Разработка конструкции цифрового FM-приемника

При выборе межцентрового расстояния L
,
высоты Н
и других размеров следует учитывать, что для всех типов ЭРЭ ограничено минимальное расстояние от корпуса элемента, на котором можно производить гибку вывода, и минимальное расстояние от корпуса до места приложения паяльника при пайке. Эти ограничения существуют не только для ЭРЭ с аксиальными выводами, но и для всех типов ЭРЭ, подключаемых пайкой.

Навесные элементы необходимо размешать с учетом электрических связей и теплового режима с обеспечением минимальных значений длин электрических связей, количества переходов печатных проводников со слоя на слой, паразитных связей между навесными элементами, необходимо также стремиться к возможно равномерному распределению масс навесных элементов по поверхности платы с установкой элементов с большой массой вблизи мест механического крепления платы. Установочные размеры и варианты установки навесных элементов выбирают в соответствии с действующими стандартами на установку навесных элементов.

В зависимости от конструкции конкретного типа элемента и характера механических воздействий, действующих при эксплуатации (частота и амплитуда вибрации, значение и длительность ударных перегрузок и др.), ряд элементов нельзя закреплять только пайкой за выводы— их нужно крепить дополнительно за корпус.

Крепление за корпус в зависимости от конструкции и массы элементов можно производить приклейкой к плате специальными мастиками или клеями, прилакировкой в процессе влагозащиты печатного узла, заливкой компаундом, привязкой нитками или проволокой, с помощью скоб, держателей и другими методами.

Чтобы обеспечить возможность применения групповой пайки (например, пайки "волной") элементов, устанавливаемых с зазором между платой и корпусом, необходимо предусматривать специальный изгиб выводов.

Этот изгиб удерживает элемент и не дает ему опуститься па плату в процессе установки других элементов до операции пайки.

Обязательно покрытие узлов влагозащитными лаками, которое обеспечивает дополнительное крепление выводов микросхемы к плате.

Если микросхема выделяет большое количество теплоты и находится при повышенной температуре, то существует опасность нагрева корпуса микросхемы выше допустимой температуры.

В этом случае под корпусами микросхем устанавливают теплоотводящую медную шину концы которой должны прилегать к корпусу изделия или другому элементу конструкции, способному отводить выделяемую микросхемой теплоту в окружающее пространство. Медная шипа должна быть изолирована изоляционной прокладкой от печатных проводников, проходящих под микросхемой.

ЭРЭ должны располагаться на печатной плате так, чтобы осевые линии их корпусов были параллельны или перпендикулярны друг другу. Этот обеспечит при необходимости возможность применения специальных машин для автоматической установки и пайки ЭРЭ на печатной плате. На платах с большим количеством микросхем в однотипных корпусах их следует располагать правильными рядами.

Зазор между корпусами должен быть не менее 1,5 мм (в одном из направлений). Указанный зазор необходим для возможности захвата микросхемы специальными устройствами при автоматической установке. Планарные корпуса нужно располагать длинной стороной вдоль направления конвекционного потока воздуха. При этом улучшается охлаждение микросхемы.

Элементы: разъем Х1, Х2,Х3 и микросхема DA1 – будут запаяны вручную паяльником, припой ПОС-61 ГОСТ 21931-76. Элементы поверхностного монтажа будут фиксироваться оплавлением припоя, паяльная паста ПЛ-111 АУЭО.033.012 ТУ.

Так как конструкция состоит из двух плат и выносного элемента (графический дисплей) монтаж которых будем осуществлять с помощью монтажных проводов.

Так как печатные платы имеют малые расстояния между проводниками, то воздействие влаги может привести к таким ухудшениям сопротивления изоляции, при которых будет нарушаться нормальная работа схемы. Поэтому печатные узлы, которые будут работать в сложных климатических условиях, необходимо покрывать слоем лака или специальными покрытиями. Наиболее часто для покрытия печатных плат используют лак ФП-525.

Разработка конструкции печатной платы

В данном курсовом проекте печатная плата будет изготавливаться комбинированным позитивным методом.

Позитивный комбинированный метод является основным для изготовления печатных плат. Преимущество позитивно комбинированного метода по сравнению с негативным является хорошая адгезия проводника, повышенная надежность монтажных и переходных отверстий, высокие электроизоляционные свойства.

Технологический процесс изготовления печатной платы комбинированным позитивным методом состоит из следующих операций [4].

Подготовка информации.

а) подготовка информации

б) разработка принципиальной схемы устройства

в) трассировка на этом этапе принципиальная электрическая схема преобразуется в схему разводки слоев. Очень важно при автоматической разводке правильно выбрать технологические параметры платы (допустимые зазоры, количество слоев, ширина контактных площадок)

Изготовления фотошаблона. На этом этапе производится изготовление фотошаблонов затем используется для формирование топологического рисунка внутренних и внешних слоев печатной платы при экспонировании. Различают позитивные и негативные фотошаблоны.

