мінімально допустима ширина провідника пов'язана безпосередньо із струмами, що протікають по них і тому необхідно визначити усі величини струмів і вибрати згодом таку ширину провідника, щоб щільність струму не перевищувала допустиму;

3. усі типи електричних кіл, оскільки кожна має свої конструктивні особливості:

• кола входу і виходу сигналів - вхідні і вихідні друковані провідники не повинні прокладатися поруч або паралельно один одному, щоб уникнути виникнення паразитних зворотних зв'язків. З цією ж метою провідники вхідних і вихідних кіл, зведених в систему для під'єднання до з'єднувача, доцільно розділити екрануючими провідниками або "земляними" виходами;

• шини "земля" і "живлення" повинні мати можливо нижчий опір і використовувати крайні контакти з'єднувачів, а шину "земля", по якій течуть сумарні струми, слід виконувати максимальної ширини;

• сигнальні кола - вжити заходи для виключення виникнення паразитних перешкод в результаті ефектів відбиття в сигнальних лініях зв'язку в результаті неузгоджених навантажень , перехресних наведень між сигнальними лініями зв’язку, спотворення форми сигналу в лініях зв'язку, наведень від зовнішніх полів, які значною мірою залежать від форми, довжини, взаємного розташування провідників;

• кола імпульсних і високочастотних сигналів - забезпечити розв'язку по високих частотах;

• шлях поширення корисного сигналу - оскільки при розміщенні компонентів, наприклад, підсилювальних пристроїв, як правило, порядок розміщення компонентів відповідає послідовності проходження сигналу в електричній принциповій схемі;

• найбільш теплонавантажені ЕРЕ рівномірно розміщують по ДП або по периферії ДП, вибираючи відповідний варіант установки;

• ЕРЕ, чутливі до зовнішніх електричних, теплових і других взаємодій;

• виділяють найбільш критичні по електромагнітній сумісності ЕРЕ і електромонтажні зв'язки для установки екранів, розв'язуючих кіл і ін.

• напругу і силу струму джерел електроживлення.

Аналіз схеми електричної принципової обов'язково повинен передувати компонувальним роботам і рекомендується проводити в наступній послідовності:

• з'ясування призначення і функціонування схеми, зіставлення умов експлуатації і технічних умов на використання елементів, бази;

• виділення найкритичніших елементів по електромагнітній сумісності і тепловому режиму;

• аналіз органів управління, індикації і приєднання, виділення модулів згідно функціонально-вузловому принципу;

• аналіз зв'язків між модулями;

• виявлення настановних і приєднувальних розмірів елементної бази.

Аналіз призначення електричної принципової схеми конкретизує електричні і технічні параметри виробу, вивчення особливостей функціонування ЕС, пояснює особливості і зв'язки проектованого виробу з іншими пристроями, модулями і людиною-оператором.

Необхідно з'ясувати, які органи управління і індикації повинні бути винесені на лицьову панель, які з елементів і приладів є найважчими і вимагають спеціального кріплення. Слід також визначити, якими елементами зовнішнього електричного зв'язку виріб сполучений з іншими пристроями, встановити наявність високовольтних кіл з тим, щоб, з одного боку, забезпечити безпеку роботи оператора.

Аналіз органів управління, індикації і приєднання ЕС дозволяє уточнити вимоги до конструкції РЕА відповідно до основного призначення виробу. При аналізі органів управління і індикації слід вивчити можливість застосування новітніх перспективних елементів управління і відображення.

У описі схеми повинне бути вказане призначення її активних і пасивних елементів та їх ролі в забезпеченні заданого функціонування вузла.

2.2.4 Вибір та обґрунтування елементної бази

При виборі елементної бази РЕА слід враховувати її основні технічні характеристики, умови експлуатації, конструктивні особливості і вартість. Рішення, приведені на користь конкретного вибраного елементу, повинні бути проаналізовані та висловлені в ПЗ.

Мета аналізу елементної бази полягає в тому, щоб встановити, чи відповідає елементна база заданим характеристикам конструйованого виробу за передбачених ТЗ умов експлуатації і, у разі невідповідності, запропонувати конструктивні методи забезпечення нормального функціонування виробу. При такому аналізі проводиться також оцінка схемної надійності. Зіставлення даних, одержаних на основі аналізу умов експлуатації, з характеристиками елементів дозволяє конструктору зробити обґрунтовані висновки.

При виборі ЕРЕ — конденсаторів, резисторів і ін. перш за все, необхідно виходити з вимог схеми і умов експлуатації цих елементів. При підвищенні надійності виробу ЕРЕ бажано ставити в режими, що забезпечують достатній запас по потужності розсіювання, по напрузі не менше 50%.

Умови використання ЕРЕ в апаратурі повинні відповідати технічним умовам на вибраний елемент. Щодо застосування комплектуючих ЕРЕ, настановних і ін. деталей слід дотримуватися таких рекомендацій:

• застосовувати ЕРЕ тільки серійного і масового виробництва, нормалізовані або уніфіковані;

• кількість типономіналів ЕРЕ зводити до мінімуму;

• не застосовувати ЕРЕ, напівпровідникові прилади, мікросхеми в умовах і режимах, що перевищують встановлені ТУ. При виборі ЕРЕ треба пам'ятати про такі характеристики, як надійність, стабільність, точність і вартість.

Порівняння умов експлуатації виробу і технічних умов на використовування елементної бази починається з конкретизації технічних умов експлуатації і обмеження їх конструювання РЕА із заданими елементами по довідковій літературі. Порівняння умов експлуатації виробу і технічних умов на використовування елементної бази повинне відобразити основні напрями конструювання РЕА в плані забезпечення нормальної роботи ЕС. На цьому етапі аналізу необхідно вказати можливі конструктивні рішення по захисту від кліматичних зовнішніх дій.

Для вибору елементів слід використовувати галузеві і фірмові довідники і каталоги, а також сайти фірм-виробників.

2.2.5 Вибір варіантів установки елементів

На цьому етапі здійснюється вибір варіантів установки ЕРЕ (див. додаток Д) з визначенням габаритно-настановних розмірів відповідно ГСТ 4.010.030-81. Ця процедура потрібна для визначення габаритних розмірів ДП.

Розміщення ЕРЕ на монтажній зоні ДП проводять, враховуючи вибрані варіанти установки, формування їх виводів, варіанти розмітки під монтажні отвори і контактні площинки (ГСТ 4.010.030-81) і дотримуючись деяких правил, що розглядаються нижче.

Спочатку розміщують вхідні і вихідні контактні площинки, визначають зони установки роз'єднувачів і КП для контролю, потім розміщують ЕРЕ.

При монтажі в отвори ЕРЕ встановлюють на ДП з одного боку (для ОДП - з боку, протилежного до провідного малюнка), ЕРЕ з планарними виводами можна розташовувати з двох сторін друкованої плати.

Розміщення проводять покаскадно від входу до виходу, групуючи елементи одного каскаду (особливо розв'язуючі і блокувальні конденсатори) поблизу активного приладу. Функціональні вузли розміщуються на платі окремо один від одного [4, 5]. Це дозволяє, у ряді випадків без прийняття додаткових коштів захисту (введення екранів, екрануючих провідників і т. п.) значно понизити паразитні зв'язки та наведення.

Умовно схеми можна розділити на п'ять груп [5]:

• чутливі схеми з високим вхідним імпедансом (|Z| ≥ 376,7 Ом, в яких висока вірогідність виникнення паразитного ємнісного зв'язку );

• чутливі схеми з низьким вхідним імпедансом (|Z| ≤ 376,7 Ом, в яких висока вірогідність виникнення паразитного індуктивного зв'язку);

• схеми помірної чутливості або схеми, розраховані на помірний рівень споживаної потужності;

• високовольтні схеми;

• схеми, розраховані на великий струм.

Аналогові схеми зазвичай відносяться до перших двох груп, цифрові схеми - до третьої групи, а схеми з'єднання та джерела живлення - до двох останнім. Схеми, що належать до однієї і тієї ж групи, легко об'єднуються і компонуються в підсистеми, проте схеми з високим імпедансом слід розташовувати чимдалі від високовольтних схем, а схеми з низьким імпедансом не слід поміщати рядом із схемами, розрахованими на великий струм.

Функціональні вузли слід розміщувати так, щоб рівень сигналу зростав з одного кінця ДП до іншого та можна було здійснити розводку кіл живлення від джерел з боку вихідного каскаду (рис. 2.1).

