Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Информатика и системы управления
Кафедра:
Компьютерные системы и сети
Інформація про роботу
Рік:
2015
Тип роботи:
Курсова робота
Предмет:
Інші
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
Факультет Информатика и системы управления
Кафедра Компьютерные системы и сети
Курсовая работа на тему:
Конструкторско - технологическое проектирование печатных плат.
Вариант: 11
Студент: (Казаков В.Ю.) Группа ИУ'6-41.
Руководитель: (Бурак Б.А.)
Москва, 2002 г.
Оглавление
Введение 3
Исходные данные 3
Изучение технического задания на изделие 4
Назначение и объект установки ЭА 4
Условия эксплуатации ЭА 4
Выбор типа конструкции и класса точности ПП 5
Выбор типа конструкции ПП 5
Выбор класса точности ПП 6
Выбор материала основания ПП 8
Выбор габаритных размеров печатной платы 8
Выбор размера печатной платы 8
Определение длины электрических связей, числа слоев и толщины МПП 9
Расчет диаметра монтажных отверстий 12
Расчет элементов проводящего рисунка печатной платы 12
Выбор расстояния Q1 от края ПП до элементов печатного рисунка 13
Расчет расстояния от края паза, выреза, неметаллизированного отверстия до
элементов печатного рисунка 14
Расчет ширины печатных проводников 15
Расчет диаметра контактных площадок 17
Расчет расстояния между элементами проводящего рисунка 17
Технологические процессы изготовления печатных плат 18
Метод металлизации сквозных отверстий 18
Основные технологические операции 18
Использованная литература 21
Введение
Вопросы проектирования, конструирования и технологии изготовления печатных плат (ПП.) должны решаться в тесной взаимосвязи, так как для того, чтобы обеспечить функционирование электронной аппаратуры (ЭА), необходимы не только точность и надёжность но и учёт влияния внешней среды, эксплуатационных требований и т.п.
В производстве ЭА ПП выполняют функции несущей конструкции и коммутационной схемы, к ПП предъявляют те же требования, что и к конструкции ЭА.
Назначение ЭА, объект, на который её устанавливают, условия эксплуатации, элементная база, быстродействие и другие факторы обуславливают требования к конструкции и технологии изготовления ПП.
Исходные данные
Таблица 1
1
Группа ЭА
Самолетная
2
Класс жесткости при климатических воздей ствиях
2
3
Механические воздействия
а
Длительность удар ных импульсов, мс
—
б
Ускорение при мно гократных ударах, g
—
в
Ускорение при оди ночных ударах, g
—
г
Частота вибрации, Гц
50-120
д
Виброускорения, g
5
4
Специальные внешние воздействия
е
Пыль
—
ж
Соляной туман
—
3
Радиация
—
5
Конструкторская сложность
и
—
к
—
л
Высокая
6
Электрические параметры
м
Допустимое падение напряжения, В
0,5
н
Максимально допус тимый ток, мА
140
-
о Быстродействие, мкс
52*1 0'3
п Частота, МГц
—
Сопротивление изо-Р ляции, Мом
—
7
Способ закрепления ячейки в модуля более высокого конструктивного уровня
-Ь + 4-+
+++ заще
+ + + + + +
+
+ +
+
+ + + + + + мленная сторона
8
Число ИМС
52
9
Площадь ИМС
375
10
Число выводов ИМС
18
Изучение технического задания на изделие Назначение и объект установки ЭА
Печатная плата (ПП) изготавливается для первого уровня модульности -ячейки.
К электронной аппаратуре, относящейся заданному классу (самолетная), предъявляются следующие требования:
вибропрочность
ударопрочность
устойчивость к повышенной температуре
устойчивость к пониженной температуре
устойчивость к изменению температуры
Условия эксплуатации ЭА
Дестабилизирующие факторы в 1111 вызывают сложные физико-меха нические процессы, изменяющие физические (расширение, размягчение, обезгаживание, деформацию и т.д.) и электрофизические свойства материала
ПП (электропроводность, нагрузочная способность печатных проводников по току, диэлектрические свойства) и вызывающие отказы ЭА. Поэтому необ ходимо знать допустимые значения воздействующих факторов.
