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

Определение размеров неметаллизированных отверстий.

Диаметры неметаллизированных монтажных отверстий рассчитывают по формуле (5.3) с учетом того, что при автоматизированной сборке печатных узлов гарантированный зазор r = 0,4 мм, при ручной сборке r = 0,1-0,2 мм.

В соответствии с ГОСТ 11284-75 диаметр сквозного отверстия под крепежные детали имеет гарантированный зазор, определяемый габаритами резервной зоны и выбирается по таблице 4.7.

Таблица 4.7 - Номинальные значения диаметров крепежных отверстий

В соответствии с данными таблицы 5.7 для винта М3 (с учетом выбранного допуска ±0,1) диаметр крепежного отверстия 1-го ряда равен 3,2 мм и диаметр резервной зоны для него составляет 11 мм.

Выбор формы контактных площадок.

Для припайки к печатному проводнику объемного проводника или вывода навесного ЭРЭ, на проводнике делают КП в виде участка с увеличенной шириной. КП выполняют около каждого монтажного отверстия, для металлизированных отверстий - с двух сторон.

Форма контактных площадок (рисунок 4.2) выбирается исходя из варианта монтажа выводов - планарная или штыревая (в отверстие).

Рисунок 4.2 - Основные формы контактных площадок

Учитывая выбранные ранее варианты установки ЭРЭ и тип их монтажных выводов, при проектировании ПП будут использованы круглые КП (рисунок 5.2а), как наиболее распространенные, технологичные и обеспечивающие равномерное растекание припоя при пайки ЭРЭ с штыревыми выводами.

Определение размеров контактных площадок.

Вначале для каждого монтажного и переходного отверстия необходимо рассчитать минимальный эффективный диаметр контактной площадки Diэфф по формуле:

Diэфф

где    b - ширина гарантийного пояска;

dimax - максимальный диаметр монтажного или переходного отверстия с учетом допуска;

Тd и TD - позиционные допуски расположения осей отверстий и центров контактных площадок, соответственно, по ГОСТ 23.751-86 (приведены в таблицах 4.8 и 4.9).

Таблица 4.8 - Значения позиционного допуска расположения осей отверстий

Таблица 4.9 - Значения позиционного допуска расположения центров контактных площадок

Согласно (5.4) минимальный эффективный диаметр КП равен:

для монтажных и переходных отверстий диаметром 0,7 мм:

Diэффмм;

для монтажных отверстий диаметром 1,1 мм:

Diэффмм.

Поскольку толщина проводящего слоя Нпр (толщина фольги или толщина фольги плюс толщина осажденной меди) различается для различных типов ПП, то при расчете минимального диаметра КП способ изготовления ПП обязательно должен быть учтен.

Учитывая, что проектируемая ПП будет изготовлена с применением химического негативного метода, минимальный диаметр КП будет вычисляться по формуле:

Dmin = Diэфф + 1,5∙Нпр + 0,03

При толщине фольги СФ-1-35 равной 35 мкм, минимальный диаметр КП Dmin составит:

для монтажных и переходных отверстий диаметром 0,7 мм:

Dmin =1,9 + 1,5∙(0,035 + 0,020) + 0,03 = 2,01 мм;

для монтажных отверстий диаметром 1,1 мм:

Dmin =2,3 + 1,5∙(0,035 + 0,020) + 0,03 = 2,41 мм.

Округляем полученные значения до 2 мм и 2,5 мм. Такие диаметры рекомендованы ОСТ 4.070.010-78 «Платы печатные под автоматическую установку элементов. Конструкция и основные размеры» для монтажных отверстий диаметром до 1,5 мм.

Для монтажа всех ЭРЭ ПУ будут использоваться КП диаметром 2 мм. Максимальные диаметры КП 2,5 мм будут использоваться только для монтажа транзисторов.

Определение ширины печатных проводников.

Минимальную ширину проводника tmin выбирают по данным таблицы 5.2 исходя из выбранного класса точности. При этом следует иметь в виду, что она задана для узких мест. Для свободных мест указанные значения следует устанавливать по любому более низкому классу, а для первого класса - увеличивать в два раза.

При проведении предварительных энергетических расчетов допустимую токовую нагрузку на элементы проводящего рисунка ПП (в зависимости от допустимого перегрева проводника относительно температуры окружающей среды) выбирают по данным таблицы 4.10.

Таблица 4.10- Допустимая плотность тока для медных проводников

На рисунке 4.3 представлен график нагрузочной способности по току для печатных проводников. Представленный график используют при выборе токовой нагрузочной способности проводников для ПП, критичных к рассеиваемой мощности с их поверхности, и проводников, допускающих прохождение тока большой плотности.