Резка заготовок.

Листы стеклотекстолита будут нарезаться на заготовки. Очень правильно выбрать размер заготовки т. к. от размера зависит коэффициент использования материала . Резка заготовок будет производиться на гильотинных ножницах.

Изготовление базовых отверстий. На этом этапе в заготовке изготавливается набор базовых отверстий. Тип и размер этих отверстий зависит от выбранной системы базирования. Обычно базовые отверстия круглой формы выполняют сверлением и овальные – вырубкой.

Нанесение пластинчатого фоточувствительного материала на заготовку. Заготовка очищается и приготавливается к нанесению фоторезиста. Этот этап проходит в чистой комнате с желтым освещением. Фоторезист чувствителен к ультрафиолету а при долгом не использовании разрушается.

Экспонирование фоторезиста.

Участок поверхности незащищенные фотошаблоном засвечиваются. Форошаблон снимается. После чего засвеченные участки фоторезиста могут быть удалены химическим путем.

Химическая обработка . Эти операции производятся в установках химической обработки. Существует несколько типов: погружные и струйные. Существуют установки конвейерного типа и с ручной загрузкой.

Проявление. Засвеченные участки фоторезиста удаляются оставляя фоторезист только в тех местах где будут проходить токоведущие дорожки. Основная функция фоторезиста защитить медное покрытие от воздействия травителя.

Травление. Незащищенные фоторезистом печатные проводники удаляються при помощи травителя (хлорное железо) формируя при этом требуемый рисунок проводника.

Удаление фоторезиста. Резист удаляется оставляя открывая не вытравленную медь. Теперь заготовка представляет собой полностью готовый внутренний слой.

Сверление отверстия. Отверстия на плате служат двумя целями: обеспечивать соединения между слоями и для монтажных целей. Платы сверлятся на станках с программным управлением называемым обрабатывающими центрами.

Этот этап является одним из ключевых этапов определяющих точность платы. Точность сверления определяется классом оборудования, а также его настройкой.Металлизация отверстий. Этот этап служит для покрытия отверстий тонким слоем металла. Для металлизации плата помещается в ванну, где плата полностью покрывается тонким слоем палладия.

Химическая обработка.

Нанесение резиста. Плата покрывается резистом, резист засвечивается через фотошаблон, Засвеченные участки удаляются. Этот аналогичен описанный ранее только лишь с одним отличием: резист будет удаляться с тех участков где наноситься слой меди. Следовательно фотошаблон должен быть позитивный.

Электролитическое нанесение меди. Медь наноситься на поверхность до толщины 0.25мм. Осажденная медь на отверстия достаточно толстая необходимая чтобы проводить, необходимый для электролитического осаждения .Оловянно-свинцовое покрытие. Оловянно-свинцовое выполняет две важные функции. Данная смесь выполняет функции резиста для последующего травления, так же защищает медь от травления.

Удаление резиста. Резист удаляется оставляя оловянно-свинцовую смесь и медь. Медь покрытая припоем выдержит процесс травления и образует собой рисунок платы.Нанесение защитного покрытия. Для защиты поверхности платы где в дальнейшем не будет производиться пайка наноситься маска. В данном случае маску будем наносить при помощи трафарет, данный метод не обладает большой точностью, однако материал более пластичен, и у данного процесса стоимость ниже.В качестве материала для печатной платы " Цифрового FM-приемника" выберем Стеклотекстолит - СФ-2-35, толщиной 1,5 мм. Данный материал обладает хорошими физическими и механическими свойствами и полностью удовлетворяет нашим требованиям .

Таблица 4.1. Фольгированные материалы для ПП.

В качестве материала для печатной платы " Цифрового FM-приемника" выберем Стеклотекстолит - СФ-2-35, толщиной 1,5 мм. Данный материал обладает хорошими физическими и механическими свойствами и полностью удовлетворяет нашим требованиям .

4.4 Выбор, обоснование и разработка способов электромонтажа и соединений модулей

Эл менты: разъем Х1, Х2,Х3 и микросхемы DA1,DA5,DA6 – будут запаяны вручную паяльником, припой ПОС-61 ГОСТ 21931-76. Элементы поверхностного монтажа будут фиксироваться оплавлением припоя, паяльная паста ПЛ-111 АУЭО.033.012 ТУ.

Все элементы на плате соединяются при помощи печатных проводников. Соединение между платой А1,A2 и графическим дисплеем осуществляется при помощи провода МГТФ ТУ 16-505.185-71.

