Разработка печатной платы цифрового регулятора громкости

Диапазон рабочих температур от –60 до +70^оC

Электрические параметры:

Рабочее напряжение  Минимальное – 1 мкВ

Максимальное – 150 В

Ток на контакт  Минимальный – 1 мкА

Максимальный – 3 А

Сопротивление элемента контакта - 0,02 Ом

Перегрев контактов – 30^оC

Надёжность:  70^оC – 100 × 10³ ч,  100^оC – 10 × 10³ ч, 130^оC – 1 × 10³ ч.

 

1.3 Конструктивные характеристики  ЭРЭ печатного узла

 

К514ИД2 – дешифратор для одноразрядного семисегментного индикатора

Диапазон рабочих температур –10..+75^оC.

Вибрации 5-3000 Гц.

Вибрации g = 15;

Многократные удары g = 35;

P_потр = 50 мВт;

Тип корпуса DIP16

КР572ПА1 – десятиразрядный цифроаналоговый преобразователь.

Диапазон рабочих температур -10..+70^оC

Напряжение источника питания +5,4 В.

P_потр = 0,1 Вт

Тип корпуса DIP16

К155ЛА3 – 4 элемента 2И-НЕ

Диапазон рабочих температур -10..+70^оC

Вибрации 5-600 Гц.

Вибрации g = 5;

Многократные удары g = 15;

P_потр не более 22 мВт

Тип корпуса DIP14

К155ИЕ6 – двоично-десятичный реверсивный счётчик

Диапазон рабочих температур -10..+70^оC

Вибрации 5-600 Гц.

Вибрации g = 5;

P_потр не более 22 мВт

Тип корпуса DIP16

К155ИЕ7 - двоично-десятичный реверсивный счётчик

Диапазон рабочих температур -10..+70^оC

Вибрации 5-600 Гц.

Вибрации g = 5;

Многократные удары g = 15;

P_потр не более 22 мВт

U_пит = 5 В.

Тип корпуса DIP16

К544УД2А

Диапазон рабочих температур -45..+70^оC

P_потр = 120 мВт

Тип корпуса DIP8

В данном курсовом проекте вывода микросхем запаиваются в металлизированные  отверстия печатных плат в специальных установках с пайкой методом селективных погружений.

 

Корпус для микросхем К155ЛА3	Корпус для микросхем К514ИД2, К155ИЕ6, К155ИЕ7 К572ПА1А	Корпус для микросхемы К544УД2А (DIP8)

Резистор МЛТ-0,125

Размеры сечения выводов: 0,6мм;

Масса: 0,15 гр;

Диапазон рабочих температур –60…+200^оC

Конденсатор КМ-4

Размеры сечения выводов-0,6мм;

Масса  1,5 гр.

Диапазон рабочих температур –60 … +125^о C.

 

Конденсатор К50-6

Размеры сечения выводов-0,6мм;

Масса  3 гр.

Диапазон рабочих температур –60 … +125^о C.

Переменный резистор СП5-16ВВ

Размеры сечения выводов-0,6мм;

Масса  3 гр.

Диапазон рабочих 

температур от –60 до +125^о C.

 

Диод КД102Б Масса  0,1 гр. Диапазон рабочих температур от  –60 до +125о C.

 

 

1.4 Расчёт элементов печатного  рисунка печатной платы

 

Конструктивно-технологический  расчет печатных плат производится с учетом производственных погрешностей рисунка проводящих элементов, фотошаблона, базирования, сверления и т.п. Граничные значения основных параметров печатного монтажа, которые могут быть обеспечены при конструировании и производстве для пяти классов плотности монтажа, приведены в табл. 1.1

Таблица 1.1 Граничные  значения основных параметров печатного  монтажа

Условное обозначение  параметра	Номинальные значения основных размеров для класса точности
	1	2	3	4	5
t, мм	0,75	0,45	0,25	0,15	0,10
S, мм	0,75	0,45	0,25	0,15	0,10
B, мм	0,30	0,20	0,10	0,05	0,025
g	0,40	0,40	0,33	0,25	0,20

  t – ширина проводника;

S – расстояние между проводниками, контактными площадками, проводником и контактной площадкой или проводником и металлизированным отверстием;

B – расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки данного отверстия (гарантийный поясок);

g - отношение минимального диаметра металлизированного отверстия к толщине платы.