Вхід Вихід Джерело Живлення

Рисунок 2.1- Розміщення функціональних вузлів на ДП

При розміщенні ЕРЕ на ДП необхідно враховувати наступне:

• не слід розташовувати близько до теплонавантажених елементів напівпровідникові прилади, інтегральні схеми, конденсатори і інші теплочутливі компоненти;

• має бути передбачена можливість легкого доступу до елементів, які підбираються при регулюванні схеми;

• має бути передбачена можливість конвективної тепловіддачі в зоні розташування тепло навантажених елементів;

• масивні і великогабаритні ЕРЕ слід розміщувати поблизу елементів кріплення плати.

Трансформатори, соленоїди і інші електромагнітні пристрої слід встановлювати так, щоб їх магнітні поля були спрямовані перпендикулярно один одному, а самі пристрої знаходилися на максимальній відстані від кабелів.

При виборі міжцентрової відстані, висоти і радіусів згинів, необхідно враховувати, що для усіх типів ЕРЕ обмежена мінімальна відстань від корпусу елементу, на якому можна здійснювати вигин виводу та мінімальна відстань від корпусу до місця пайки. Міжцентрова відстань визначається не лише конструкцією компонента, але і його функціональними параметрами.

Якщо вказівки про розміри від корпусу ЕРЕ до місця вигину або до місця пайки виводів ЕРЕ відсутні в державних стандартах або технічних умовах, то ГСТ 4.010.030-81 встановлює наступні розміри:

• від корпусу ЕРЕ до місця пайки не менше 2,5 мм (для напівпровідникових приладів - не менше 3 мм);

• від корпусу ЕРЕ до осі зігнутого виводу не менше 2 мм;

• для виводів діаметром або завтовшки до 0,5 мм мінімальний внутрішній радіус згину 0,5 мм;

• для виводів діаметром або завтовшки 0,5-1,1 мм мінімальний внутрішній радіус згину 1 мм.

Виводи елементів одного і того ж типорозміру слід згинати на одні і ті ж настановні розміри по їх кратності кроку координатної сітки [2]. Для прямокутних виводів вигин роблять по довгій стороні.

Виходячи з вимог технологічності, завжди слід орієнтуватися на застосування стандартизованих варіантів установки ЕРЕ відповідно до ГСТУ 4.010.030-81 або іншими нормативно-технічними документами (додаток В). Такий підхід дозволяє застосовувати типову технологічну базу для формування виводів компонентів, установки ЕРЕ на ДП, а також зменшити кількість графічних примітивів, використовуваних в САПР друкованих плат.

У разі коли відстані між виводами багатоконтактних ЕРЕ, виводи яких не підлягають формуванню, не кратні кроку координатної сітки, центри отворів під виводи розташовуються за наступними правилами:

• якщо в конструкції навісного елементу є два або більше за виводи, відстані між якими кратні кроку координатної сітки, то центри отворів під ці виводи обов'язково розміщують у вузлах сітки, а центри отворів під інші виводи розташовують згідно з кресленням на цей елемент;

• якщо в конструкції немає виводів, відстані між якими кратні кроку координатної сітки, то у вузлі сітки розташовують центр монтажного отвору, прийнятого за основне, а інші поміщають на вертикальній або горизонтальній лініях сітки, якщо це допускає розташування виводів.

Для автоматичної установки ЕРЕ на ДП слід залишати проміжок між корпусами не менше 1,5 мм в одному з напрямів. Проміжок потрібний також і для поліпшеної ремонтопридатності.

Відстань між осями виводів сусідніх ЕРЕ або осями виводів і корпусами сусідніх ЕРЕ має бути не менше 2,5 мм, мінімальна відстань між корпусами дискретних ЕРЕ 1мм, між корпусами дискретних ЕРЕ і мікросхем - 2 мм (рис. 2.2).

Рисунок 2.2 - Установка елементів на ДП:

Крім того, отвори (монтажні, перехідні, кріпильні) в платі треба розташовувати так, щоб відстань між краями отворів була не менше товщини плати, інакше перемичка між отворами матиме малу механічну міцність.

ЕРЕ з корпусами, орієнтованими уздовж одного з напрямів треба розташовувати з урахуванням визначального розміру (наприклад, довгою стороною уздовж напряму конвекційного потоку повітря) для поліпшення тепловіддачі (рис 2.3, а). Така ж орієнтація ЕРЕ (рис 2.3, а) має бути і при компонуванні з урахуванням напряму механічних дій.

Перемичка

Напрям

механічних

дій

а) б)

Рисунок 2.3 - Розташування ЕРЕ з урахуванням мінімально допустимих відстаней

а - з урахуванням напрямів повітряного потоку і механічних дій;

б - без урахування напрямів повітряного потоку і механічних дій

До елементів, що встановлюються на плату, відносять і перемички. Вони служать для з'єднання двох провідників одного кола і застосовуються у випадках: спрощення топологічного малюнка ДП, необхідності зменшення кількості провідних шарів і для можливості роздільного налаштування та регулювання окремих функціональних елементів. У останньому випадку вони встановлюються після завершення вказаних операцій. Перемички розташовують паралельно сторонам плати, аналогічно іншим ЕРЕ, і їх довжина (до місця згину) обов'язково кратна кроку координатної сітки.

По конструктивному виконанню перемички можуть бути двох типів: виконані з мідного дроту (покриття - лудіння або сріблення) без ізоляції і з полімерною ізоляцією. Використання перемичок без ізоляції прийнятніше, але їх застосування обмежується односторонніми друкованими платами. Діаметр перемичок, як правило, 0,4-1,2 мм і визначається величиною протікаючого струму. Кількість типорозмірів − зазвичай не більше трьох

Для визначення настановної площі або об'єму елемент замінюють відповідно до рисунка 2.4 еквівалентною фігурою (прямокутником), в який може бути вписаний цей елемент разом з пристроями кріплення і монтажу.

Конструкторський аналіз елементної бази полягає у визначенні: маси, габаритних розмірів, настановної площі, діаметру виводів електрорадіоелементів. Маса і габаритні розміри вживаних компонентів впливають на вибір варіанту і місця установки ЕРЕ і способу його додаткового кріплення.

Рисунок 2.4 - Визначення настановної площі або об'єму елементу

Діаметри виводів ЕРЕ потрібні для розрахунку діаметрів монтажних отворів. Габаритні розміри, а точніше настановні площі, дозволяють заздалегідь оцінити площу друкованої плати.

Отримані в результаті аналізу дані зручно представляти у формі таблиці 2.1, зразок котрої наведено.

Таблиця 2.1- Перелік елементів схеми та їх характеристики

2.3 Вибір та обґрунтування принципових конструкторських рішень

2.3.1 Вибір типу друкованої плати

По конструкції ДП з жорсткою або гнучкою основою ділиться на типи: односторонні, двосторонні і багатошарові.

Одностороння друкована плата (ОДП) характеризується: можливістю забезпечити підвищені вимоги до точності виконання провідного малюнка; установкою навісних елементів на поверхню плати на стороні, протилежній стороні паяння, без додаткової ізоляції; можливістю використовування перемичок з провідного матеріалу, низькою вартістю конструкції.

Двостороння друкована плата (ДДП) без металізованих контактних та перехідних отворів характеризується: можливістю забезпечити високі вимоги до точності виконання малюнка; високими комутаційними властивостями; використовуванням об'ємних металевих елементного провідного малюнка розташованих на протилежних сторонах плати; низькою вартістю конструкції.

Друкований провідник

Основа друкованої плати

Рисунок 2.5 - Конструкція односторонньої друкованої плати

Основа друкованої плати

Рисунок 2.6 - Конструкція двосторонньої друкованої плати

Багатошарові друковані плати (БДП) мають найвищі комутаційні властивості, можливість забезпечення високої завадозахищеності кіл, проте вартість конструкції вища.

2.3.2 Визначення групи жорсткості дп

В результаті аналізу, виходячи з кліматичних дій, визначається група жорсткості ДП (Додаток Е).

2.3.3 Вибір класу точності і кроку координатної сітки

По ступені складності апаратура ділиться на п'ять груп:

1. Проста містить до 10 активних ЕРЕ (2-3 ІМС).

2. Нормальної складності − 10-20 активних ЕРЕ (до 5 ІМС).

3. Підвищеної складності − до 50 активних елементів (до 20 ІМС),

можливе використання великих інтегральних схем (ВІС).

4. Високої складності − до 100 активних ЕРЕ (до 50 МС), застосування (ВІС).

5. Дуже високої складності − понад 100 активних ЕРЕ (понад 50 ІМС), застосування ВІС та надвеликих інтегральних схем (СВІС).

Виходячи із складності проектованої РЭС і вживаної елементної бази вибирають клас точності ДП.

Відповідно до ДСТУ (ГОСТ 23751-86) ″Плати друковані. Основні параметри конструкції″ виділені 5 класів точності, коротка характеристика яких приведена в таблиці 2.2.

