Проектирование печатных плат

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

НАЗВАНИЕ ДОКУМЕНТА

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

 

Разработать конструкцию  и технологический процесс изготовления ПП для следующих исходных данных:

1. Группа ЭА – бытовая.
2. Группа жесткости при климатических воздействиях – 2.
3. Механические воздействия:

а) частота вибраций: 10-50 Гц;

б) виброускорение: 2 g.

4. Конструктивная сложность  ФУ: малая.

5. Электрические параметры:

а) допустимое падение напряжения: 0,2 В;

б) максимально допустимый ток: 180 мА;

6. Способ закрепления  ячейки в модулях более высокого  конструктивного уровня: 2.

 

                                 

 

Рисунок 1 – Способ закрепления  ячейки в модулях более высокого конструктивного уровня

 

7. Количество ИМС: 21.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

НАЗВАНИЕ ДОКУМЕНТА

ВВЕДЕНИЕ

 

Печатные платы являются основным элементом электронной  аппаратуры (ЭА), выполняя функции несущей  конструкции и коммутационного  устройства на различных уровнях  разукрупнения аппаратуры: в микросборках, в ячейках, в коммутационных (монтажных) панелях. Печатные платы широко применяются в бытовой технике, аппаратуре средств связи, в вычислительной технике, в системах автоматизации, контрольно-измерительной аппаратуре, в медицинском приборостроении, в автомобильной промышленности, в других областях промышленной электроники, в авиационной и космической промышленности, в спецтехнике, в городском коммунальном хозяйстве (для средств контроля расхода воды, газа, электричества, топлива, экологического контроля воды, воздуха, земли по радиационным, физическим, механическим и химическим параметрам).

Одной из проблем в настоящее  время является разработка и производство ПП, соответствующих современному мировому уровню для обеспечения конкурентоспособности  ПП, которая определяется их качеством, надежностью и безопасностью  их эксплуатации. Проблема осложняется  постоянным ростом функциональной и  конструктивной сложности электрорадиоизделий, устанавливаемых на ПП, а также процессом миниатюризации ЭА, отставанием технологических возможностей межэлементной коммутации, в частности, ПП от уровня интеграции ЭРИ, что требует повышения трассировочных возможностей ПП за счет повышения плотности монтажа, уменьшения ширины печатных проводников и расстояний между ними, увеличения числа слоев многослойных печатных плат (МПП),уменьшения габаритов и массы ЭА и, соответственно, ПП. Таким образом, конструкция и технология сборки электронных модулей на ПП требует от производителя ПП постоянного совершенствования конструкции и технологии.

В данном курсовом проекте  приведена последовательность конструкторско-технологического проектирования ПП с подробным рассмотрением  каждого этапа.

 

 

 

1. ИЗУЧЕНИЕ И НАЗНАЧЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

1. Печатная плата будет разрабатываться для 1-го уровня Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

НАЗВАНИЕ ДОКУМЕНТА

модульности: ячейки.

2. Конструкция ячейки  не унифицирована. Разрабатывается  оригинальная конструкция ПП.

3. Требования к бытовой  аппаратуре:

Повышение технологичности  конструкции с целью снижения стоимости, снижения габаритов и  массы, модульный принцип конструирования, простота эксплуатации массовый характер производства.

Для 2-й группы жесткости  при климатических воздействиях допустимые значения воздействующих факторов следующие:

а) температура, ^оК: верхняя 358, нижняя 233;

б) относительная влажность  воздуха, %: 98 (при температуре до 308 ^оК);

в) перепад температур, ^оК: от 233 до 358;

г) атмосферное давление, Па: 53600.

4. Анализ внешних воздействий, деградационных процессов, которые могут иметь место в ПП в бытовых ЭА, их последствий и способов борьбы с ними представлены в таблице 1.

 

Воздействующий  фактор	Ускоряемые  деградационные процессы	Способы предотвращения влияния воздействующих факторов на этапе конструирования  и производства ПП
Низкая  температура	Уменьшение  электропроводности, нагрузочной способности  проводников по току, ухудшение диэлектрических  свойств	а) увеличение ширины и толщины проводников  б) применение материалов устойчивых к низким температурам
Высокая относительная влажность	Адсорбция и сорбция паров воды материалов ПП – увеличение тангенса угла диэлектрических  потерь, токов утечки по поверхности, снижение поверхностного сопротивления, электрической прочности, сопротивления  изоляции, а так же набухания материала  ПП, уменьшение адгезии проводников  к диэлектрику; коррозия проводников  и металлизированных отверстий; повреждение лакокрасочных покрытий	а) выбор  влагостойких (характеризуются степенью гигроскопичности) и влагостойкости материалов ПП; б) применение защитных лакокрасочных  покрытий; в)  герметизация ячеек.

Таблица 1 – Влияние  дестабилизирующих факторов

 

ПродолжениИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

НАЗВАНИЕ ДОКУМЕНТА

е таблицы 1 – Влияние дестабилизирующих факторов

Воздействующий фактор	Ускоряемые деградационные процессы	Способы предотвращения влияния воздействующих факторов на этапе конструирования  и производства ПП
Вибрация	Механические напряжения, способствующие появлению деформации или потере механической прочности ПП, усталостных  изменений ПП, разрушение электрических  контактов.	1.Отстройка ППот резонанса для выхода низшего значения собственной частоты  f0 из спектра частот внешних воздействий: а) путем выбора длины, ширины и  толщины ПП; б) изменением суммарной массы, установленных на ПП ЭРИ; в) выбором материала основания  ПП; г) выбором способа закрепления  сторон ПП в модулях более высокого конструктивного уровня; 2. Повышение механической прочности  и жесткости ПП: а) приклеиванием ЭРИ к установочным поверхностям ПП; б) покрытие лаком ПП вместе с ЭРИ; в) заливкой компаундами; г) увеличение площади опорных поверхностей; д) использование материалов с высокими демпфирующими свойствами; е) использование демпфирующих покрытий; ж) ребрами жесткости, амортизацией и др.
Высокая температура	Расширение, размягчеие, обезгаживание, деформация ПП	а) применение нагревостойких материалов; б) выбор минимальных размеров ПП; в) выбор материалов ПП с близким ТКЛР в продольном и поперечном направлениях и с медью.
	Уменьшение электропроводности, нагрузочной  способности проводников по току, ухудшение диэлектрических свойств.	а) увеличение ширины и толщины  проводников (при выборе ориентироваться  на 1, 2 и 3-й класс точности); б) применение материалов с низкими  диэлектрическими потерями
	Перегрев концевых контактов ПП, увеличение их переходного сопротивления	Выбор гальванического покрытия  со стабильным переходным сопротивлением  при нагреве.
	Высыхание и растрескивание защитных покрытий	Выбор покрытия, устойчивого к высокой  температуре

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

НАЗВАНИЕ ДОКУМЕНТА

5. Малая конструкторская  сложность ФУ (21 устанавливаемых  ИМС на ПП) требует не значительной  трассировочной способности ПП, применения МПП  и соответствующих  технологических процессов ее  изготовления.

6. В данном варианте  следующие параметры ФУ, влияющего на конструкцию ПП:

а) допустимое падение напряжения: 0,2 В;

б) максимально допустимый ток: 180 мА;

7. В данном ФУ применяются корпусные ИМС.

 Количество ИМС: 21 штука (количество выводов 446).

8. Поскольку элементная база представлена корпусными ИМС (2-й тип корпуса – DIP) с выводами, устанавливаемыми на поверхность, то в качестве конструктивно-технологического направления выбираем монтаж корпусных ИМС и ЭРЭ на ПП (1-й вариант компоновки ячейки. Тип  сборки - 1А: односторонняя установка ЭРИ на поверхность).

9. Выбираем тип ПП –  МПП. Компоновочная структура  ячейки (корпусные ИМС на МПП)  представлена на рисунке 2.

 

 

                              

 

Рисунок 2 - Компоновочная  структура ячейки: 1 – плата; 2 –  кристалл ИМС; 3 – корпус ИМС

 

10. Выводы ИМС впаиваются  в прямоугольные площадки.

11. Форма контактных площадок  – прямоугольная.

12. Шаг координатной сетки  0,5 мм, так как  шаг расположения  выводов ИМС равен 0,5 мм.

13. ИМС рассеивают незначительную  мощность поэтому нет необходимости вводить в конструкцию ПП или ФУ теплоотводы.

14. Тип конструкции ПП  – МПП.

15. Поскольку на ПП устанавливаются  21 ИМС (малая конструкторская  сложность) с выводами, впаиваемыми  на поверхность, выбираем 4 класс  точности;

Номинальные значения параметров:

- номинальная ширина проводника  t = 0,15мм;

- номинальное расстояние  между проводниками S = 0,15 мм;

- минимально допустимая  ширина контактной площадки b = 0,05мм;

- отношение диаметра отверстия  к толщине   _{= 0,25 мм;}

- предельное отклонение  ширины печатного проводника  ∆t = ± 0,05;

- позиционный допуск расположения  печатных проводников T = 0,03мм.

16. Учитывая тип конструкции  и выбранный класс точности  ПП, выбираем метод изготовления  МПП – метод металлизации сквозных  отверстий (ММСО).

17. Конструкция печатного  проводника при изготовлении  ОПП химическим негативным методом  на рисунке 3.

Рисунок 3 - Конструкция печатного  проводника: 1 – медная фольга; 2 –химическая  медь; 3- гальваническая медь; 4 – металлорезист.

 

18. Выбираем материал основания  МПП – СОНФ – 2 – 35

19. Выбор габаритных размеров  ПП.

а) Выбор типоразмера ПП.

площадь ПП определяют по формуле:

 

 

                          (1)

 

 

где k_SΣ= 1-3 коэффициент, зависящий от назначения и условий эксплуатации аппаратуры.

Установочная площадь, исходя из технического задания, нам неизвестна, тогда выполним расчеты для каждого  элемента в частности.

1. SQFP 24x24-184

S = 5 * (26,8*26,8) =  3591,2  мм²

2. SQFP 14x20-120

S = 1,8 * 24 = 43,2 мм²

3. 201.14-8

S = (18 * 10) * 3 = 540 мм²

4. PBGA – 169

S =Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

НАЗВАНИЕ ДОКУМЕНТА

 (23,20 * 23,20) * 2 = 1076,48 мм²

5. 0402 резистор

S = (1,5 * 0,6) * 4 = 3,6 мм²

6. 1206 конденсатор

S = (4 * 1,6) * 6 = 38,4 мм²

7. USBA-2J

S = 13 * 5,7 =  74,1 мм² 

8. PLS-20

S = 2 *14 = 28 мм² 

9. PBD2-30

S = 40 мм²  

10. CWF – 20

S = 5,7 * 17,5 = 99,75 мм² 

11. DB – 25F

S = 14,3 * 12,4 = 177,32 мм² 

Путем сложения всех площадей элементной базы получим значение общей  площади:

S_общ =  5672,05 мм² 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

НАЗВАНИЕ ДОКУМЕНТА

 

Принимаем k_SΣ = 2; S_Σ – установочная площадь ИМС; n – количество ИМС

 

S_Σ = 2 * 5672,05 * 25 = 283602,5 мм2

 

По ГОСТ 10317-79 подбираем  ширину и длину ПП. Принимаем:  ширина ПП  = 200 мм; длина ПП = 360 мм.