Розробка струмопровідного рисунку плати

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

Тяжко уявити сьогоднішнє життя без електронних пристроїв, які складаються з великої кількості радіо компонентів. Майже всі радіо компоненти в сучасних електронних пристроях паяються на друкованій платі. Друковані плати відіграють важливу роль: вони міцно фіксують компоненти, дозволяють випаювати і припаювати по одному компоненту, створюють надійний електричний зв'язок між компонентами, прямо на платі можна витравлювати котушки індуктивності і конденсатори і т.д. Масове виробництво стандартних блоків з використанням нових елементів, уніфікація елементів створюють умови для автоматизації їх виробництва.

Друковані плати - це елементи конструкції, які складаються з плоских провідників у вигляді ділянок металізованого покриття, розміщених на діелектричному підставі і забезпечують з'єднання елементів електричного кола. Вони отримали широке поширення у виробництві модулів, осередків та блоків РЕА завдяки наступним перевагам у порівнянні з традиційним об'ємним монтажем провідниками і кабелями:

підвищення щільності розміщення компонентів і щільності монтажних з'єднань, можливість істотного зменшення габаритів і ваги виробів;

отримання друкованих провідників, екрануючих поверхонь і електро- і радіодеталей (ЕРЕ) в одному технологічному циклі;

гарантована стабільність і повторюваність електричних характеристик (провідності, паразитних ємності й індуктивності);

підвищення швидкодії і перешкодозахищеності схем;

підвищена стійкість і кліматичних і механічних впливів;

уніфікація і стандартизація конструктивних і технологічних рішень;

збільшення надійності вузлів, блоків і пристрою в цілому;

поліпшення технологічності за рахунок комплексної автоматизації монтажно-складальних і контрольно-регулювальних робіт;

зниження трудомісткості, матеріаломісткості і собівартості [1].

До недоліків слід віднести складність внесення змін у конструкцію і обмежену ремонтопридатність.

Елементами друкованої плати є діелектрична підставка, металеве покриття у вигляді малюнка друкованих провідників і контактних площадок, монтажні і фіксують отвори.

До друкованих плат висувають наступні вимоги: діелектрична підстава друкованих плат має бути однорідною за кольором, монолітною за структурою і не мати внутрішніх міхурів і раковин, сторонніх включень, відколів, тріщин і розшарувань. Допускаються поодинокі вкраплення металу, подряпини, сліди від видалення одиночних невитравленних ділянок, прояв структури матеріалу, які не погіршують електричних параметрів друкованої плати і не зменшують мінімально допустимих відстаней між елементами провідного малюнка.

Струмопровідний малюнок друкованої плати повинен бути чітким, з рівними краями, без здуття, відшарувань, розривів, слідів інструменту і залишків технологічних матеріалів. Допускаються: окремі місцеві протрави не більше 5 точок на 1 дм² друкованої плати за умови, що залишилася, ширина провідника відповідає мінімально, допустимої за кресленням; царапин глибиною не більше 25 мкм і довжиною до 6 мм; залишки металізації на ділянках друкованої плати, не зменшують допустимих відстаней між елементами.

Монтажні і фіксуючі отвори повинні бути розташовані відповідно до вимог креслення і мати допустимі відхилення, обумовлені класом точності друкованої плати. Для підвищення надійності паяних з'єднань внутрішню поверхню монтажних отворів покривають шаром міді товщиною не менше 25 мкм.

Контактні майданчики являють собою ділянки металевого покриття, які з'єднують друковані провідники з металізацією монтажних отворів. Їх площа повинна бути такою, щоб не було розривів при свердлінні і залишився гарантійний поясок міді шириною не менше 50 мкм [2].

Залежно від числа нанесених друкованих провідних верств друковані плати поділяються на одно - дво- і багатошарові. Перші два типи називають також одно- і двосторонніми.

По виду матеріалу основи друковані плати поділяють на

* виготовлені на основі органічного діелектрика (текстоліт, гетинакс, склотекстоліт);

* виготовлені на основі керамічних матеріалів;

* виготовлені на основі металів [3].

По виду сполук між шарами розрізняють друковані плати з металізованими отворами, з пістонами, виготовлені пошаровим нарощуванням, з відкритими контактними майданчиками.

За способом виготовлення друковані плати поділяють на плати, виготовлені хімічним травленням, електрохімічним осадженням, комбінованим способом.

