Выбор метода изготовления печатной платы

Введение

 

Целью данного курсового проекта является разработка, выбор и обоснование конструкции, технологического процесса сборки Сенсорного выключателя. Для обоснования выбора конструкции выполняется расчёт надёжности и технологичности устройства.

В момент, когда помещения покинули все люди, это устройство определяет путем подсчета числа вошедших и вышедших. Его возможные применения - автоматическое выключения освещения, включения охранной сигнализации или устройств, работа которых отрицательно влияет на здоровье людей не может происходить в их присутствии (ультразвуковые отпугиватели грызунов, ультрафиолетовые средства дезинфекции)

Сенсор Е1 устанавливают на наружной дверной ручке, а сенсор Е2-на внутренней. После включения питания необходимо нажать на кнопку SB1, обнуляя счетчик. Входящий в помещение человек, открытая дверь снаружи, прикоснется сначала к сенсору Е1, увеличив содержимое счетчика на единицу, на последующее (до окончания времени блокировки) прикосновения к внутренней ручке (сенсору Е2) счетчик не среагирует. Выходящий человек прикоснется к дверным ручкам (сенсорам) в обратном порядке на единицу.

Таким образом, число, накопленное в счетчике, всегда равно числу находящихся в помещении людей. Когда оно отличается от нуля (то есть в помещении кто-то есть), на одном или нескольких выходах счетчика обязательно установлен высокий логический уровень. Он открывает транзистор VT1, поступая на его базу через диоды VD5-VD8 и резистор R5. Вместе транзистором открывается тринистор VS1, замыкая цепь питания лампы TL1, вместо которой может быть подключено другое исполнительное устройство.

Условие эксплуатации изделия (УХК) - умерено холодный климат.

1.
Конструкторская часть. Разработка конструкции сенсорного выключателя

Выбор элементной базы

Типы элементов выбираются в зависимости от условий эксплуатации изделия. Выбранные элементы должны соответствовать условиям эксплуатации изделия без изменения своих технических характеристик. Выбранные ЭРЭ сводятся в таблицу 1.

 

Таблица 1 - Характеристики ЭРЭ

Тип элемента	Температура С	Влажность%		Вибрации Гц	У скор м/с2
Резистор С2-33-0.5	-60…+125	98		10…2000	15
Резистор С2-33-0.125	-60…+200	98		10…2000	15
Конденсатор К73-11	-60…+90	98		10…1000	10
Транзистор КТ 940А	-70…+125	98		5…2000	15
Тиристор КУ 202Н	-60…+125	98		5…2000	11
Микросхема К561 ЛА 7	-60…+90		98	10…2000	11
Микросхема К561 ИЕ11	-60…+90		98	10…2000	11
Диод КД522Б	-60…+155		98	5…2500	10
Кнопка КМА1-4	-60….+200		98	10…2500	11
Светодиод	-70…+90		98	5….1000	10

 

Условия эксплуатации элементов соответствуют условиям эксплуатации изделия, вследствие чего можно утверждать, что ЭРЭ выбраны верно.

Выбор типа печатной платы

печатный вольтметр плата ток

ОСТ4.010.022-85 устанавливает следующие типы печатных плат

ОПП - односторонние печатные платы

ДПП - двусторонние печатные платы

МПП - многослойные печатные платы

ГПК - гибкие печатные кабели

При выборе печатной платы следует учитывать:

Возможность выполнения всех коммутационных соединений

технико-экономические показатели

стоимость основного материала

возможность автоматизации процессов изготовления, контроля и диагностики, установки навесных элементов.

ОПП характеризуются: возможностью обеспечения повышенных требований к точности выполнения проводящего рисунка, отсутствием металлизированных отверстий, установкой элементов на плату со стороны противоположной стороне пайки без дополнительного изоляционного покрытия, низкой стоимостью.

ДПП без металлизации монтажных и переходных отверстий характеризуется: низкой стоимостью, возможностью обеспечения высоких требований к точности выполнения проводящего рисунка, использованием объёмных металлических элементов конструкции (штыри, штифты, пистоны и т.д.) для соединения элементов проводящего рисунка, расположенного на противоположной стороне печатной платы.

ДПП с металлизированными монтажными и переходными отверстиями характеризуются: высокими коммуникационными возможностями, повышенной прочностью сцепления выводов навесных ЭРЭ с проводящим рисунком печатной платы, повышенной стоимостью по сравнению с печатными платами без гальванического соединения слоёв.

ГПК характеризуется: высокой гибкостью, малыми толщинами, возможностью подключения к печатным платам без использования соединителей, использованием одно и двухсторонних тонких фольгированных диэлектриков, возможностью автоматизации процессов изготовления.

На основе приведённых характеристик выбираем одностороннюю печатную плату. Это экономически выгоднее, да и нет необходимости использовать другие типы печатных плат.

 

Выбор группы жёсткости

Печатные платы должны соответствовать требованиям ГОСТ 23753-79 после воздействия на них климатических факторов одной из групп жёсткости, указанной в таблице.

