5.1. Расчет компоновочных параметров

В компоновочный расчет входит расчет массы и габаритных размеров печатной платы и всего изделия.

Для модульной конструкции узлов выполним отдельно платы кварцевого генератора и умножителя частоты.

Для расчета массы необходимо суммировать массу всех элементов.

Площадь печатной платы (Sпп) рассчитывается по формуле

где Sвсп - площадь вспомогательных участков,

Кдез - коэффициент дезинтеграции,

Si- установочные площади элементов,

n – количество элементов.

Для определения установочной площади элемент заменяют эквивалентной фигурой (прямоугольником), в которую может быть вписан данный элемент вместе с устройствами крепления и монтажа (см. рисунок 5.3).

Рис. 5.3.

Принципиальная электрическая схема разбивается на функционально связанные группы, составляется таблица соединений, производится размещение навесных элементов в каждой группе. Группа элементов, имеющая наибольшее количество внешних связей, размещается вблизи разъёма. Группа элементов, имеющая наибольшее число связей с уже размещённой группой, размещается рядом с ней и т.д.

При размещении ЭРЭ на печатной плате необходимо учитывать следующее:

1) полупроводниковые приборы и микросхемы не следует располагать близко к элементам, выделяющим большое количество теплоты, а также к источникам сильных магнитных полей (постоянным магнитам, трансформаторам и др.);

2) должна быть предусмотрена возможность конвекции воздуха в зоне расположения элементов, выделяющих большое количество теплоты;

3) должна быть предусмотрена возможность лёгкого доступа к элементам, которые подбирают при регулировании схемы.

Данные для расчета приведены в таблицу 1

Таблица 1 Автогенератор

Наименование элемента	Кол-во шт.	Масса 1-го эл-та	Общая масса	Размеры			Площадь 1-го эл-та		Общая площадь
		mi, г	Мi, г	АВ, мм			Si, мм^2		Si, мм^2
Резисторы – МЛТ-0,125	4	0,15	0,6	6	3	18		72
Транзисторы:
ГТ311	1	2	2	23	11	253		253
Кварцевый резонатор РКМ-14	1	3	3	26,7	10,7	285,69		285,69
Конденсаторы керамические	5	0,2	1	7	2	14		70
индуктивности	1	1,2	1,2	10	5	50		50
			7,8					730,69

Данные, приведенные в таблице взяты из справочников [6], [7].

Суммировав массу всех элементов и площадь всех элементов получим

М_ЭЛ=7,8 г, S_ЭЛ=730,7 мм²

Используя коэффициент заполнения по площади можно рассчитать размеры печатной платы

S_ПП===1461,4 мм²,

где К_З – коэффициент заполнения по площади К_З=(0,3-0,8).

m-количество сторон монтажа (1,2)

Выберем размеры одной печатной платы 50501,5 мм.

Зная ориентировочные размеры печатной платы можно рассчитать ее массу:

М_ПП=rhAB= 1,6*0,15*5*5 = 6 г

где А = 5 – длина платы, см;

В = 5 – ширина платы, см;

h = 0,15 – толщина платы, см;

r – плотность материала платы (для стеклотекстолита r  1,6 г/см3).

Тогда общая масса изделия будет состоять из массы печатной платы М_ПП, масса элементов М_ЭЛ и массы прочих деталей (корпуса, радиаторов охлаждения и т.д.) М_ДЕТ:

М_ИЗД=М_ПП+М_ЭЛ+М_ДЕТ= 6+7,8+10 = 23,8 г.

5.2. Расчет конструктивно-технологических параметров печатной платы

Для первого класса точности ширина печатного проводника t_П=0,5 мм, расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка S=0,5 мм, сопрягающие размеры контура печатной платы должны иметь предельное отклонение по 14 квалитету ГОСТ25347-82, толщина печатной платы (ПП) 1,5 мм, диаметр монтажных и переходных отверстий должен соответствовать ГОСТ10317-79. Предпочтительные размеры отверстий выберем из ряда 0,7; 0,8; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5; 1,8; 2,0 мм, а переходных отверстий из ряда 0,7; 0,9; 1,1 мм.