Предварительный энергетический расчет показал, что нагрузочная способность по току при нагреве на 10°С для проводника шириной 0,75 мм и толщиной 35 мкм составляет около 1,7 А (согласно рисунку 5.3). При этом плотность протекающего тока через этот проводник составит 50 А/мм2, что ниже допустимых плотностей тока, указанных в таблице 5.10.

Затем минимальная ширина проводника tmin корректируется с учетом подтрава проводящего слоя и выбранной технологии изготовления.

Для химического негативного метода минимальная эффективная ширина проводника tэфф min рассчитывается по формуле:

Рисунок 4.3 - Нагрузочная способность по току для печатных проводников

Исходя из выбранного класса точности ширина проводника tmin по данным таблицы 5.2 равна 0,75 мм. С учетом подтрава проводящего слоя и выбранных технологий изготовления согласно (5.6) определяем минимальную эффективную ширину печатного проводника tэфф min:

tэфф min = 0,75 + 1,5∙(0,04 + 0,050) + 0,03 = 0,915 мм.

По рисунку 4.3 определяем, что нагрузочная способность по току при нагреве на 10°С для проводника шириной 0,915 мм и толщиной 35 мкм составляет около 2,2А. При этом плотность протекающего тока через этот проводник составит 66,3 А/мм2, что ниже допустимых плотностей тока, указанных в таблице 5.10.

Согласно схемотехническим требованиям к ПУ, выявленным при анализе электрической принципиальной схемы, наиболее нагруженными элементами схемы является транзистор VT1. Ток потребления схемы (в частности транзистором VT1) при максимальном напряжении питания (Uпит=27 В) в рабочем режиме составит Iпотр=4 А. Следовательно проводник шириной 0,915 мм будет нагреваться на 20°С. Чтобы избежать перегрева проводников в цепях питания и выходных каскадах схемы, следует увеличить их ширину до 1 мм.

По рисунку 5.3 определяем, что нагрузочная способность по току при нагреве на 10°С для проводника шириной 1 мм и толщиной 35 мкм составляет около 2,2 А. При этом плотность протекающего тока через этот проводник составит 60 А/мм2, что ниже допустимых плотностей тока, указанных в таблице 5.10.

Расчет расстояния между элементами печатного рисунка.

Минимальное расстояние между центрами элементов печатного рисунка Smin определяется исходя из технологических возможностей производства ПП (разрешающая способность), условий сборки ПУ (автоматизированная или ручная) и электрических параметров (пробивного напряжения и сопротивления изоляции). Технологические ограничения Smin задаются классом точности (таблица 5.2), а электрические - указанием в ТЗ пробивного напряжения, допустимых токов утечки и т.д.

Расстояние между серединой проводника и центром КП L0 определяется по формуле:

Где Tl - позиционный допуск расположения печатного проводника относительно соседнего элемента проводящего рисунка;

Dmax - диаметр КП с учетом допуска при изготовлении;

tmax - ширина печатного проводника с учетом допуска при изготовлении.

Значения позиционного допуска расположения печатного проводника относительно соседнего элемента проводящего рисунка Tl приведены в таблице 4.11.

Таблица 4.11 - Значения позиционного допуска расположения печатного проводника

Диаметр КП с учетом допуска при изготовлении Dmax рассчитывается по формуле:

Dmax = Dmin + (0,02…0,06).

Ширина печатного проводника с учетом допуска при изготовлении tmax рассчитывается по формуле:

tmax = tэффmin + (0,02…0,06)

Согласно (5.7) расстояние L0 между серединой проводника и центром КП минимального диаметра (2,0 мм) будет равно:

мм.

Расстояние L0 между центрами двух КП определяется по формуле:

L0 = Smin + Dmax + 2∙Tl

Согласно (5.10), расстояние L0 между центрами двух КП будет равно:

L0 = 0,45 + (2+0,02) + 2∙0,25 = 2,97 мм.

Расстояние между центрами КП микросхем будет равно 2,5 мм.

Расстояние L0 между центрами двух проводников определяется по формуле:

L0 = tmax + 2∙Tl

Согласно (5.11), расстояние L0 между центрами двух проводников будет равно:

L0 = (0,56+0,02) + 2∙0,25 = 1,1 мм.

Пробивное напряжение между элементами проводящего рисунка для заданных расстояний L0, материала основания ПП СФ-1-35 и условий эксплуатации по ТЗ расположенными в одном слое, составляет 600В. Следовательно, дополнительных мер по обеспечению электрической прочности (покрытие диэлектрическими лаками, увеличение номинального значения параметра S) не требуется.

4.7 Анализ возможности автоматизированной сборки печатного узла

Анализ возможности автоматизированной сборки ПУ производится согласно ОСТ 4ГО.010.223-82.

Монтаж электрический печатный РЭА. Технические требования к монтажу ячеек. Данные оформлены в виде таблиц. Требования к конструкции сведем в таблицу 4.12.

Таблица 4.12 - Требования к конструкции