Разработка устройства Видеопорт (стр. 3 из 6)

В соответствии с ГОСТ 23751-86 конструирование печатных плат следует осуществлять с учетом следующих методов изготовления:

- химического для односторонних печатных плат и гибких печатных кабелей;

- комбинированного позитивного для ДПП, ГПП;

- электрохимического (полуаддитивного) для ДПП;

- металлизации сквозных отверстий для МПП;

Все рекомендуемые методы (кроме полуаддитивного) являются субтрактивными.

Исходя из вышеизложенных рекомендаций необходимо выбрать, либо электрохимический (полуаддитивный) метод, либо комбинированный позитивный метод.

Электрохимический метод в данном случае нам не подходит, так как его применяют для изготовления ДПП с высокой плотностью токопроводящего рисунка. В данном методе используется нефольгированный диэлектрик СТЭФ.1-2ЛК с обязательной активацией его поверхности или диэлектрик с фольгой 5 мкм. Учитывая эти данные, приходим к выводу, что данный метод значительно дороже комбинированного позитивного метода, и кроме того, из-за высокой плотности токопроводящего рисунка и малой толщины фольги, сопротивление печатных проводников будет большим, что в нашем случае нежелательно.

Учитывая вышеизложенное, приходим к выводу, что в нашем случае лучше использовать комбинированный позитивный метод. Этот метод обеспечивает хорошую адгезию элементов проводящего рисунка к диэлектрическому основанию и сохранение электроизоляционных свойств диэлектрика, защищенного во время обработки платы в агрессивных химических растворах медной фольгой.

Исходным материалом для комбинированного способа служит фольгированный с двух сторон диэлектрик, поэтому проводящий рисунок получают вытравливанием меди, а металлизация отверстий осуществляется посредством химического меднения с последующим электрохимическим наращиванием слоя меди.

Позитивный комбинированный метод обеспечивает III-й класс точности печатного монтажа и лучшие, по сравнению с другими методами, диэлектрические свойства плат.

Травление меди производится растворами на основе хлорного железа. Эти растворы допускают утилизацию меди из отработанного травителя, а также регенерацию самого травителя. Боковое подтравливание проводников– минимально.

С учетом всех перечисленных достоинств этот метод в настоящее время является основным в производстве двусторонних и многослойных печатных плат для аппаратуры самого разнообразного назначения. Метод хорошо отработан на производстве и является оптимальным при серийном выпуске.

4.7 Выбор защитного покрытия печатной платы.

В качестве защитного покрытия выбираем полиуретановый лак УР-231 светло-коричневого цвета. В отличии от других лаков, таких как СБ-1с (стойкость к периодическому воздействию минерального масла, бензина и воды) и К55 (устойчив к кислотам, нефтепродуктам), он обладает более низкой стоимостью, но худшими защитными характеристиками, а так как данное устройство предназначено для работы в стационарных условиях, то этим можно пренебречь. Лак обеспечивает повышенную электроизоляцию, выдерживает температуру от –60 до +120˚С. Лак представляет собой твердое и прочное покрытие.

5. Трассировка соединений.

5.1 . Расчет элементов печатного монтажа.

Конструктивно-технологический расчет ДПП с учетом произведенных погрешностей рисунка, проводящих элементов, фотошаблонов, базирования, сверления, экспонирования и т.д. по ОСТ 4.010.019-81, ГОСТ 23751-86.

Координатную сетку располагаем в соответствии с ГОСТ 2.417-78.

Элементы проводящего рисунка располагаем от края платы, неметаллизированного отверстия, паза, выреза и т.д. на расстоянии не менее толщины платы, с учетом допуска на линейные размеры.

Диаметры монтажных и переходных отверстий должны соответствовать ГОСТ 10317-79.

Расчет:

1) Минимальный размер переходного отверстия:

Dпо = Rдт*Нпп,

где

Rдт = 0.33

(отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине ДПП)

Нпп = (1.5+0.035*2) = 1.57 мм

(толщина изолирующего слоя, плюс толщтна 2-х слоев меди)

Dпо = 0.33*1.57 = 0.5181 мм

Из ряда диаметров переходных отверстий по ГОСТ 10317-79 выбираем Dпо = 0.8 мм

2) Минимальный диаметр монтажного отверстия:

Dмо = Dв + ∆ + 2*Нг + ∆D,

где

Dв = 0.5 мм

(максимальный диаметр вывода используемых ЭРЭ)

∆ = 0.1 мм

(зазор между выводом ЭРЭ и монтажным отверстием)

Нг = 0.035 мм

(толщина слоя меди)

∆D = 0.1 мм

(погрешность диаметра отверстия)

Dмо = 0.5 + 0.1 + 0.035*2 + 0.1 = 0.77 мм

По ГОСТ 10317-79 выбираем диаметр монтажного отверстия Dмо = 0.8 мм

3) Минимальное значение ширины проводника:

t = tмд + | ∆tно |,

где

tмд = 0.25 мм

(минимально допустимая ширина проводника)

∆tно = -0.1 мм

(нижнее предельное отклонение ширины проводника)

t = 0.25 + | -0.1 | = 0.35 мм

4) Минимальное значение расстояния между элементами проводящего рисунка:

S = Sмд + ∆tво,

где

Sмд = 0.25 мм

(минимально допустимое расстояние между элементами проводящего рисунка)

∆tво = 0.1 мм

(верхнее предельное значение отклонения ширины проводника)

S = 0.25 + 0.1 = 0.35 мм

5) Минимальный диаметр контактной площадки для металлизированного отверстия

D = Dмо + ∆Dво + 2*bн + ∆tво + бd + бр + ∆tно,

где

Dмо = 0.8 мм (расчет выше)

