Электрохимический метод изготовления печатной платы при химическом способе получения рисунка

 

Содержание

          1.Схема электрическая принципиальная . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

          2.Реконфигурация схемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

3.Схема трассировки печатной платы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

          4 Схема компоновки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

5 Таблица элементов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

6 Эскизы элементов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

7 Расчет геометрических параметров. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

7.1 Расчет с учетом способа изготовления. . . . . . . . . . . . . . . . .6

7.2 Общий расчет. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

8 Расчет помехозащищенности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

9 Тепловой расчет микросхемы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

9.1 Определение температуры корпуса. . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

9.2 Определение температуры нагретой зоны. . . . . . . . . . . . . 12

9.3 Расчет температуры поверхности микросхемы. . . . . . . . . 15

10 Описание технологии изготовления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

11 Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

 

1 Схема электрическая принципиальная

2 Реконфигурация схемы

3 Схема трассировки печатной платы

4 Схема компоновки

5 Таблица элементов

Элемент	Тип	Обозначение	Размеры, mm	Параметры	Кол-во
Резистор	МЛТ	R1,R2,R3,R6	l = 6,5	P=0,25 Вт	9
		R8 - R 12	d =3,5	Umax=200 B   x=10%
Резистор	МЛТ	R5	l = 7	P=0,125 Вт
			d = 5	Umax=200 B   x=10%	1
				R=1 kОм
Резистор	СП2-66	R4, R7	l=9,5    d=13	P=0,5 Вт
			b=5	Umax=400 B   x=10%	2
				R=0 - 100 кОм
Транзистор	КТ315Г	VT2, VT4, VT5	l= 6      b=7	Ukmax=30 B
			h=3	Ikmax=100 мА	3
				P=150 мВт   f=100МГц
				T=-15…+120
Транзистор	КТ816Б	VT1, VT3	l=11,1   b=7,8	Ukmax=10 B
			h=2,8	Ikmax=50 мА	2
				P=150 мВт   f=200МГц
				T=-15…+120
Диод	КД209А	VD2	l=7        b=5	Imax=1500 мА
			h=4,5	Umax.обр=50 B	1
				Iобр=5 мкА  tотс=4 нс
Стабилитрон	КС186А	VD1, VD3	l=9        d=7	Iст=3…30 мА	2
			L=15	Uст=10 В
Конденсатор	К50-6	C2	H=25	C=10 мкФ	1
			D=14	U=16 B
Конденсатор	КМ-3	С1, С3	l=10	C1=47 нФ  С3=27 нФ	2
			h=3	U=25 B
Микросхема	К554СА3А	DD2, DD3	l=22       b=7,5	Компаратор	2
			h=5	Uпит=+15 В
Микросхема	К561ЛА9	DD1	l=19,5     b=7,5	3-3-И-НЕ	1
			h=5	Uпит=+5 В
Светодиод	АЛ307А	HL1	l=4,7      d=5	Umax=12 B	1

6 Эскизы элементов

 
  

7 Расчет геометрических параметров

Найдем сумарные установочные площади S_мг, S_сг, S_кг;

где    мг -  малогабаритных элементов

          сг -  среднегабаритных элементов

          кг – крупногабаритных элементов.

          S_мг=283.26 мм²              S_сг=1025.68          мм²                   S_кг=476.25 мм²

          Площадь монтажной зоны для низкой плотности монтажа  

               S_м.н.= 4 S_мг +3 S_сг +1.5S_к =  3791.42 мм²

Площадь монтажной зоны для высокой плотности монтажа             

               S_м.в.= 2.5 S_мг +1.8 S_сг +1.2 S_к =  2634.52 мм²

I	Ki
1	6,16
2	5,74
3	5,33
4	4,91

               Коэффициент класса точности

          Выбираем 3-ий класс точности

          Плата изготовлена электрохимическим методом при фотохимическом способе получения рисунка.