За способом нанесення провідників друковані плати ділять на плати, отримані обробкою фольгованих діелектриків, нанесенням тонких струмопровідних шарів. Останній спосіб добре відпрацьований на технології гібридних схем.

1. Розробка варіантів струмопровідного рисунку плати

Для розробки всіх графічних робіт я використаю sPlan 7.0. Відео по роботі з програмою можна без проблем знайти на ютубі. На рис. 1.1 представлено - перший варіант топології струмопровідного рисунку плати. В цьому варіанті я перемалював схему замінюючи лінії струмопровідними дорожками, а місця де з'єднуються лінії з умовними графічними зображеннями деталей - отворами з контактними площадками.

Рисунок 1.1 - Перший варіант топології струмопровідного рисунку плати

В цьому варіанті деталі не розташовані компактно і як наслідок не раціонально використовується друкована плата. Тому я був змушений розробити інший варіант друкованої плати. В цьому варіанті деталі розташовані більш щільно і також розробляючи цей варіант в sPlan 7.0 враховував реальні розміри деталей.

Це не остаточний варіант. Ще є такі незрозумілі для мене вимоги як: уникання розгалужень і повороти провідників під кутом 45⁰. І тому виникла необхідність розробити ще один варіант. Він представлений на рис. 1.3. Цей варіант остаточний, в ньому враховано всі вимоги побудови електричних плат.

Рисунок 1.2 - Другий варіант топології струмопровідного рисунку плати

Рисунок 1.3 - Третій варіант топології струмопровідного рисунку плати

2. Визначення геометричних параметрів плати та вибір оптимального варіанту для розробки її робочого креслення

По краях плати треба передбачити технологічну зону шириною 1,5 -2,0 мм. Розміщення установчих і інших отворів, а також друкованих провідників в цій зоні не допускається. Всі отвори повинні розташовуватися в вузлах координатної сітки. В крайньому випадку хоча б перший висновок мікросхеми повинен розташовуватися у вузлі координатної сітки.

Підбір монтажних отворів. Монтажні отвори обов'язково металізують, форма і розміри отворів залежить від діаметру і форми виводів електрорадіоелементів.

Металізовані отвори виконують роль монтажного елемента або міжшарового з'єднання (рис. 2.1). Діаметри наскрізних монтажних отворів для виконання нормальних умов пайки повинні бути на 0,2…0,4 мм більше діаметра виводу радіоелементу. Разом з цим гальванічне покриття виходить якісним при певному співвідношенні між діаметром отвору і товщиною плати. Це співвідношення пов'язане з розсіювальною здатністю електролітів і, частково, з режимами гальванічного осадження [4].

Рисунок 2.1 - Типи перехідних отворів, що виконують роль між шарових з'єднань: 1 - глухий отвір в одному рівні; 2 - глухий отвір - з'єднання в двох рівнях, 3 - внутрішній між шаровий перехід - сліпий отвір, 4 - наскрізний отвір

Перехідні наскрізні отвори повинні бути відокремлені від монтажних контактних площадок, щоб запобігти витіканню припою з монтажних поверхонь (рис. 2.2).

Рисунок 2.2 - Поділ контактних площадок монтажною від наскрізного отвору.

Неглибокі глухі отвори і тим більше металонаповнені глухі отвори можуть виконуватися в монтажних контактних майданчиках.

В процесі експлуатації друкованих плат, в складі апаратури металізація отворів постійно відчуває змінні в часі термомеханічні напруження, викликані різницею в термічному розширенні міді та діелектричної основи. Стійкість до термомеханічним навантажень забезпечується відповідною товщиною і пластичністю металізації отворів. ГОСТ 23752 встановлює середнє значення товщини мідної металізації в отворі 25 мкм при можливому мінімальному значенні 20 мкм. Це значення товщини металізації встановилося в процесі багаторічної практики виготовлення та експлуатації друкованих плат з відношенням товщини друкованої плати до діаметру отвору 1…3. Дійсно, аналіз відмов металізованих перехідних отворів, не заповнених припоєм, показує, що при товщині металізації близько 7 мкм відмова з'єднання неминуче виникає, при товщині 15 мкм ймовірність відмови приблизно 0,9. І лише товщина 20 мкм забезпечує надійність з'єднань протягом тривалого періоду експлуатації апаратури. Тому основна умова гарантій надійності з'єднань по металізованому отвору полягає в тому, що товщина мідного гальванопокриття без дефектів не повинна бути менше 20…25 мкм. Щоб не допустити дефектів металізації у вигляді незначних не металізованих ділянок, що створюють осередки підвищеної концентрації напружень, товщину металізації збільшують до 30…35 мкм [4].

