Дипломная (вкр): Установка для комплексного исследования деградации гетероструктур светодиодов

Ширина печатного проводника t - поперечный размер проводника на любом участке в плоскости основания.

Расстояние между проводниками S - расстояние между краями соседних проводников на одном слое ПП.

Ширина гарантийного пояска b - расстояние между краем монтажного отверстия и краем контактной площадки.

Относительная толщина ПП J - отношение минимального диаметра металлизированного отверстия к толщине платы. Толщина платы определяется толщиной материала основания с учетом толщины фольги.

В соответствии с требованиями ТЗ разрабатываемый ПУ должен относиться к 1 классу точности.

4.2 Выбор шага координатной сетки

Координатная сетка вводится для задания координат центров монтажных и переходных отверстий, контактных площадок и других элементов печатного рисунка на поверхности ПП и является самым удобным способом для указанных целей. Альтернативные способы приведены в ГОСТ 2.417-78.

Шаг координатной сетки - это расстояние между линиями координатной сетки и его значения (для прямоугольных координат) определены ГОСТ 10317-79 «Платы печатные. Основные размеры»: 2,5; 1,25; 0,625 и 0,5 мм. Шаг 2,5 мм является основным, а 0,5 мм применять не рекомендуется.

При выборе шага сетки руководствуются следующими соображениями. Для классов точности 1 и 2, при низкой плотности монтажа, выбирают шаг 2,5 мм. Шаг 1.25 мм применяют в том случае, если на плате устанавливают многовыводные элементы с шагом расположения выводов 1,25 мм, так как все монтажные отверстия должны попадать в узлы координатной сетки.

4.3 Выбор группы жесткости

Группы жесткости нормируют условия и параметры испытаний, проводимых с целью проверки работоспособности ПП в различных климатических условиях эксплуатации РЭС. В соответствии с ГОСТ 23752-79 «Платы печатные. Общие технические условия» выделены 4 группы жесткости (таблица 4.3).

Таблица 4.3 - Группы жесткости ПП

Поскольку каждое изделие РЭС проходит разные виды контроля и приемочных испытаний, то непременное задание в конструкторской документации (КД) группы жесткости однозначно обусловливает соответствующие процедуры испытаний для конкретных ПП.

В соответствии с требованиями ТЗ разрабатываемая ПП относится к 1 группе жесткости.

4.4 Выбор способов защиты устройства от внешних воздействий

Следует определить основные способы защиты как всего устройства в целом, так и отдельных его блоков, ячеек и наиболее ответственных деталей от воздействий внешней среды климатических, механических и помехонесущих полей.

По результатам анализа ТЗ в части защиты РЭС определено:

а) защита от условий эксплуатации:

полная либо частичная герметизация всего устройства с помощью корпусов (кожухов) - не требуется;

герметизация отдельных ячеек и деталей заливкой, пропиткой, обволакиванием, опрессовкой - не требуется;

защита с помощью металлических, неметаллических неорганических и лакокрасочных покрытий - не требуется.

б) защита от механических воздействий:

изменение соотношения между собственной частотой конструкции устройства и частотами источника возмущающей силы - не требуется;

применение вибропоглощающих материалов (резина, поролон, полиуретан и др.) - не требуется;

полная или частичная амортизация устройства (между изолируемой конструкцией и основанием устанавливаются амортизаторы) - не требуется;

локальная амортизация отдельных ячеек и узлов - не требуется;

уравновешивание возмущающих нагрузок механизмов (добавление противовесов или снятие излишнего материала)- не требуется.

в) защита от помехонесущих ЭМП:

экранирование всего устройства в целом либо отдельных его частей - не требуется;

пространственное разнесение источника помех и чувствительных цепей устройства - не требуется.

г) защита от температурных воздействий:

уменьшение плотности компоновки элементов - не требуется;

перфорация отверстий в кожухе и применение жалюзи для улучшения естественной конвекции - не требуется;

специальное окрашивание внутренних и наружных поверхностей кожуха красками с высоким значением степени черноты, позволяющее уменьшить тепловое сопротивление на участках «нагретая зона - стенки корпуса» и «стенки корпуса - окружающая среда» - не требуется;

применение тепловых экранов - не требуется;

принудительное перемешивание воздуха внутри кожуха (вентиляторы) - не требуется;

применение тепловой изоляции (пенопласт и т.п.) - не требуется;

применение различных типов радиаторов для облегчения теплового режима полупроводниковых приборов и микросхем - требуется;

стабилизация температурного режима термочувствительных элементов и т.п. - не требуется.

4.5 Выбор материала основания

Материал основания ПП выбирается исходя из:

электрических характеристик (частотный диапазон, пробивное напряжение и т.д.);

климатических воздействий (температура и влажность);

стойкости к механическим и другим внешним воздействиям (прочность, жесткость, ударная вязкость и т. д.);

типа ПП (количество слоев) и предполагаемой технологии изготовления;

стоимости.

Эксплуатационные параметры материалов ПП приведены в таблице 4.4.

Таблица 4.4 - Эксплуатационные параметры материалов ПП

Наибольшее распространение в производстве ПП получили фольгированный гетинакс марок ГФ-1 (фольгированный с одной стороны), ГФ-2 (фольгированный с двух сторон) и фольгированный стеклотекстолит марок СФ-1 (фольгированный с одной стороны), СФ-2 (фольгированный с двух сторон).