Группа жёсткости определяется конструктором и указывается в технических требованиях чертежа печатной платы. Значения факторов приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Характеристики групп жесткости.

Наименование Воздействующего фактора		Значение воздействующих факторов по группам Жёсткости
		1	2	3	4
Температура Окружающей Среды,°С	Верхнее значение	55	85	100	120
	Нижнее значение	-25	-40	-60	-60
Относительная влажность воздуха%		При температуре 35°С		При температуре 40°С
Изменения температуры Среды,°С		От -40°С До +50°С	От -60°С До +60°С	От -60°С До +85°С	От -60°С До+100°С
Давление кПА, мм. рт. ст		нормальное	53.6 400	53.6 400	0.67 5

 

Выбираем группу жёсткости 3

Выбор материала основания

 

Материалы для печатных плат выбирают по Гост 10316-78.

Выбор материала основания производят с учётом обеспечения физико-механических и электрических параметров печатных плат после воздействия механических нагрузок, климатических факторов и химически агрессивных сред.

Для печатных плат, предназначенных для эксплуатации в условиях 1-ой и 2-01 группы жёсткости по ГОСТУ 23752-78, рекомендуется применять материал на основе бумаги, для 3 и 4-ой группы жёсткости - на основе стеклоткани. На данный момент применяются фольгированные материалы-гетинакс и стеклотекстолит.

Сравнительные характеристики гетинакса и стеклотекстолита приведены в таблице 5.

 

Таблица 5 - Сравнительные характеристики материалов.

Параметры	ГФ	Сф
После выдержки в течении 24 часов при 40°С и относительной влажности до 98%
Удельное Объёмное сопротивление Ом не менее	1*10^9	5*10^12
Тангенс угла диэлектрических потерь не более	0.07	0.03
Прочность сцепления фольги с основанием Н/см не менее	9.0	10

 

Гетинакс имеет стоимость гораздо ниже, чем стеклотекстолит и используется для аппаратуры, работающей при нормальной влажности окружающего воздуха, например для бытовой аппаратуры, но т.к. для данной конструкции выбрана 2-х сторонняя печатная плата и комбинированный метод, выбираем фольгированный стеклотекстолит.

 

Выбор диаметра отверстий

 

Диаметр отверстий в печатной плате должен быть больше диаметра вставляемого в него вывод для обеспечения свободной установки ЭРЭ.

При диаметре вывода до 0.8 мм диаметр не металлизированного отверстия делают на 0.2 мм больше диаметра вывода. При диаметре более 0.8 мм, на 0.3 мм больше.

Чтобы обеспечить надёжное соединение металлизированного вывода с печатным проводником, вокруг отверстия делают контактную площадку (с поправкой на гост).

 

Dkn=dотв+2b+c [1]

 

Где b-гарантийный поясок, выбирают в зависимости от класса точности по ГОСТ 23751-86

С-коэффициент, учитывающий влияние разброса межцентрового расстояния и ряда других факторов.

Для плат 1-го класса точности С берут равным (0.6-0.7) мм

Для плат 2-го и 3-го класса точности С берут (0.4-0.5) мм

Расчётные значения диаметров отверстий и контактных площадок сводятся в таблицу 6.

 

Таблица 6 - Размеры отверстий

Тип элемента	Диаметр вывода, мм		Диаметр отверстия, мм	Диаметр контактной площадки, мм	Количество отверстий
Резистор С2-33-0.5	0,8		1	4.2	2
Резистор С2-33-0.125	0,6		0.8	2.2	4
Конденсатор К73-11	0.8		1	0,7	6
Транзистор КТ 940А	0,6		0,8	0,7	3
Тиристор КУ 202	0,6		0,8	8.5	3
Микросхема К561 ЛА 7	0.5		0.7	7.5	28
Микросхема К561 ИЕ11		0.5	0.7	7.4	16
Диод КД522Б	0.5		0.7	1.9	2
Светодиод	0.6		0.8	9.5	3

Выбор вариантов установки элементов

Выбор варианта установки навесных ЭРЭ, их размещение на печатной плате, в том числе под автоматическую установку, осуществляется в соответствии с ОСТ 4.010.030-81.

Введение

 

Целью данного курсового проекта является разработка, выбор и обоснование конструкции, технологического процесса сборки Сенсорного выключателя. Для обоснования выбора конструкции выполняется расчёт надёжности и технологичности устройства.

В момент, когда помещения покинули все люди, это устройство определяет путем подсчета числа вошедших и вышедших. Его возможные применения - автоматическое выключения освещения, включения охранной сигнализации или устройств, работа которых отрицательно влияет на здоровье людей не может происходить в их присутствии (ультразвуковые отпугиватели грызунов, ультрафиолетовые средства дезинфекции)

Сенсор Е1 устанавливают на наружной дверной ручке, а сенсор Е2-на внутренней. После включения питания необходимо нажать на кнопку SB1, обнуляя счетчик. Входящий в помещение человек, открытая дверь снаружи, прикоснется сначала к сенсору Е1, увеличив содержимое счетчика на единицу, на последующее (до окончания времени блокировки) прикосновения к внутренней ручке (сенсору Е2) счетчик не среагирует. Выходящий человек прикоснется к дверным ручкам (сенсорам) в обратном порядке на единицу.

