как определить площадь печатной платы

Вариант №0. Шумоподавитель

1) схема электрическая принципиальная шумоподавителя (рис. 5.1), где элементы R1. R14 – резисторы С2-23-0,125; С1, С3, С6, С7 – конденсаторы К50-6-16В-1мкФ; С2 – конденсатор КМ-5а-Н30-2200пФ; С4 – конденсатор КМ-5а-Н30-3300пФ; С5 – конденсатор К50-6-10В-50мкФ; С8 – конденсатор КМ-5а-Н30-0,015мкФ; С9 – конденсатор К50-6-10В-10мкФ; VD1. VD3 -диоды 2Д522Б; VT1. VT4 – транзисторы 2Т312Б.

Рис. 5.1. Схема электрическая принципиальная для варианта задания №0

2) плотность печатного монтажа – 1-й класс;

3) шаг координатной сетки 2,5 мм;

4) установку элементов С1, С3. С7, С9 производить по варианту 180, элементов С2, С4, С8, R1…R14, VD1. VD3 – по варианту 140, элементов VT1. VT4 – по варианту 190.

1) определить диаметры монтажных отверстий, контактных площадок;

2) выполнить расчет площади и геометрических размеров односторонней печатной платы шумоподавителя.

Порядок выполнения

1. По справочным данным и ГОСТ 29137-91 определяем типовое конструктивное исполнение, габаритные и установочные размеры электрорадиоизделий (табл. 5.1). Примечание: при заполнении таблицы допускается использование одного эскиза для ЭРИ одинакового типа, имеющих различные размеры, например, для конденсаторов С1, С3. С7, С9. В этом случае размерные характеристики указываются для всех отличающихся по этим параметрам элементов.

Типовое конструктивное исполнение и размерные характеристики ЭРИ

Типономинал и позиционное обозначение ЭРИ	Вариант формовки и установки ЭРИ	Размерные характеристики ЭРИ
Конденсаторы С1, С3, С6, С7 K50-6-16B-1мкФ	Вар. 180	D=4,5 мм H=13,5 мм d=0,6 мм lу=2,5 мм
Конденсатор С5 К50-6-10В-50мкФ	D=11 мм H=15,5 мм d=0,6 мм lу=5 мм
Конденсатор С9 К50-6-10В-10мкФ	D=6,5 мм H=13,5 мм d=0,6 мм lу=2,5 мм
Резисторы R1-R14 С2-23-0,125	Вар. 140	L=6,0 мм D=2,0 мм d=0,6 мм lу=10 мм

Продолжение табл. 5.1
Конденсаторы С2, С4 КМ-5а-Н30-2200пФ, КМ-5а-Н30-3300пФ	Вар. 140	L=5 мм H=4,5 мм B=3 мм d=0,8 мм lу=10 мм
Конденсатор С8 КМ-5а-Н30-0,015мкФ	L=7 мм H=6,5 мм B=3 мм d=0,8 мм lу=12,5 мм
Диоды 2Д522Б VD1-VD3	Вар. 140	L=3,8 мм D=1,9 мм d=0,6 мм lу =12,5 мм
Транзисторы VT1-VT4 2T312Б	dотв Вар. 190 А	D=7,6 мм D1=5,8 мм H=4,3 мм d=0,5 мм lу1=5 мм lу2=2,5 мм

Примечание. Установочные размеры можно также рассчитать на основе габаритных размеров, приводимых в справочниках ЭРИ. Для резисторов и конденсаторов, устанавливаемых по вариантам 010, 011, 140 расстояние от корпуса ЭРИ до оси изогнутого вывода R (рис. 5.2) составляет не менее 2 мм, для дросселей и диодов – не менее 5 мм. Установочные размеры для ЭРИ необходимо выбирать кратными шагу координатной сетки.

Рис. 5.2. Расстояние от корпуса радиоэлемента до оси изогнутого вывода

2. Диаметр монтажного металлизированного отверстия d_{м отв} определяем в зависимости от диаметра вывода d навесного элемента:

— для элементов VT1. VT4

— для элементов C1, C3, С5, С6, C7, C9, R1. R14, VD1. VD3

— для элементов C2, C4, C8

3. Расчет диаметров контактных площадок D_КП производим в соответствии с рекомендациями, приведенными в разд. 3.1:

4. Площади посадочных мест навесных компонентов рассчитываем по данным табл. 5.1 с учетом размеров контактных площадок под формованные выводы.

Площади посадочных мест конденсаторов:

= (мм 2 );

(мм 2 );

(мм 2 );

(мм 2 );

(мм 2 );

площади посадочных мест резисторов:

(мм 2 );

площади посадочных мест диодов:

(мм 2 );

площади посадочных мест транзисторов

(мм 2 ).

Площадь печатной платы равна:

1,6·(4· + + +2· + +14· +3· +4· )»

»1,6·(4·15,9+95,0+33,2+2·36,9+44,4+14·24+3·27,6+4·45,4)=1456,64 (мм 2 ).

