Разработка и конструирования печатного узла электронного предохранителя

Электрохимический способ можно использовать как для одностороннего, так и для двухстороннего монтажа.

В данном случае целесообразно использовать химический способ получения плат при двухстороннем монтаже.

 

3.3 Выбор материала печатной платы

 

Для изготовления печатной платы нам необходимо выбрать следующие материалы: материал для диэлектрического основания печатной платы, материал для печатных проводников и материал для защитного покрытия от воздействия влаги. Сначала мы определим материал для диэлектрического основания печатной платы.

В зависимости от назначения печатной платы в качестве изоляционного используют в основном гетинакс и стеклотекстолит. Фольгу делают из меди, так как она обладает хорошими проводящими свойствами.   

Эти материалы в виде жестких листов формируются из нескольких слоев стеклоткани, скрепленных между собой связующим веществом путем горячего прессования. Связующим веществом обычно является эпоксидная смола для стеклоткани. В отдельных случаях могут также применяться полиэфирные, силиконовые смолы или фторопласт. Слоистые пластики покрываются с одной или обеих сторон медной фольгой стандартной толщины.

Характеристики готовой печатной платы зависят от конкретного сочетания исходных материалов, а также от технологии, включающей и механическую обработку плат.

В зависимости от основы и пропиточного материала различают несколько типов материалов для диэлектрической основы печатной платы.

Фенольный гетинакс - это бумажная основа, пропитанная фенольной смолой. Гетинаксовые платы предназначены для использования в бытовой аппаратуре, поскольку очень дешевы.

Эпоксидный гетинакс - это материал на такой же бумажной основе, но пропитанный эпоксидной смолой.

Эпоксидный стеклотекстолит - это материал на основе стеклоткани, пропитанный эпоксидной смолой. В этом материале сочетаются высокая механическая прочность и хорошие электрические свойства.

Прочность на изгиб и ударная вязкость печатной платы должны быть достаточно высокими, чтобы плата без повреждений могла быть нагружена установленными на ней элементами с большой массой.

Как правило, слоистые пластики на фенольном, а также эпоксидном гетинаксе не используются в платах с металлизированными отверстиями. В таких платах на стенки отверстий наносится тонкий слой меди. Так как температурный коэффициент расширения меди в 6-12 раз меньше, чем у фенольного гетинакса, имеется определенный риск образования трещин в металлизированном слое на стенках отверстий при термоударе, которому подвергается печатная плата в машине для групповой пайки.

Трещина в металлизированном слое на стенках отверстий резко снижает надежность соединения. В случае применения эпоксидного стеклотекстолита отношение температурных коэффициентов расширения примерно равно трем, и риск образования трещин в отверстиях достаточно мал.

Из сопоставления характеристик оснований (см. дальше) следует, что во всех отношениях (за исключением стоимости) основания из эпоксидного стеклотекстолита превосходят основания из гетинакса.

Печатные платы из эпоксидного стеклотекстолита характеризуются меньшей деформацией, чем печатные платы из фенольного и эпоксидного гетинакса. Последние имеют степень деформации в десять раз больше, чем стеклотекстолит.

 Номенклатура наиболее  широко применяемых материалов приведена в таблице 1.

 

 

 

 

Таблица 1 – Материалы

Тип	Максимальная рабочая температура, 0C	Время пайки при 2600С, сек	Сопротивление изоляции, МОм	Объемное сопротивление, МОм	Диэлектрическая постоянная, e
Фольгированный гетинакс	110-120	5	1 000	1·104	5,3
Эпоксидный текстолит	110-120	10	1 000	1·105	4,8
Фольгированный  стеклотекст.	130-150	20	10 000	1·106	5,4

 

В качестве фольги, используемой для фольгирования диэлектрического основания можно использовать медную, алюминиевую или никелевую фольгу. Однако, алюминиевая фольга уступает медной из-за плохой паяемости, а никелевая - из-за высокой стоимости. Поэтому в качестве фольги выбираем медь.

Медная фольга выпускается различной толщины. Стандартные толщины фольги наиболее широкого применения - 17,5; 35; 50; 70; 105 мкм. Во время травления меди по толщине травитель воздействует также на медную фольгу со стороны боковых кромок под фоторезистором, вызывая так называемое подтравливание. Чтобы его уменьшить обычно применяют более тонкую медную фольгу толщиной 35 и 17,5 мкм. Поэтому выбираем медную фольгу толщиной 35 мкм.

 

 

 

 

 

 

3.4 Выбор шага координатной  сетки

 

Чертежи печатных плат выполняют на бумаге, имеющей координатную сетку, нанесенную с определенным шагом. Наличие сетки позволяет не ставить на чертеже размеры на все элементы печатного проводника. При этом на сетке можно воспроизвести рисунок печатной платы при изготовлении фотооригиналов, с которых будут изготавливать шаблоны для нанесения рисунка платы на заготовку.

Координатную сетку наносят на чертеж с шагом 2,5 или 1,25. Шаг 1,25 применяется в том случае, если на плату устанавливают многовыводные элементы с шагом расположения выводов 1,25 мм. Центры монтажных и переходных отверстий должны быть расположены в узлах (точках пересечения линий) координатной сетки. Если устанавливаемый на печатную плату элемент имеет два вывода или более, расстояние между которыми кратно шагу координатной сетки, то отверстия под все такие выводы должны быть расположены в узлах сетки. Если устанавливаемый элемент не имеет выводов, расстояние между которыми кратно шагу координатной сетки, то один вывод следует располагать в узле координатной сетки, а центр отверстия под другой вывод- на вертикальной или горизонтальной линиях координатной сетки.