Для данной группы жесткости при климатических воздействиях допус тимы следующие значения воздействующих факторов:
Таблица 2
Воздействующий фактор
Значение
Температура, К
(Верхнее значение) 358
(Нижнее значение) 233
Относительная влажность, %
(При температуре до 308 К) 98
Перепад температур, К
233-358
Атмосферное давление, Па (мм. рт. ст.)
53600 (400)
Выбор типа конструкции и класса точности ПП
Степень конструкторской сложности функционального узла (ФУ) влияет на тип конструкции 1111 и метод изготовления. В зависимости от сложности ФУ применяют различные типы конструкции ПП: односторонние, двусторонние, многослойные 1111. От конструкторской сложности зависит и класс точности 1111. Класс точности и тип конструкции определяют метод изготовления ПП.
Выбор типа конструкции ПП
В данном ФУ применяются корпусные ИЭТ.
В качестве конструктивно-технологического направления монтажа необходимо выбрать монтаж корпусных ИМС и ЭРЭ.
Поскольку конструкторская сложность высокая (число ИМС 60>50), в данном ФУ должна быть использована многослойная печатная плата (МПП) с межслойными переходами.
Выбор шага координатной сетки зависит от шага расположения выводов большинства ЭРИ, устанавливаемых на ПП.
Выберем основной шаг координатной сетки 2,5 мм.
Для защиты элементов схемы от внешних воздействий (пыль, температура, вибрации) будем применять монтаж корпусных ИМС и ЭРЭ на ПП. Устанавливаться они будут по следующему варианту:
Рис. 1. Линейная графическая модель компоновочных структур ячеек ЭА: 1-коммутационная плата; 2-кристалл ИМС; 3 корпус ИМС.
Корпуса ИМС будем использовать стандартные, типа DIP.
Выбор класса точности ПП
Номинальные значения основных параметров для классов точности ПП:
Таблица 3
Обозначения
Класс точности
элементов
печатного
1
2
3
4
5
монтажа
t, мм
0,75
0,45
0,25
0,15
0,10
S, ММ
0,75
0,45
0,25
0,15
0,10
Ь, мм
0,30
0,20
0,10
0,05
0,025
y = d/H
0,40
0,40
0,33
0,25
0,20
А1,мм(без
+0,15
+0,10
+0,05
+ 0,03
0; -0,03
покрытия)
At, мм(с
+0,25
+0,15
+0,10
+0,05
+0,03
покрытием)
-0,20
-0,10
Т, мм (ОПП,
0,15
0,10
0,05
0,03
0,03
ДПП)
Т, мм
0,20
0,12
0,10
0,05
0,03
Где t - ширина проводника; s - расстояние между проводниками; b -минимально допустимая ширина контактной площадки; d - диаметр отверстия; Н - толщина ПП; At - предельное отклонение ширины печатного проводника; Т - позиционный допуск расположения печатных проводников.
Исходя из высокой насыщенности поверхности ПП изделия электронной техники (ИЭТ) выбираем 3-й класс точности ПП. Третий класс точности — идеальное соотношение цены и качества. Последнее очень необходимо в данных условиях эксплуатации. Малые габаритные размеры и высокая надежность необходимы ПП при ее эксплуатации в бортовой аппаратуре. Бортовая аппаратура в свою очередь связанна с повышенной опасностью.
Исходя из класса точности и типа конструкции ПП, в качестве метода изготовления ПП выбираем метод металлизации сквозных отверстий, который является основным методом изготовления ПП.
Рис.2
Конструкция печатного проводника показана на рис. 2.
