Изготовление печатных плат



Введение

Курсовая работа по дисциплине "Основы конструирования и технологии радиоэлектронных средств" представляет собой заключительный этап изучения данной дисциплины. Ее цель - подготовить студентов к самостоятельному решению проектно-конструкторских задач при выполнении дипломного проекта и последующей работе на предприятиях промышленности.

Задачами курсовой работы являются:

-систематизация, расширение и углубление  теоретических знаний по дисциплине;

- развитие и закрепление практических  навыков разработки конструкций и технологии радиоэлектронных средств (РЭС);

- приобретение опыта работы  с нормативно-технической документацией,  технической литературой и разработки  конструкторской и технологической  документации на РЭС.

Содержание конструкторских и  технологических задач курсового проекта соответствует стадиям технического предложения, эскизного и технического проектирования.

Исходными данными для разработки конструкции МСБ служат схема  электрическая принципиальная и требования технического задания.

Процесс разработки конструкции МСБ можно представить решением следующих задач:

- анализ электрической принципиальной  схемы; 

- выбор конструктивно-технологического  варианта изготовления МСБ; 

- расчет геометрических размеров  тонкопленочных элементов;

- определение геометрических размеров подложки (платы) и разработка топологии МСБ;

- выбор типоразмера корпуса  для корпусирования МСБ;

- выполнение оценочных расчетов  показателей качества МСБ; 

- оформление конструкторской документации.

 

 

 

 

 

Задание 
на курсовое проектирование по дисциплине

“Основы конструирования  и технологии РЭС”

Студент: Цивлин А.П.

Руководитель: Авдеев Н.И.

Срок представления проекта: 20 мая 2005 г.

1. Тема проекта: Разработка конструкции и технология изготовления микросборки

2. Исходные данные:

2.1 Наименование и область  применения: Использование  в качестве усилителя для радиоприемника, усилительной приставки к осциллографу, измерительного усилителя

  2.2 Схема электрическая принципиальная (прилагается к заданию)

        2.3 Условия эксплуатации:  -диапазон температур от -20 0С до +400С

-влажность до 95% при Т=250С

-относительное давление 760 мм. рт. ст.

2.4 Объект установки: изделие устанавливается в стационарной бытовой аппаратуре

3. Требования, предъявляемые  к конструкции:

Функциональные параметры:

- время наработки на  отказ:  10000 часов

- масса: не более 100г

- Потребляемая мощность  схемы: не более 1 Вт

- Напряжение источника  питания: 3 В.

- Максимальная частота вибраций: 40 Гц

4.Объем курсового проекта

4.1 Пояснительная записка  (20…30 стр.), содержащая: электрический расчет схемы по пост току, расчет пленочных элементов, расчет топологии МСБ, расчет ФЯ, оценочные расчеты показателей качества РЭС

4.2 Перечень графического  материала: схема электрическая принципиальная, топологический и послойные чертежи МСБ, сборочный чертеж, чертеж ФЯ.

5. Рекомендуемая литература: 
”Основы конструирования РЭС. Учебное пособие для курсового проектирования” 

 

 

Задание выдано    “18”  февраля 2005 г.

Подпись руководителя        Подпись студента    

 

Техническое задание на разработку конструкторского изделия.

1. Наименование и область  применения:

Тестер электрических звеньев.

Применяется для проверки электрических звеньев цепей приборов на прохождение через них сигнала.

Других применений не имеет.

При доработке конструкторской документации до международных стандартов возможна поставка на экспорт.

2. Основание для разработки:

Задание на курсовой проект.

3. Цель и задача  разработки:

Разработать конструкторскую документацию для использования в учебном  процессе.

4. Источники разработки:

Электрическая схема и описание принципа работы взяты по адресу: http://www.radioshema.ru/list/shp-apu.shtml 

5. Технические (тактико-технические)  требования.

5.1. Состав изделия  и требования к его конструкции:

Корпус изделия должен быть выполнен в форме параллелепипеда. Питание должно осуществляться от независимого стабилизированного  источника питания. Масса не более 1500г.

5.2. Показатели назначения:

Потребляемая мощность схемы не более 1 Вт.

Мощность нагрузки 0,5 Вт.

Напряжение источника питания 12,63 В.

Диапазон частот: от 35 кГц  до 100 МГц.Допустимая частота свободных колебаний 840 Гц

5.3. Требования к надёжности:

Долговечность 10 лет. Длительность использования 5 лет. Вероятность безотказной работы 85% в течение 1000 часов.

5.4 Требования к уровню унификации и стандартизации:

Обеспечить максимальный уровень  стандартизации и унификации.