6. Рассчитаем линейные размеры печатной платы, полагая длину и ширину монтажной зоны одинаковой:

(мм).

Учитывая, что расстояние между границей монтажной зоны и краем ПП должно составлять не менее 5 мм, а ширина краевого поля для гибкого печатного кабеля равна 25 мм, получаем следующие линейные размеры ПП:

где L_y и L_x – ширина и длина ПП соответственно.

Приводим полученные значения линейных размеров ПП в соответствие со стандартным рядом (табл. 3.2) и получаем, что ширина ПП равна 40 мм, а длина ПП – 80 мм. Для проверки правильности выбора геометрических размеров ПП, проведем следующий расчет:

— рассчитанная площадь ПП: = L_y∙ L_x=48,2∙68,2»3287,24 (мм 2 ).

— площадь ПП после приведения линейных размеров в соответствие со стандартным рядом: =40∙80=3200 (мм 2 ).

Эти величины отличаются друг от друга менее, чем на 10%, значит, геометрические размеры сторон печатной платы выбраны верно.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Нормативно-правовая:

1. ГОСТ 15467-79 (СТ СЭВ 3519-81). Управление качеством продукции. Основные понятия, термины и определения.

2. ГОСТ 27.103-83. Надежность в технике. Критерии отказов и предельных состояний. Основные положения.

3. ГОСТ 4.188-85. Система показателей качества продукции. Средства охранной, пожарной и охранно-пожарной сигнализации. Номенклатура показателей.

4. ГОСТ 15.005-86. Система разработки и постановки продукции на производство. Создание изделий единичного и мелкосерийного производства, собираемых на месте эксплуатации.

5. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Термины и определения.

6. ГОСТ 27.003-90. Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности.

7. ГОСТ Р ИСО 9000-2008. Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь.

8. ГОСТы ЕСКД: 2.101-2.103; 2.307; 2.308; 2.312; 2.313; 2.316; 2.702; 2.710; 2.728; 2.730.

9. ОСТ4 ГО.010.030-81 Установка навесных элементов на печатные платы.

10. ОСТ4 ГО.010.035. Изделия из пластмасс. Конструирование.

11. ОСТ4 ГО.014.000. Покрытия металлические и неметаллические.

12. ОСТ4 ГО.021.192. Литье из алюминиевых сплавов.

13. ОСТ 92-1165-75. Виды литья. Классы точности.

Основная:

14. Уваров А.С. P-CAD. Проектирование и конструирование электронных устройств / А.С. Уваров. – М.: «Горячая линия – Телеком», 2004. – 760 с.

15. Горбатенко, С.А. Конструирование и технология производства радиоэлектронных средств: учебное пособие / С.А. Горбатенко, В.В. Горбатенко, Н.В. Даценко. – Воронеж: ВИ МВД России, 2007. – 125 с.

Дополнительная:

16. Гелль П.П. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры: Учебник для вузов / П.П. Гелль, Н.К. Иванов-Есипович. – С-Пб.: Энергоатомиздат, 2004.

17. Попов Е.П. Робототехника и гибкие производственные системы / Е.П. Попов. – М.: Наука. Гл. ред. физ.мат. литературы, 2005.

РАЗДЕЛ 3 РАЗРАБОТКА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

Расчёт конструктивно-технологических параметров печатной платы

Для выбора размеров печатной платы необходимо определить ее площадь. Площадь можно определить как

где F_ЭРЭ – площадь, занимаемая электрорадиоэлементами (ЭРЭ);

F_ТО – площадь, занимаемая технологическими и/или крепежными отверстиями;

F_СВ – площадь, которую не должны занимать электрорадиоэлементы по конструктивным соображениям;

К_З – коэффициент заполнения печатной платы, обычно берется в пределах 0,3–0,8.

Площадь, занимаемая ЭРЭ, определяется по установочным размерам электрорадиоэлементов. Для упрощения расчетов исходные данные целесообразно занести в таблицу вида:

Площадь, занимаемая технологическими и/или крепежными отверстиями определяется по формуле:

где d_ТО – диаметр технологических и/или крепежных отверстий;

n – количество отверстий.

Посчитав площадь печатной платы, необходимо выбрать размеры платы согласно ГОСТ 10 317-79. По ГОСТу выбранные размеры печатной платы 65*65мм.

После выбора размеров печатной платы определить реальный коэффициент заполнения печатной платы по формуле:

где и выбранные размеры печатной платы.

Диаметры монтажных отверстий должны быть несколько больше диаметров выводов ЭРЭ, причем

d_О = d_В + D, при d ≤ 0,8 мм Δ = 0,2 мм,

при d > 0,8 мм Δ = 0,3 мм,

при любых d Δ = 0,4 мм, если ЭРЭ устанавливаются автоматизировано.