 

Выбранные в соответствии с табл. 1 размеры необходимо согласовать  с технологическими возможностями конкретного производства.

Предельные значения технологических  параметров конструктивных элементов печатной платы (табл. 1.2) получены в результате анализа производственных данных и экспериментальных исследовании точности отдельных операций.

 

Таблица 1.2 Предельные значения технологических параметров.

Наименование коэффициента		Обозначения	Величина
Толщина предварительно осажденной меди, мм		hпм	0,005 – 0,008
Толщина наращенной гальванической меди, мм		hг	0,050 – 0,060
Толщина металлического резиста, мм		hр	0,020
Погрешность расположения отверстия  относительно координатной сетки, обусловленная точностью сверлильного станка, мм.		do	0,020 – 0,100
Погрешность базирования плат на сверлильном станке, мм		dб	0,010 – 0,030
Погрешность расположения относительно координатной сетки на фотошаблоне контактной площадки, мм		dш	0,020 – 0,080
Погрешность расположения относительно координатной сетки на фотошаблоне проводника, мм		dшt	0,030 – 0,080
Погрешность расположения печатных   элементов при экспонировании на слое, мм		dэ	0,010 – 0,030
Погрешность расположения контактной площадки на слое из-за нестабильности его линейных размеров, % от толщины		dм	0 – 0,100
Погрешность расположения базовых отверстий на заготовке, мм		dз	0,010 – 0,030
Погрешность расположения базовых  отверстий на фотошаблоне, мм		dп	0,010 – 0,050
Погрешность положения контактной площадки на слое, обусловленная точностью  пробивки базовых отверстий, мм		dпр	0,030 – 0,050
Погрешность положения контактной площадки, обусловленная точностью  изготовления базовых штырей пресс-формы, мм		dпф	0,020 – 0,050
Погрешность диаметра отверстия после  сверления, мм		Dd	0,010 – 0,030
Погрешность изготовления окна фотошаблона, мм		DDш	0,010 – 0,030
Погрешность на изготовление линии  на фотошаблоне, мм		Dtш	0,030 – 0,060
Погрешность диаметра контактной площадки фотокопии при экспонировании рисунка, мм		DЭ	0,010 – 0,030
Примечание:	d - погрешность расположения; D - погрешность размеров.

 

Минимальный диаметр  металлизированного (переходного) отверстия.

d_min V³ H_расч ´ gg = 1,5 ´ 0,33 =0,495 мм,

где  gg = 0,33 - плотность печатного монтажа для третьего класса точности.

H_расч – толщина фольгированного диэлектрика платы.

 

С учётом погрешностей представленных в таблице 2 минимальный диаметр  контактной площадки, обеспечивающей заданное расстояние B от края просверленного отверстия до края контактной площадки данного отверстия:

Минимальный диаметр  контактной площадки

,

где мм для второго и третьего класса точности.

d_л = d_м L/100 = 0,1´140/100 = 0,14 мм.  – изменение длины печатной платы из-за нестабильности линейных размеров (L = 140 мм – размер большей стороны печатной платы);

1,6325 мм

Максимальный диаметр контактной площадки

,

где мм для второго и третьего классов плотности.

d₀ = 0,8 – номинальный диаметр металлизированного отверстия (выбирается по ГОСТ 10317-79);

h_ф = 35 мкм – толщина фольги;

d_л = d_м L/100 = 0,1´140/100 = 0,14 мм.  – изменение длины печатной платы из-за нестабильности линейных размеров (L = 140 мм – размер большей стороны печатной платы);

1,6825 мм.