Таким образом, число, накопленное в счетчике, всегда равно числу находящихся в помещении людей. Когда оно отличается от нуля (то есть в помещении кто-то есть), на одном или нескольких выходах счетчика обязательно установлен высокий логический уровень. Он открывает транзистор VT1, поступая на его базу через диоды VD5-VD8 и резистор R5. Вместе транзистором открывается тринистор VS1, замыкая цепь питания лампы TL1, вместо которой может быть подключено другое исполнительное устройство.

Условие эксплуатации изделия (УХК) - умерено холодный климат.

1.
Конструкторская часть. Разработка конструкции сенсорного выключателя

Выбор элементной базы

Типы элементов выбираются в зависимости от условий эксплуатации изделия. Выбранные элементы должны соответствовать условиям эксплуатации изделия без изменения своих технических характеристик. Выбранные ЭРЭ сводятся в таблицу 1.

 

Таблица 1 - Характеристики ЭРЭ

Тип элемента	Температура С	Влажность%		Вибрации Гц	У скор м/с2
Резистор С2-33-0.5	-60…+125	98		10…2000	15
Резистор С2-33-0.125	-60…+200	98		10…2000	15
Конденсатор К73-11	-60…+90	98		10…1000	10
Транзистор КТ 940А	-70…+125	98		5…2000	15
Тиристор КУ 202Н	-60…+125	98		5…2000	11
Микросхема К561 ЛА 7	-60…+90		98	10…2000	11
Микросхема К561 ИЕ11	-60…+90		98	10…2000	11
Диод КД522Б	-60…+155		98	5…2500	10
Кнопка КМА1-4	-60….+200		98	10…2500	11
Светодиод	-70…+90		98	5….1000	10

 

Условия эксплуатации элементов соответствуют условиям эксплуатации изделия, вследствие чего можно утверждать, что ЭРЭ выбраны верно.

Выбор типа печатной платы

печатный вольтметр плата ток

ОСТ4.010.022-85 устанавливает следующие типы печатных плат

ОПП - односторонние печатные платы

ДПП - двусторонние печатные платы

МПП - многослойные печатные платы

ГПК - гибкие печатные кабели

При выборе печатной платы следует учитывать:

Возможность выполнения всех коммутационных соединений

технико-экономические показатели

стоимость основного материала

возможность автоматизации процессов изготовления, контроля и диагностики, установки навесных элементов.

ОПП характеризуются: возможностью обеспечения повышенных требований к точности выполнения проводящего рисунка, отсутствием металлизированных отверстий, установкой элементов на плату со стороны противоположной стороне пайки без дополнительного изоляционного покрытия, низкой стоимостью.

ДПП без металлизации монтажных и переходных отверстий характеризуется: низкой стоимостью, возможностью обеспечения высоких требований к точности выполнения проводящего рисунка, использованием объёмных металлических элементов конструкции (штыри, штифты, пистоны и т.д.) для соединения элементов проводящего рисунка, расположенного на противоположной стороне печатной платы.

ДПП с металлизированными монтажными и переходными отверстиями характеризуются: высокими коммуникационными возможностями, повышенной прочностью сцепления выводов навесных ЭРЭ с проводящим рисунком печатной платы, повышенной стоимостью по сравнению с печатными платами без гальванического соединения слоёв.

ГПК характеризуется: высокой гибкостью, малыми толщинами, возможностью подключения к печатным платам без использования соединителей, использованием одно и двухсторонних тонких фольгированных диэлектриков, возможностью автоматизации процессов изготовления.

На основе приведённых характеристик выбираем одностороннюю печатную плату. Это экономически выгоднее, да и нет необходимости использовать другие типы печатных плат.

 

Выбор метода изготовления печатной платы

 

В настоящее время широко распространены следующие методы изготовления проводящего слоя:

Химический, проводящий слой получают травлением медной фольги на незащищённых участках

Электрохимический, при котором методов химического осаждения создаётся слой металла толщиной 1-2 мкм, наращиваемый затем гальваническим способом до нужной толщены. При электрохимическом методе одновременно с проводниками металлизируют стенки отверстий, которые можно использовать как перемычки для соединения проводников, расположенных на разных сторонах платы.

Комбинированный метод, проводники получают травлением фольги, а металлизированные отверстия электрохимическим способом.

Полу аддитивный, проводящий слой получают травлением тонкой фольги (5-10 мкм), а затем доращиванием её до нужной толщины гальваническим способом. При этом происходит и меднение отверстий.

Исходя из приведённых характеристик, выбираем химический метод. Этот метод обеспечивает большую производительность. Проводящий рисунок расположен с 2-х сторон, комбинированный метод.