Здесь (рис. 2)
медная фольга (толщина h = 18 мкм)
гальваническая медь (толщина h = 25 мкм)
металлорезист ( олово - свинец, толщина h = 25 мкм)
химическая медь (толщина h = 2..3 мкм)
Выбор материала основания ПП
При выборе материала основания 1111 необходимо обратить внимание на предполагаемые механические воздействия (вибрации, удары, линейное ускорение и т.п.); класс точности 1111 (расстояние между проводниками); реализуемые электрические функции; объект, на который устанавливается ЭА; быстродействие; условия эксплуатации, стоимость.
В качестве материала для основания 1111 следует взять стеклотекстолит теплостойкий армированный с алюминиевым протектором. (СТПА-5-1) (использование данного материала обусловлено требованиями к ЭА самолетной группы, методом изготовления ПП, классом точности).
Выбор габаритных размеров печатной платы
При выборе габаритных размеров ПП необходимо определить суммарные установочные площади ИЭТ функционального узла; определить максимально допустимую длину печатного проводника; определить площадь ПП с учётом рекомендуемого коэффициента заполнения 1111 для данной группы ЭА; рассмотреть несколько вариантов соотношения сторон ПП и выбрать длину и ширину ПП; определить толщину ПП; определить длину электрических связей, число слоев и толщину МПП.
Выбор размера печатной платы
Ориентировочно площадь ПП на можно определить по формуле :
и о
^ £ ~ /С s Z 2-4 *Ь yi
Где fcsj. - коэффициент, зависящий от условий эксплуатации и назначения аппаратуры; £ . - установочная площадь ИМС; п - число ИМС.
^,=375 мм2; n=52;fcr=l; Получаем: ^=19500 мм2;
Зная площадь печатной платы и задаваясь соотношением сторон определяем линейные размеры 1111, установленные ГОСТом 10317-79 из таблицы 4:
Таблица 4
Ширина, мм
Длина, мм
Ширина, мм
Длина, мм
Ширина, мм
Длина, мм
Ширина, мм
Длина, мм
20
30
60
90
100
120
140
150
40
100
130
200
30
40
140
ПО
150
150
150
40
60
150
.170
170
45
75
75
75
120
120
180
80
80
140
200
50
60
140
150
160
170
80
80
130
160
200
100
140
170
170
180
150
90
90
180
200
60
60
120
200
280
80
150
130
200
200
360
Выбираем ширину 120 мм, длину 170 мм.
Определение длины электрических связей, числа слоев и толщины МПП
Для Ml 111 длина электрических связей является функцией числа и координат контактных площадок, электрически связанных с выводами ИМС. Суммарная длина связей:
Lce=/3(Lx+Ly)nebieNM,
где |3 =(0,05-0,07) - коэффициент, учитывающий влияние ширины и шага проводников, эффективности трассировки. Подставляя исходные данные, получаем:
Lce = 0,06(120 +170)18 • 52 = 16286 мм
Зная суммарную длину связей, можно определить число логических (сигнальных) слоев МПП:
"юг =
где г]тр - коэффициент эффективности трассировки (пусть г\тр =0,95).
Получаем:
_ 0,06(120 +170)18 • 52 -2,5-52
' * ЛЛ» "~" , _ - - Э
лог
120-170-0,95
Учитывая, что в МПП наружные слои используются как монтажные, а экранные слои размещаются между логическими, общее число слоев определяем по следующей формуле:
псл=плог+(плог -1) + 2 = 2ллог +1 = 2-3 + 1 = 7
Зная число слоев, можно рассчитать толщину МПП:
п т
n=l m=l
где Нс - номинальное значение толщины слоя, мм (его выбирают из стандартного ряда толщин для конкретного материала; Нпр - толщина прокладок стеклоткани; па -число экранных слоев, если они входят в, конструкцию МПП; а — толщина экранного слоя; п - число сигнальных слоев; т — число прокладок.
Предельные отклонения на суммарную толщину МПП выбирают по ГОСТ в соответствии с таблицей 5.
Я =3-0.25 + 0.06-4 = 1лш
10
Таблица 5
Толщина МПП, мм
Предельные отклонения на суммарную толщину МПП, мм
До 1,5 вкл.