Критериями оптимальности трассировки являются: минимум суммарной длины всех проводников; минимум числа их пересечений; минимум изгибов проводников; минимальная длина параллельных участков соседних проводников; равномерное распределение проводников по монтажной области.

4.5 Выбор и обоснование способов защиты конструкции изделия и разработка деталей несущих конструкций

Для предохранения элементов печатного монтажа от влаги плату после сборки покрываем лаком ФП-525 ТУ 6-10-1653-78 по ОСТ 92-1709-81.

Закрепление печатной платы будет производиться с помощью винтов к основанию корпуса с предварительной смазкой винта лаком АК-113 для предотвращения самовыкручивания. Расчет на вибрационные нагрузки и удары показал, что корпус и расположенные в нем детали не требуют дополнительных систем амортизации и защиты от вибраций.

4.6 Разработка внешнего оформления конструкции, описание разработанной конструкции и оценка ее качества

Корпус представляет собой металлический корпус толщиной 1 мм изготовленный методом штамповки, фальшь панель из высокопрочного АВS пластика выполнена методом литья. Внешний вид соответствует требованиям эстетики и дизайна. Размеры корпуса – минимальные. В данной конструкции предусмотрены радиаторы для охлаждения микросхем TDA 2003(10 Вт). Данная конструкция позволяет обеспечить высокую механическую прочность, современный эстетический вид, управление приемником осуществляется непосредственно с лицевой панель конструкции. Универсальность корпуса позволяет применять его в различных транспортных средствах.

5
.
КОНСТРУКТОРСКИЕ РАСЧЕТЫ

5.1 Расчет объемно-компоновочных характеристик изделия

Рассчитываем, какую площадь занимают компоненты печатной платы.

Таблица 5.1.1

При расчете печатной платы А1 не учитываем SB1-SB8 и DD2 так как они не будут установлены на данной плате.

Суммарная площадь

мм2

Коэффициент заполнения примем К=3

мм2
(5.1)

SПП
=3·3081,93=9663мм2

Согласно ГОСТ 10317-79 принимаем размеры платы А1 110 x 92 мм (SПП
= 10120 мм2
).

Суммарная площадь платы А2

принимаем размеры платы А2 40 x 30 мм (SПП
= 1200 мм2
)

5.2 Расчёт элементов печатного монтажа

Выбирается двусторонняя печатная плата с металлизацией сквозных отверстий из стеклотекстолита СФ-2-35Г-1,5 ГОСТ 10316-78 толщиной 1,5 мм (толщина фольги – 0,035 мм). ДПП с металлизацией переходных отверстий отличается высокой трассировочной способностью, обеспечивает высокую плотность монтажа элементов и хорошую механическую прочность их крепления, она допускает монтаж элементов на поверхности и является наиболее распространенной в производстве радиоэлектронных устройств.

Точность изготовления печатных плат зависит от комплекса технологических характеристик и с практической точки зрения определяет основные параметры элементов печатной платы. В первую очередь это относится к минимальной ширине проводников, минимальному зазору между элементами проводящего рисунка и к ряду других параметров.

По ГОСТ 23.751-86 предусматривается пять классов точности печатных плат, которые обусловлены уровнем технологического оснащения производства. Принимаем класс тонности – четвертый. Метод изготовления печатной платы – позитивный комбинированный.

Диаметры выводов для переходных отверстий равны 0,3 мм – 1-я группа; для элементов DA1 и проводов равны 0,7 мм – 2-я группа; для элементов DA7, DA8, X1-X3- 1,1 мм – 3-я группа. Произведем расчет печатного монтажа с учетом созданных групп.

Расчет печатного монтажа состоит из трех этапов: расчет по постоянному и переменному току и конструктивно-технологический.

Исходные данные для расчёта:

1. Imax
— максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках (определяется из анализа электрической схемы), Imax
= 1 A;

2. Толщина фольги, t= 35мкм;

3. Напряжение источника питания, Uип
= 12 В;

4. Длина проводника, l=0,1м;

5. Допустимая плотность тока, jдоп
= 75 А/мм2
;

6. Удельное объемное сопротивление ρ = 0,0175 Ом·мм2
/м;

7. Способ изготовления печатного проводника: комбинированный позитивный;

Определяем минимальную ширину, мм, печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления:

, (5.2.1)

где bmin
1
- минимальная ширина печатного проводника, мм;

jдоп
- допустимая плотность тока, А/мм2
;

t – толщина проводника, мм;

мм.

Определяем минимальную ширину проводника, мм, исходя из допустимого падения напряжения на нем:

, (5.2.2)

где ρ — удельное объемное сопротивление [7], Ом·мм2
/м;

l
— длина проводника, м;

Uдоп
— допустимое падение напряжения, определяется из анализа электрической схемы. Допустимое падение напряжения на проводниках не должно превышать 5% от питающего напряжения для микросхем и не более запаса помехоустойчивости микросхем.