Произведем расчет параметров ПП:

- номинальное значение диаметра отверстия:

d=d_Э+r+d_Н,

где d_Э – диаметр вывода элемента;

d_Н – нижнее предельное отклонение диаметра отверстия (d_Н=0,1 мм);

r – разница между диаметром отверстия и диаметром вывода элемента (r=0,2 мм).

Необходимо рассчитать два значения величины d, т.к. в устройстве применены ЭРЭ с различным d_Э: d_Э^'= 0,9 – для резисторов, диодов, конденсаторов, транзисторов ГТ311 и т.д., d_Э^''=1,1 – для катушек индуктивности и т.д.:

d^'= 0,9+0,2+0,1=1,2 мм,

d^''=1,1+0,2+0,1=1,4 мм

Из ряда выбираем d^'=1,3 мм, d^''=1,5 мм

- номинальное значение ширины проводника

t_НОМ=t+(t_Н)=0,5+0,1=0,6

где t – минимально допустимая ширина проводника (t=0,5 мм);

- номинальное расстояние между соседними элементами проводящего рисунка

S_НОМ=S+t_В=0,5+0,1=0,6

где S – минимально допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка (S=0,5 мм);

t_В – верхнее предельное отклонение ширины проводника (t_В=0,5 мм);

- диаметральное значение позиционного допуска на расположение проводника относительно номинального положения (Х_L=0,03 мм);

- центры монтажных и переводных отверстий ПП необходимо располагать в соответствии с ГОСТ10317-79;

- диаметральное значение позиционного допуска расположение центров отверстий относительно номинального положения узла координатной сетки (Х_d=0,08 мм);

- предельное отклонение значения номинального расстояния между центрами отверстий ПП определяется как полусумма позиционных допусков расположения этих отверстий;

- диаметральное значение позиционного допуска Х_Р расположение контактных площадок относительно его номинального положения Х_Р=0,2 мм;

- минимальный диаметр контактных площадок

,

где в – гарантированный поясок наружного отверстия (слоя), в=0,1 мм.

мм

мм;

- минимальное расстояние для прокладки n-го количества проводников между двумя отверстиями с контактными площадками D₁ и D₂:

L=0,5(D₁+D₂)+t_НОМn+S_НОМ(n+1)+Х_L=3,74мм

- диаметр монтажных отверстий после металлизации:

d_м=d_Э+(0,14…0,3)

d_м^’=0,9+0,14=1,04 мм

d_м^’’=1,1+0,14=1,14 мм;

- диаметр сверления отверстий под металлизацию:

d_СВ=d_м+(0,1…0,15)

d^’_СВ=1,04+0,1=1,14 мм

d^’’_СВ=1,14+0,1=1,24 мм.

При изготовлении ПП целесообразно использовать комбинированный позитивный метод. На медную фольгу диэлектрика наносится рисунок схемы, а не затененные участки фольги стравливаются, затем производится дополнительное химико-гольваническая металлизация монтажных отверстий. Этот метод не требует дополнительных материалов и оборудования, отсутствует возможность срыва монтажных площадок при сверлении.

Комбинированные методы заключаются в химическом травлении фольгированного диэлектрика с последующей металлизацией сквозных отверстий. Для них характерна минимальная ширина печатных проводников и расстояний между ними. Основными технологическими операциями при изготовлении плат комбинированным позитивным методом являются:

1 Изготовление заготовки

2 Нанесение позитивного рисунка схемы в слое светочувств. эмульсии и защита схемы лаком.

3. Сверление отверстий.

4. Химическое осаждение меди в отверстия.

5. Гальваническое меднение.

6. Удаление защитного слоя лака.

6. Лужение припоем ПОСВ-50 или электрохимическое серебрение.

7. Травление фольги.

Недостатком метода является ухудшение электроизоляционных свойств материала основания в результате двойного воздействия химических веществ (травление, гальваническая металлизация сквозных отверстий).

Топология печатных плат и расположения элементов приведены на соответствующих чертежах.