Анализ электрической принципиальной схемы модуля.

Конструкторская часть

1.2.1 Выбор варианта конструкции модуля

Электрическая схема, выполненная печатным узлом на печатной плате

Ñóììàðíàÿ äîïóñòèìàÿ ìîùíîñòü ïîòåðü âñåõ ýëåìåíòîâ.

ΣÐîáù = ΣÐð + ΣÐñ + ΣÐm + ΣÐò + ……. ΣÐ

Ãäå ΣÐîáù - îáùàÿ äîïóñòèìàÿ ìîùíîñòü ïîòåðü ìîäóëÿ;

ΣÐð – ñóììàðíàÿ ìîùíîñòü ñîïðîòèâëåíèé;

ΣÐñ - ñóììàðíàÿ ìîùíîñòü êîíäåíñàòîðîâ;

ΣÐm – ñóììàðíàÿ ìîùíîñòü ìèêðîñõåì;

ΣÐò - ñóììàðíàÿ ìîùíîñòü òðàíçèñòîðîâ;

ΣÐ - ñóììàðíàÿ ìîùíîñòü äðóãèõ ýëåìåíòîâ.

 

ΣÐð = 0,062 + 0,062 + 1 + 0,5 + 0,5 + 0,5 = 2,624 Вт

ΣÐñ = 0,7 Вт

ΣÐм = 0,5 Вт

ΣÐò = 0,1 + 0,3 = 0,4 Вт

ΣÐîáù = 2,624 + 0,7 + 0,5 + 0,4 = 4,224 Вт - îáùàÿ äîïóñòèìàÿ ìîùíîñòü ïîòåðü ìîäóëÿ.

Вывод: в ходе расчетов была найдена общая мощность рассеяния, она составила 4,224 Вт.

В соответствии с методическими указаниями устройства с мощностью более 3 Вт выполняются в виде печатного узла.

 

Анализ электрической принципиальной схемы модуля.

 

Для удобства анализа заполним таблицу с основными показателями.

 

Максимальная частота, кГц

Напряжение, В

Сила тока, А

Быстродействие, С

Уровни логической «1»

Уровни логического «0»

Цепь

Теплонагруженные ЭРИ

Входная

Выходная

Земля

Питание

Высокочастотная

Импульсных сигналов

0,2

нет

нет

нет

есть

есть

есть

есть

нет

нет

Нет

 

Данный модуль первого уровня является аналоговым. Устройство является ограничителем тока, поступающий ток обрабатывается и на выход поступает заданное значение тока.

Устройство является низкочастотным, следовательно для его платы выбираем стеклотекстолит.

Напряжение в устройстве 24 В и сила тока 0,2 А.

В Устройстве нет цифровых микросхем.

 

Вывод: проанализировав данные из таблицы можно сделать вывод, что так как в схеме нет высокочастотных цепей, импульсных и логических сигналов, то устройство будет спроектировано по технологии печатного монтажа, в виде модуля 1 уровня.

 

Анализ элементной базы.

Наименование ЭРИ

Колличество ШТ

Конструктивные параметры

Допустимые условия эксплуатации

Масса,г

Количество выводов, шт

Диаметр выводов, мм

Штыревые или планарные

Установочная площадь М^2х10^-6

Надёжность

Диапазон температур, ^оС

Вибрации

Ударные перегрузки

Линейные перегрузки

Частота,Гц

Перегрузка,g

С2-33

0,25

0,6

штыр

3,78

0,087

-60/+200

СП-16ВА

8,7

0,6

Штыр

2,47

0,087

-60/+100

16К1-10С

0,6

Штыр

2,80

0,087

-60/+100

К73-17

0,6

0,6

Штыр

0,04

-50/+80

КТ928Б

0,5

0,6

Штыр

1,05

0,5

-50/+80

КТ814Б

0,5

0,6

Штыр

1,1

0,4

-50/+80

К140УД7

0,6

Штыр

0,013

-50/+125

 

 

В устройстве мене 12 элементов, следовательно, устройство относиться к 1 группе сложности (малой группе). В Устройстве контактные площадки применяются для штыревых выводов

 

 

Вывод: проанализировав таблицу определяем, что конструктивная сложность модуля будет относиться к 1 группе сложности. Шаг координатной сетки выберем 0,5мм. Так же определяем,что контактные площадки и отверстия будут круглой формы и диаметром порядка 0,8 мм, т.к. все элементы имеют штыревые выводы и их одинаковую толщину.

 

1.2.4 Выбор типа конструкции ПП.

 

Выбор конструкции ПП основывается на:

1. Тип элементной базы: в данном устройстве применяются только стандартный корпусные ЭРЭ.