5.5. Требование к безопасности:

Изделие должно быть безопасно при  монтаже. Все работы, связанные с  эксплуатацией изделия допускается  проводить неподготовленным персоналом.

 

5.6. Эстетические, энергометрические требования

Не требуются.

5.7. Условия эксплуатации:

-диапазон температур от -20 0С до +400С

-влажность до 95% при Т=250С

-относительное давление 760 мм. рт. ст.

5.8. Требования к транспортировке и хранению:

Транспортировка допускается в  заводскойвлагозащитной упаковке любым наземным способом.

6. Стадии разработки:

Получение задания 18.02

Анализ схемы, разработка ТЗК                 15.02-18.02,

Электрический расчет 18.02-25.02,

ВВыбор элементной базы, разбивка на

элементы и компоненты                                     25.02-04.03,

Расчет пленочных резисторов                                  04.03-11.03,

Расчет пленочных конденсаторов                           11.03-18.03,

Выбор размера подложки, 

разработка топологического  чертежа                                18.03-25.03,

Разработка конструкции  микросборки (микросхемы)     25.03-01.04,

Разработка конструкции  ячейки                                         01.04-08.04,

Расчет теплового режима ячейки                           08.04-15.04,

Расчет надежности ячейки 08.04-15.04,

Расчет вибропрочности конструкции ячейки 15.04-22.04,

Оценка технологичности  конструкции, выбор 

технологического процесса изготовления

микросборки (микросхемы) 22.04-29.04,

Выполнение графической  части  29.04-13.05,

Оформление пояснительной  записки   13.05-20.05,

Защита курсового проекта 20.05-27.05.

7. Комплектность документации:

Расчётно-пояснительная записка  должна содержать: задание на курсовое проектирование, введение, техническое задание на разработку РЭС, анализ технического задания, конструкторский анализ схемы электрической принципиальной, разработку конструкции МСБ, разработку конструкции ФЯ РЭС,  разработку конструкции РЭС,  разработку технологического процесса изготовления МСБ, заключение, содержание.

Раздел 2. Анализ схемы электрической принципиальной.

Рис.1

 

Общий вид рассчитываемой схемы  приведен на рис. 1. Представленное изображение является видоизмененным по сравнению с исходной схемой. Внесенные изменения не имеют критического характера, так как полностью учитывают специфику схемы и ее целевое назначение. Так, вход схемы, который находится между R1 и землей, был заменен проводником для удобства расчета (эти точки являются контактными пластинами, осуществляющими проверку звеньев цепи), а выход, расположенный между C3 и землей, так же проводником, так как в конечном варианте к указанным клеммам подключается динамик, подающий звуковой сигнал при разрыве электрической цепи в месте проверки. Внутреннее сопротивление такого динамика крайне мало, что дает нам право при расчете заменить его на проводник.

 

 

 

 

 

 

 

Расчет элементов цепи по постоянному  току.

Расчет данной цепи по постоянному  току осуществлялся на основе трех законов Кирхгоффа и проводился в среде Electronics Workbench. Поученные результаты и исходные данные представлены в сводной таблице элементов.

Сводная таблица элементов.

Резисторы

Тип элемента

Номинал, Ом

Напряжение, В

Ток, мА

Мощность, мВт

R1

47 000

0,7534

1,6E-02

1,21E-02

R2

47 000

2,247

4,78E-02

0,107

R3

10 000

1,933

0,193

0,374

R4

10 000

1,933

0,193

0,374

R5

1 500

2,733

1.822

4.98

R6

1 500

2,733

1.822

4.98

R7

100

0,202

2.02

0,408

R8

100

0,202

2.02

0,408


 

Конденсаторы

Элемент

Номинал, нФ

Напряжение, мВ

С1

47

728,8

С2

47

728,8

С3

47

267,4


 

Транзисторы

Элемент

Uкэ, мВ

Iк, мА

VT1

70,99

0,4237

VT2

65,46

1,824

VT3

65,45

1,825


 

 

 

 

 

 

Раздел 3. Анализ, расчет и выбор элементов схемы.

Под определение элементов микросборки попадают все элементы принципиальной схемы, которые можно выполнить в тонкопленочном виде. В интегральном (тонкопленочном) виде можно изготовить: резисторы номиналом от 10 Ом до 1МОм, конденсаторы емкостью от 10 пФ до 0,01 мкФ, соединительные проводники, контактные площадки. Остальные же элементы принципиальной схемы и те, которые не попадают в указанные диапазоны, будут выполнены в виде компонентов. Таким образом, транзисторы и конденсаторы для нашей принципиальной схемы будут компонентами, поэтому расчет пленочных конденсаторов представлен не будет.