±0,2
От 1,5 до 3 вкл.
+0,3
От 3 до 4,5 вкл.
±0,5
Св. 4,5 ±0,65
При определении толщины ПП также необходимо учитывать собственную частоту 1111. При совпадении собственной частоты колебаний ПП с частотой возмущающих воздействий перегрузки значительно увеличиваются, поэтому собственная частота /0 не должна находиться в спектре частот внешних воздействий. Закрепление платы показано на рис. 1.
При этом /о рассчитывается с помощью следующих формул:
/0 = 1,57(1 /12д+1/12щ)Р, где
F- J-
2
г = ~———: — т- , J =
V лр V/* П1 UlflT ~г "*£ у\ /^ / £¥Н\ \l n ~h Iffj j
где kg - виброперегрузка, у - плотность материала 1111 (2,47x10 кг/м3), (3*52= 156 г) - суммарная масса установленных ИЭТ, цм - коэффициент Пуассона (0,22), Е - модуль упругости (3,02x1010), J - момент инерции. Подставим численные значения в формулы, получим:
j = — _ = 74,02
2-0,156-(0,122+0,172)
3 02-1 010 -7402 F = 6,02 1U /4,(Ц
- -
5(2.47 -103- 0,12 -0,17 + 0,156) -(1-0,222)
Ц 0,122
/0=1,57(— - + — -)- 38917 = 6357210 Гц «6,36 МГц 70 V2 2^
Как вы видим, собственная частота не попадает в диапазон частот воздействия (50 - 120 Гц). Поэтому выбранная толщина нам подходит. Она обеспечит высокую прочность основания ПП.
11
Расчет диаметра монтажных отверстий
Номинальный диаметр монтажных металлизированных и не металлизированных отверстий устанавливают, используя следующие соотношения:
d-\ M\HO>d3 +r
где dH.0. - нижнее предельное отклонение диаметра отверстия = -0,1 мм d3 - максимальное значение диаметра вывода ИЭТ (в нашем случае 0,5 мм), г - разность между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода (0,4 мм т.к. сборка автоматическая).
Мы получили d > 1 мм, и после сведения к предпочтительному ряду диаметров отверстий получили d = 1,1 мм.
Центры монтажных отверстий под не формуемые выводы многовыводных ИЭТ, межцентровые расстояния которых не кратны шагу координатной сетки, следует располагать таким образом, чтобы в узле координатной сетки находился центр по крайне мере одного из монтажных отверстий. При выборе элементной базы следует учитывать, что использование таких ИЭТ усложняет изготовление, контроль, сборку ячеек.
Расчет элементов проводящего рисунка печатной платы
При разработке конструкции ПП должны учитываться размеры элементов проводящего рисунка и их взаимное расположение, так как они влияют на электрические параметры ПП. К таким параметрам относятся: сопротивление проводников, допустимая токовая нагрузка, электрическая прочность и сопротивление изоляции, электрическая емкость.
От ширины проводников и расстояния между ними зависит погонная емкость, возникающая между параллельными проводниками и вызывающая паразитные связи (чем больше ширина проводника, тем больше емкость). От ширины (сечения) проводника зависит нагрузочная способность по току и
12
сопротивление проводников. От расстояния между проводниками -электрическая прочность изоляции. От соотношения ширины проводников и толщины ПП - емкость, волновое сопротивление (чем больше это соотношение, тем больше ёмкость и волновое сопротивление), а также эффективная диэлектрическая проницаемость материала основания ПП для проводников, лежащих на поверхности ПП Поэтому необходимо рассчитать:
Расстояние Q1 от края ПП до элементов печатного рисунка.
Расстояние Q2 от края паза, выреза, неметаллизированного отверстия до элементов печатного рисунка.
Ширину t печатных проводников.
Диаметр D контактных площадок.