2. Возможность выполнения коммутационных соединений: в устройстве имеется только 1 ИМС и соответственно будет целесообразно использовать одностороннюю печатную плату ввиду её дешевизны, надёжности.

3. Техно-экономические показатели:

a. Стоимость – применение ОПП и корпусных ЭРЭ ведёт к удешевлению прибора.

b. Технологичность – данное устройство имеет приемлемую технологичность ввиду простоты конструкции, доступности ЭРЭ и не сложного процесса изготовления.

c. Уровень стандартизации и унификации – в данном устройстве применяются стандартные ЭРЭ, серийно выпускаемые и общедоступные, что позволяет говорить о высокой степени стандартизации и унификации.

 

На основе этих данных делаем вывод, что данное устройство имеет малую конструктивную сложность так как имеет меньше 350 выводов и поэтому будет выполнено на односторонней печатной плате.

 

1.2.5 Выбор класса точности ПП.

 

ГОСТ 23751 -86 устанавливает 5 классов точности ПП, каждый из которых характеризуется минимальным допустимым значением номинальной ширины проводника (t), расстоянием между проводниками S и др. параметрами (табл. 1.1)

Таблица 1.1. Наименьшие номинальные значения основных параметров для классов точности ПП

Примечание, t — наименьшая номинальная ширина проводника; S — наименьшее номинальное расстояние между проводниками; Ь — минимально допустимая ширина контактной площадки; d — номинальное значение диаметра наименьшего металлизиро­ванного отверстия; Н — толщина ПП; Д/ — предельное отклонение ширины печатного проводника, контактной плошадки, концевого печатного контакта и др.; Т, — позици­онный допуск расположения печатного проводника относительно соседнего элемента проводящего рисунка

 

Технологическое обоснование выбора материалов будет основано на данных таблицы:

Класс точн.	Область применения	Оборудование	Основные материалы	Вспомогательные материалы	Тип производства
1 и 2	Для ПП с дискретными ЭРИ при малой и средней конструктивной сложности	Без ограничения	Без ограничения для 1 и 2 группы жесткости	Без ограничения	От мелкосерианого до крупносерийного

 

Вывод: Так как данное изделие имеет малую конструктивную сложность и будет выполняться на ОПП,то выбираем класс точности 1.

 

 

Эпоксидные лаки.

Диапазон температур -60,...+200 С. Применяются там, где требуются очень хорошие электроизоляционные свойства. Удаляются механически. Поддается восстановлению после ремонта. Имеют хороший вид.

Полеуретановые покрытия.

Диапазон температур -60....+120 С Применяются там, где требуется низкая влагопроницаемость и сопротивление истиранию. Удаляется механически. Поддается восстановлению после ремонта. Имеет тусклый внешний вид.

Гидрофобные покрытия.

Используются водоотталкивающие свойства полиорганосилоксановых покрытий для влагозащиты печатного монтажа.

Рекомендации по выбору защитных покрытий смотри в ГОСТ 9.005-72.

 

Выбираем лак марки ЭП-9114 он предназначен для защиты печатных узлов, эксплуатируемых при температуре от -60 до +125 °С в любом климатическом районе

Химический состав:

Электроизоляционные лак ЭП-9114М (с малым содержанием растворителя) представляет собой двухкомпонентную систему, состоящую из полуфабрикатного лака (раствор эпоксидной смолы ЭД-20) и отвердителя аддукта ИМЭП-2.

Назначение:

Предназначаются для защиты печатных узлов, эксплуатируемых в интервале температур от минус 60°С до плюс 125 °С в любом климатическом районе, в том числе и в условиях тропического климата.

 

Цвет и внешний вид лака:

После высыхания лак должен образовывать глянцевую, прозрачную пленку желтого цвета без механических включений.

 

Технические характеристики лака

 

Условная вязкость по вискозиметру типа ВЗ-246

с диаметром сопла 4 мм (ВЗ-4) при температуре (20,0±0,5) °С, с................................................. 75-100

Массовая доля нелетучих веществ в полуфабрикатном лаке, %................................................... 83-87

Время высыхания до степени 3 при температуре (60±2) °С, ч, не более..................................... 8/4 (М)

Устойчивость покрытия к воздействию переменных температур

от минус (60±2) °С и плюс (125±2) °С, циклы, не менее ……………….................................................. 5

Удельное объемное сопротивление пленки Ом.см, не менее:

а) в исходном состоянии при температуре (20±2) °С ………………………........................................... 1.10/15 (М)

б) после выдержки в камере влажности при температуре (40±2)°С

и относительной влажности (95±2) % в течение 96 ч ………………................................................... 1.10/12 (М)