Клас точності, як одна з характеристик друкованої плати, визначає номінальні, мінімальні, максимальні і точностні значення елементів друкованого малюнка і параметрів друкованих плат (діаметри отворів, габаритні розміри і т. д.). Додаток Д )

Вибраний клас точності при подальшій розробці може бути змінений, оскільки конструювання є ітераційний процес синтезу через аналіз.

Координатна сітка вводиться для завдання координат центрів монтажних і перехідних отворів, контактних площинок і інших елементів друкованого малюнка на поверхні ДП і являється найзручнішим способом для вказаних цілей.

Крок координатної сітки - це відстань між лініями координатної сітки. Його значення (для прямокутних координат) встановлені ДСТУ (ГОСТ 10317): 2,5; 1,25; 0,625 і 0,5 мм. Крок 2,5 мм є основними, крок 0,5 мм застосовувати не рекомендується. При виборі кроку сітки керуються наступними міркуваннями: для класів точності 1 і 2, при низькій щільності монтажу, вибирають крок 2,5мм; крок 1,25 мм застосовують у тому випадку, якщо на плату встановлюють багатовивідні елементи з кроком розташування виводів 1,25 мм, оскільки усі монтажні отвори повинні потрапляти у вузли координатної сітки.

Таблиця 2. 2 – Характеристика класів точності

Основним кроком координатної сітки до 1998 року був крок 2,5 мм; додатковими - 1,25; 0,625 мм. З 1998 року для розміщення з'єднань на ДП основним кроком координатної сітки є крок 0,50 мм в обох напрямах. Якщо сітка з номінальним кроком 0,50 мм не задовольняє вимогам конкретної конструкції, то повинна застосовуватися сітка з основним кроком 0,05 мм. Для конкретних конструкцій, використовуваних елементну базу з кроком 0,625 мм, допускається застосування кроку сітки 0,625.

Крок координатної сітки вибирають відповідно до кроку більшості ЕРЕ, встановлюваних на ДП.

Переважними є наступні кроки координатної сітки :

- n⋅0,05мм при n=5,10, 15, 20, 25;

- n⋅0,5мм при n=1, 2, 5, 6, 10.

Допустимі кроки координатної сітки - дюймові кроки, які застосовують в конструкції ДП, що використовують ЕРЕ з кроком, кратним 2,54 мм (2,54 мм; 1,27 мм; 0,635 мм). При використанні багатовивідних елементів (кількість виводів по одній стороні − більше 24) закордонного виробництва необхідно застосовувати не метричну, а дюймову систему завдання кроку.

2.3.4 Вибір методу виготовлення дп

Метод виготовлення друкованих плат суттєво впливає на їх схемо-конструкторські та експлуатаційно-економічні характеристики. Метод виготовлення ДП вибирають залежно від складності принципової електричної схеми, конструктивно-технологічних вимог до виробу та оснащеності підприємства, необхідним устаткуванням і оснащенням. Методи виготовлення друкованої плати відрізняються за способом нанесення зображення друкованих провідників та способом отримання провідного малюнка.

Методи виготовлення плат відповідно до ДСТУ (ГОСТ 20406) діляться на субтрактивні (хімічні), адитивні (електрохімічні) та механічні.

У субтрактивних методах як основа для друкованого монтажу використовують фольговані діелектрики, на яких формується провідний малюнок шляхом видалення фольги з непровідних ділянок. Додаткова хіміко-гальванічна металізація монтажних отворів привела до створення комбінованих методів виготовлення ДП.

Адитивні методи засновані на виборчому осадженні струмопровідного покриття на діелектричну основу, на яку заздалегідь може наноситися шар клейової композиції.

Субтрактивні методи відрізняє простота технологічних процесів, проте при їх використанні отримати з'єднання шарів можна тільки за допомогою металевої арматури по ДСТУ (ГОСТ 22318) (заклепки, штирі) або за допомогою виводів ЕРЕ.

Залежно від способу формування захисного малюнка на шарі провідної заготівки існує три різновиди субтрактивної технології − фотохімічний, офсетохімічний і сітково-хімічний способи.

Фотохімічний спосіб передбачає нанесення на фольгований матеріал фоторезисту і засвічення його через фотошаблон з витравленням фольги після формування малюнка. Цей метод має найвищу точність, не вимагає складного устаткування і дозволяє легко перебудовувати виробництво на нові види друкованих плат. Використовується в серійному і дослідному виробництві при великій номенклатурі складних плат.

Офсетохімічний спосіб передбачає друкування позитивного зображення офсетним способом кислотолугостійкою фарбою, має велику продуктивність і використовується у багатосерійному виробництві при малій номенклатурі друкованих плат.

Сітково-хімічний спосіб передбачає друкування позитивного зображення кислотолугостійкою фарбою через сітковий трафарет (трафаретний друк). Має максимальну продуктивність. Застосовується у багатосерійному і масовому виробництві при малій номенклатурі друкованих плат.

З напівадитивних технологій найширше застосовується комбінований позитивний метод, що дозволяє виконувати металізацію отворів. В даному випадку на поверхні просвердлених або пробитих отворів хімічно осідає мідь, а потім виконується її гальванічне нарощування до необхідної товщини. Як матеріал основи застосовуються фольгований гетинакс або текстоліт з товщиною фольги 35 або 50 мкм. Оскільки електрохімічне осадження міді відбувається не лише в отворах, але і на провідних ділянках, товщина провідників виходить дуже великою. Цей недолік усувається при використанні напівадитивного методу, при якому як матеріал основи застосовується слофадит з товщиною фольги 5 мкм.

При негативному методі травлення виконують на ранніх етапах технологічного процесу. В результаті діелектрична основа на пробільних ділянках піддається тривалій дії розчинів і електролітів, що погіршує зчеплення діелектрика з фольгою.

Позитивний комбінований метод більш перспективний, ніж негативний унаслідок наступних переваг: виключення можливостей зриву контактних площинок при свердленні отворів, не потрібне спеціальне оснащення для проведення металізації отворів, поліпшуються електричні характеристики ДП через зменшення шкідливої дії хімічних реактивів на діелектричну основу і на міцність зчеплення фольги з цією основою. Комбінований позитивний метод забезпечує високу надійність.

При комбінованому методі виготовлення можлива установка елементів із зазором. Установка елементів із зазором в більшості випадків більш переважна, оскільки виключається можливість скупчення вологи і пилу в місцях зіткнення елементів з платою, а при використанні ДДП відпадає необхідність в спеціальних ізоляційних прокладках під елементи Установку елементів із зазором або без зазору слід проводити тільки після аналізу механічної стійкості конструкції до дії вібрацій і ударів.

До механічних методів виготовлення ДП відносять фрезерування, при якому видалення фольги проводиться на спеціальних координатно-фрезерних верстатах.

Порівняльна характеристика методів виготовлення друкованих плат наведена в таблиці. 2.3.

Таблиця 2.3- Порівняльна характеристика методів виготовлення друкованих плат

Згідно вимогам ГСТ4.Г0.010.011 при створенні нових виробів РЕА рекомендуються комбінований та хімічний методи виготовлення друкованої плати.

Для виробів 1-2-ої груп складності застосовується будь-який спосіб формування малюнка.

Для виробів 3-ої групи складності - будь-який спосіб формування малюнка, окрім сіткового.

Для виробів 4-5-ої груп складності - формування малюнка фотоспособом.

2.3.5 Вибір матеріалу основи дп

Матеріал основи ДП вибирається виходячи з:

електричних характеристик (частотний діапазон, пробивна напруга і т. д.);

• кліматичних дій (температура і вологість);

• стійкості до механічних дій (міцність, жорсткість, ударна в'язкість і т. д.);

• типу друкованої плати (кількість шарів) і способу її виготовлення.

Матеріали друкованих плат вибирають по ДСТУ(ГОСТ 10316-7 і ГСТ 4.010.022-85.

У таблицях Ж.1, Ж.2 (додаток Ж) приведені дані, що дозволяють визначити необхідний матеріал, виходячи з вимог, пред'явлених до ДП.

Для основи зазвичай використовують ізоляційні матеріали типу фольгованих пластмас. Найбільшого поширення у виробництві ДП набули фольгований гетинакс марок ГФ- 1 (фольгований з одного боку), ГФ- 2 (фольгований з двох сторін) і фольгований склотекстоліт марок СФ- 1 (фольгований з одного боку), СФ- 2 (фольгований з двох сторін).

Окрім матеріалу основи на такі властивості ДП, як жорсткість та теплопровідність, робить вплив і його товщина.

Найбільше поширення в застосуванні набули товщини 1,0 і 1,5 мм. Товщина 1,0 мм зазвичай використовується для плат з габаритами сторін не більше 100 мм.

2.3.6 Визначення площі друкованої плати

Сумарна установочна площа елементів, розташованих на кожній платі:

( 2.1)

S_iycm - установочна площа ЕРЕ.

