Курсовая работа (т): Блок выравнивания порядков и сдвига мантисс

Вывод: на основе проведённого анализа электрической принципиальной схемы модуля и элементной базы можно сделать вывод о том, что предположительной конструкцией ПП будет двухсторонняя ПП.

2.1.3 Выбор типа конструкции печатной платы

По ГОСТ 23751-86 предусмотрены следующие типы конструкции ПП:

-       односторонние ПП. Применяются в бытовой технике, технике связи и в блоках питания на электрорадиоэлементах (ЭРЭ). Имеют низкую стоимость, высокую надёжность, низкую плотность монтажа;

-       двухсторонние ПП. Применяются в измерительной, вычислительной технике управления и автоматического регулирования, технике связи, высокочастотной технике;

-       многослойные ПП. Применяются в технике управления и автоматического регулирования, вычислительной и бытовой аппаратуре для коммутации БИС, СБИС, МСБ и ИМС в ЭА с высоким действием по быстродействию, плотностью монтажа, волновому сопротивлению, времени задержки сигнала и т.д.;

-       гибкие ПП, ГЖП и ГПК. Применяются в ЭА высокой степени надёжности при реализации уникальных и сложных технологических решений.

Вывод: разрабатываемый блок имеет среднюю функциональную и высокую конструктивную сложность, но т.к. предпочтение отдаётся функциональной сложности, то модуль будет реализован на двухсторонней ПП.

Определим группу жёсткости по таблице:

Таблица. Допустимые значения воздействующих факторов по группам жёсткости

Вывод: исходя из того, что разрабатываемый блок применяется в железнодорожных перевозках, воздействующие факторы не имеют широкого диапозона, ПП относится к 2 группе жёсткости.

2.1.4 Выбор класса точности ПП

ГОСТ 23751-86 устанавливает 5 классов точности ПП, каждый из которых характеризуется допустимым значением номинальной ширины проводника, расстоянием между проводниками и другими параметрами. Ниже приведена таблица параметров для класса точности ПП.

электрический блок проводник мантисса

Примечание. t - наименьшая номинальная ширина проводника; S - наименьшее номинальное расстояние между проводниками; b - минимально допустимая ширина контактной площадки; d - номинальное значение диаметра наименьшего металлизированного отверстия; H - толщина ПП; ∆t - предельное отклонение ширины печатного проводника, контактной площадки, концевого печатного контакта и др.;  - позиционный допуск расположения печатного проводника относительно соседнего элемента проводящего рисунка.

Область применения классов точности:

-       1 и 2 классы - для ПП с дискретными ЭРИ при малой и средней насыщенности поверхности ПП ЭРИ;

-       3 класс - для ПП с МСБ и ЭРИ, имеющих штыревые и планарные выводы, а также с безвыводными ЭРИ при средней и высокой насыщенности поверхности ПП ЭРИ;

-       4 класс - для ПП с ЭРИ и ПМК, имеющих штыревые и планарные выводы, а также с безвыводными компонентами, при средней и высокой степени насыщенности поверхности ПП ЭРИ и ПМК;

-       5 класс - для ПП с БИС и МСБ, имеющих штыревые и планарные выводы, ПМК при очень высокой насыщенности поверхности ПП ЭРИ и ПМК.

Печатные платы 1 и 2 классов точности наиболее просты в исполнении, надёжны в эксплуатации и имеют минимальную стоимость; для ПП 3 класса точности необходимо использовать высококачественные материалы, более точный инструмент и оборудование; для ПП 4 и 5 классов - специальные материалы, прецизионное оборудование, особые условия при изготовлении; ПП 6 и 7 классов - это высокоплотные ПП, для которых нужны специальные конструкции, материалы и технологическое оснащение.