Рекомендуется на плате иметь количество размеров монтажных отверстий не более трех. Поэтому диаметры отверстий, близкие по значению, увеличивают в сторону большего, но так, чтобы разница между диаметром вывода и диаметром монтажного отверстия не превышала 0,4 мм.

Диаметры контактных площадок определяются по формуле:

где b – радиальная ширина контактной площадки, мм;

Δd – предельное отклонение диаметра монтажного отверстия, мм;

Т_d – значение позиционного допуска расположения осей отверстий, мм;

Т_D – значение позиционного допуска расположения центров контактных площадок, мм.

Минимальное расстояние между центрами двух соседних отверстий для прокладки нужного количества проводников определяется так:

где d_О1 и d_О2 – диаметры монтажных отверстий, между которыми прокладываются проводники, мм;

n – количество прокладываемых проводников;

Δt – предельное отклонение ширины печатного проводника, мм;

T_l – значение позиционного допуска расположения печатного проводника, мм.

Значения предельных отклонений ширины печатного проводника и позиционных допусков расположения печатных проводников для первых трех классов точности печатных плат приведены в таблицах 13 и 14.

Выбор и описание метода изготовления печатной платы

Предварительная подготовка заготовки

Данный этап является начальным и заключается в подготовке поверхности будущей печатной платы к нанесению на нее защитного покрытия. Весь процесс сводится к удалению окислов и загрязнений с поверхности платы с использованием различных абразивных средств и последующему обезжириванию.

Для удаления сильных загрязнений используется мелкозернистая наждачная бумага.

Заключительный этап подготовки поверхности заключается в обезжиривании. Для этого используется кусочек мягкой ткани, не оставляющей волокон, смоченный спиртом, бензином или ацетоном. После обезжиривания плату промывают в проточной холодной воде. Качество очистки нужно контролировать, наблюдая за степенью смачивания водой поверхности меди. Полностью смоченная водой поверхность, без образования на ней капель и разрывов пленки воды, является показателем нормального уровня очистки. Нарушения в этой пленке воды указывают, что поверхность очищена недостаточно.

Расчет печатной платы

отладочный плата резистор микроконтроллер

Параметры печатной платы можно разделить на электрические и конструктивные.

Электрические параметры — параметры, связанные с электрическими величинами:

— ширина печатного проводника;

— размеры печатной платы;

— диаметр отверстий и их количество;

— диаметры контактных площадок;

— минимальное расстояние между центрами двух отверстий для прокладки нужного количества проводников.

Ширина печатного проводника определяется по формуле:

, (2.5)

где j — плотность тока, А/мм2;

h — толщина фольги, мм; t — ширина печатного проводника, мм;максимальный ток протекающий по проводнику, А.

Максимальный ток, протекающий по проводнику I = 0,8 А. Толщина фольги h = 0,1 мм.

Максимально допустимая плотность тока для печатных проводников следующая:

30 А/мм2 для внешних слоев печатной платы бытовой аппаратуры;

А/мм2 для внешних слоев печатной платы специальной аппаратуры;

А/мм2 для внутренних слоев многослойной печатной платы.

Таким образом, исходя из формулы (5), минимальная ширина печатного проводника будет равна:

Выбор расстояния между печатными проводниками определяется из соображений обеспечения электрической прочности. Поскольку материал для изготовления печатной платы фольгированный стеклотекстолит, то при рабочем напряжении до + 25 В минимальное расстояние между печатными проводниками может составлять (от 0,1 до 0,2) мм.

Учитывая расстояния между выводами микросхем и плотность монтажа, выбирается первый класс точности изготовления печатной платы.

Основные параметры третьего класса точности:

— ширина печатного проводника t = 0,75 мм;

— расстояние между двумя печатными проводниками, S = 0,75 мм;

— радиальная ширина контактной площадки, b = 0,3 мм.

Плата изготовлена комбинированным позитивным методом сухим фоторезистом, следовательно, удельное сопротивление меди равно R = 0,02 Ом-мм2/м.

Сопротивление печатного проводника определяется формуле:

(2.6)

где: 1 — длина самого протяженного проводника, 1=0,06 м.

Исходя из формулы, (2,6)рассчитано сопротивление печатного проводника:

Для выбора размера печатной платы нужно найти площадь печатной платы, которая определяется по формуле:

,(2.7)

гдеFэрэ — площадь, занимаемая ЭРЭ определяется по установочным размерам или площади, занимаемой элементом на плате, мм2;

Fто-площадь, занимаемая технологическими или крепежными отверстиями, мм2;

FCB — площадь, которая не должна заниматься электро-радиоэлементами по конструктивным соображениям;

К3 — коэффициент заполнения печатной платы.

Исходные данные для определения площади, занимаемой ЭРЭ, занесены в таблицу 3.

Площадь, занимаемая технологическими и/или крепежными отверстиями, определяется по формуле:

(2.8)