Материал: Конструкція пристрою попереднього підсилювача

.4.1.1 Розрахунок площі і габаритів плати

На друкованій платі, що проектується, встановлено 94 елементи.

Для резисторів типу С2-23 площа встановлення складає 20 мм2. Отже площа, яку займають постійні резистори на платі становить:

= 46 20 = 920 мм2.

Для резисторів типу С3-39 площа встановлення складає 120 мм2. Отже площа, яку займають постійні резистори на платі становить

= 100 120 = 1200 мм2.

Для конденсаторів типу К10-17 площа встановлення складає 21 мм2. Отже площа, яку займають конденсатори:

С1 = 14 21 = 294 мм2.

Для конденсаторів типу К50-35 площа встановлення складає 40 мм2. Отже площа, яку займають конденсатори:

С2 = 4 40 = 160 мм2.

Для діодів типу КС156А та КД281А повна площа встановлення:Д= 6 16 = 98 мм2.

Для транзисторів типу КТ814А, КТ315А, КТ361Д повна площа встановлення:

транз = 8 24 = 192 мм2.

Для запобіжника ВПТ 19-0.5А повна площа встановлення:

зап = 1 49 = 49 мм2.

Для трансформатора ТПП-232-127/220-50 повна площа встановлення:

тр = 1 3604 = 3604 мм2.

Таким чином, друкована плата повинна мати площу

ДП = 6553 *(2…4)= 13106 мм2.

Приймемо розміри сторін плати 115*115 мм, та її площу 13225 мм2.

2.4.1.2 Розробка топології та компонування друкованої плати

Установка навісних елементів на друкованій платі здійснюється згідно з ОСТ4.ГО.010.030 та ОСТ4.ГО.010.009. При розташуванні елементів необхідно враховувати наступні фактори: забезпечення високої надійності, мінімізація габаритних розмірів, забезпечення відведення тепла та ремонтопридатності.

Під час трасування провідників необхідно досягти мінімальних довжин зв’язків, мінімізації паразитних зв’язків між провідниками та елементами і, якщо можливо, то потрібно виконати рівномірне розподілення навісних елементів на платі.

У зв’язку із складним трасуванням вибираємо крок координатної сітки 1,25 мм. Координатну сітку на початок координат розташовуємо згідно з ГОСТ 2.417-78. Далі всі операції здійснюємо автоматизовано, використовуючи систему автоматизованого проектування OrCAD 13.2.

Розробку друкованої плати починаємо, завантаживши OrCAD Layout, і вибравши опцію File / New.

Спершу вводимо ім’я технологічного шаблону - default.tch із робочої папки (він належить до стандартного набору OrCAD).

Далі вибираємо із робочої директорії файл списку з’єднань dostup.mnl, в якому у вигляді таблиці описано усі електричні з’єднання між елементами для трасування.

Після цього задаємо назву файлу плати, яку створимо - він матиме розширення *.max; для спрощення називаємо його dostup.max.

Під час завантаження списку з’єднань для кожного символу схеми в бібліотеках корпусів компонентів *.LLB (Footprint Libraries) обирається відповідний корпус (що контролюється за допомогою атрибута PCB Footprint чи з допомогою файлу System.prt).

Натисненням на панель Link existing footprint to component, після відкриття діалогового вікна, обрали ім’я бібліотеки і корпуса, зображення якого підходить для реле, оскільки для них не виявилось зарезервованого посадкового місця. Після завершення завантаження списку з’єднань на робочому екрані OrCAD Layout отримали корпуси компонентів даного проекту з електричними зв’язками.

Задаємо в меню Options / Sistem Settings міліметрову сітку поля, що дозволить зручніше рисувати та здійснювати розміщення компонентів.

Обираємо команду Tool / Obstacle / New і рисуємо межу для розміщення компонентів і трасування. Обираємо прямокутний профіль для плати.