В таблиці 2.1 приведені отвори для всіх електрорадіоелементів в даній курсовій роботі.

Таблиця 2.1

Навколо монтажного отвору роблять контактну площадку у вигляді кільця, діаметр d якого повинен бути більшим за діаметр отвору. На кресленні умовно зображають контактні площадки так, як показано у таблиці 2.2.

Таблиця 2.2

3. Розробка робочого креслення друкованої плати

Друковані плати як одношарові, так і багатошарові, не повинні перевищувати максимального розміру сторони 500 мм Таке обмеження визначається вимогами міцності і щільності монтажу. За міцністю і щільністю монтажу друковані плати поділяють на два класи: клас А - плати з нормальною щільністю монтажу; клас Б - плати з підвищеною щільністю монтажу.

Відстань між провідниками і їх мінімальна ширина визначають щільність монтажу. Ці параметри однакові і залежать від методу виготовлення 0,5 - 0,8 мм - для плат класу А, а для плат класу Б - 0,2 - 0,4 мм. Основні розміри друкованих плат визначені в ГОСТ 10317-79 Співвідношення розмірів сторін друкованої плати для спрощення компоновки блоків та уніфікації розмірів друкованих плат рекомендується 11, 21, 41, 32, 52.

Розміри на кресленні друкованої плати вказують одним із таких способів:

- у відповідності з ГОСТ 2307-68.

- нанесенням координатної сітки.

На кресленні для взаємного розміщення друкованих провідників, друкованих елементів, контактних площадок, монтажних і контактних отворів і т.д. необхідно використовувати координатну сітку. Є два види координатних сіток прямокутна і полярна. Крок координатної сітки в прямокутній системі координат повинен дорівнювати 1,25 або 2,5 мм. Одночасно на одній платі дві сітки використовувати не можна.

Для друкованої плати крок координатної сітки обрано 2,5 мм. Габаритні розміри плати 100x100 мм. Масштаб 1:1.

4. Розробка складального креслення друкованої плати

Складальним кресленням називають документ, що містить зображення складальної одиниці та інші дані, необхідні для її складання (виготовлення) та контролю. Це креслення складають за робочими кресленнями або ескізами деталей, які входять до складу виробу.

Складальне креслення має містити такі дані:

* зображення складальної одиниці (вигляди, розрізи, перерізи); розміри та інші параметри і технічні вимого, які мають бути виконані за цим кресленням;

* вказівки про способи з'єднання;

* номери позицій складових частин [2].

При штрихуванні кожної деталі складальної одиниці додержуються таких правил: перерізи двох статичних металевих деталей заштриховують у різні боки, при чому перерізи однієї і тієї ж деталі на різних виглядах штрихують в один і той же бік.

До кожного складального креслення входить специфікація.

Специфікація - це документ, який визначає склад складальної одиниці. Він потрібний для виготовлення, комплектування конструкторських документів і планування запуску у виробництво складових частин складальної одиниці.

Специфікація має вигляд таблиці, до якої заносять номери позицій, позначення робочих креслень, назва складальних одиниць, кількість.

У загальному випадку специфікація має містити такі розділи:

* документація;

* складальні одиниці;

* деталі;

* стандартні вироби;

* матеріали, тощо [2].

Складальне креслення друкованої плати при мінімальній кількості зображень повинно давати повну уяву про розташування і виконання всіх друкованих і навісних елементів та деталей. Складальне креслення виконують відповідно вимогам ГОСТ 2.109-73, з урахуванням вимог ГОСТ 2.413-72. Конструкції навісних елементів викреслюються у вигляді спрощених зображень, яким надасться літерно-цифрове позиційне позначення відповідно електричній принциповій схемі, за якою виконують електричний монтаж плати. На складальному кресленні друкованої плати потрібно вказати номери позицій всіх складових частин, габаритні і приєднувальні розміри, мають бути відомості про способи приєднання навісних елементів до друкованої плати.

В технічних вимогах складального креслення повинні бути посилання на документи (ГОСТ, ОСТ, ДСТУ), які встановлюють правила підготовки та закріплення навісних елементів, відомості про припій.

