Расчет конструктивных параметров элементов печатной платы

 

Расчет электрических и конструктивных параметров включает в себя расчет диаметров монтажных и переходных отверстий, контактных площадок, ширины печатного проводника и падения напряжения на печатном проводнике.

При компоновке радиоэлектронной аппаратуры должны быть учтены требования оптимальных функциональных связей между модулями, их устойчивость и стабильность, требования прочности и жесткости, помехозащищенности и нормального теплового режима, требования технологичности, эргономики, удобства эксплуатации и ремонта.

Также необходимо учитывать дополнительные требования: длина печатных проводников должна быть минимальна; количество пересечений печатных проводников должно быть минимально.

Диаметр монтажного отверстия рассчитывается по формуле

d отв > d в + ∆ + 2 h г + δ д,

 

где dв - диаметр вывода элемента, мм;

∆ - зазор между выводом и монтажным отверстием, мм;

hг - толщина гальванически наращенной меди, мм;

δд - погрешность диаметра отверстия.

Диаметр монтажного отверстия для резисторов, конденсаторов и диодов:

d отв. = 0,6+ 0,4 + 0,05 = 1,05 мм

Диаметр монтажного отверстия для цифровых индикаторов АЛС324Б, АЛС 333Б, АЛС321Б:

d отв. = 0,5 + 0,4 + 0,05 = 0,95 мм

Диаметр монтажного отверстия для ИМС КР140УД608А, КР572ПВ2А:

d отв = 0, 5 + 0,5 + 0,05 = 1,05 мм

Диаметр контактной площадки рассчитывается по формуле

d кп = d отв + 2 b + c,

 

где dотв - диаметр монтажного отверстия;

b - минимально необходимая радиальная ширина кольца, мм

с - технологический коэффициент погрешности производства, мм.

диаметр контактной площадки для резисторов, конденсаторов и диодов:

d кп = 1.05 + 1,1 + 0,1 =2,25 мм

диаметр контактной площадки для АЛС324Б, АЛС 333Б, АЛС321Б:

d кп = 0,95 + 1,1 + 0,1 = 2,15 мм

диаметр контактной площадки для ИМС КР140УД608А, КР572ПВ2А:

d кп = 1,05 +1,1 + 0,1 = 2.25 мм

диаметр контактной площадки для КД106А

d кп = 0,85 + 1,1 +0,1 = 2,05 мм

Площадь печатной платы рассчитывается по формуле

S = S общ * К + S всп.з,

 

где Sобщ - общая площадь установленных на плате элементов, мм;

К - коэффициент площади размещения элементов;

Sвсп.з - площадь вспомогательных зон.

В соответствии с расчетным разделом площадь платы принимаем равной

S п.п. = 1477* 3 + 6 = 4437 мм2.

Расчет электрических параметров печатных проводников

 

Ширина печатного проводник рассчитывается по формуле:

 

t≥Imax/(gдоп*h)

 

Imax=40 мА

gдоп =100 А/мм

h=35мкм

t=40*10-3/(100*35*10-3)=0.2 мм

Изготовление печатных проводников такой ширины технологически не оправдано, выбираем ширину проводника 0.1 мм.

Падение напряжения рассчитывается по формуле:

 

DU=gдоп*r*lп

 

lп=0.108 мм

Величина r для медных проводников полученных методом химического травления составляет 0.0175 Ом*мм

U=200*0.0175*0.108=0.378 В

Рассчитаем сопротивление проводника:

 

R=

 

r=0.0175 Ом*мм

l=60 мм

t=0.2 мм

h=0.35 мм

R=0.0175*(60/(0.2*0.35))=1.83 мм

Расчет надежности

 

Расчет надежности выполняется на этапе технического проекта, когда основные схемотехнические и конструктивные проблемы решены, но имеется возможность изменить режим работы элементов. Расчеты выполняются для периода нормальной эксплуатации, когда интенсивность отказов постоянна и отказы являются случайными и независимыми.

Порядок расчета надежности:

элементы системы разбить на группы с одинаковыми интенсивностями отказов;

посчитать число элементов в каждой группе;

выписать из справочника значение l0i;

определить коэффициенты режимов в зависимости от коэффициентов нагрузки и температуры;

рассчитать значение lЭi с учетом коэффициентов;

рассчитать значение lЭi • Ni;

рассчитать интенсивность отказов всей системы lС;

рассчитать среднюю наработку до первого отказа tcp;

рассчитать вероятность безотказной работы P(t);

построить график вероятности безотказной работы. Расчет интенсивности отказа каждой группы ЭРЭ производим по формуле

 

lЭ=l0*Кэ*Кр

 

где l0 - интенсивность отказов группы ЭРЭ без учета коэффициентов; Кэ - коэффициент эксплуатации; Кр - коэффициент режима.

Расчет интенсивности отказа каждой группы ИМС производим по формуле:

 

lЭ=l0*Кэ*Ксл

где l0 - интенсивность отказов группы ИМС без учета коэффициентов;

Кэ - коэффициент эксплуатации;

Ксл- коэффициент режима. Расчет интенсивности отказов всей системы производим по формуле:

 

 

где lэi- интенсивность отказов группы с учетом коэффициентов;

Ni - количество элементов в группе. Расчет средней наработки до первого отказа проводим по формуле:

tcp = l / l * c.

 

№ гр.	Обозначение элементов	Наименование элементов	Кол. Ni	l0*106 1/ч	Режимы работы					lэ 106 1/ч	lэi Ni 106 1/ч
					t°C	Кн	Кэ	Кр	Ксл
1	R1,R14	СП3-38	2	3.0	30	0.6	3.42	0.29	-	1.54	3.08
2	R3,R4,R6,R8-R10,R11-R14	СП3-9А	10	1.5	30	0.6	3.42	0.9	-	4.42	14.2
3	C1,C4-C8,C12	КМ-5	7	0.8	30	0.6	3.42	0.1	-	0.42	2.94
4	R2,R5,R7,R15-R16	МЛТ 0.125	5	0.1	30	0.6	3.42	0.39	-	1.37	6.85
5	C2,C3	К50-35	2	2.4	30	0.6	3.42	0.48	-	2.79	5.58
6	VD1	Д9А	1	0.4	30	0.6	3.42	0.35	-	1.33	1.33
7	VD2	КД106А	1	2.5	30	0.6	3.42	0.6	-	3.55	9.55
8	VD3	КС147А	1	6.0	30	0.6	3.42	0.55	-	5.18	5.18
9	DA1	КР140УД608	1	0.6	30	0.6	3.42	-	1.56	1.85	1.85
	Пайка		66	0.01

 

Расчеты:

Kl1=1.37

Kl2=2.5

Kl3=1.0

Kэ=3.423

lc=3.08+14.2+2.94+6.85+5.58+1.33+3.55+5.18=44.56*10-6ср=1/lc=1/44.56*10-6=22441.65 часов

 

t	0	5000	10000	15000	20000	22441.65
P(t)	1	0.8	0.64	0.51	0.41	0.36

 

 

Технологический раздел