в) после выдержки в камере влажности при температуре (40±2)°С

и относительной влажности (95±2) % в течение 720 ч…............................................................... 1.10/12 (М)

г) после выдержки при температуре (120±2)°С в течение 500 ч.................................................. 1.10/15 (М)

Тангенс угла диэлектрических потерь при радиочастоте 0,8-1,0 МГц, не более....................... 0,02

Диэлектрическая проницаемость при радиочастоте 0,8-1,0 МГц, не более............................... 4,0

Электрическая прочность Е при переменном напряжении

промышленной частоты 50 Гц, кВ/мм, не менее.......................................................................... 50

Теплостойкость пленки при температуре (120±2) С, ч, не менее.............................................. 500

Срок годности лака, ч, после смешения, не менее...................................................................... 3

Наносится окунанием, наливом,пневмораспылением, кистью.

 

Стандарт ТУ 6-21-3-89

 

Припои

Низкотемпературные припои предназначены для выполнения ТП горячего лужения и пайки цветных металлов и металлизированных или металлических и неметаллических материалов.

Для электрических соединений наиболее широко используют сплавы олово-свинец с содержанием компонентов от 60-40 до 30 - 70 масс %, а так же серебросодержащие, индиевые, вислутовые, кадмиево-цинковые, оловянно-серебряные.

Критерием выбора припоя является максимально допустимая температура пайки и технологические возможности предприятия, смачиваемость, прочность, стоимость.

Выбираем припой ПОС-61.

Для осаждения защитного покрытия напаянные участки ПП будем использовать ПОС-61:

Припой ПОС 61 используется для лужения и пайки электро/радиоаппаратуры, печатных плат точных приборов с высоко-герметичными швами, где недопустим перегрев, а также используется тогда, когда при паянии нельзя перегревать детали, например при соединении очень тонких проводов, так как в этом припое очень высокое содержание олова, что снижает его температуру плавления.

Химический состав:

Выбор ПОС-61 обусловлен его большой механической прочностью, дешевизной, оптимальной температурой плавления и другими критериями.

 

1.3 Расчетная часть

В расчетной части КП произвести конструктивный расчет элементов проводящего рисунка ПП, расчет технологичности конструкции и расчет показателей надежности модуля первого уровня.

 

Расчетная часть должна содержать:

- задачу расчета с указанием параметров, которые требуется определить при расчете;

- необходимые данные для расчета,

- выводы и рекомендации по результатам расчета.

 

Конструкторская часть

1.2.1 Выбор варианта конструкции модуля

Электрическая схема, выполненная печатным узлом на печатной плате

Ñóììàðíàÿ äîïóñòèìàÿ ìîùíîñòü ïîòåðü âñåõ ýëåìåíòîâ.

ΣÐîáù = ΣÐð + ΣÐñ + ΣÐm + ΣÐò + ……. ΣÐ

Ãäå ΣÐîáù - îáùàÿ äîïóñòèìàÿ ìîùíîñòü ïîòåðü ìîäóëÿ;

ΣÐð – ñóììàðíàÿ ìîùíîñòü ñîïðîòèâëåíèé;

ΣÐñ - ñóììàðíàÿ ìîùíîñòü êîíäåíñàòîðîâ;

ΣÐm – ñóììàðíàÿ ìîùíîñòü ìèêðîñõåì;

ΣÐò - ñóììàðíàÿ ìîùíîñòü òðàíçèñòîðîâ;

ΣÐ - ñóììàðíàÿ ìîùíîñòü äðóãèõ ýëåìåíòîâ.

 

ΣÐð = 0,062 + 0,062 + 1 + 0,5 + 0,5 + 0,5 = 2,624 Вт

ΣÐñ = 0,7 Вт

ΣÐм = 0,5 Вт

ΣÐò = 0,1 + 0,3 = 0,4 Вт

ΣÐîáù = 2,624 + 0,7 + 0,5 + 0,4 = 4,224 Вт - îáùàÿ äîïóñòèìàÿ ìîùíîñòü ïîòåðü ìîäóëÿ.

Вывод: в ходе расчетов была найдена общая мощность рассеяния, она составила 4,224 Вт.

В соответствии с методическими указаниями устройства с мощностью более 3 Вт выполняются в виде печатного узла.

 

Анализ электрической принципиальной схемы модуля.

 

Для удобства анализа заполним таблицу с основными показателями.

 

Максимальная частота, кГц

Напряжение, В

Сила тока, А

Быстродействие, С

Уровни логической «1»

Уровни логического «0»

Цепь

Теплонагруженные ЭРИ

Входная

Выходная

Земля

Питание

Высокочастотная

Импульсных сигналов

0,2

нет

нет

нет

есть

есть

есть

есть

нет

нет

Нет

 

Данный модуль первого уровня является аналоговым. Устройство является ограничителем тока, поступающий ток обрабатывается и на выход поступает заданное значение тока.