Далі розміщуємо компоненти, які повинні мати фіксовані посадочні місця на платі. Це - роз’єми, реле. Здійснюємо цю операцію за допомогою команди Tool / Component / Select Tool - по черзі ставимо компоненти на відповідне місце, обов’язково фіксуючи їх натисканням клавіші L , щоб після автоматичного розміщення вони не змістилися.

Потім командою Auto / Place / Board задаємо програмі самій розмістити компоненти, що лишилися, у вільну задану область.

Тепер задаємо в закладках ширину провідників тощо, щоб перейти до безпосереднього трасування плати.

За командою Options > Route Strategies > Route Layers у таблиці трасування відключаємо два “зайвих” шари - адже плата має бути двосторонньою. Після цього командою Options > Colors залишаємо видимими тільки чотири шари: Global Layer, TOP, SSTOP, SSВОТТОМ. Першим малюються габарити друкованої плати (вони збігаються іноді з межею трасування), наступний є шаром, в якому здійснюється трасування, а третій - в якому здійснюються написи на платі та рисуються компоненти.

Командою Auto / Autoroute / Board запускаємо на виконання програму автоматичного трасування плати. Глобальні параметри стратегії автотрасування задані в діалоговому вікні, яке відкривається по команді Options > Route > Setting. Всі інші параметри задані в діалогових вікнах, що відкриваються по командах Options > Route Strategies.

По закінченню трасування здійснюємо редагування позначень елементів на платі за допомогою команди Tool / Text / Select Tool, та оформляємо креслення згідно з вимогами ДЕСТУ.

Топологічне креслення, компонування друкованої плати зображено на кресленні друкованої плати додатках.

Топологічне креслення друкованої плати зображено в додатку 1 і 2.

Компонування плати представлена в додатку 3.

2.4.1.3 Технологія виготовлення друкованих плат

Усі процеси виготовлення друкованих плат можна поділити на: субстрактивні, адитивні, напівадитивні.

Субстрактивний процес - одержання провідного рисунка полягає у вибірковому видаленні ділянок провідної фольги методом травлення.

Адитивний процес - полягає у вибірковому осадженні провідного матеріалу на основу плати.

Напівадитивний процес - передбачає попереднє нанесення тонкого провідного покриття, який потім видаляється з місць, де є проміжки.

Згідно ГОСТ 2375-86 конструювання друкованих плат здійснюється з врахуванням слідуючи методів виготовлення:

-    хімічний - для двосторонніх друкованих плат;

-        позитивний комбінований - для двосторонніх друкованих плат з металізованими монтажними отворами.

Двосторонні друковані плати, як правило виготовляються з допомогою позитивного комбінованого метода, який передбачає експонування рисунка друкованих елементів з фотопозитива. Технологічний процес виготовлення друкованої плати даним методом добре відпрацьований й добре забезпечений технологічним обладнанням.

Комбінований метод є об’єднанням хімічного і електрохімічного методів. Вихідним матеріалом служить фольгова ний з обох сторін діелектрик, тому провідний рисунок отримують витравленням міді, а металізація отворів проводиться завдяки хімічному мідненню з наступним електрохімічним нарощуванням шару міді. Пайка виводів ЕРЕ проводиться завдяки заповненню отворів припоєм в платі. Комбінований метод складається зі слідуючи основних операцій: різка заготовок і хіміко-механічна підготовка поверхні, отримання захисного рисунку, нанесення захисної лакової плівки, свердління і зенківка отворів, хімічне міднення і видалення лакової плівки, гальванічне міднення в два прийоми. Даний спосіб характеризується значною трудоємністю, так як в процесі доволі багато ручних операцій [15].

Підготовка поверхні перед нанесенням фоторезисту включає в себе хімічне обезжирення, яке відбувається в розчинах тринатрійфосфату. Температура розчину 40-60°С, тривалість обробки 2-5 хвилин.