Установочна площа S_{уст і} кожного окремо взятого елементу вибирається з таблиці «Перелік елементів схеми і їх характеристики».

Орієнтовна площа ДП визначається по формулі:

_, (2.2)

де K_s - коефіцієнт заповнення ДП ЕРЕ, визначуваний залежно від класу РЕА в межах 0,4. .0,85.

2.3.7 Визначення масо-габаритних параметрів і конфігурації друкованої плати

На цьому етапі визначається форма і розміри ДП. Якщо в завданні на проектування вказана конструкційна система, в якій має бути виконаний пристрій, або задані габарити ДП, то необхідно вибрати форму і розміри ДП, прийняті в цій системі або вказані в завданні.

Габаритні розміри ДП повинні відповідати ДСТУ (ГОСТ10317) при максимальному співвідношенні сторін 5:1. Рекомендується розробляти ДП простої прямокутної форми. Конфігурацію, відмінну від прямокутної, слід застосовувати тільки в технічно обґрунтованих випадках. Типорозміри ДП можуть бути обмежені типовими несучими конструкціями вищих структурних рівнів (блок, апарат, стійка). У практичній діяльності потрібно керуватися вибраним варіантом компоновки пристрою в цілому, а при виборі габаритних розмірів слід керуватися лінійними розмірами, встановленими ДСТУ (ГОСТ10317 — 79*) (Додаток З).

З декількох варіантів співвідношень сторін ДП вибираємо плату з наступними розмірами:

, (2.3)

де

а – довжина друкованої плати;

b – ширина друкованої плати.

Згідно ДСТУ (ГОСТ10317) , розміри сторін які не перевищують 100 мм повинні бути кратні 2,5 мм, від 100 до 350 мм повинні бути кратні 5,0 мм, від 350 до 470 мм повинні бути кратні 10,0 мм. Причому співвідношення сторін повинне бути обмежене відношенням 1:3.

На горизонтально розташованій платі довжина і ширина ширині друкованого вузла будуть відповідно дорівнювати довжині та ширині плати .

Висота друкованого вузла:

h_ДВ = max h_e + h_ДП , (2.4)

де max h_е – висота найвищого елементу на платі,

h_ДП – товщина друкованої плати.

Маса друкованого вузла складається з маси друкованої плати і маси елементів, розташованих на ній.

m_ДВ = m_ДП + m_i , (2.5)

де m_ДП = ρV – маса друкованої плати, кг,

ρ – щільність матеріалу плати, кг/м³ ( Додаток Е )

V – об'єм друкованої плати, м³

m_i - маса кожного елементу (представлена в таблиці 2.1)

2.4 Конструкторсько-технологічний розрахунок друкованої плати

2.4.1 Визначення діаметрів отворів

Спочатку, виходячи з типу ДП, надійності і т. п., визначається необхідність наявності металізації в отворах і її тип (хіміко-гальванічна металізація або за допомогою заклепок). Слід враховувати, що хіміко-гальванічна металізація отворів припускає застосування комбінованого позитивного або напівадитивного способу виготовлення друкованої плати.

Розрахунок рекомендується починати з визначення розмірів металізованих отворів. Металізовані отвори на друкованих платах можуть бути двох типів: перехідні - для створення електричних зв'язків між шарами і монтажні - для кріплення виведення ЕРЕ.

Для перехідних отворів з метою збільшення щільності монтажу діаметр вибирається по можливості мінімальним і обмежується тільки щільністю розсіювання електроліту, яка впливає на якість осадження міді на діелектрик.

Мінімальний діаметр d_min металізованого отвору залежить в першу чергу від класу точності ДП та визначається з наступного співвідношення:

( 2.6)

де  – відносна товщина ДП (додаток І); Н_П – товщина ДП із врахуванням фольги.

Мінімально застосовний d_пер діаметр перехідного отвору необхідно обчислювати за формулою

(2.7 )

де Δd - максимальне граничне відхилення діаметру отвору, що розраховується.

Для перехідних отворів значення Δd слід вибирати як для неметалізованих отворів.

Діаметр монтажного отвору, на відміну від перехідного, має бути більше діаметру виводу на величину, що задовольняє умовам пайки і автоматизованої зборки, і може бути розрахований таким чином:

(2.8 )

де d_вив - діаметр (для прямокутних виводів - розмір по найбільшій стороні) виводу ЕРЕ; r - гарантований проміжок між діаметром монтажного отвору і виводу ЕРЕ.

Величину Δd для монтажних отворів слід вибирати з урахуванням усіх факторів приведених в додатку І (діаметру, металізації і оплавлення). Оплавлення слід враховувати при нанесенні покриттів ( ПОС61 і сплав РОЗЕ) гарячим методом (для ДП, виготовлених фотоспособами) або гальванічним з наступним оплавленням (комбінований позитивний спосіб або напівадитивна технологія).

Чисельне значення гарантованого проміжку r лежить в межах від 0,1 до 0, 4 мм і вибирається виходячи з наступного. Чим менше проміжок, тим більше капілярний ефект і, відповідно, краще пайка в монтажному отворі. З іншого боку, велика величина проміжку полегшує автоматизацію складальних робіт. Тому при автоматизованій установці ЕРЕ на ДП бажано застосовувати металізовані отвори з проміжком, рівним 0,4 мм.

Формула (2.8) застосовна для випадку, коли d_вив > d_пер. Для зворотної ситуації при розрахунку d_монт необхідно користуватися наступним вираженням:

(2.9)

Діаметри неметалізованих монтажних отворів розраховують по вираженню (2.8) з урахуванням того, що при автоматизованій зборці ПУ гарантований проміжок r = 0,4 мм, при ручній зборці r = 0,10,2 мм.

Діаметр металізованого монтажного отвору d_м по наступній формулі:

, (2.10)

де h_м - товщина шару металізації.

У розрахунках можна прийняти величину металізації 0,050,025.

Розрахункові значення діаметрів монтажних і перехідних металізованих і неметалізованих отворів приводяться до номінальних, які відповідно до ДСТУ(ГОСТ 10317-79) мають бути вибрані з ряду 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 1,9; 2,0; 2,1; 2,2; 2,3; 2,4; 2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 3,0.

Переважні розміри монтажних отворів вибирають з ряду 0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5, перехідних - з ряду 0,7; 0,9; 1,1.

Варіюючи параметром r рекомендовано скоротити кількість типорозмірів значень діаметрів не більше трьох як для монтажних, так і для перехідних отворів.

Для перехідних отворів необхідно проводити перевірочні розрахунки на можливість протікання через них заданого струму. Допустимі значення струмового навантаження приведені в таблиці. 2.4, які слід зменшити на 20-25 %, оскільки металізовані отвори можна отримати тільки при адитивній або напівадитивній технологіям і з урахуванням погіршеної тепловіддачі, в порівнянні з провідниками, розташованими на поверхні ДП. Товщина обложеної міді в отворах складає 20-25 мкм.

Таблиця 2.4 - Допустима щільність струму для мідних провідників

Металізовані отвори не виконують на гетинаксі, фольгованому фторопласті (ФФ- 4) і фольгованому армованому фторопласті (ФАФ- 4). Гетинакс має температурний коефіцієнт лінійного розширення, що відрізняється від міді приблизно в 10 разів (склотекстоліт - всього в 3 рази), тому можливе відшарування обложеної металізації. З фторопластом обложена мідь має погану адгезію і, відповідно, надійність металізованих отворів у ФФ- 4 і ФАФ- 4 низька.

Діаметр свердлення металізованого отвору звичайно в кресленні не задається і визначається технологією друкованої плати. У простому випадку можна вважати, що діаметр свердлення на 0,1 - 0,2 мм більше, ніж номінальне значення діаметру монтажного отвору:

d_max = d_монт + (0,1…0,2). (2.11)

Особливо слід зупинитися на виборі діаметрів наскрізних отворів під кріпильні деталі. Відповідно до ДСТУ(ГОСТ 11284-75) діаметр такого отвору має гарантований проміжок (таблиця. 2.5), величина якого залежить від діаметру кріпильного виробу.

Таблиця 2.5 - Номінальні значення діаметром кріпильних отворів

Допуски на отвори 1-го ряду повинні відповідати 12-у квалітету по ГОСТ 25346-82, а 2-го і 3-го - 14-у.

Резервна зона - це зона навколо кріпильного отвору заборонена для розташування провідників і інших елементів друкованого малюнка. Її розмір визначається внутрішнім і зовнішнім діаметрами металевих шайб і діаметром кріпильного отвору.

Допуск на міжцентрову відстань Δd_кр для гвинтових з'єднань розраховується по вираженню

де d_кр - діаметр кріпильного виробу;

d_отв - діаметр кріпильного отвору.

