Разработка печатной платы.

Оглавление
1 Техническое задание на разработку конструкции 4
1.1 Электрическая принципиальная схема. 4
1.2 Требования по климатическому исполнению, категории помещения и объекту размещения. 4
1.3 Техническое задание на разработку электронного модуля. 4
1.3.1 Введение. 4
1.3.2 Основание для разработки. 4
1.3.3 Источник разработки. 4
1.3.4 Технические требования. 4
2 Анализ технического задания 6
2.1 Анализ назначения и объекта установки. 6
2.2 Анализ условий эксплуатации. 6
3 Анализ электрической принципиальной схемы 8
3.1 Выявление особенностей электрической схемы, влияющих на конструкцию печатной платы. 8
3.2 Выбор электрического соединителя (разъёма). 8
3.3 Исключение из схемы отдельных компонент. 8
3.4 Расчёт электрических режимов работы схемы. 8
4 Анализ элементной базы 9
4.2 Анализ компонент, усложняющих конструкцию электронного модуля. 12
4.3 Анализ типа выводов компонент и способов монтажа на печатную плату. 12
4.4 Анализ размеров между выводами компонент и подготовка информации для выбора шага координатной сетки. 13
4.5. Расчет конструктивной сложности электронного модуля. 13
5 Разработка конструкции модуля 14
5.1 Эскизная проработка конструкции 2-го уровня. 14
5.2 Выбор способа размещения и закрепления цифрового модуля в конструкции 2-го уровня 14
5.3 Обоснование и выбор конструкции цифрового модуля. 14
5.4 Разработка каркаса. 14
5.5 Разработка субпанели. 14
6 Разработка печатной платы 15
6.1 Выбор компоновочной структуры и типа печатной платы. 15
6.2 Выбор класса точности ПП. 15
6.3 Расчет габаритов ПП. 15
6.4 Определение толщины ПП. 17
6.5 Выбор метода изготовления ПП. 17
6.6 Выбор материала основания ПП. 18
6.7 Расчет элементов печатного рисунка. 18
7 Описание САПР, используемой при проектировании 24
8 Разработка библиотеки компонент 25
8.1 Разработка библиотеки посадочных мест средствами DIP TRACE. 25
8.2 Разработка библиотеки компонент средствами DIP TRACE. 26
9 Выполнение электрической принципиальной схемы 27
10 Выполнение перечня элементов 28
11 Выполнение чертежа печатной платы 29
12 Сборочный чертёж 30
13 Спецификация на модуль 31
14 Поверочные расчеты 32
15 Заключение и выводы 37
16 Перечень используемых источников 38
Приложения: Состав графической части 39

ШРИФТ - размер - 10 пт, ширина линий - нормальная, ширина текста - 100%, цвет - серый.10 Выполнение перечня элементовПеречень элементов для электрической принципиальной схемы представлен в графической части.Перечень элементов представляется в виде самостоятельного документа, выполненного по ЕСКД. Перечень должен содержать 4 графы:•позиционное обозначение элемента,•наименование элемента с указанием ГОСТ или ТУ, которым соответствует элемент,•количество элементов данного типа,•примечание.Допускается два варианта выполнения перечня элементов. При первом варианте перечень размещается непосредственно на первом листе электрической принципиальной схемы над угловым штампом. Во втором случае перечень выполняется в виде самостоятельного документа на листах формата А4. Для его разработки может использоваться любой текстовый редактор. В данном случае использовался второй вариант.11 Выполнение чертежа печатной платыЧертёж печатной платыпредставлен в графической части.Печатная плата разрабатывается с помощью DipTrace PCB layout.В начале были установлены границы печатной платы в соответствии с расчётами, затем установлены границы трассировки в соответствии с выбранным значением краевого поля. Добавлены крепёжные отверстия для винтов M2. Размешены компоненты в пределах платы в соответствии с требованиями. И выполненаавтотрассировка со следующими параметрами:Трассировка-Выбор трассировщика-ShapeRouter.Трассировка-Параметры автотрассировки- По умолчаниюТрассы и переходы. Трассы•Ширина трасс - 0.65 мм,•Между трассами - 0.57 мм.Переходы•наружный диаметр -1 мм,•диаметр отверстия -0,5 мм.Минимальный сегмент•наклонная линия 0,5,•прямая линия 0,1 .Первый лист.На первом листе изображается основная и боковая проекции платы без топологии рисунка. Указываются габаритные размеры, крепежные отверстия и даются общетехнические требования. На первом листе могут быть показаны сечения платы с крепежными и монтажными отверстиями.Второй и третий листы.