 

Расчет тонкопленочных резисторов

Выбор резистивного материала

Ниже приведен расчет резисторов, использованных в схеме, а так  же обоснование методов их нанесения  на подложку и выбора материала.

Из трех возможных методов (фотолитография ординарная, фотолитография двойная, маска) выберем ординарную фотолитографию, так как . Далее проверим условие возможности выполениявыполнения всех элементов из одного резистивного материала для ординарной фотолитографии:

 

Данное условие выполняется, но, забегая немного вперед, следует отметить, что резисторы будут разделены на две группы исходя из соотношения номиналов. Данное разделение сознательно вынудит использовать два различных резистивных материала, но зато значительно уменьшит общую площадь, занимаемую резисторами на подложке.

В итоге, элементы были разбиты на две группы:

 

Таблица 1.

Резистор

Резистивный материал

R1, R2, R3, R4, R5, R6

Кермет К50-С

R7, R8

РС-5402


 

Резистивный материал выбирался на основе расчета отношений сопротивлений группы:

 

Далее полученные результаты были округлены до ближайшего большего табличного значения. Характеристики выбранных материалов приведены в таблице 2.

 

Таблица 2.

Материал

ρ, Ом/кв

Р0, Вт/см2

α*104 , 1/С0

ТУ на резистивный материал

Материал контактных площадок и  проводников

Кермет К50-С

10000

2,5

-5…+3

ЕТО.021.048ТУ

Au, Al

РС-5402

100

2

0,5

ЕТО.021.048ТУ

Au, Cu, Al


 

 

Определение точностной погрешности

Определившись с типами материалов, перейдем к расчету точностной погрешности

Найдем составляющие рассматриваемой  формулы вначале для Кермет К50-С:

  1. - относительная погрешность сопротивления квадрата пленки. Для керметов с ρ порядка 20 кОм/кв данная величина берется равной 4%, поэтому целесообразно выбрать ее в размере 3% для используемого материала.
  2. - относительная погрешность сопротивления, связанная с воздействием внешней температуры. Диапазон температур выбирается из условий эксплуатации рассматриваемой схемы. Так как данное изделие будет использоваться на земле, в лабораторных условиях, то разброс температур составил -40…+55 0С.  Откуда можно легко определить  . Откуда
  3. - относительная погрешность от старения выбирается равной порядка 0,75% для данного материала при максимальном своем значении 3%
  4. - относительная погрешность контактных переходов выбирается равной 2% для ординарной фотолитографии.

 

С учетом всех этих данных можно найти  результирующее значение

 

Аналогичным образом можно получить значение и для материала РС-5402, которое равно

 

Расчет коэффициента формы

Далее, мы выходим на определение коэффициента формы для каждого из резисторов в соответствии с выбранным материалом:

Таблица коэффициентов формы для  всех резисторов представлена ниже:

 

Таблица 3.

Элемент

Материал

Коэффициент формы

R1

Кермет К50-С

5.455

R2

Кермет К50-С

5.455

R3

Кермет К50-С

1.161

R4

Кермет К50-С

1.161

R5

Кермет К50-С

0.174

R6

Кермет К50-С

0.174

R7

РС-5402

1

R8

РС-5402

1


 

Определение геометрических размеров резисторов

Коэффициент формы может быть записан и через отношение длины резистора к его ширине:

Из этого соотношения, зная одно из его составляющих, элементарно  получается другое при известном К. На этом и строится нахождение геометрических размеров резисторов. На основании найденного коэффициента формы определяется, что будет рассчитано первым: длина или ширина резистора. Если К<1, то первым рассчитывается длина, а затем путем подстановки находится ширина. И наоборот для К>1. Процесс расчета размеров для К>1 выглядит так:

  1. Записывается условие минимальной ширины резистора , где последнее значение в скобке является величиной неизменной для ординарной фотолитографии и равна 100 мкм.
  2. Определяется , где - для ординарной фотолитографии, а знаменатель подставляется в числах, а не процентах.
  3. Рассчитывается величина , где P0 – табличная величина для выбранного материала, а Р – мощность, рассеиваемая на соответствующем элементе схемы.
  4. Из условия в п.1 выбирается необходимое значение и через коэффициент формы выражается длина:

 

Если K<1, то:

    1. Записывается условие минимальной длины резистора , где последнее значение в скобке является величиной неизменной для ординарной фотолитографии и равна .
    2. Определяется , где по-прежнему для ординарной фотолитографии, а знаменатель подставляется в числах, а не процентах.
    3. Рассчитывается величина , где P0 – табличная величина для выбранного материала, а Р – мощность, рассеиваемая на соответствующем элементе схемы.

