Разработка печатной платы формирователя кода для синтезатора радиостанции «Маяк»

По российским стандартам (ГОСТ 23751-86) существует 5 классов точности выполнения элементов печатного монтажа.

 

Таблица 13

Условные обозначения  элементов печатного монтажа	Класс точности
	1	2	3	4	5
t (мм)	0,75	0,45	0.25	0,15	0,10
S (мм)	0,75	0,45	0.25	0,15	0,10
b (мм)	0,30	0,20	0,10	0,05	0,025
d\H	0,4	0,4	0,33	0,25	0,20
(мм) без покрытия	+0,15	+0,10	+0,05	+0,03	+0,03
(мм) без покрытия	-0,15	-0,10	-0,05	-0,03	-0,03
(мм) с  покрытием	+0,25	+0,15	+0,10	+0,05	+0,03
(мм) с  покрытием	-0,20	-0,10	-0,10	-0,05	-0,03
(мм)	0,20	0,10	0,05	0,03	0,02

 

t- наименьшая номинальная ширина проводника,

S-наименьшее номинальное расстояние между проводниками,

b-минимально допустимая ширина контактной площадки,

d\H-отношение минимального диаметра контактной площадки к толщине платы,

(мм) - верхнее предельное отклонение ширины печатного проводника или контактной площадки от номинального значения,

(мм) - нижнее предельное отклонение  ширины печатного проводника  или контактной площадки от номинального значения,

 - позиционный допуск на размещение проводника.

Указанные допустимые значения необходимо соблюдать в узких местах платы. Узкое место ПП - это участок ПП, на котором элементы печатного проводящего рисунка выполняются с минимально допустимыми значениями. На остальных участках ширина печатных проводников и расстояния между ними могут выполняться большего размера, чем указанный размер по данному классу.

При выборе класса точности учитываются следующие обстоятельства:

 

№	Критерий	Курсовой проект	Класс точности
1	конструктивная сложность (для малой и средней сложности  выбирают 1-3 классы точности, для высокой сложности -3-5 классы точности)	разрабатываемая ПП имеет среднюю степень сложности	1-3
2	элементная база (наличие  БИС, СБИС, бескорпусных микросхем требует  применения 3-5 классов точности)	БИС, СБИС, бескорпусных микросхем на плате нет.	1-2
3	шаг выводов компонент (при плотной компоновке класс точности выбирают таким образом, чтобы между контактами микросхемы можно было проложить один проводник. При отсутствии жестких требований по плотности это условие не обязательно)	шаг выводов компонентов 1.25 мм	Любой
4	быстродействие (чем выше тактовая частота работы устройства, тем выше требования к длине связей и тем выше класс точности ПП)	Требований к быстродействию нет	Любой
5	массо-габаритные характеристики (для получения более компактных ПП необходимо применять более высокий класс точности)	Требований к габаритам нет	Любой
6	стоимость (высокий класс  точности требует более дорогостоящего оборудования, что приводит к повышению  стоимости изделия)	ПП будет производиться  серийно, следовательно класс точности должен быть не высоким	1-2
7	условия эксплуатации (для  более жестких условий эксплуатации требуется более высокий класс точности)	Группа жесткости 1	Любой

 

Проанализировав данные условия, выберем 3 класс точности.

 

6.3 Выбор метода изготовления ПП.

Для изготовления ДПП используют следующие  технологические процессы:

 

• комбинированный позитивный.
• комбинированный негативный.
• аддитивный.
• фотоформирование.
• электрохимический.
• тентинг процесс.

 

Выбор технологического процесса определяется исходя из:

• конструктивной сложности модуля.
• класса точности.
• уровня модульности.
• уровнем технологического оснащения  на производстве.
• типом производства (мелкосерийное, серийное, массовое).

 

Учитывая то, что разрабатываемая ПП модуля имеет:

• среднюю конструктивную сложность (32,2 у.е.).
• 3-й класс точности.
• предназначена для серийного производства.

 

Для изготовления ДПП модуля выбираем комбинированный позитивный метод  изготовления ПП.

 

6.4 Расчет габаритов ПП.

Расчет габаритов ПП ведется в несколько этапов. Сначала выявляются конструкторско-технологические зоны на печатной плате для размещения разных элементов, потом определяются размеры этих зон и выполняется их компоновка на плоскости печатной платы. После компоновки выбираются габаритные размеры платы в соответствии с требованиями стандарта. После этого осуществляется размещение компонент на ПП. После размещения компонент при необходимости проводится корректировка габаритных размеров ПП.

На ПП могут быть следующие зоны:

 

• зона для размещения компонент,
• зона для размещения соединителя,
• зона для размещения элементов контроля функционирования.
• зона для размещения элементов крепления модуля,
• зона для маркировки,
• краевые поля ПП.

 

Площадь под размещение элементов  на ПП.

 

№	Элемент	Установочная площадь
1	К561ИЕ11 четырёхразрядный реверсивный счётчик	225 мм2
2	К176ИД2 дешифратор двоичного  кода для вывода на семисегментный индикатор	225 мм2
3	КР1533ЛА3 четыре логических элемента «2И-НЕ».	200 мм2
4	КР1533ЛИ1 четыре логических элемента «2И».	200 мм2
5	КТ315Б транзистор биполярный малой мощности высокой частоты	25 мм2
6	КР142ЕН5А стабилизатор фиксированного напряжения +5В	65 мм2
7	КД522А диод	15 мм2
8	АЛС321Б семисегментный светоизлучающий индикатор	236 мм2
9	Резистор МЛТ 0.125Вт	9 мм2
10	Резистор МЛТ 0.25Вт	30 мм2
11	К50-35 электролитический конденсатор	115 мм2
12	Разъём СНО51-10	880 мм2
13	Разъём СНО51-30	1115 мм2
14	ПКн105-1М  переключающая кнопка	220 мм2

 

6.4.1 Зона для размещения компонент.