Расчет ширины проводников:

t_{1 min}=0,18 мм

t_min= t_{1 min} + 1,5 ´ (h_ф + h_пм) + h_р=0,18+1,5 ´ (0,05+0,006) + 0,02 = 0,284 мм

t_{ш min}= t_min - h_р= 0,284-0,02 = 0,264 мм

t_{ш max}= t_{ш min} + Dt_ш=0,264 + 0,03 = 0,294 мм

t _max= t_{ш max} + h_p+ D_Э = 0,294+0,02+0,01 = 0,324 мм

Минимальное расстояние между двумя  проводниками

S_{2 min}=L₀ –(t_max+2*d_wt)=0,625-(0,324+2´0,05) = 0,2 мм

Минимальное расстояние между проводником  и контактной площадкой

S_3min=L₀–[(D_kmax/2+d_кп)+(t_max/2+d_wt)]=

1,25 - [(1,6825/2+0,095)+(0,324/2+0,05)]=0,1 мм, где

d_кп=d_ш + d_э +0,5*(d_n + d_э)=0,05+0,02+0,5*(0,03+0,02)=0,095 мм

Итак, результаты расчёта показывают, что при данной технологии изготовления и с учётом всех допустимых погрешностей, печатный рисунок будет полностью обеспечивать корректное электрические соединения и тем самым работоспособность устройства.

1.5 Выбор материала для изготовления  печатной платы

 

Для изготовления печатной платы нам  необходимо выбрать следующие материалы: материал для диэлектрического основания печатной платы, материал для печатных проводников и материал защитного покрытия от воздействия влаги. Сначала мы определим материал для диэлектрического основания печатной платы.

Существует большое разнообразие фольгированных медью слоистых пластиков. Их можно разделить на две группы:

• на бумажной основе;
• на основе стеклоткани.

Эти материалы в виде жестких  листов формируются из нескольких слоев бумаги или стеклоткани, скрепленных между собой связующим веществом путем горячего прессования. Связующим веществом обычно являются фенольная смола для бумаги или эпоксидная для стеклоткани. В отдельных случаях могут также применяться полиэфирные, силиконовые смолы или фторопласт. Слоистые пластики покрываются с одной или обеих сторон медной фольгой стандартной толщины.

Характеристики готовой печатной платы зависят от конкретного  сочетания исходных материалов, а также от технологии, включающей и механическую обработку плат.

В зависимости от основы и пропиточного материала различают несколько типов материалов для диэлектрической основы печатной платы.

Фенольный гетинакс - это бумажная основа, пропитанная фенольной смолой. Гетинаксовые платы предназначены для использования в бытовой аппаратуре, поскольку очень дешевы.

Эпоксидный гетинакс - это материал на такой же бумажной основе, но пропитанный эпоксидной смолой.

Эпоксидный стеклотекстолит - это  материал на основе стеклоткани, пропитанный эпоксидной смолой. В этом материале сочетаются высокая механическая прочность и хорошие электрические свойства.

Прочность на изгиб и ударная  вязкость печатной платы должны быть достаточно высокими, чтобы плата без повреждений могла быть нагружена установленными на ней элементами с большой массой.

Как правило, слоистые пластики на фенольном, а также эпоксидном гетинаксе не используются в платах с металлизированными отверстиями. В таких платах на стенки отверстий наносится тонкий слой меди. Так как температурный коэффициент расширения меди в 6-12 раз меньше, чем у фенольного гетинакса, имеется определенный риск образования трещин в металлизированном слое на стенках отверстий при термоударе, которому подвергается печатная плата в машине для групповой пайки.

Трещина в металлизированном слое на стенках отверстий резко снижает надежность соединения. В случае применения эпоксидного стеклотекстолита отношение температурных коэффициентов расширения примерно равно трем, и риск образования трещин в отверстиях достаточно мал.

Из сопоставления характеристик  оснований следует, что во всех отношениях (за исключением стоимости) основания из эпоксидного стеклотекстолита превосходят основания из гетинакса.