 

    1. Из условия в п.1 выбирается необходимое значение и через коэффициент формы выражается длина:

 

При расчете конечной длины следует  учитывать специфику выбранного метода нанесения. При ординарной фотолитографии фактическая длина резистора  на 400 мкм больше расчетной, поэтому  формула для конечной длины  резистора имеет вид:

Что имеет следующий вид:

 

 

Все данные по расчету размеров резисторов собраны для обоих коэффициентов  формы и представлены в таблице 4.

Таблица 4.1

Материал

Элемент

К

,мм

,мм

,мм

,мм

P, Вт

, Вт

,мм

Кермет К50-С

R1

5.455

0.26

9.847E-4

0.1

0.26

1.05E-5

2

1.818

R2

5.455

0.26

5.682E-4

0.1

0.26

3.52E-6

2

1.818

R3

1.161

0.409

4.026E-4

0.1

0.409

3.76E-7

2

0.875

R4

1.161

0.409

4.026E-4

0.1

0.409

3.76E-7

2

0.875


 

Таблица 4.2

Материал

Элемент

К

,мм

,мм

,мм

,мм

P, Вт

,мм

Кермет К50-С

R5

0.174

0.258

0.015

0.1

0.458

2.47E-3

1.482

R6

0.174

0.258

0.015

0.1

0.458

2.47E-3

1.482


 

Таблица 4.3

Материал

Элемент

К

,мм

,мм

,мм

,мм

P, Вт

,мм

РС-5402

R7

1

0.385

9.605E-3

0.1

0.385

1.85E-4

0.785

R8

1

0.385

9.599E-3

0.1

0.385

1.84E-4

0.785


 

Теперь рассчитаем площади тонкопленочных резисторов и найдем коэффициент нагрузки по мощности. Площадь резистора найдем из известных значений ширины и длины:

 

 

Теперь рассчитаем фактическую  удельную мощность:

 

,

 

Где Р – расчетное значение мощности, рассчитываемое через произведение напряжения и тока через резистор, а S – площадь резистора.

Последний этап – расчет коэффициента нагрузки по мощности.

.

Все расчетные данные сведены в  таблице 5.

 

Таблица 5.

Элемент

R1

0.47

0.002221

0.001111

R2

0.47

0.000745

0.000372

R3

0.358

0.000105

5.25E-05

R4

0.358

0.000105

5.25E-05

R5

0.679

0.363901

0.181951

R6

0.679

0.363901

0.181951

R7

0.302

0.061213

0.030606

R8

0.302

0.060882

0.030441


 

Расчет конденсаторов

Как и резисторы, конденсаторы тоже могут быть выполнены в пленочном  виде. Как и в предыдущем случае существует пороговое значение емкости, после которой конденсаторы выполняются только в компонентном виде. Из анализа принципиальной схемы ясно следует, что все конденсаторы, использованные на ней, не подлежат выполнению в пленочном виде, так как их емкости равны 47000пФ, что значительно выходит за рамки диапазона значений, в котором конденсаторы выполняются в интегральном виде. Поэтому весь расчет емкостей сводится к выбору компонентных конденсаторов по допустимому напряжению .

Параметры выбранных конденсаторов  приведены в таблице 6.

 

Таблица 6.

Материал

Компонент

Номинал, пФ

Длина, мм

Ширина, мм

Высота, мм

Напряжение, мВ

Керамика

С1

47000

1,2

1,5

1.2

728,8

С2

47000

1,2

1,5

1.2

728,8

С3

47000

1,2

1,5

1.2

267,4


 

Порядок расчета пленочных конденсаторов из-за отсутствия необходимости приведен не будет.

 

Выбор транзисторов.

Как и для любой схемы, выбор транзисторов осуществляется исходя из коллекторного тока и напряжения между базой и эмиттером

.

Распределение токов и напряжений, определяющих выбор транзисторов, а так же их общие характеристики, представлены в таблице 7.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 7.

Транзистор, наименование

Тип

, мА

, мВ

Рисунок

VT1

КТ120

p-n-p

0,4237

70,99

20…200

50

10…60

10

Левый

VT2

КТ206

n-p-n

1,824

65,45

30…210

-

-

15

Правый 

VT3

КТ206

n-p-n

1,825

65,45

30…210

-

-

15

Правый

Изготовление печатных плат 📙 Курсовая → 🆔 84827

Изготовление печатных плат 📙 Курсовая → 🆔 84827