Вывод: разрабатываемый блок состоит из микросхем 555 серии, которые имеют высокое быстродействие и хорошую надёжность. Он применяется в железнодорожный транспорт, поэтому также важны и габаритно-массовые характеристики. Таким образом, выберем 3 класс точности. Печатные платы 3-гo класса - наиболее распространенные, поскольку, с одной стороны, обеспечивают достаточно высокую плотность трассировки и монтажа, а с другой - для их производства требуется стандартное, хотя и специализированное, оборудование.

2.1.5 Выбор метода изготовления ПП

Выбрав тип конструкции и класс точности ПП, зная элементную базу и конструктивную сложность, можно определить метод изготовления ПП.

Двухстороннюю печатную плату средней конструктивной сложности 3 класса точности изготовим комбинированным позитивным методом.

2.1.6 Выбор материалов для изготовления ПП

Создание современной ЭА неразрывно связано с разработкой и освоением новых материалов. При выборе материалов ПП необходимо разделять базовые и расходные материалы.

К базовым материалам относятся:

-       фольгированные и нефольгированные диэлектрики, керамические и металлические материалы, из которых изготавливают основание ПП;

-       изоляционный прокладочный материал (склеивающие прокладки-препреги), используемые для склеивания МПП;

-       защитные полимерные лаки и защитные покровные плёнки;

-       проводниковые материалы для изготовления ГПП, ГНК и ГЖП.

К расходным (технологическим) материалам относятся:

-       припои и флюсы;

-       фоторезисты;

-       специальные трафаретные краски;

-       защитные маски;

-       электролиты меднения, травления и пр.

Все расходные материалы должны быть экономичны и безопасны для окружающей среды, поэтому в разрабатываемом блоке будет использоваться припой, не содержащий свинца.

.1.6.1 Выбор базовых материалов

.1.6.1.1 Выбор материала основания ПП

Материал основания ПП должен обладать следующими свойствами:

-       хорошая электроизоляция;

-       высокая механическая прочность;

-       высокая термостойкость;

-       устойчивость к агрессивным технологическим средам;

-       хорошая обрабатываемость;

-       стабильность электрических и механических параметров ПП при климатических воздействиях;

-       низкая стоимость.

Исходя из того, что проектируемая аппаратура применяется в железнодорожных перевозках и эксплуатируется при высоких значениях механических нагрузок и жестких климатических условий необходимо использовать стеклотекстолит фольгированный повышенной нагревостойкости.

Выбранный материал: стеклотекстолит теплостойкий негорючий фольгированный с гальваностойкой фольгой СТНФ-2-35, ГОСТ 10316-78.

2.1.6.1.2 Определение толщины основания ПП

Толщину основания ПП определяют из соотношения:

где:

толщина ПП;

номинальное значение диаметра сквозного наименьшего металлизированного отверстия;

отношение диаметра сквозного отверстия к толщине ПП.

Примем толщину печатной платы за 2,4 мм.

2.1.6.1.3 Выбор защитного покрытия проводников и контактных площадок

Для монтажа ЭРЭ контактные площадки должны хорошо смачиваться припоем, для чего они должны быть защищены от окисления защитными покрытиями на период всего технологического процесса изготовления модуля.

Для осаждения защитного паяного покрытия на медные участки ПП в настоящее время применяют:

-       горячее лужение сплавов Розе или ПОС-ы с выравниванием ракелем или горячим воздухом - воздушным ножом;

-       химическое покрытие (хим. никель - иммерсионное золото -;

-       покрытие химический никель - химический палладий;

-       покрытие иммерсионное серебро ();

-       органическое защитное покрытие (концентрат «Гликот»);

-       спирто-канифольный лак и пр.

Выбор покрытия зависит от:

-       ширины проводников и качества воспроизводимого рисунка (0,25);

-       паяемости и срока её сохранения (в течение года);

-       возможности многократной пайки (не менее 5);

-       надёжности и прочности паяного соединения;

-       возможности использования его в качестве металлорезиста;

-       экономичности.