Устройство является низкочастотным, следовательно для его платы выбираем стеклотекстолит.

Напряжение в устройстве 24 В и сила тока 0,2 А.

В Устройстве нет цифровых микросхем.

 

Вывод: проанализировав данные из таблицы можно сделать вывод, что так как в схеме нет высокочастотных цепей, импульсных и логических сигналов, то устройство будет спроектировано по технологии печатного монтажа, в виде модуля 1 уровня.

 

Анализ элементной базы.

Наименование ЭРИ

Колличество ШТ

Конструктивные параметры

Допустимые условия эксплуатации

Масса,г

Количество выводов, шт

Диаметр выводов, мм

Штыревые или планарные

Установочная площадь М^2х10^-6

Надёжность

Диапазон температур, ^оС

Вибрации

Ударные перегрузки

Линейные перегрузки

Частота,Гц

Перегрузка,g

С2-33

0,25

0,6

штыр

3,78

0,087

-60/+200

СП-16ВА

8,7

0,6

Штыр

2,47

0,087

-60/+100

16К1-10С

0,6

Штыр

2,80

0,087

-60/+100

К73-17

0,6

0,6

Штыр

0,04

-50/+80

КТ928Б

0,5

0,6

Штыр

1,05

0,5

-50/+80

КТ814Б

0,5

0,6

Штыр

1,1

0,4

-50/+80

К140УД7

0,6

Штыр

0,013

-50/+125

 

 

В устройстве мене 12 элементов, следовательно, устройство относиться к 1 группе сложности (малой группе). В Устройстве контактные площадки применяются для штыревых выводов

 

 

Вывод: проанализировав таблицу определяем, что конструктивная сложность модуля будет относиться к 1 группе сложности. Шаг координатной сетки выберем 0,5мм. Так же определяем,что контактные площадки и отверстия будут круглой формы и диаметром порядка 0,8 мм, т.к. все элементы имеют штыревые выводы и их одинаковую толщину.

 

1.2.4 Выбор типа конструкции ПП.

 

Выбор конструкции ПП основывается на:

1. Тип элементной базы: в данном устройстве применяются только стандартный корпусные ЭРЭ.

2. Возможность выполнения коммутационных соединений: в устройстве имеется только 1 ИМС и соответственно будет целесообразно использовать одностороннюю печатную плату ввиду её дешевизны, надёжности.

3. Техно-экономические показатели:

a. Стоимость – применение ОПП и корпусных ЭРЭ ведёт к удешевлению прибора.

b. Технологичность – данное устройство имеет приемлемую технологичность ввиду простоты конструкции, доступности ЭРЭ и не сложного процесса изготовления.

c. Уровень стандартизации и унификации – в данном устройстве применяются стандартные ЭРЭ, серийно выпускаемые и общедоступные, что позволяет говорить о высокой степени стандартизации и унификации.

 

На основе этих данных делаем вывод, что данное устройство имеет малую конструктивную сложность так как имеет меньше 350 выводов и поэтому будет выполнено на односторонней печатной плате.

 

1.2.5 Выбор класса точности ПП.

 

ГОСТ 23751 -86 устанавливает 5 классов точности ПП, каждый из которых характеризуется минимальным допустимым значением номинальной ширины проводника (t), расстоянием между проводниками S и др. параметрами (табл. 1.1)

Таблица 1.1. Наименьшие номинальные значения основных параметров для классов точности ПП

Примечание, t — наименьшая номинальная ширина проводника; S — наименьшее номинальное расстояние между проводниками; Ь — минимально допустимая ширина контактной площадки; d — номинальное значение диаметра наименьшего металлизиро­ванного отверстия; Н — толщина ПП; Д/ — предельное отклонение ширины печатного проводника, контактной плошадки, концевого печатного контакта и др.; Т, — позици­онный допуск расположения печатного проводника относительно соседнего элемента проводящего рисунка

 

Технологическое обоснование выбора материалов будет основано на данных таблицы:

Класс точн.	Область применения	Оборудование	Основные материалы	Вспомогательные материалы	Тип производства
1 и 2	Для ПП с дискретными ЭРИ при малой и средней конструктивной сложности	Без ограничения	Без ограничения для 1 и 2 группы жесткости	Без ограничения	От мелкосерианого до крупносерийного

 

Вывод: Так как данное изделие имеет малую конструктивную сложность и будет выполняться на ОПП,то выбираем класс точности 1.