Фольгированный гетинакс является наиболее дешевым материалом. Тем не менее, его редко применяют при жестких климатических и механических воздействиях при высоких рабочих напряжениях и малых зазорах между печатными элементами. Он также не рекомендуется при изготовлении ПП с металлизацией отверстий.

Толщина основания ПП определяется с учетом особенностей эксплуатации: жесткое, гибкое, типа печатной платы (ОПП, ДПП, МПП) и механических воздействий - вибрации, ускорения, наличия крупных навесных элементов и т.д. Установлен следующий размерный ряд значений толщины оснований гибких и жестких ПП (в мм) (рисунок 5.1):

Рисунок 4.1 - Размерный ряд значений толщины ПП

Наибольшее распространение получили толщины 1,0 и 1,5 мм. Толщина 1,0 мм обычно используется для ПП с габаритами сторон не более 100 мм.

Учитывая требования ТЗ в качестве материала основания ПП для проектируемого ПУ выбран стеклотекстолит фольгированный марки СФ-1-35 ГОСТ 10316-78 толщиной 1,0 мм.

4.6  Расчет элементов печатного рисунка

.6.1Определение размеров отверстий

Одним из главных элементов конструкции печатных плат являются отверстия. Большинство параметров ПП связано именно с размерами этих отверстий, которые могут быть металлизированными и гладкими, а по назначению - монтажными, куда устанавливаются и запаиваются выводы элементов, и переходными (межслойными), обеспечивающими только электрические соединения между слоями платы. Металлизированные монтажные отверстия являются одновременно переходными отверстиями. Кроме того, на ПП обычно присутствует некоторое количество неметаллизированных конструкционных отверстий, служащих для фиксации компонентов, крепления ПП к несущим элементам конструкции и других целей. Эти отверстия чаще всего бывают гладкими, без контактных площадок и металлизации. Однако, нередко крепежные отверстия с целью удешевления производства выполняются одновременно с монтажными (по той же технологии), поэтому в них присутствует внутренняя металлизация, но отсутствуют контактные площадки.

С конструктивной точки зрения металлизация крепежных отверстий не влияет на качественные параметры ПП, кроме того, в некоторых случаях эти отверстия служат дополнительным соединением слоя (или цепей) «земля» с элементами несущих конструкций.

Металлизированные отверстия обычно снабжены контактными площадками на наружных слоях, а многослойные платы - ещё и на тех слоях, на которых к этим отверстиям подводятся печатные проводники.

Размеры монтажных отверстий определяются диаметром и сечением выводов элементов, монтируемых в эти отверстия. Если вывод не круглый в сечении, то параметры отверстия в ПП диктуются максимальным размером вывода в сечении (например, диагональю).

4.6.2 Определение размеров металлизированных отверстий

Металлизированные отверстия на печатных платах могут быть двух типов:

переходные - для создания электрических связей между слоями;

монтажные - для крепления вывода ЭРЭ.

Диаметр отверстия зависит от диаметра вставляемого в него вывода и от толщины платы.

Минимальный диаметр dmin отверстия зависит, в первую очередь, от класса точности и его можно определить из следующего соотношения:

где - относительная толщина ПП;

H - толщина платы с учетом фольги.

Для 1 класса точности J = 0,75 (по данным таблицы 5.2). Толщина ПП с учетом фольги с одной стороны Н = 1,035 мм. Тогда согласно (5.1) минимальный диаметр отверстия dmin = 0,77 мм.

Минимально применимый диаметр переходного отверстия dпер для отверстий в пластмассах, применяемых для оснований ПП необходимо вычислять по формуле:

где Δd - максимальное предельное отклонение диаметра рассчитываемого отверстия.

В соответствии с ГОСТ 23751-86 допуск ∆d на номинальный размер диаметра может быть как положительным, так и отрицательным (таблица 5.5). Для переходных отверстий значение ∆d следует выбирать как для неметаллизированных отверстий.

Для 1 класса точности ∆d = ±0,1, тогда согласно (4.2) минимальный диаметр переходного отверстия dпер = 0,428 + 0,1 = 0,528 мм.

Таблица 4.5 - Предельные отклонения диаметров монтажных и переходных отверстий до 1 мм для классов точности

Диаметр монтажного металлизированного отверстия dмонт, в отличие от переходного, должен быть больше диаметра вывода на величину, удовлетворяющую условиям пайки и автоматизированной сборки, и может быть рассчитан по следующей формуле:

где dвыв - диаметр (для прямоугольных выводов - размер по наибольшей стороне) вывода ЭРЭ;= 0,1-0,4 мм - гарантированный зазор между диаметром монтажного отверстия и выводом ЭРЭ.

Варьируя величиной гарантированного зазора r, рассчитаем значения диаметров монтажных отверстий элементов ПУ (таблица 4.6). Варьирование гарантированного зазора производим для уменьшения типоразмеров монтажных отверстий.

В соответствии с ГОСТ 10317-79 предпочтительные размеры монтажных отверстий выбирают из ряда 0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5, переходных - из ряда 0,7; 0,9; 1,1.

Таблица 4.6 - Значения диметров отверстий

Рекомендуемое количество типоразмеров значений диаметров не более трех как для монтажных, так и для переходных отверстий.