Вывод: в связи с условиями эксплуатации выберем сплав химический никель-иммерсионное олово, который снижает переходное сопротивление, надёжно защищает элементы проводящего рисунка ПП от коррозии.

2.1.6.1.4 Выбор материала защитного покрытия печатной платы

Для защиты поверхности ПП от загрязнений, особенно эксплуатационных, при неблагоприятных климатических условиях и агрессивных средах применяются органические защитные покрытия лаками УР-231-ТУ, Э410 ТУ51Н35-58, АК-546 ТУ2316-156-050-11907-98, спреем «Фторел» изготовленного на основе фторопласта Ф-32Л.

Общие требования к лаковым покрытиям:

-       покрытие должно быть плотным, однородным, без посторонних включений;

-       покрытие должно обладать хорошими диэлектрическими свойствами и электрической прочностью;

-       лаковые плёнки должны быть влагостойкими.

Второе предназначение лаковых покрытий - дополнительно удерживать элементы ПП, частично разгружая паяные соединения.

Электроизоляционные лаки, используемые для защиты печатного монтажа:

Полиэфирные лаки

Диапазон температур -55…+125 ^оС. Общее назначение - нежёсткие условия. Имеют хороший внешний вид. Удаляются кислотами и толуолом.

Акриловые покрытия

Диапазон температур -60…+135 ^оС. Применяются там, где требуются хорошие электроизоляционные свойства. Имеют очень хороший внешний вид. Удаляются метилэтилкетоном.

Эпоксидные лаки

Диапазон температур -60…+200 ^оС. Применяются там, где требуются очень хорошие электроизоляционные свойства. Удаляются механически. Поддаются восстановлению после ремонта. Имеют хороший вид.

Полеуретановые покрытия

Диапазон температур -60…+120 ^оС. Применяются там, где требуется низкая влагопроницаемость и сопротивление истиранию. Удаляются механически. Поддаются восстановлению после ремонта. Имеют тусклый внешний вид.

Кремнеорганические покрытия

Диапазон температур -60…+260 ^оС. Применяются там, где требуются высокие диэлектрические свойства, дугостойкость, нагревостойкость. Поддаются восстановлению после ремонта. Имеют хороший внешний вид.

Гидрофобные покрытия

Используются водоотталкивающие свойства полиорганосилоксановых покрытий для влагозащиты печатного монтажа.

Вывод: в связи с непростыми условиями эксплуатации применим акриловый лак. Он отличается хорошей адгезией, воздействию влаги, перепадам температуры. Также акриловый лак является однокомпонентным, поэтому на производстве не нужно тратить время на смешивание составных частей.

2.1.6.2 Выбор расходных материалов

При пайке, как ручной, так и автоматической, применяют припои и флюсы. Выбор конкретных марок и составов припоев и флюсов осуществляется в соответствии с отраслевым стандартом ОСТ4.ГО.033200. «Припои и флюсы для пайки. Марки, состав, свойства и область применения».

.1.6.2.1 Выбор припоя

Критериями выбора припоя являются максимально допустимая температура пайки, смачиваемость, прочность, стоимость, технологические возможности предприятия.

Сравним ПОС-61 и эвтектический бессвинцовый припой Sn95,5/Ag3,8/Cu0,7.

Таблица. Сравнение температуры плавления и кристаллизации припоев.

Принципиальное отличие бессвинцовых припоев от эвтектических сплавов олово-свинец в их большой температуре плавления и плохой смачиваемости. Температура плавления ПОС-61 около 190℃, а у Sn/Ag - 221℃, Sn/Ag/Cu - 217℃. Увеличение температуры плавления может привести к термодеструкции элементов межсоединений и изоляции, что снижает надёжность электронной аппаратуры. У припоя Sn/Ag/Cu смачиваемость лучше по сравнению с Sn/Ag за счёт добавления меди, но недостаточна по сравнению с ПОС-61.