- для болтових.

(2.13)

При болтовому з'єднанні наскрізні нерізьбові отвори виготовляються в обох деталях, що сполучаються, а при гвинтовому - в одній з деталей отвори різьбові.

2.4.2 Вибір форми і розмірів контактних площинок

Для припаювання до друкованого провідника об'ємного провідника або виводу навісного ЕРЕ, на провіднику роблять контактну площинку (КП) у вигляді ділянки із збільшеною шириною. Форма контактної площинки вибирається виходячи з варіанту монтажу виводів - планарна або в отвір.

Найпоширеніша КП − кругла контактна площинка технологічна і забезпечує рівномірне розтікання припою. Овальна КП при рівномірному розтіканні припою створює міцніше і надійніше з'єднання.

Прямокутна контактна площинка, із-за нерівномірності розтікання припою і, відповідно, низької якості з'єднання, для монтажу виводів ЕРЕ в отвори практично не застосовується. Основне її призначення - КП для пайки планарних виводів мікросхем і безкорпусних ЕРЕ.

Клиновидні КП застосовуються у вузьких місцях при недоліку площі під інші типи контактних площинок. Обчислення мінімального діаметру КП D_min проводимо для кожного монтажного і перехідного отвору з урахуванням вибраного класу точності. Корекція отриманих розмірів проводиться з урахуванням необхідної площі для отримання якісної пайки (для 1-го і 2-го класів точності не менше 2,5 мм², для 3-го і 4-го - 1,6 мм², але не більше 8 мм² для будь-якого класу точності).

Мінімальний ефективний діаметр круглої контактної площинки для кожного монтажного або перехідного отвору:

(2.14)

де b_м — відстань від краю просвердленого отвору до краю контактної площинки; d_max — максимальний діаметр просвердленого отвору, мм; d, p — допуски на розташування отворів і контактних площинок (див. таблицю. додатку )

Мінімальний ефективний діаметр - це діаметр, отриманий при виготовленні з обліком підтраву провідного шару під захисною маскою (підтрав складає близько 70 % від товщини провідного шару). Оскільки товщина провідного шару Н_пр (т. е. товщина фольги плюс товщина осаджуваної міді) розрізняється для різних типів друкованих плат, то при розрахунку мінімального діаметру контактної площинки обов'язково має бути врахований спосіб виготовлення ДП. Спосіб нанесення захисної маски також впливає на величину D_min.

Для субтрактивних технологій

(2.15)

Для комбінованого позитивного методу і напівадитивної технології при фотохімічному способі нанесення захисної маски

(2.16)

Для сіткографічного способу нанесення захисної маски

(2.17)

Товщина осаджуваної міді для комбінованого позитивного способу виготовлення ДП складає 15-25 мкм.

Максимальний діаметр контактної площинки з урахуванням допуску при виготовленні

(2.18)

Контактну площинку, розраховану по наведених вище формулах необхідно розвивати у більшу сторону, щоб її площа, без урахування отвору, складала для 1-го і 2-го класів точності не менше 2,5 мм², а для 3-го і 4-го - 1,6 мм².

Контактні площинки виконують біля кожного монтажного отвору, для металізованих отворів - з двох сторін. При попаданні в зону екрану КП формують вирізами (секторними або кільцевими), для запобігання розтіканню припою по екрану при пайці.

Забезпечення якісної пайки в зоні під'єднання виводу можливо тільки для контактної площинки з площею не більше 8 мм². Тому формування контактних площинок вирізами виробляється у разі під'єднання виводу як до друкованого екрану, так і до широких провідників.

Кількість секторних вирізів (рис. 2.7, а) − 2-4, їх ширина − 1-1,5 мм, відстань між ними − 1-2 мм. Ширина одного провідника (перемички) у разі прямокутних вирізів (рис. 2,7 б) має бути не менш мінімальною (з технологічних обмежень) для широких місць, а сумарний переріз перемичок повинен забезпечувати протікання заданого струму.

а б в

Рисунок 2.7 - Формування контактних площинок в зоні екрану :

а, б - при електричному контакті з екраном; в - без електричного контакту

При спеціальному проектуванні прямокутних контактних площинок їх габаритні розміри мають бути більше відповідних розмірів виводів на 0,1-0,4 мм, а відстань між ними відповідати 1-2-у класам точності.

Габарити прямокутних КП для безкорпусних ЕРЕ і під планарні виводи ЕРЕ залежать від розмірів паяних елементів або виводів, а відстань між КП визначається можливостями технологічного устаткування і електричною потужністю.

2.4.3 Розрахунок параметрів провідників

Розрахунок мінімальної ширини провідника t_min повинен виконуватися так само, як і для діаметру КП, з обліком підтраву провідного шару.

Для субтрактивних технологій

t_min = t_{i min} + 1,5Н_пр (2.19)

де t_{i min} - мінімальна ширина провідника, яка визначається класом точності або отримується при проведенні енергетичних розрахунків.

Для комбінованого позитивного методу і напівадитивної технології при фотохімічному способі нанесення захисної маски

t_min = t_{i min} + 1,5Н_пр + 0,03 (2.20)

Для сіткографічного способу нанесення захисної маски

t_min = t_{i min} + 1,5Н_пр + 0,08 (2.21)

Щільність струму і втрати окрім ширини провідника t залежать і від товщини провідного шару Н_пр, що визначається товщиною фольги, а при використанні напівадитивних технологій, товщиною гальванічно нарощеної міді. Товщина фольги (залежно від марки вживаного матеріалу) регламентована для вітчизняних фольгованих діелектриків значеннями 5, 20, 35 і 50 мкм, для імпортних - 12, 18 і 35 мкм. Якщо втрати несуттєві для роботи електричної схеми, то перевага віддається мінімальній товщині. Провідники завтовшки більше 50 мкм виготовляти не рекомендується, оскільки із збільшенням товщини відбувається погіршення зчеплення провідника з матеріалом основи ДП.

Ширина друкованого провідника з урахуванням допуску при виготовленні t_max

(2.22)

Ширина друкованого провідника залежить від електричних, конструктивних і технологічних вимог.

Мінімально допустиму ширину провідника по постійному струму для кіл живлення та заземлення з урахуванням допустимого струмового навантаження визначають по формулі

(2.23)

де — максимальний постійний струм, який протікає в провідниках що

визначають з аналізу електричної принципової схеми;

- допустима щільність струму, вибирають по таблиці. 2.6 залежно від

методу виготовлення ДП;

h - товщина друкованого провідника.

Таблиця 2.6- Допустима щільність струму залежно від методу виготовлення

Мінімально допустиму ширину провідника з урахуванням допустимого падіння напруги на ньому, якщо конструкція провідника складається з одного шару міді, визначають таким чином:

(2.24)

де - питомий опір шару міді (таблиця. 2.6);

- максимально допустима довжина провідника (задається в ТЗ схемотехніком виходячи з частотних характеристик); - допустима робоча напруга.

При виконанні учбових розрахунків вважатимемо, що для ЕА, працюючої на низьких та середніх частотах (до 1 Мгц) = 30 мм (умовно); на високій частоті (1..300 Мгц) =10 мм; U_доп  U_ЗПУ (тут U_ЗПУ - запас завадостійкої ІМС, визначають по довіднику) або U_доп = (0,1-0,2) U_ж (тут U_ж - напруга живлення ІМС, яка визначаєтбся з аналізу електричної принципової схеми).

2.4.4 Розрахунок відстані між елементами друкованого малюнка

Мінімальна відстань між елементами друкованого малюнка S_min визначається виходячи з технологічних можливостей виробництва друкованих плат (роздільна здатність), умов зборки (автоматизована або ручна) і електричних параметрів (пробивної напруги і опору ізоляції). Технологічні обмеження S_min задаються класом точності, електрична, - вказівкою пробивної напруги, допустимих струмів витоку і т. д.

Мінімальна відстань між провідником і контактною площинкою

(2.25)

де - відстань між центрами даних елементів; p — допуски на розташування контактних площинок; - допуск на розташування провідників (див. таблицю. додатку І).

Мінімальна відстань між двома контактними площинками

(2.26)

Мінімальна відстань між двома провідниками

(2.27)

Мінімальна допустима відстань між друкованими провідниками S_min, з точки зору забезпечення електричної міцності ізоляції, визначається розташуванням провідників в одному або різних шарах. Нанесення на ДП діелектричних покриттів (Додаток К) дозволяє підвищити стійкість ДП до кліматичних дій, а також зменшити відстань між провідниками (у 1,5-2 рази) внаслідок збільшення пробивної напруги.

При цьому пробивна напруга між провідниками не залежатиме від вологості і атмосферного тиску.

2.4.5 Трасування дп

Трасування може виконуватися вручну або з використанням систем автоматизованого проектування (САПР) ДП.