          Материал платы – стеклотекстолит.

7.1 Расчет с учетом способа изготовления

          Определяем минимальную ширину печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления где  I_max=500 мА – максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках;  j_доп =52 А/mm²– допустимая плотность тока

t=35 мкм – толщина проводника.

b_min1=0.57 мм

Определяем минимальную ширину печатного проводника исходя из допустимого падения напряжения на нем

           

            где      p=0.050 Ом мм²/м – удельное объемное  сопротивление              

                    U_доп=0.6 В-           допустимое падение напряжения ( 5% от питающего)

                    l=0.36 м – максимальная длина проводника

          b_min2=0.42 мм

          Определяем номинальное значение монтажных отверстий

          где    d_e=1 мм – максимальный диаметр вывода элементов

                    d_но=0.05 – нижнее предельное отклонение

                    r=0.1 разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода

          d=1.3 мм

Рассчитаем диаметр контактных площадок

где     Dmin=2(b_m+d_max/2+ δp + δd )

b_m=0.035 – расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки

δp и δd –допуски на расположение отверстий

d_max=1.3 – максимальный диаметр просверленного отверстия

b_1min=0.18 мм

D_min=1.96 мм

Макс. Диаметр контактной площадки D_max= D_min+0.04=2 мм

Определяем ширину проводников b_min= b_1min +0.03 =0.21 мм

Максимальная ширина проводников b_max= b_min+0.06=0.27 мм.

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой S_min1, между двумя контактными площадками S_min2, между двумя проводниками S_min3:

          где    L₀=2.5 мм – расстояние между центрами элементов

                    δl=0.05 мм – допуск на расположение проводников

 

7.2 Общий расчет

Определим номинальное значение диаметров монтажных отверстий

          d=1.15 мм

          Минимальный диаметр контактной площадки вокруг монтажного отверстия

         

D=(1.15+0.05)+2*0.1+0.03+2*0.03+(0.08²+0.2²+ 0.05²)^1/2=1.71 мм

Номинальное значение ширины проводника

          где    t_мд=0.25 мм – минимально допустимая ширина проводника

                    Δt_н=0.05 мм – нижнее предельное отклонение

          t=0.3

          Номинальное значение расстояния между проводниками

                    S=S_м д+ Δt_в-δl

          где S_мд=0.35 – минимально допустимое расстояние между соседними элементами

          S=0.4 мм

Для стабильной работы должно выполняться неравенство 

где γ=20-60 А/мм² – для меди полученной электрохимическим методом

a=35 мкм – толщина проводника

, следовательно условие выполняется

8 Расчет помехозащищенности

Расчет будем вести по микросхеме К554СА3 т.к. она имеет наиболее низкое допустимое напряжение помехи Uп=0.5 В Максимальное напряжение активной линии составляет E₀=2.5 В на частоте f=5 МГц . В состоянии логической “1” помеха слабо влияет на срабатывание логического элемента, поэтому рассмотрим случай, когда на входе микросхемы логический “0”

При этом U_вх=0.5 В, U_вых=0.5 В, I_вх=1.6 мА, I_вых=16 мА

Определяем взаимные емкости С и индуктивности М для параллельных печатных проводников

                       

          где    ε=0.5ε_п=0.5* 6=3 – диэлектрическая проницаемость платы

W=35 мкм – толщина платы

l=75.5 мм – максимальная длина области связи проводников

δ=0.4 мм –рассояние между проводниками

b=0.3 мм – ширина проводников

          C=0.5733 пФ,       M=0.8181 мГн.

          Определяем входные и выходные напряжения

          R1= U_вх/ I_вх=312.5 Ом,                   R2= U_вых/I_вы=31.3 Ом

          Вычисляем сопротивление изоляции между проводниками R_и=δρ/l

          где ρ=5 10¹⁰ Ом

          R_i=264,8 Мом

          Определяем действующее напряжение помехи

          получаем U₀=0.312 В < Uп=0.5 В.