мм.

Определяем номинальное значение диаметров монтажных отверстий d:

, (5.2.3)

где dэ
— максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ, мм;

Δdн.о
— нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия, Δdн.о
= 0,1 мм;

r — разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ЭРЭ, ее выбирают в пределах от 0,1 до 0,4 мм.

Примем r = 0,1 мм.

d1 = 0,3+0,1+0,1 = 0,5 мм;

d2 = 0,7+0,1+0,1 = 0,9 мм;

d3 = 1,0+0,1+0,1 = 1,2 мм;

Принимаем для выводов 1-й группы d1 = 0,5 мм; для второй - d2 = 0,9 мм; для третей d3 = 1,2 мм.

Рассчитываем минимальный диаметр контактных площадок для ДПП, мм:

,(5.2.4)

где t
— толщина фольги, мм; D
1
min
— минимальный эффективный диаметр площадки, мм:

,(5.2.5)

где b
м
— расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки, мм, [7], b
м
=0,025мм;

Δd
и Δр
— допуски на расположение отверстий и контактных площадок, мм, [7], δ
d
=0,05мм и δр
=0,15 мм;

d
max
— максимальный диаметр просверленного отверстия, мм:

,(5.2.6)

где Δd
— допуск на отверстие, мм, [7], Δd
=0,05мм

Для 1-й группы:

мм;

мм;

мм.

Для 2-й группы:

мм;

мм;

мм.

Для 3-й группы:

мм;

мм;

Максимальный диаметр контактной площадки Dmax
, мм:

, (5.2.7)

Для 1-й группы:

мм.

Для 2-й группы:

мм.

Для 3-й группы:

мм.

Определяем ширину проводников bmin
, при изготовлении комбинированным позитивным методом, мм:

,(5.2.8)

где b
1
min
— минимальная эффективная ширина проводника b1
min
=0,38 мм для плат 4-го класса точности.

мм.

Принимаем bmin
= max{bmin
1
, bmin
2
, bmin
3
} = 0,4 мм

Максимальная ширина проводников, мм:

(5.2.9)

мм.

Определяем минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка.

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой, мм:

,(5.2.10)

где L0
— расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм, L0
= 1,1 мм;

— допуск на расположение проводников, мм, =0,03.

мм

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками, мм:

,(5.2.11)

мм

Минимальное расстоя3ние между двумя проводниками, мм:

,(5.2.12)

мм.

Контактные площадки для поверхностно монтируемых элементов выбираются исходя из их установочных размеров.

Таким образом, параметры печатного монтажа отвечают требованиям, предъявляемым к платам 4-го класса точности. Имеем диаметр отверстия/диаметр контактной площадки (мм) для элементов 1-й группы 0,6/1,15; для элементов 2-й группы – 0.9/1,55; для элементов 3-й группы – 1,2/1,85;. Принимаем ширину печатного проводника равной 0,24 мм, минимальные расстояния между: проводником и контактной площадкой – 0,17 мм; двумя контактными площадками - 0,1 мм; двумя проводниками - 0,42мм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении курсового проекта было спроектировано при помощи пакета программ РСAD-2002 печатной платы программатора, позволяющая автоматически трассировать печатные проводники. Были проведены конструкторские расчеты электрических соединений, компоновочных характеристик доказывающие возможность изготовления программатора в условиях промышленного мелкосерийного производства. Итогом работы явился комплект конструкторской документации, представленный в приложении, содержащий электрическую принципиальную схему, чертеж печатной платы, сборочный чертеж печатного узла САПР P-CAD 2002.

ЛИТЕРАТУРА

1. Журнал "Радио" №5. – М.: Роспечать, 2007. – 41 с.: ил.

2. Каталог "ПЛАТАН". – М.: Платан Компонентс, 2005. – 320 с.: ил.

3. Интернет ресурс: www.platan.ru

4. А.П. Ненашев "Конструирование радиоэлектронных средств", Москва, "Высшая школа" 1990 г.

5. Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева "Материаловедение", М. "Машиностроение", 1990 г.

6. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т3. – 8-е изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2001. – 864 с.: ил.

7. Парфенов А.А. Конструирование РЭА: Учебник для радиотехнических специальностей ВУЗов. – М.: Высшая школа, 1989. – 422 с.: ил.

8. УваровA. P-CAD 2000, ACEEL EDA. Конструирование печатных плат.Учебный курс. - СПб.: Питер, 2001.

9.Грачев А.А. "Конструирование электронной аппаратуры", М., NTPress, 2006