На листах 2 и 3 располагают топологические рисунки с контактными площадками сторон А и Б соответственно. На этих листах также может быть представлена таблица для указания ширины проводников.Четвёртый и пятый листы. На 4,5 листах располагают слои маркировки сторон А и Б соответственно. (Если маркировка на слое Б отсутствует, то лист 5 не исполняется.12 Сборочный чертёжСборочный чертёж представлен в графической части.Сборочный чертеж модуля выполняется в масштабе:1:1, 2:1, 2,5:1, 4:1.При одностороннем размещении компонент сборочный чертёж выполняется на одном листе. При двухстороннем размещении компонент целесообразно чертёж выполнить на двух листах. На 1- ом листе размещается главный вид модуля с указанием компонент и боковая проекция со всеми крепежными деталями. На 2 листе показывается размещение компонент на обратной стороне платы.Сборочный чертеж должен давать полное представление о конструкции модуля, поэтому, чтобы показать сложные конструктивные участки, например, элементы крепления, фиксации и пр. необходимо показывать разрезы в этих местах. На чертеж наносят габаритные, установочные и присоединительные размеры, предельные отклонения, позиционные обозначения. Компоненты изображаются в упрощенном виде. Всем составным частям присваивают позиционные номера, которые указывают с помощью выносок вне поля платы. Сборочный чертеж должен содержать технические требования по монтажу и сборке.13 Спецификация на модульСпецификация представляет собой таблицу, содержащую перечень всех составных частей, входящих в данное изделие, и конструкторских документов. Она выполняется на листах формата А4.Спецификация содержит графы:•«Формат» -заполняется только для документации, при этом указывается формат, на котором выполнен документ.•«Зона» -используется для больших и сложных сборочных чертежей, в которых поле чертежа разбивается на зоны. Используется редко.•«Поз.»-указывается позиция на сборочном чертеже. Позиции обозначают цифрами в порядке возрастания.•«Обозначение» -указывают децимальный номер документа. Заполняется только для документации.•«Наименование»-указывается наименование документа, детали . компонента и прочее. Для компонент в этой графе указывают также ГОСТ или ТУ, по которым выполнен компонент. •«кол.» - указывают количество одотипных элементов.•«Примечание» -указывают позиционные обозначения для компонент согласно электрической принципиальной схемы.14 Поверочные расчеты15.1 Расчет надежности.Исходные данные для расчета:принципиальная электрическая схема с указанием типов компонент,топология печатной платырежимы работы всех компонентусловия эксплуатации изделиязначения интенсивностей отказов компонент и элементов печатного монтажа.Элементы конструкции, которые влияют на работоспособность:электрорадиоэлементы,элементыпечатногомонтажа,соединитель.Выбираем коэффициент k1 для портативных устройств = 1,07Выбираем коэффициент k2 для температуры -10 - +45 и влажности 65% = 1.Выбираем коэффициент k3 для высоты над уровнем моря 0-1 км = 1.Коэффициент нагрузки вычисляется только для компонент. Он вычисляется исходя из электрического режима работы i-го компонента индивидуально по одному или нескольким электрическим параметрам. В общем случае он равен , где: - рабочий параметр компонента. Находится путем расчета режима работы схемы. - допустимый рабочий параметр компонента. Находится по справочным данным.Для микросхем коэффициент определяется по числу нагрузок. В справочниках обычно указывается максимальное число нагрузок, подключаемых к выходу микросхемы. Если число нагрузок менее 30%, то , если число нагрузок от 30% до 70%, то , если число нагрузок более 70%, то . Расчет необходимо провести по всем выходам микросхемы и взять большее значение.Если для отдельных элементов рассчитать не удается, то он принимается равным 1.Коэффициент зависит от и от температуры корпуса компонента. Для учебных целей рассчитываем по формулам: - при температуре корпуса компонента менее ; - при температуре корпуса компонента от до ; - при температуре корпуса компонента более .Для элементов печатного монтажа и элементов, не выделяющих тепло, коэффициент принять равным 1. Температуру корпусов компонентов для расчетов принять одинаковой для всех компонентов с учетом перегрева субблока по отношению к температуре внешней среды на и перегрева корпуса компонента относительно температуры субблокана.