Обов'язковим конструкторським документом, який додається до складального креслення друкованої плати, є специфікація, оформлена у вигляді таблиці за правилами ГОСТ 2.108-68. При записі в специфікацію складальних частин, які є елементами електричної принципової схеми, в графі «Примітки», вказують літерно-цифрові позиційні позначення цих елементів.

5. Використання графічної системи «sPlan 7.0»

плата рисунок друкований струмопровідний

Для креслення електричних принципових схем існує дуже багато різноманітних програм. Але в цій курсовій роботі я використав одну з найпростіших в освоєнні програм для накреслення схем: sPlan 7.0 (можна використовувати sPlan 6.0).

Програма sPlan - простий і зручний інструмент для креслення електронних та електричних схем, вона дозволяє легко переносити символи з бібліотеки елементів на схему і прив'язувати їх до координатної сітці. В sPlan є багато інструментів для креслення і редагування, які роблять розробку схем зручною та ефективною, такі як автонумерація елементів, складання списків елементів та інші.

sPlan створює якісні файли для друку, які можуть бути попередньо переглянуті, є зміна масштабу і розташування схеми на аркуші. Добре організовані і багаті бібліотеки містять безліч елементів, які легко редагувати. Створення власних елементів не становить труднощів, для цього є спеціальний редактор елементів.

sPlan містить стільки зручних і різноманітних функцій, що їх використання обмежене тільки вашими бажаннями і потребами, ви можете створювати самі різні креслення і схеми!

Сама програма - німецька, але є і російськомовні версії програм[5].

Я використовував безкоштовну демоверсію програми sPlan 7.0. Завантажити демоверсію можна на офіційному сайті виробника - ABACOM.

sPlan показує короткі підказки, якщо навести курсор на одну з кнопок і затримати його там на короткий час.

Зліва знаходиться бібліотека найпоширеніших елементів. Всі елементи розбиті за категоріями - акустика, антени, конденсатори, резистори, реле, мікросхеми і т.д. Щоб поставити елемент на схемі, необхідно клацнути по ньому лівою кнопкою мишки і не відпускаючи її, перетягнути елемент на робоче поле. Далі йде панель інструментів, на якій знаходяться інструменти для нанесення тексту, ліній, прямокутників, вузлів (точок з'єднання) та інше. Нарешті в центрі знаходиться робоче поле проекту. Його можна збільшувати і зменшувати для зручності (інструмент лупа або крутити колесиком миші), змінювати крок сітки і т. п.[5].

Після того, як на робочому полі проставили кілька елементів їх потрібно з'єднати. Для цього виберається на панелі інструментів «Лінія» і з'єднуються елементи. Якщо необхідно, то можна проставити точки сполучення інструментом «Вузол». З іншими інструментами розібратися не складе великих труднощів.

В кінцевому результаті у вас вийде схема. Обов'язково збережіть її. Програма sPlan зберігає файли у форматі SPL, але, щоб опублікувати її в інтернеті, потрібно перевести файл у зображення GIF або JPG. Зробити це дуже просто: увійдіть у меню Файл -> Експорт. Виберіть GIF або JPG (краще GIF). Повзунок якість поставте приблизно на 300 dpi і натисніть ОК (рису-нок 5.2). Відкриється діалогове вікно для вибору шляху збереження, введіть ім'я файлу і натисніть «Зберегти». Тепер перегляньте збережений файл (наприклад в ACDSee). Переглядайте в 100% масштабі, якщо написи не читаються, то потрібно зробити експорт ще раз, але збільшивши повзунок DPI. Чим більше задаєте значення DPI при експорті, тим більше виходить формат зображення [5].

Висновки

У цій роботі розроблено друковану плату за схемою, яка дана в індивідуальному завданні. Приведено короткий опис основних понять. Розраховано геометричні розміри плати, складена таблиця отворів.

Навчився розробляти топологію друкованої плати, креслити складальне та робоче креслення, заповнювати специфікацію.

Перелік посилань

1. Ивченко В.Г. Конструирование и технология ЭВМ. Конспект лекций. - /Таганрог: ТГРУ, Кафедра конструирования электронных средств, 2001. - 56 с.

2. Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры: Учебник для вузов. - М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 528 с.

3. Технология приборостроения: Учебник / Под общей редакцией проф. И.П. Бушминского. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана.

4. Медведев А. Печатные платы. Конструкции и материалы. - Техносфера, 2005. - 304 с.

Размещено на Allbest.ru