Виготовлення друкованої плати за наступним технологічним процесом:

виготовлення заготовки фольгованого склотекстоліту шляхом різки листа дисковими фрезами діаметром d=100мм і товщиною 3мм. Швидкість різки 100-120 мм/с;

підготовка поверхні до нанесення фоторезисту. Механічна і хімічна очистка поверхні мідної фольги, зачистка мідним наждаком, промивка в проточній воді, обробка в 5-7% розчині НСl на протязі 30 с, промивка;

нанесення фоторезисту поливом на поверхню фольги з центрифугуванням і сушкою. Швидкість центрифуги 80-100 об./хв., температура сушки 35-40°С;

експонування друкованого рисунку проводиться в копіювальній рамці на протязі 8-10 хвилин;

проявлення захисного позитивного рисунку друкованої плати здійснюється теплою водою (t=40-50°C) у ванні з ультразвуковим коливанням;

задублення захисного рисунку проводиться хімічним шляхом у розчині 3% хромового ангідриду;

травлення (видалення) міді з незахищених ділянок фольги здійснюється у травильному агрегаті КТ-38 на протязі 15-18 хвилин, обробка плати водним розчином FeCl3 з наступною промивкою в холодній воді;

покриття лаком, сушка при температурі 20-30°С на протязі 6 годин;

свердління отворів;

зенківка свердлом діаметром 1,25мм;

активування поверхні розчином хлорного олова;

хімічне міднення 40% розчином мідного купоросу на протязі 20 хвилин;

зняття захисного лаку ацетоном;

сушка;

покриття сплавом РОЗЕ методом занурення у ванну при температурі t=95°C.

2.4.1.4 Вибір матеріалу друкованої плати

До матеріалу висуваємо наступні вимоги:

а) висока технологічність;

б) високі електрофізичні властивості;

в) можливість працювати в умовах вакууму;

г) забезпечення високої адгезії;

д) мінімальні механічні короблення.

Найчастіше для виготовлення друкованої плати використовують склотекстоліт і гетинакс, марок:

а) ГФ - фольгований гетинакс;

б) СФ - фольгований склотекстоліт;

в) ФГС - склотекстоліт фольгований травильний;

г) СФПН - склотекстоліт фольгований нагрівостійкий;

д) СТФ - склотекстоліт теплостійкий.

Товщина ж друкованої плати визначається товщиною вихідного матеріалу і вибирається залежно від елементної бази та навантажень.

Більша частина деталей пристрою розміщена на друкованій платі,

Плата несе механічне навантаження, тому слід вибрати склотекстоліт товщиною 1,5 мм. Граничне відхилення такої товщини листа склотекстоліту складає 0,2 мм.

Таблиця 2.6 Властивості матеріалів друкованих плат

Отже, такі характеристики має склотекстоліт. Тому за матеріал для друкованої плати обираємо склотекстоліт фольгований двосторонній марки СФ-2-35-1,5 ГОСТ 10316 - 78, який має товщину фольги 35 мкм, товщина матеріалу з фольгою 2 мм. Він застосовується для виготовлення двосторонніх та односторонніх друкованих плат. Цей матеріал являє собою шаруватий пресований пластик, виготовлений на основі тканини із скляного волокна, насиченого термореактивними смолами й облицьованого з двох сторін мідною електричною фольгою.

Для ізоляції корпусу застосовуємо матеріали пластмас ТУ 812.362 СМЗ.

Плати бувають односторонні, двосторонні (із з’єднанням шарів та без нього) та багатошарові (з послідовним з’єднанням шарів, з попарним з’єднанням шарів і з наскрізними отворами).

Односторонні плати характеризуються:

а) установкою радіоелементів безпосередньо на поверхню матеріалів;

б) можливим використанням додаткових перемичок (до 5%);

в) низькою вартістю і 1-2-ми класами щільності.

Двосторонні плати характеризуються:

а) високими комутативними якостями;

б) підвищеною міцністю з’єднання;

в) більш високою вартістю.