Интенсивность отказов элементов, которая находится по справочникам. определяется по формуле:=k1*k2*k3**, где - число элементов, указанных одной строкой таблицы.Компонентk1k2k3Резисторы (32)1,0711120,5*10-81,07*10-834,24*10-8Конденсаторы (11)1,0711120,8* 10-81,7*10-818.7*10-8Стабилизатор (1)1,0711120,2* 10-70,4*10-70,4*10-7Контакт разъёма (4)1,071110,5* 10-80,54*10-82,16*10-8Микросхемы (9)1,07110,40,80,1* 10-70,09*10-70,81*10-7Резонатор (1)1,0711122,6* 10-85,2*10-85,2*10-8Переходное отверстие (269)1,071111,0* 10-91,07*10-9287,83*10-9Печатная плата (S= 9600 мм2)1,071111,0* 10-71,07*10-710,272*10-7Печатный проводник (L=3203 мм)1,071110,2* 10-90,21*10-90,67*10-9Интенсивность отказов печатного блока:(1/час)Наработка на отказ: (час) (56 лет)Вероятность безотказной работы за 24 часа:= 0,9998Вероятность отказа за время t определяется по формуле:= 0,0002Из расчётов видно, что модуль соответствует требованиям технического задания.12.2. Расчет уровня стандартизации и унификации.Уровень стандартизации и унификации определяется по формуле:где: -уровень стандартизации и унификации в процентах -число стандартных деталей (Детали, выполненные на предприятии по стандартам, например, болты, гайки, стальные уголки и пр.)-число деталей, заимствованных из предыдущих изделий, выпускаемых данным предприятием. - число покупных изделий (Число покупных компонент)-общее число деталей, которое кроме перечисленных выше включает также уникальные детали, например, печатную плату.Общее число деталей, согласно спецификации, составляет ∑о = 59единиц. Из них печатная плата является уникальной. Остальные детали – покупные. Исходя из этого уровень стандартизации и унификации составит: = 100*58/59 = 98,3%Полученное значение соответствует техническому заданию.15.3.Тепловой расчет.1)Находим температуру допустимого перегрева субблока. Она определяется:где: -допустимая рабочая температура компонента. Выбирается по самому наихудшему компоненту по критерию устойчивости к повышенной температуре.Самым наихудшими компонентами являются микросхемы с температурой +70 градусов. - максимальная для заданной климатической зоны температура внешней среды. Предельная температура для климатической зоны равна +55 градусов. - температура перегрева корпуса, в который будет установлена плата. Для учебных целей зададимся температурой перегрева корпуса, равной 10 градусам.2)Находим мощность рассеваемую субблоком.Напряжение питания U = 12В, Максимально допустимый ток I = 200 мА.Отсюда можно найти мощность по формуле:P = I * U = 0,2 * 12 = 2,4Вт.3)Находим площадь, через которую будет рассеиваться тепло.Печатную плату с установленными на ней компонентами условно представляем моделью в виде пластины и считаем, что площадь рассеивания равна двум площадям платы.где H и L - габаритные размеры платы.4)Находим удельную мощность рассеивания на единицу площади:Pуд = 2,4/0,096 = 25 Вт/м25)По диаграмме находим точку, характеризующую тепловой режим работы субблока и определяем зону, в которую она попала.Точка попадает в зону 1, это означает, что требуется естественное воздушное охлаждение.15 Заключение и выводыВ результате выполнения данного курсового проекта был разработан цифровой модуль устройства. Были разработаны сопутствующие документы, такие как: Схема электрическая принципиальная, перечень элементов к электрической принципиальной схеме, чертёж печатной платы, сборочный чертёж, спецификация на модуль. Также были разработаны: библиотека посадочных мест и библиотека УГО элементов. Для создания печатной платы и электрической принципиальной схемы было использовано ПО DipTrace и все входящие в него компоненты.16 Перечень используемых источников1. КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭВМ И КОМПЛЕКСОВ КОНСТРУИРОВАНИЕ МОДУЛЯ ЦИФРОВОГО УСТРОЙСТВА Методические указания к курсовому проекту для студентов специальности 22.01.00 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети».2. Методические указания к лабораторным работам по курсу “Конструкторское – технологическое обеспечение производства ЭВМ”Приложения: Состав графической части