Якість готового виробу, зокрема друкованої плати, багато в чому визначається вибраною технологією пайки ЕРЕ. Прогресивний метод пайки - пайка хвилею припою, накладає додаткові обмеження на вигляд і розташування елементів друкованого малюнка. Основні вимоги, обумовлені застосуванням вказаного технологічного процесу, наступні:

1. Провідники мають бути розташовані рівномірно по платі і паралельно один одному. Це дозволяє уникнути перегрівання окремих ділянок плати, оскільки теплоємність і теплопровідність фольги і матеріалу основи дуже розрізняються.

2. Не мають бути більше трьох провідників, що виходять з однієї контактної площинки під кутом менше 45°. Інакше можливе збирання крапель припою у вказаних місцях.

3. Доріжки повинні мати по можливості один розмір і не перевищувати розмір контактної площинки.

4. Не повинно бути різких перегинів провідників для уникнення збирання припою в краплі в таких місцях.

5. Не повинно бути контактних площинок надмірної площі (більше 8 мм²). Недотримання цього правила може привести до перегрівання і відшаровування фольги, що проводить, від основи і розтікання припою по контактній площинці з утворенням з'єднання з малою механічною міцністю.

6. Необхідно уникати перетину однією доріжкою іншою, якщо їх товщина відрізняється більш ніж в два рази

7. Друкований провідник, що проходить між двома КП, слід розташовувати так, щоб його вісь була перпендикулярна лінії, що сполучає центри отворів (рис. );

8. Якщо довжина провідника більше 70 мм, то доцільно передбачити додаткові КП (чи металізовані отвори) для надійнішого зчеплення друкованих провідників з основою.

9. Забороняється прокладення провідників під корпусами навісних елементів, коли між ними існує різниця потенціалів. Інакше збільшується можливість корозійного руйнування друкованого провідника.

10. Перехід провідника з одного боку на іншу повинен здійснюватися тільки через отвори.

Конструктивна реалізація деяких рекомендацій по прокладенню провідників представлена на рис. 2.8.

Особливо слід зупинитися на Т-подібних з'єднаннях провідників (рис. 2.8,а, г). Як правило, така реалізація з'єднань призводить до зменшення сумарної довжини провідників і виключення гострого кута між провідниками, що виходять з однієї контактної площинки. Проте цей варіант не забезпечує паралельності доріжок з напрямом хвилі припою при пайці хвилею припою. Тому в сучасних пакетах САПР ДП при налаштуванні програм-трасувальників можна дозволити або заборонити формування Т-з'єднань при автоматизованій розводці. Як правило, таке з'єднання може застосовуватися для двосторонніх ДП в шарі, розташованому з боку установки ЕРЕ (за винятком плат з поверхневим монтажем компонентів при пайці хвилею припою).

Рисунок 2.8.- Топологія деяких варіантів з'єднань провідників

У ряді випадків рекомендується заміна Т- подібних з'єднань на Y-подібні (рис. 2.8, г). Така побудова з' єднань дозволяє зменшити самозбудження схем підсилювальних каскадів.

На рис. 2.9 представлені рекомендовані і не рекомендовані способи формування контактних площинок.

Несиметричне розташування контактної площинки відносно провідника (рис. 2.9, а, в) приводить і до асиметрії паяного з'єднання. У разі виконання широких провідників в зоні контактної площинки (рис. 2.9, б, г, д, е) можливе витікання розплавленого припою з області паяного з'єднання (монтажних отворів) у бік широкого провідника, що знижує якість пайки. Один з методів боротьби з вказаним ефектом (окрім приведених на рис. 2.9) припускає наявність паяльної маски (наприклад епоксидної), проте він збільшує вартість ДП.

При формуванні контактних площинок для виводів мікросхем і мікрозбірок на контактній площинці, до якого буде припаяний перший вивід роблять ключ у вигляді "вусика", спрямованого убік від провідників, або КП повинна мати вигляд відмінний від інших. Таке рішення зменшує кількість помилок при установці багатовивідних компонентів.

Рисунок 2.9 - Способи формування контактних площинок

Варіанти вирішення проблеми вузьких місць на платі представлені на рис. 2.10.

а б

Рисунок 2.10 - Варіанти рішення проблеми вузьких місць ДП :

а - шляхом звуження друкованого провідника;

б - шляхом звуження контактних площинок

2.5 Аналіз друкованого вузла на електромагнітну сумісність та стійкість до механічних дій

2.5.1 Розрахунок на дію вібрації

Метою розрахунку є визначення діючих на елементи виробу перевантажень при дії вібрації і ударів, а також максимальних переміщень. При необхідності робиться вибір і розрахунок системи амортизації.

В процесі експлуатації ДП у складі комірки і блоку піддається механічним діям, до яких відносяться вібрації, удари і лінійні перевантаження.

Під вібрацією розуміють механічні коливання елементів конструкції або конструкції в цілому. Вібрація характеризується вібропереміщенням, віброшвидкістю і віброприскоренням. Для розрахунку частоти власних коливань різних конструкцій ДП їх моделюють у вигляді пластини (рис.2.11).

Рисунок 2.11 – Модель ДП

Оптимізація конструктивних параметрів друкованої плати (ДП) по критерію міцності до вібрацій – це забезпечення мінімальних навантажень для навісних елементів і матеріалів ДП при зовнішніх механічних діях. Навантаження на ДП від зовнішніх механічних дій визначаються коефіцієнтом передачі вібрацій, який є відношення амплітуд коливань на виході і вході системи при фіксованій частоті. Для ДП входом системи є краї закріплені плати. Виходом коливальної системи є область, найвіддаленіша від країв плати, тобто центр плати.

Циліндрична жорсткість пластини:

де E – модуль пружності, Н/м² (для склотекстоліту з печатною схемою

3.0210¹⁰Н/м² );

– коефіцієнт Пуассона (для склотекстоліту з печатною схемою 0.22);

Н_П - товщина плати, м.

При рівномірному навантаженні друкованої плати по її поверхні електрорадіоелементами (ЕРЕ) для всіх випадків закріплення по контуру її власна частота в Гц буде обчислюватись по формулі:

, (2.29)

де: a та b – довжина і ширина плати, м;

К_a – коефіцієнт, залежний від способу закріплення сторін плати.

m_ДВ - маса друкованого вузла (маса плати, с елементами), кг.

Значення K_ залежать від виду закріплення пластин, які можуть бути прийняті як комірки, модулі, монтажні плати панелей, блоків, субблоків і т.д. На рис. 2.12 наведений приклад визначення способів закріплення сторін для безкаркасної основи на друкованій платі.

умова жорсткого затискання

Рисунок 2.12- Визначення способу закріплення сторін друкованої плати

Закріпленим краєм можна рахувати кріплення плати в рознімачу; умови опертого краю мають місце, наприклад, для бокових стінок плати, яка вставляється по направляючих. Числові значення K_ для деяких варіантів закріплення плати приведені в Додатку Л.

Для пластин з числом точок кріплення n = 4, 5 або 6 :

, (2.30)

де , ,

Величина коефіцієнту динамічності, показує, в скільки разів амплітуда вимушених коливань плати на частоті f відрізняється від амплітуди на частоті  f_о

(2.31)

де    – показник загасання коливань (для склотекстоліту при напругах, близьких до допустимих, приймають  = 0,06).

Рекомендується, щоб резонансна частота ДП f_o відрізнялася від частоти зовнішніх коливань f_з, принаймні, удвічі:

f_o  2f_з. (2.32)

2.5.2 Розрахунок на дію удару

Ударні дії характеризуються формою і параметрами ударного імпульсу. Слід мати на увазі, що максимальну дію на механічну систему чинить імпульс прямокутної форми. Методика розрахунку полягає в наступному.

1. Визначається умовна частота ударного імпульсу

(2.33)

де τ - тривалість ударного імпульсу, мс

2. Розраховується коефіцієнт передачі при ударі:

а) для прямокутного імпульсу

(2.34)

б) для напівсинусоїдального імпульсу

(2.35)

де ν - коефіцієнт розладу:

(2.36)

3. Розраховується ударне прискорення

(2.37)

де A_y - амплітуда прискорення ударного імпульсу.

4. Визначається максимальне відносне переміщення:

а) для прямокутного імпульсу

(2.38)

б) для напівсинусоїдального імпульсу

(2.39)

5. Перевіряється виконання умови удароміцності по наступних критеріям:

а) для ДП з ЕРЕ Z_max < 0,003а, де а - розмір сторони ДП, паралельно якій встановлені ЕРЕ

б) для ЕРЕ ударне прискорення має бути менше за допустиме, тобто а_у < а_у. _доп, де a_у.доп - найменше ударне прискорення, яке має ЕРЕ на друкованому вузлі.