Расстояние между соседними элементами проводящего рисунка:
расстояние S между соседними элементами проводящего рисунка;
наименьшее номинальное расстояние LHOM между центрами двух неметаллизированных отверстий;
наименьшее номинальное расстояние для размещения двух контактных площадок номинального диаметра в узком месте;
наименьшее номинальное расстояние для размещения печатного проводника номинальной ширины между двумя контактными площадками в узком месте;
наименьшее номинальное расстояние 1 для прокладки п проводников между двумя отверстиями с контактными площадками диаметром DlnD2.
Выбор расстояния Q1 от края ПП до элементов печатного рисунка
Расстояние Q2 должно быть не меньше толщины ПП с учётом допусков на размеры сторон, кроме экранов, шин земли, концевых печатных контактов, знаков маркировки.
Q1 > 1 мм
13
Расчет расстояния от края паза, выреза, неметаллизированного отверстия до элементов печатного рисунка
Это расстояние определяют по формуле:
где q - ширина ореола, скола в зависимости от толщины материала основания и класса точности ПП (0,25 мм); k - наименьшее расстояние от ореола, скола до соседнего элемента проводящего рисунка (не менее 0,15 мм для 3-го класса точности); TD - позиционный допуск расположения центров КП (0,15 мм); Td - позиционный допуск расположения осей отверстий (0,08 мм); AtB. о. - верхнее предельное отклонение размеров элементов конструкции (0,10 мм) - см. таблицы 6-8. Получаем:
Q2 = 0,25 + 0,1 5 + - (0,1 52 + 0,082 + ОД 2
= 0,499 мм
Таблица 6 Допустимая ширина поверхностных сколов и просветлений (ореолов)
Толщина материала основания ПП,
мм
Класс точности ПП
1
2
3
4
5
До 0,5 вкл
0,3
0,3
0,15
0,15
0,1
св. 0,5 до 0,8 вкл
0,5
0,5
0,2
0,2
0,15
св. 0,8 до 1,0 вкл
0,8
0,8
0,25
0,25
0,2
св. 1,0 до 1,5 вкл
1,0
1,0
0,35
0,35
0,25
св. 1,5 до 2,0 вкл
1,2
1,2
0,5
0,5
0,35
св. 2,0 до 2,5 вкл
1,4
1,4
0,7
0,7
0,5
св. 2,5
1,7
1,7
0,8
0,8
0,6
14
Таблица 7
Позиционные допуски расположения центров КП.
Вид изделия
Размер ПП по большей стороне, мм
Значение позиционного допуска по классам точности
1
2
3
4
5
опп, дпп,
ТПК, МПП (наружный слой)
до 1 80 вкл. св. 180 до 360 св. 360
0,35 0,40 0,45
0,25 0,30 0,35
0,15 0,20 0,25
0,10 0,15 0,20
0,05 0,08 0,15
МПП (внутренний слой)
до 180 от 180 до 360 св. 360
0,40 0,45 0,50
0,30 0,35 0,40
0,20 0,25 0,30
0,15 0,20 0,25
0,10 0,15 0,20
Таблица 8 Позиционные допуски расположения осей монтажных отверстий.
Значение допуска по классам
Размер ПП по большей стороне
точности
1
2
3
4
5
до 180
0,20
0,15
0,08
0,05
0,05
от 180 до 360
0,25
0,20
0,10
0,08
0,08
св. 360
0,30
0,25
0,15
0,10
0,10
Расчет ширины печатных проводников
Ширину печатного проводника определяют в зависимости от электрических, конструктивных и технологических требований.
Наименьшее номинальное значение ширины t, мм, печатного проводника рассчитывают следующим образом:
t = tminD+ | AtH.0. |,
где tminD - минимально допустимая ширина проводника, рассчитываемая в зависимости от допустимой токовой нагрузки; A tH о - нижнее предельное отклонение размеров ширины печатного проводника (0,1 мм).