(диаметр монтажного отверстия)

∆Dво = 0 мм

(верхнее предельное значение отклонения диаметра отверстия)

bн = 0.1 мм

(гарантийный поясок)

∆tво = 0.1 мм

(верхнее предельное значение отклонения ширины проводника)

бр = 0.15 мм

(диаметральное значение позиционного допуска расположения контактных площадок относительно номинального положения)

бd = 0.08 мм

(диаметральное значение позиционного допуска расположения центров отверстий относительно номинального положения)

∆tно = 0.1

(нижнее предельное отклонение ширины проводника)

D = 0.8 + 0 + 2*0.1 + 0.1 + 0.08 + 0.15 + 0.1 = 1.43

Выбираем диаметр контактной площадки согласно ОСТ 4.010.019-81:

D = 1.5 мм

6) Минимальное расстояние между центрами отверстий для прохождения одного проводника:

L = D + t + 2*Sмин + б₁,

где

D = 1.5 мм (расчет выше)

(минимальный диаметр контактной площадки)

t = 0.35 мм

(минимальная ширина проводника, расчет выше)

Sмин = 0.25 мм

(минимально допустимое расстояние между проводниками (III-й класс точности)

б₁ = 0.05 мм

(диаметральное значение позиционного допуска расположения проводника относительно номинального положения)

L = 1.5 + 0.35 + 0.25*2 + 0.05 = 2.4 мм

Так как полученное расстояние L = 2.4 < 2.5 (расстояние между ножками микросхемы), то выбранный нами III-й класс точности печатного монтажа соответствует требованиям.

Конструктивно–технологический расчет печатных плат производился с учетом производственных погрешностей рисунка проводящих элементов, фотошаблонов, базирования, сверления, экспонирования и т.д. по ГОСТ 23751 – 79,

ГОСТ 10317 – 79, ОСТ 4ГО.010.030, ОСТ 4.010.019 – 81.

5.2 Расчет электрических параметров схемы.

1) Оценим необходимую ширину проводника сигнальной цепи:

bпр > ( l*ρ*I ) / ( hф*Uп ),

где

ρ = 0.05 Ом*мм² / м

(удельное сопротивление проводника)

l = 15 см (взято с избытком)

(максимальная длина проводника)

I = 130 мА

(максимальный ток в проводнике)

hф = 0.035 мм

(толщина проводника)

Uп = 0.4 В

(величина помехоустойчивости ИС)

bпр > ( 320*10^-3 *0.05*10^-6 *130*10^-3 ) / ( 35*10^-6 *0.4 ) = 149 мкм

Для III-его класса точности минимальная ширина проводника 0.25 мм, а следовательно удовлетворяет условию bпр = 0.25 > 0.149.

2) Рассчитаем сопротивление металлизированного переходного отверстия:

Rпо = ( ρ*hмо ) / ( 2π*r*hм ),

где

ρ = 0.05 Ом*мм² / м

(удельное сопротивление проводника)

hмо = 1.5 мм

(высота металлизированного отверстия)

r = 0.4 мм (расчет выше)

(внешний радиус отверстия)

hм = 0.035 мм

(толщина металлизации)

Rпо = ( 0.05*10^-6 *1.5*10^-3 ) / ( 2*3.14*0.4*10^-3 *35*10^-6 ) = 85.3*10^-3 Ом

Так как сопротивление очень мало, то его можно не учитывать.

3) Оценим необходимую ширину проводника для цепей земли и питания:

bпр > ( l*ρ*I ) / ( hф*0.01*Uп ),

где

ρ = 0.05 Ом*мм² / м

(удельное сопротивление проводника)

l = 10 см

(длина проводника)

I = 1.1 А

(наибольший ток в схеме)

hф = 0.035 мм

(толщина проводника)

Uп = 5 В

(напряжение питания устройства)

bпр > ( 30*10^-3 *0.05*10^-6 *1.1 ) / ( 35*10^-6 *0.01*5 ) = 0.94 мм

Из полученного значения видно, что выбранная ранее величина соответствует расчетной bпр = 1 > 0.94 мм.

4) Емкость и индуктивность между печатными проводниками:

Взаимная емкость:

С = ( 0.12*10^-12 *ε*l ) / ( lg[2*d / ( h + b )] ),

где

ε = 5.8

(диэлектрическая проницаемость диэлектрика, покрытого лаком [1])

l = 8 см

(максимальная длина проводника)

h = 0.035 мм

(толщина проводника)

d = 0.25 мм

(минимально допустимое расстояние между проводниками (III-й класс точности)

b = 0.25 мм

(ширина проводника)

C = ( 0.12*10^-12 *5.8*0.08 ) / ( lg[2*0.25 / ( 0.035 + 0.25 )] ) = 0.22 пФ

Взаимная индуктивность:

М = 2*l*( 2.3*lg[ 2*b / (d + b) ] + (d + b) / l +1)*10^-9,

где

l = 8 см

(максимальная длина проводника)

d = 0.25 мм

(минимально допустимое расстояние между проводниками (III-й класс точности)

b = 0.25 мм

(ширина проводника)

М = 2*0.08*( 2.3*lg[ 2*0.25 / (0.25 + 0.25) ] + (0.25 + 0.25)* 10^-3 / 0.08 +1)*10^-9 = = 0.16 мкГн

5.3 Проверочные расчеты и оценка помехоустойчивости.

Расчет сопротивления изоляции параллельных проводников

, где

R_П – поверхностное сопротивление изоляции.

, где

ρ_П = 10¹¹ Ом – удельное поверхностное сопротивление стеклотекстолита.

L_З = 0,25 мм –зазор между параллельными проводниками.

L_max = 90 мм – наибольшая длина параллельных проводников.