняется для цепей «питания» и «земли». Необходимо оценить наиболее важные электрические свойства ПП по постоянному току: нагрузочную способность проводников по току, сопротивление изоляции и диэлектрическую прочность основания платы. Практически сечение проводника рассчитывают по допустимому падению напряжения Uп на проводнике

 

где р — удельное сопротивление проводника (табл. 3.13),

 

Таблица 3.13

 

Метали

Удельное элек- трическое сопро- тивление,

10-8 Ом-мм2

Металл

Удельное элек- трическое со- противление,

10-8 Ом-мм2

 

 

Медная фольга Гальваническая медь Химическая медь Золото

1,72

1,90

2,80

2,22

Палладий

Никель Серебро

10,80 7.80 1,59

 

 

hф, t, ln — соответственно толщина фольги, ширина и длина проводника, мм;

Jn  —  ток  через  проводник  (определяется  из  условий  работы  схемы  электрической принципиальной).

Для электронных логических схем допустимое падение напряжения в цепях «питание» и «земля» не должно превышать 1 — 2\% от номинального значения подводимого напряжения Ek, поэтому требуемое сечение печатного  проводника мины «питание» и

«земля» вычисляется по формуле

 

 

— сечение печатного проводника шины «земля».

3.1.5. Разработка печатных плат автоматизированным методом

Алгоритмы размещения и трассировки подробно изучаются в курсах «Математическое обеспечение конструкторского и технологического проектирования с применением САПР», «Автоматизация конструкторского проектирования с применением САПР».

Указанные алгоритмы широко используются в автоматизированных Системах проектирования ОПП, ДДП и Ml 111 Так, в программных модулях размещения однотипных интегральных микросхем на предварительно выделенных установочных местах используются алгоритмы парных и групповых перестановок,    алгоритм последовательного  размещения,  итеративные  алгоритмы,  алгоритм  случайных назначений.

В программных модулях размещения разногабаритных элементов используются алгоритмы последовательно-группового размещения на основе применения принципа дихотомического деления множества размещаемых элементов, последовательно- одиночного размещения на основе применения функции плотного размещения и некоторые другие.

В программных модулях трассировки наиболее широко применяются волновой и лучевой алгоритмы и их многочисленные модификации.

Разработка функциональных модулей (узлов) с печатным монтажом на основе применения САПР является экономически наиболее целесообразной, рациональной и перспективной по сравнению с другими методами — полуавтоматизированными и ручными.

Рассмотрим особенности конструирования при использовании САПР.

В настоящее время разработаны и находятся в эксплуатации САПР, предназначенные для конструкторского проектирования ОПП, ДПП и Ml 111, например:

САПР «Рапира — 5.3» и ее дальнейшая, более совершенная модификация ДРАМ —

5.3, их назначение — конструкторское проектирование ОПП и ДПП;

САПР ПРАМ 2.4; назначение — конструкторское проектирование ИЛИ со сквозной металлизацией отверстий.

САПР реализуется на ЕС ЭВМ штатной конфигурации с объемом оперативной памяти

520 — 1000 кбайг. Для работы с любой из перечисленных систем конструктор должен предварительно подготовить банк данных, в котором сосредоточена информация об элементной базе, используемой в разрабатываемых РЭА. Для каждого из элеметов указываются: габариты корпуса, координаты выводов в локальной системе координат, связанной с элементом, обозначение элемента по стандарту (ТУ), электрические характеристики элемента. В некоторых системах в базу данных входит информация о типоразмерах ПП, на которых реализуются функциональные узлы.

Непосредственная работа с системой сводится к подготовке, набивке на перфокартах формализованного задания и вводу его в систему, контролю промежуточных результатов, выдаваемых системой, в частности результатов размещения и трассировки каждого слоя, выводимых на АЦПУ, к корректировке этих результатов.

В режиме взаимодействия САПР с АРМ-Р представляется возможным выполнять подготовку формализованного задания и вводить его в систему, производить коррекцию данных, выдаваемых системой, а также получать управляющие перфоленты.

Комплект конструкторско-технологической документации, который обеспечивает

САПР, включает:

> управляющие перфоленты для координатографов (КПА-1200 и др.) для получения фотооригиналов каждого слоя;

> спецификация на разрабатываемый узел;

> сборочный чертеж;

> управляющие перфоленты для сверлильных станков с ЧПУ (ОФ-72Б, ВП-910и др.);

> эскизы размещения и трассировки;

> перечень элементов к ЭЗ;

> ведомость покупных изделий;

> таблица цепей и перечень неразведенных трасс;

>   управляющие   перфоленты   для   стендов   контроля   готовых   плат.   Указанные документы соответствуют требованиям ГОСТ 2.004 —88.