2.5.3 Розрахунок завадостійкоcті функціонування виробу

Метою розрахунку електромагнітної сумісності є визначення працездатності пристрою в умовах дії перехресних перешкод в лініях зв'язку, а також зовнішніх електромагнітних полів.

Розрахунок перехресних перешкод в лініях зв'язку. Схема виникнення перехресних перешкод між сусідніми провідниками представлена на рис. 2. 13.

Рисунок 2.13- Схема виникнення перешкоди

Початкові дані для розрахунку являються:

Е - напруга генератора в активній лінії зв'язку, ;

w- кругова частота генератора;

R₁, R₂, R₃- опори навантажень в активній і пасивній лініях;

тип електричних з'єднань;

_r - відносна діелектрична проникність середовища між провідниками;

s - відстань між провідниками (конструкційні параметри ліній зв'язку приведені в таблиці 4.1 );

завадостійкість мікросхем Uп

довжина області зв'язку провідників l.

Діелектрична проникність середовища між провідниками, розташованими на зовнішніх поверхнях плати, покритої лаком,

, (2. 40)

де і - діелектрична проникність матеріалу плати і лаку (для склотекстоліту =6 для лаків УР 231 і ЕП 9114 = 4).

Порядок розрахунку наступний:

1. Обчислюємо опір ізоляції між провідниками активної та пасивної ліній зв'язку. Для провідників, розташованих на одній поверхні ПП

(2. 41)

Опір ізоляції між провідниками, які розташовані в об'ємі багатошарової друкованої плати на внутрішніх шарах або на протилежних сторонах двосторонньої плати, визначається з вираження

(2. 42)

де h - товщина проміжку між провідниками: F - площа проекції одного провідника на іншій; - питомий об'ємний опір діелектрика основи ДП.

2. . Визначаємо взаємні ємності C₁₂ і індуктивності М₁₂ ліній зв'язку по формулах, приведених в таблиці. 2.8, для заданого типу електричних з’єднань.

3. . Визначаємо діючу напругу перешкоди на опорах R₂ і R₃. При розрахунку завадостійкості друкованих вузлів навантаженням пасивної і активної ліній можна рахувати вхідний опір мікросхем. Розрахунок можна провести по вираженню:

(2. 43)

У стані логічної "1" перешкода слабо впливає на спрацьовування логічного елемента, тому розглядається випадок коли на вході мікросхеми логічний "0".

Тоді можна визначити вхідний і вихідний опори

,

,

4. Порівняємо діючу напругу перешкоди в пасивній лінії із завадостійкістю мікросхеми. Якщо, . то необхідно змінити конструкційні параметри ДП або електричного монтажу.

Таблиця 2.8- Розрахункові співвідношення для визначення С₁₂ та М₁₂

2.6 Розрахунок надійності електронного нерезервованого пристрою по раптових відмовах

Надійність електронної апаратури залежить від її складності і режимів експлуатації. Тому однією з умов надійності роботи ЕА є правильність вибору режимів роботи безлічі ЕРЕ і деталей, з яких складається виріб, якість виготовлення, а також умови експлуатації.

Розрахунок надійності полягає у визначенні показників надійності проектованого виробу за відомими характеристиками надійності складових елементів конструкції і компонентів системи з урахуванням умов експлуатації. Основним показником безвідмовності виробу є вірогідність безвідмовної роботи P(τ ) - безрозмірна величина, що залежна від часу напрацювання τ і змінюється в межах від 0 до 1.

Для чисельного вираження надійності використовують різні кількісні характеристики: одні з них зручні для оцінки надійності ЕРЕ, інші застосовуються для визначення надійності вузла, блоку і виробу в цілому.

Визначаються інтенсивності відмов елементів і компонентів з урахуванням умов експлуатації пристрою по формулі

(2.44)

де номінальна інтенсивність відмов i -го елементу або компонента (елементу розрахунку надійності); К₁ і К₂ - поправочні коефіцієнти на дію механічних чинників; К₃ - поправочний коефіцієнт на дію вологості; К₄ - поправочний коефіцієнт на тиск повітря; a_і(t_K K_Н) - поправочний коефіцієнт на температуру поверхні компонента (t_K ) і коефіцієнт навантаження К_Н. Значення номінальних інтенсивностей відмов компонентів беруться з технічних умов на цей компонент або з довідників, що містять такі відомості. У учбовому проектуванні допускається використовувати усереднені значення інтенсивності для певних груп компонентів. Значення номінальних інтенсивностей відмов основних компонентів приведені в додатку М

Поправочні коефіцієнти К₁ .. K₄ визначаються по таблицях М.2, М.3, М.4, поміщеним в додатку М.

Поправочні коефіцієнти a_і(t_K, K_нi) визначаються по таблиці М5 для основних груп компонентів, також приведеним в додатку М .

Коефіцієнти електричного навантаження K_Hi компонентів визначаються відношенням значення контрольованого параметра (струму, напруги або потужності) даного компонента до максимально можливого (допустимого) за технічними умовами значення цього параметра. Як контрольований параметр для конкретного компонента береться той, від якого найбільшою мірою залежить надійність компонента. Контрольовані параметри і формули обчислення коефіцієнтів навантаження для основних ЕРЕ приведені в таблиці 2.9.

Таблиця 2.9. Коефіцієнти навантаження компонентів

Кількість елементів і компонентів, що становлять конструкцію проектованого пристрою, як правило, досить велика. Тому для скорочення об'єму розрахунку і компактного представлення отриманих результатів рекомендується всі m елементів пристрою розбити на L груп, кожна з яких (з номером K) об'єднує елементи одного типу з однаковими номінальними інтенсивностями відмов, а також що працюють в однакових умовах експлуатації і однакових режимах. Допускається об'єднувати в групу елементи і компоненти, у яких параметри розрізняються не більше ніж на 10%.

Результати розрахунків зводяться в таблицю 2.10.

Таблиця 2.10 - Інтенсивність відмов компонентів проектованого виробу

Інтенсивність відмов системи, що складається з m комплектуючих елементів, і з урахуванням розбиття усієї кількості елементів на групи визначається

_N (2.45)

де λ_N - інтенсивність відмови N - ої групи елементів (беруться з таблиці 2.10);

L - кількість груп.

Середній час напрацювання на відмову виробу визначається по формулі:

T= . (2.46)

По знайденому значенню визначається закон зміни вірогідності безвідмовної роботи пристрою в часі і її значення на заданий час напрацювання t,

По відомому значенню інтенсивності відмов визначається вірогідність безвідмовної роботи схеми

(2.47)

де t_р - час роботи приймає ряд фіксованих значень.

Вірогідність відмов роботи системи.

(2.48)

Перелік посилань

1. Парфенов, Е.М. Проектирование конструкций радиоэлектронной аппа­ратуры/ Е.М. Парфенов, А.Е. Камышная, В.М. Усачов. — М. : Радио и связь, 1989, — 272с.

2. Пирогова Е.В. Проектирование и технология печатных плат: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. – 560 с.

3. Медведев А. Печатные платы. Конструкции и материалы.– Москва: Техносфера, 2005. – 304 с. ISBN 5–94836-026-1 Белинский В.Т. и др. Практическое пособие по учебному конструированию РЭА. – Киев: Выща школа, 1992. – 592 с.

4. Конструкторское проектирование электронной аппаратуры: Учебник для вузов / К. И. Билибин, А. И. Власов, Л. В. Журавлева и др.; Под общ. ред. В. А. Шахнова. – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. – 528 с. Преснухин Л.Н., Шахнов В.А. Конструирование электронных вычислительных машин и систем:-М.: Высшая школа, 1986.

5. Ненашев А.П., Коледов А.П. Основы конструирования микроэлектронной аппаратуры. –М.: Радио и связь, 1981. – 304 с.

6. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА./Романычева Э.Т. и др. -М.: Радио и связь, 1989, -256 с.

7. Горобец, А.И. Справочник по конструированию радиоэлектронной ап­паратуры (печатные узлы) / А.И. Горобец, А.И. Степаненко, В.М. Коронкевич. — К. : Техника, 1985. — 312 с.

8. Усатенко, С.Т. Графическое изображение электрорадиосхем : справочник / С.Т. Усатенко, Т.К. Каченюк, М.В. Терехова. — К.: Техника, 1986. — 113 с.

9. ГОСТ 2.109 ЕСКД. Основные требования к чертежам.

10. ГОСТ 2417 ЕСКД. Правила выполнения чертежей печатных плат.

11. ГОСТ2.708 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем цифровой вычислительной техники.

12. ОСТ 4ГО.010.009. Узлы и блоки ЭА на микросхемах. Конструирование.

13. ГОСТ 23752. ЕСКД, Платы печатные. Общие технические условия.