          Следовательно действие помехи не приведет к нарушению работоспособности микросхемы, а, значит, и всего устройства.

9 Тепловой расчет микросхемы

Электрическое устройство помещено в корпус. Необходимо расчитать температуру микросхемы и определить, не превышает ли она допустимой.

Для выполнения расчета необходимы следующие исходные данные:

          L1=L2=90 мм, L3=50 мм – длина, ширина и высота корпуса

          l1=l2=80 мм, l3=30 мм - длина, ширина и высота нагретой зоны

          t₀=25⁰ C – температура окр. Среды

          P₀=5 Вт – мощность, рассеиваемая блоком в виде теплоты

9.1 Определение температуры корпуса

Рассчитаем удельную поверхностную мощность корпуса блока   q_k

Площадь внешней поверхности корпуса блока            Sk=2(L1L2+L1L3+L2L3)=0.0342 м²

          q_k= P₀ / Sk =146.2

Тогда перегрев корпуса блока =15⁰ C

Определяем коэффициент лучеиспускания для верхней, нижней, и боковой поверхности корпуса: степень черноты наружной поверхности корпуса                     e = 0.88 (лак).

         

                

          Для определяющей температуры t_m=t₀+0.5=32.5⁰ C расчитываем число Грасгофа

          где  - коф. Объемного расширения газов

           

            Из таблицы 4.10 находим

                                               

            Находим режим движения газа, обтекающего каждую поверхность корпуса блока:

          5 10² <(Gr Pr) <2 10⁷ – ламинарный режим.

          Рассчитываем коэф. теплообмена конвекцией для каждой поверхности корпуса блока: N_i=(0,7-нижней, 1-боковой,  1.3-верхней)

         

            Определяем тепловую проводимость между поверхностью корпуса и окружающей средой

где Sн, Sб, Sв – площади нижней, боковой и верхней поверхности соответственно

         

          Коэффициент перфорации К_по=0.9           

Рассчитаем перегрев корпуса блока во втором приближении

Определим ошибку расчета

Так как ошибка больше 0.1, проведем повторный расчет, скорректировав температуру блока к Δt_rj.

Проведя еще один расчет получаем

Рассчитываем температуру корпуса блока

tk=t0+ Δt_rj= 37.67⁰ C

9.2 Определение температуры нагретой зоны

Вычисляем условную удельную поверхностную мощность нагретой зоны блока          

Из графика находим перегрев нагретой зоны относительно среды

         

          Расчитываем привиденные степени черноты поверхностей

            где

Определяем коэф. Теплообмена излучением между нижними, верхними и боковыми поверхностями корпуса блока

Для определяющей температуры

и определяющего размера h_i находим числа Грасгофа и Прандтля

Для нижней поверхности

         

            Для верхней  и боковой поверхности поверхности

            Определяем тепловую проводимость между нагретой зоной и корпусом

         

           где

                   

           коэффициент, учитывающий кондуктивный теплообмен

          

Рассчитаем нагрев нагретой зоны во втором приближении

Определяем ошибку расчета

Рассчитываем температуру нагретой зоны t_з=t₀+Δt_З= 48.5⁰ C

9.3 Расчет температуры поверхности микросхемы

          Определяем эквивалентный коэф. Теплопроводности модуля 

                   

          Определяем эквивалентный радиус корпуса микросхемы с помощью площади основания микросхемы

                   

          Рассчитываем коэффициент распространения теплового потока

                   

                   

         Мощность, рассеиваемая микросхемой Q=300 мВт ; среднеобъемный перегрев воздуха в блоке

                   

         Определяем искомый перегрев поверхности корпуса микросхемы

                   

         Определяем поверхностную температуру корпуса микросхемы

                     

         73.4⁰ C меньше критической температуры микросхемы 85⁰ C, следовательно устройство работает в допустимом температурном диапазоне