Разрабатываемая схема включает в себя:

1. восемь двоичных четырёхразрядных реверсивных счётчиков К561ИЕ11
2. четыре логических элемента «2И-НЕ» К1533ЛА3
3. четыре логических элемента «2И» К1533ЛИ1
4. двадцать четыре биполярных транзистора малой мощности высокой частоты КТ315Б
5. стабилизатор фиксированного напряжения +5В КР142ЕН5А
6. два дешифратора двоичного кода для вывода на семисегментный индикатор К176ИД2
7. два электролитических конденсатора К50-35
8. десять диодов К522А
9. двадцать четыре резистора МЛТ-0,125 и четыре резистора МЛТ-0,25
10. два семиразрядных светоизлучающих индикатора АЛС321Б
11. две переключающие кнопки ПКн105М1
12. два контактных разъёма СНО 51-10 и СНО51-30

 

Площадь зоны рассчитывается по формуле:

, где

 - установочная площадь i-го элемента.

 - коэффициент, зависящий от типа конструкции платы и приоритетных требований к конструкции. Он выбирается в интервале (1…3). Для ОПП берется в интервале (2…3), для ДПП – в интервале (1,5 …2,5), для МПП в интервале (1…2). При приоритетных требованиях: минимальные габариты его следует взять меньше.

Выбираем коэффициент , тогда необходимая площадь для размещения компонент ПП будет равна:

 

 

мм².

 

6.4.2 Зона для размещения соединителя.

Зона для размещения соединителя определяется исходя из габаритов соединителя и краевых полей для соединителя. Дело в том, что около соединителя со стороны подвода печатных проводников обычно создается высокая концентрация печатных проводников, особенно для соединителей с большим числом контактов. Для этого необходимо с данной стороны соединителя предусмотреть поле с расстоянием до зоны размещения компонент 10-20 мм. Расчет площади зоны для соединителя с прямоугольным корпусом осуществляется по формуле:

 

 для разъёма, размещаемого  на краю платы

 для разъема, размещаемого  внутри площади платы.

 

Где L_c  и B_c - габаритные размеры соединителя.

 

СНО51-10 мм².

СНО51-30 мм².

 

 

 

6.4.3 Зона для маркировки.

Маркировка будет наноситься в зоне для установки компонент. Как правило, она применяется для маркировки позиционных обозначений компонент, их номиналов, типа компонента. В отдельную зону обычно выделяют маркировку децимального номера ПП. Размеры поля определяются количеством знаков в обозначении и размером шрифта.

 

6.4.4 Краевые поля ПП.

Краевые поля ПП это поля по периметру платы, на которых не могут размещаться элементы печатного монтажа. Краевое поле зависит от толщины платы и выбирается в интервале:

Для плат толщиной до 1мм -2,5 – 5 мм. Для  плат с толщиной от 1  до 2 мм  -5 – 7,5 мм.

На краевых полях будут размещаться зоны для крепления модуля, для соединителя и субпанели.

 

С учётом краевых полей, которые были взяты по 7,5 мм, разрабатываемая плата будет иметь габариты 170мм х 120мм.

 

6.5 Размещение компонент на ПП.

При размещении компонент на печатной плате, стараемся добиться минимальных габаритов ПП и минимальной длины связей между элементами. Компоненты необходимо размещать относительно равномерно по плоскости платы.

 Ниже приводятся рекомендации, которые необходимо учитывать при размещении компонент на плоскости ПП:

1. Компоненты, имеющие большое число  внешних связей располагать ближе  к соединителю.

2. Компоненты, имеющие большое число  взаимных связей, устанавливать  рядом.

3. Крупногабаритные компоненты  устанавливать ближе к элементам  крепления модуля.

4. Микросхемы по возможности   располагать рядами с одинаковой  ориентацией.

5. Дискретные компоненты располагать  в ортогональных направлениях.

6. Выводы компонент располагать  в узлах координатной сетки.  Если шаг выводов компонента не соответствует шагу координатной сетки, то в узле располагается первый вывод компонента.

7. Теплонагруженные элементы располагать  равномерно по площади платы.

8. Помехочувствительные компоненты  не размещать рядом с компонентами, которые могут быть источниками  помех.

9. Если схема содержит цифровую и аналоговую части, то следует их на плате по возможности разместить на разных участках, так как чувствительные аналоговые элементы, например, компараторы, могут ложно срабатывать при переключении цифровых схем.

10. Если схема содержит последовательные каскады, то целесообразно их размещать в той же последовательности.

11. При наличии в схеме информационных  шин, компоненты, подключаемые к  этой шине, стараться расположить по возможному направлению шины.

12. Компоненты, требующие особых мест размещения, например, цифровые индикаторы, органы управления, устанавливаемые на печатной плате, должны быть строго привязаны к заданным координатам.

 

6.6 Определение толщины ПП.