Даний пристрій має у своєму складі мікросхеми та більше 50 інших елементів, причому крок складає 1,25 мм. Тому, щоб полегшити трасування, оберемо двосторонню плату - це дозволить уникнути зайвих перемичок та спростить електронного трасування у пакеті САПР.

2.4.1.6 Вибір класу точності друкованої плати

Для даного виробу, з огляду на те, що крок координатної сітки, згідно ГОСТ 10317-82, становить 1,25 мм, і трасування ускладнене, оптимальним варіантом буде вибір 3-го класу точності друкованої плати.

Даний клас характеризується наступними елементами конструкції:

а) ширина провідника в широких місцях _________________0,45 мм;

б) ширина провідника у вузьких місцях __________________0,25 мм;

в) відстань між двома провідниками _____________________0,25 мм;

г) гарантійний поясок зовнішнього шару _________________0,1 мм;

д) гарантійний поясок внутрішнього шару _______________0,05 мм.

В широких місцях ширина провідника задається наступним класом - для третього це буде другий клас.

2.4.2 Розрахунок діаметрів контактних площадок

Діаметр контактних площадок розраховується залежно від діаметрів отворів за формулою:

DКП = dотв + Δdотв+2*в + Dtв+Dtтр+

де dотв- діаметр отвору;

Δdотв- верхній допуск на діаметр отвору;

в - ширина гарантійного пояска;

Dtв- верхній допуск на ширину провідника;

Dtтр- допуск на підтравлювання діелектрика в отворі;

Тd - позиційний допуск розміщення отворів;

ТD- позиційний допуск розміщення центрів контактних площадок;

Dtнв- нижній допуск на ширину провідника.

Для двосторонньої плати третього класу значення параметрів наступні:

Δdотв = 0 мм; в = 0,1 мм; Dtв = 0,1 мм; Dtтр = 0; Тd = 0,08 мм; ТD = 0,15 мм; Dtнв = 0,1 мм.

Визначаємо загальний допуск:

ΔDКП = 0 + 2*0,1 + 0,1 + 0 +  = 0,5 (мм).

Діаметри отворів розраховуються за формулою:

= dвив + (0,2...0,4)

вив - діаметри виводів радіоелементів.

В даному приладі елементи мають наступні діаметри виводів (за таблицею 2.5):

,5; 0,6; 0,8 мм.

Здійснюємо оптимізацію діаметрів отворів:= 0,5 + 0,3 = 0,8 мм;= 0,6 + 0,2 = 0,8 мм;= 0,8 + 0,3 = 1,1 мм.

Маємо два діаметри отворів:= 0,8 мм;= 1,1 мм.

Знаходимо діаметри контактних площадок:= 0,8 + 0,5 = 1,3 мм;= 1,1 + 0,5 = 1,6 мм.

В даному пункті були розраховані діаметри контактних площадок, що дорівнюють 1,3 мм та 1,6 мм.

2.4.3 Розрахунок ширини провідників

Розрахунок ширини провідників проводиться для шин живлення та для інформаційних провідників.

Для шин живлення:

Bmin = [мм]

де jДОП - допустима густина струму, для двосторонньої плати, виготовленої комбінованим методом, jДОП = 48 А/мм2,- товщина провідника, t = 35 мкм,мах - максимальний постійний струм, який проходить через провідник, Імах = 0,15 А. Обчислюємо:

Вmin =  мм = 89 мкм ( < 250 мкм).

Визначимо мінімальну ширину провідника з умови допустимого падіння напруги :

=

де r - питомий опір провідників, r = 0,0175Ом ∙ мм2/м;

Імах - струм, який проходить по провіднику, Імах = 0,15 А;мах -максимальна довжина провідника, lмах = 0,15 м;доп - допустиме падіння напруги (становить 5% від напруги живлення Uдоп = 24∙0,05 = 1,2 В);- товщина провідника.=мм = 9 мкм ( < 250 мкм).