14. ГОСТ 23751. Платы печатные.

Додаток А Класифікаційна характеристика ЕА

Рисунок А1– Класифікаційна характеристика ЕА

Таблиця А1 - Категорії розміщення ЕА на об'єкті експлуатації

Додаток б Загальні норми кліматичних дій на реа

Таблиця Б1 - Загальні норми кліматичних дій на РЕА

Продовження таблиці Б1

Додаток В. Характеристики зовнішніх дій

Таблиця В1- Характеристики зовнішніх дій

Додаток г. Середній час напрацювання на відмову для професійної апаратури

Таблиця Г1 - Середній час напрацювання на відмову для професійної апаратури

У ДСТУ(ГОСТ 16019) визначено наступні сім груп виробів ЕА, для яких встановлюються норми як кліматичні, так механічних впливів залежно від умов експлуатації :

• С1 - стаціонарна, встановлювана в опалювальних наземних і підземних спорудах;

• С2 - стаціонарна, встановлювана під навісом, на відкритому повітрі або в неопалювальних наземних та підземних спорудах;

• В3 - що возиться, встановлювана у внутрішніх приміщеннях річкових судів;

• В4 - що возиться, встановлювана в автомобілях, мотоциклах, в сільськогосподарській та іншій техніці;

• В5 - що возиться, встановлювана в рухливих залізничних об’єктах;

• Н6 - ношена, розміщувана при експлуатації в одязі або під одежею оператора, або в опалювальних наземних або підземних спорудах;

• Н7 - портативні, призначені для тривалого перенесення на відкритому повітрі при полегшених зовнішніх діях або в опалювальних наземних і підземних спорудах і що працюють на ходу.

Додаток д. Варіанти установки ере на друковані плати

Таблиця Д1-Варіанти установки ЕРЕ на друковані плати

Варіант установки ЕРЕ	Типове конструктивне виконання	Рекомендоване застосування
Ιа		На платах з одностороннім і двостороннім розташуванням друкованих провідників, що мають електроізоляційний захист друкованих провідників і металізованих отворів під корпусами ЕРЕ Кріплення і експлуатація при механічних навантаженнях - відповідно до технічних умов на резистори, конденсатори, напівпровідникові прилади і інші ЕРЕ
Ιб
ΙΙa		На платах з одностороннім і двостороннім розташуванням друкованих провідників Кріплення і експлуатація при механічних навантаженнях - відповідно до технічних умов на резистори, конденсатори, напівпровідникові прилади і інші ЕРЕ
ΙΙб
ΙΙв
Ιг		На платах з одностороннім і двостороннім розташуванням друкованих провідників Варіант установки застосовувати при механічних навантаженнях, що не перевищують вимоги 3-го класу апаратури по ДСТУ (ГОСТ В. 20.39.304-76)
Продовження таблиці Д1
1	2	3
ΙΙΙ		На платах з одностороннім і двостороннім розташуванням друкованих провідників Кріплення і експлуатація при механічних навантаженнях - відповідно до технічних умов на резистори, конденсатори
IV		Для міжплатної конструкції друкованого вузла на платах з одностороннім і двостороннім розташуванням друкованих провідників
Va		На платах з одностороннім і двостороннім розташуванням друкованих провідників, маючих електроізоляційний захист друкованих провідників і металізованих отворів під корпусами ЕРЕ Експлуатація при механічних навантаженнях - у відповідності з технічними умовами на напівпровідникові прилади
Vб		На платах з одностороннім і двостороннім розташуванням друкованих провідників, із застосуванням електроізоляційних підставок, стійок, втулок і т. п. Експлуатація при механічних навантаженнях - у відповідності з технічними умовами на напівпровідникові прилади
Vв	Утримувач	На платах з одностороннім і двостороннім розташуванням друкованих провідників, із застосуванням механічних утримувачів Експлуатація при механічних навантаженнях - у відповідності з технічними умовами на напівпровідникові прилади
Vг	Підставка	На платах з одностороннім і двостороннім розташуванням друкованих провідників, із застосуванням електроізоляційних підставок Експлуатація при механічних навантаженнях - у відповідності з технічними умовами на напівпровідникові прилади
VIа		На платах з одностороннім і двостороннім розташуванням друкованих провідників, що мають електроізоляційний захист друкованих провідників і металізованих отворів під корпусами напівпровідникових приладів, мікросхем і мікрозбірок Кріплення і експлуатація при механічних навантаженнях - відповідно до технічних умов на напівпровідникові прилади, мікросхеми і мікрозбірки
Продовження таблиці Д1
1	2	3
VIб		На платах з одностороннім і двостороннім розташуванням друкованих провідників Експлуатація при механічних навантаженнях що не перевищують вимоги ДСТУ (ГОСТ В. 20.39.304-76)
VIв		На платах з одностороннім і двостороннім розташуванням друкованих провідників, із застосуванням тепловідвідних шин або електроізоляційних переліжок Кріплення і експлуатація при механічних навантаженнях - відповідно до технічних умов на мікросхеми і мікрозбірки
VIIа		На платах з одностороннім і двостороннім розташуванням друкованих провідників. Експлуатація при механічних навантаженнях що не перевищують вимоги 3-го класу апаратури по ДСТУ (ГОСТ В. 20.39.304-76)
VIIб	Переліжка	На платах з одностороннім і двостороннім розташуванням друкованих провідників із застосуванням електроізоляційних переліжок. Експлуатація при механічних навантаженнях - відповідно до технічних умов на мікросхеми
VIIв		На платах з одностороннім і двостороннім розташуванням друкованих провідників із застосуванням механічного кріплення. Експлуатація при механічних навантаженнях - відповідно до технічних умов на мікросхеми
VIIIа		На платах з одностороннім і двостороннім розташуванням друкованих провідників. Експлуатація при механічних навантаженнях - відповідно до технічних умов на напівпровідникові прилади, мікросхеми і мікрозбірки
VIIIб		На платах з одностороннім і двостороннім розташуванням друкованих провідників із застосуванням тепловідвідних шин або електроізоляційних переліжок. Кріплення і експлуатація - відповідно до технічних умов на мікросхеми і мікрозбірки
Продовження таблиці Д1
1	2	3
IXa		На платах з одностороннім і двостороннім розташуванням друкованих провідників. Експлуатація при механічних навантаженнях - відповідно до технічних умов на реле.
IXб	Переліжка Переліжка	На платах з одностороннім і двостороннім розташуванням друкованих провідників. Експлуатація при механічних навантаженнях - відповідно до технічних умов на напівпровідникові прилади, мікросхеми і мікрозбірки
IXв		На платах з одностороннім і двостороннім розташуванням друкованих провідників. Кріплення і експлуатація - відповідно до технічних умов на реле
IXг		На платах з одностороннім і двостороннім розташуванням друкованих провідників. Кріплення і експлуатація при механічних навантаженнях - відповідно до технічних умов на реле

Додаток е. Групи жорсткості дп

Таблиця Е1 - Групи жорсткості ДП

Додаток ж. Експлуатаційні параметри матеріалів друкованих плат

Таблиця Ж.1- Матеріали друкованих плат

Таблиця Ж.2 -Електрофізичні та експлуатаційні параметри матеріалів друкованих плат

Додаток з. Лінійні розміри друкованої плати

Таблиця З.1 - Лінійні розміри друкованої плати

Примітка: - переважні розміри

Додаток і. Допуски на розташування отворів і контактних площинок

Таблиця І.1 - Допуски на розташування отворів і контактних площинок

Додаток K. Електрофізичні параметри лаків

Таблиця К.1- Електрофізичні параметри лаків для покриття друкованих плат

Додаток л. Розрахункові коефіцієнти для визначення вібраційної міцності

Таблиця Л.1 - Розрахункові коефіцієнти для визначення вібраційної міцності

a – довга сторона

b – коротка сторона

Додаток m. Довідкові дані для розрахунку надійності

Таблиця М1 - Інтенсивності відмов компонентів

Таблиця М.2 - Коефіцієнти впливу механічних дій

Таблиця М.3- Коефіцієнти впливу вологості

Таблиця М.4 Коефіцієнти впливу атмосферного тиску

Таблиця М.5 - Значення  при різних значеннях Кн

Додаток Н. Умовні позначення елементів

Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни «Основи проектування електронних систем» для студентів напряму 6.050802 “Електронні пристрої та системи”/ Укл.: к.т.н. доцент Багрій В.В., Дніпродзержинськ , ДДТУ, 2014, ____с.

Укладач: к.т.н. доцент, Багрій В.В.

Підписано до друку ____________2014

Формат Обсяг др. аркуш.

Тираж екз. Замовлення

51918, М. Дніпродзержинськ

вул.. Дніпробудівська, 2