Следовательно, для удобства я выбираю шаг координатной сетки 1.25 мм.

 

3.5 Выбор способа установки  элементов

Компоновка радиотехнического  изделия - часть процесса конструирования. На этом этапе определяются форма и габаритные размеры всего аппарата, а также взаимное расположение отдельных узлов, деталей. От качества компоновки в значительной мере зависят технические, технологические и эксплутационные характеристики изделия, а также его надежность и ремонтопригодность.

При выборе компоновки следует искать такие компоновочные решения, которые удовлетворяют следующим требованиям:

 

 

 

 

а) между отдельными узлами и приборами должны отсутствовать заметные паразитные электрические взаимосвязи, влияющие на технические характеристики изделия; тепловые и механические влияния элементов конструкции не должны значительно ухудшать их технические характеристики;

б) взаимное расположение элементов конструкции должно обеспечить технологичность сборки и монтажа с учетом использования автоматов и полуавтоматов, легкий доступ к деталям для контроля, ремонта, обслуживания;

в) расположение и конструкция органов управления, индикации должны обеспечить максимальные удобства для пользователя;

г) изделие должно удовлетворять требованиям технической эстетики;

д) габариты и масса изделия должны быть минимальными.

Печатную плату, с установленными на ней электрорадиоэлементами, называют печатным узлом.

Если электрорадиоэлементы имеют штыревые выводы, то их устанавливают в отверстие печатной платы и запаивают. Если корпус электрорадиоэлементов имеет планарные выводы, то их припаивают к соответствующим площадкам внахлест.

Электрорадиоэлементы со штыревыми выводами нужно устанавливать на плату с одной стороны. Для платы с односторонней фольгой – на стороне, где нет фольги. Это обеспечивает возможность высокопроизводительных процессов пайки, например пайку «волной».

При размещении электрорадиоэлементов на печатной плате необходимо учитывать следующее:

1) полупроводниковые приборы и микросхемы не следует располагать близко к элементам, выделяющим большое количество теплоты, а также к источникам сильных магнитных полей (постоянным магнитам, трансформаторам и др.).

2) должна быть предусмотрена возможность конвекции воздуха в зоне расположения элементов, выделяющих большое количество теплоты.

3) должна быть предусмотрена возможность легкого доступа к элементам, которые подбирают при регулировании схемы.

Элементы установленные по типу Iа (рис.2) могут работать в более жестких условиях чем элементы установленные по типу IIа (рис.3) и IIIа (рис.4).   

                                 

Рисунок 3.1 - Установка элементов по типу Iа.

                                 

Рисунок 3.2 - Установка элементов по типу IIа.

                                                                

Рисунок 3.3 - Установка элементов по типу IIIа.

 

В зависимость от конструкции конкретного типа элемента и характера механических воздействий, действующих при эксплуатации (частота и амплитуда вибрации, значение и длительность ударных перегрузок и др.), ряд элементов нельзя закреплять только пайкой за выводы – их нужно крепить дополнительно за корпус.

Крепление за корпус в зависимости от конструкции и массы элемента можно производить приклейкой к плате специальными мастиками или клеями, лакировкой в процессе влагозащиты печатного узла, заливкой компаундом, привязкой нитками или проволокой, с помощью скоб, держателей и другими методами.

Электрорадиоэлементы должны располагаться на печатной плате так, чтобы осевые линии их корпусов были параллельны или перпендикулярны друг другу. Это обеспечит при необходимости возможность применения специальных машин для автоматической установки и пайки электрорадиоэлементов на печатной плате. При большом количестве микросхем в однотипных корпусах  их следует располагать правильными рядами.

Зазор между корпусами должен быть не менее 1,5 мм (в одном из направлений). Указанный зазор необходим для возможности захвата микросхемы специальными устройствами при автоматической установке. 

Элементы, имеющие большую массу, следует размещать вблизи мест крепления платы и закреплять на шасси аппаратуры.

 

3.6 Расчет размеров печатной  платы

 

По схеме электрической принципиальной выбираются все элементы, которые будут установлены на печатной плате и их установочные размеры.

 

Таблица 2 – Габаритные размеры ЭРЭ

 

Наименование элемента	М , гр	S , мм	Кол-во элементов	S ,мм
Резисторы С2-23-0,125	0,5	180	9	180
Конденсатор К10-17	0,2	196	1	196
Конденсатор К10-17	0,5	31,26	2	31,28
Конденсаторы К10-17	0,9	64	2	64
Дроссель L1	0,8	60	1	60
Светодиод HL1	1	25	1	25
Транзистор VT1	0,3	49,35	1	49,35
Микросхема DA1	1,3	14	1	14
КнопкиSB1-4	0,2	64	4	64
Микросхемы DD1	1,5	214,5	1	214,5
Микросхема DA2	1,2	5,08	1	5,08
Микросхема DA2.2	0,7	30,5	1	30,5
Итого:	5,4			3040