VII. Теоретические сведения и рекомендации по выполнению II раздела курсовой работы

Электронный конструктив, как объект конструирования, условно подразделяется на четыре уровня.

На I уровне объектом конструирования является специализированная микросборка. На II уровне конструкции при расчёте параметров функционального узла (ФУ) на печатной плате студенту рекомендуется выполнить расчёт устойчивости платы и элементов к воздействиям различной физической природы. На III-VI уровнях предполагается рассмотрение вопросов, связанных с внешней компоновкой и эргономикой.

Работоспособность разработанной конструкции студент оценивает расчётом на надёжность, проектирование ведётся вручную или с использованием САПР.

Элементы САПР электронных устройств рассматриваются в дисциплинах «Компьютерная графика» и «Системы автоматизированного проектирования в сервисе».

В данном разделе студент ведёт проектирование функционального узла электронного устройства [1].

Электронный конструктив рассчитывается, исходя из заданной электрической принципиальной схемы Э3 на функциональный узел.

Он включает:

- краткое описание работы ФУ в соответствии с принципиальной схемой;

- выполнение размещения элементов ФУ на печатной плате;

- определение геометрических параметров печатной платы (размеры плат, отверстий, контактных площадок и т.п.);

- определение электрических параметров печатной платы (экономической плотности тока проводников, сопротивлений проводников, изоляционных расстояний между проводниками, электрической паразитной ёмкости, индуктивности и взаимоиндуктивности). Для цепей необходимо построение потенциальных эпюр. Определение сопротивлений металлических отверстий;

- защиту ФУ от механических воздействий (определение резонансных частот печатных плат и основных элементов, устранение резонансных явлений, способы амортизации);

- защита ФУ от тепловых воздействий. Оценочный расчёт и обеспечение тепловых режимов. Построение тепловых эпюр. Мероприятия по уменьшению тепловых воздействий;

- защита ФУ от воздействия магнитных, электрических и электромагнитных полей. Помехозащищенность ФУ, расчёт и выбор экранов, мероприятия по уменьшению воздействия полей и помех;

- внешняя компоновка изделия;

• расчёт надёжности электронного устройства;

Конструктив II уровня – печатная плата, образующая в совокупности с узлами механического крепления функциональный узел (ФУ). К конструктивам II уровня относят также различного рода монтажно-коммутационные соединители: жгуты, гибкие кабели и т.д.

Конструктивы высших уровней (III и VI) предназначены для объединения в единое целое конструктивов I и II уровня.

Основой для разработки ФУ является принципиальная электрическая сумма Э3.

Разработка печатных плат производится учётом производственных погрешностей рисунка проводящих элементов, фотошаблона, базирования, сверления и т.п.

Граничные значения основных параметров печатного монтажа для трёх классов приведены в таблице №7.1.

Таблица №7.1.

Наименование расчётного элемента	Обозначение	Размеры элементов для класса плотности печатного монтажа
		1	2	3
Ширина проводников, мм	bГПР	0,5	0,25	0,15
Расстояние между проводниками и контактной площадкой, проводником- металлизированным отверстиями, мм	lГ	0,5	0,25	0,15
Отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы	kДТ	0,4	0,33	0,33
Ширина пояска контактной площадки	bГПР	0,05	0,035	0,025

Допустимые погрешности выполнения конструктивных элементов печатной платы сведены в таблице №7.2.

Таблица №7.2.

Погрешность	Обозначение	Максимальное значение, мм
Расположение отверстия относительно координационной сетки	δО	0,07
Расположение контактной площадки	δКЛ	0,15
Диаметры отверстия	δД	0,12
Фотокопии и фотошаблона	δФ-Ф	0,06
Смещение проводника	δС-П	0,05
Расположение контактной площадки относительно координатной сетки на фотошаблоне	δФ-Ш	0,05

Минимальный диаметр контактной площадки d_КП металлизированных отверстий с учётом погрешностей и подтравливания фольги

d_кп = 2(b^г_по + d_мо/2_*δ_о + δ_кп) + δ_фф + 1,5 h_{ф ’} (7.1)

где h_ф – толщина фольги;

d_мо – минимальный диаметр монтажного отверстия;

d_мо = d_в + 2_hг + δ_д + ∆ (7.2)

d_по – минимальный диаметр переходного отверстия

d_по > k_дт*h_пп (7.3)

h_пп – расчётная толщина печатной платы;

d_в – диаметр вывода ЭРЭ, микросхемы и т.п.,

∆ = 0,4 + 0,6 мм;

h_г – толщина гальванически наращенноё меди ( обычно h_г = 0,05 + 0,06 мм).

Если вычисленный по формуле (7.2) диаметр dмо окажется меньше dпо, то из технологических соображений dмо принимается равным dпо.

Шероховатость поверхностей неметаллизированных отверстий и торцов плат должна составлять R_z ≤ 80, металлизированных поверхностей отверстий R_z≤ 40.

Минимальная ширина проводника с учётом подтравливания зависит от прочности сцепления проводника с основанием без отслаивания

b_ПР =b^Г_ПР +δ_ФФ +1.5 h_Ф (7.4)

Минимальное расстояния l_МП, которое может быть получено между проводником и монтажным отверстием с контактной площадкой.

l_МП = l_ОЛ – (d_КП/2 + δ_ФШ +b_ПР/2 + δ_СП) (7.5)

Минимальное расстояние между двумя проводниками

l_ПП = l_ОЛ – (b_ПР + 2 δ_СП) (7.6)

Параметр l_ОЛ в (7.5) и (7.6) является расстоянием между центрами отверстий и осевыми линиями проводников и берётся из чертежа печатной платы. Вычисление l_ПП и l_МП для выбранного класса печатного монтажа сравниваются со значением l^Г таблицы №7.1. При l_ПП , l_МП ≥ l^Г, то расчеты прекращают.

Размеры сторон печатной платы ФУ могут рассчитываться по метрическому или ритмическому соотношениям.

При метрическом соотношении

a_n = a_o + n_m , (7.7)

при ритмическом соотношении

a_n = a_o * Kⁿ_m , (7.8)

где a_o – начальное значение длины, ширины печатной платы;

a_n – значение n-ого размера печатной платы;

n – целое или дробное число, определяющее диапазон изменений размеров в пределах a_o …. a_n;

m – величина приращения (модуль);

Kⁿ_m – коэффициент прогрессии ритмического соотношения,

Kⁿ_m = .