15
Если конструкция проводника состоит из нескольких слоев меди и дополнительного покрытия, удельные сопротивления которых значительно отличаются один от другого, и их толщины соизмеримы, то минимально допустимую ширину проводника с учетом допустимого падения напряжения на нем определяют следующим образом:
don
'minD
и.
где Imax - максимально допустимый ток, протекающий в проводниках, = ЮО мА, р! и hj - удельное сопротивление слоя; 1 - максимально допустимая длина проводника (считаем что ПП работает на низкой и средней частоте (до 1 МГц), 1 = 30 мм); идоп = 0,3 В. Значения pi берем из таблицы 9:
Таблица 9
Металл
Ом -мм/мм2
Медная фольга
0,0172
Гальваническая медь
0,0190
Химическая медь
0,0280
Олово
0,1200
Серебро
0,0159
Золото
0,0222
Никель
0,0780
Палладий
0,1080
Проведем расчеты:
'mmD
20
0,3
25
15
= 0,0962 мм
Следовательно, используем значение tmjnD = 0,096 мм.
t = 0,096 + 0,1 =0.196 мм.
16
Расчет диаметра контактных площадок.
Все монтажные отверстия располагаются в зоне КП. Они могут иметь произвольную форму. Предпочтительной является круглая форма. Наименьшее номинальное значение диаметра КП D под выбранное отверстие рассчитывают так:
D = (d + MeJ + 2-b + Arg.0. + 2 - Mmp + JT* + Td2 + Atl
где b - гарантийный поясок (0,10 мм); AdTp - величина протравления диэлектрика в отверстии (равно 0,03 для МПП). После расчетов получаем: D=(l,l + 0,1)4-0,2+0,25+0,06+0,177=1,9 мм.
Расчет расстояния между элементами проводящего рисунка.
Расстояние между соседними элементами проводящего рисунка устанавливают в зависимости от электрических, конструктивных и технологических требований.
Наименьшее номинальное расстояние между элементами проводящего рисунка (между двумя проводниками)
eo
где SminD - минимально допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка (0,15 мм); ti - позиционный допуск расположения печатных проводников (0,10 мм).
Наименьший номинальный диаметр контактной площадки - 1,8 мм.
После расчётов получаем: S = 0,15+0,05+0.05=0,25 мм.
17
Технологические процессы изготовления печатных плат Метод металлизации сквозных отверстий Основные технологические операции
Получение заготовок слоев.
Получение рисунка схемы слоев.
медная фольга
Рис.3
Травление меди с пробельных мест.
Удаление маски.
медная фольга
\
Рис.4
Образование базовых отверстий.
Прессование слоев Ml 111.
Образование металлизируемых отверстий.
медная фольга
^
Рис.5
18
химическая медь медная фольга
8. Химическая очистка отверстий.
Рис.6
9. Химическая металлизация отверстий.
Ю.Гальваническая металлизация отверстий.
химическая медь медная фольга
гальваническая медь
Рис.7
1 1. Гальваническая металлизация платы. 12. Получение рисунка схемы.
гальваническая медь
химическая медь медная фольга
13.Гальваническая металлизация рисунка.
19
Рис.8 И.Нанесение металлорезиста на рисунок.
гальваническая медь
металлорезист (олово-свинец) химическая
медная фольга
Рис.9
15.Удаление маски.
16. Травление меди с пробельных мест.
гальваническая медь
медная фольга
металлорезист (олово-свинец) химическая медь
17.Удаление маски.
Рис. 10
20
18. Оплавление металлорезиста.
гальваническая медь
медная фольга
металл орезист (олово-свинец) химическая:
Рис. И
19.Обработка платы по контуру. 20.Маркирование платы. 21 .Нанесение защитного покрытия. 22.Контроль платы.
Использованная литература
1. ПироговаЕ.В.
"Методические указания к домашнему заданию по конструкторско-технологическому проектированию печатных плат " МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999 г.
2. Шерстнев В.В.
"Конструирование и микроминиатюризация ЭВА" М.: Радио и связь, 1984 г.
21
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора