Модернизация конструкции блока аппаратуры записи внутристанционной информации (ВСИ) боевой машины (БМ)9А331

Для химической меди h1=2 мкм, ρi=2,8 ·10-5 Ом·м

Подставляя получаем

tmin D=0,0898

Тогда наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника равно

t= 0,0898+0,05=0,139мм;

Отсюда следует, что ширина проводника не должна быть меньше 0,139мм. Поскольку для 4 класса точности t=0,15 выберем ширину проводника 0,2мм. Выбор такой ширины обусловлен погрешностью зоны протрава которая составляет 0,03мм.

д) расчет диаметра контактных площадок(КП)

Наименьшее номинальное значение диаметра КП определяют по формуле:

D=(d+∆dв.о)+2b+∆tв.о+2∆dтр+(TD2+ Td2+∆tН.О2)1/2,

Где ∆dв.о=0,05мм – верхнее предельное отклонение диаметра отверстия

∆dтр=0,03мм – величина подтравливания диэлектрика в отверстии:

∆dтр=0,03мм- для МПП;

          ∆dтр=0 –для ОПП, ДПП, ГПК;

b=0,05мм-гарантийный поясок для платы 4-го класса точности;

∆tв.о=0,05 мм-верхнее предельное оклонение диаметра отверстия;

∆tН.О=-0,05 мм – нижнее предельное отклонение ширины проводника

d=0,9

Подставляя, получаем:

D= 1,3мм

Таким образом наименьший диаметр КП D= 1,3мм

 

Примечание:

Конструкторские требования к ПП как к несущей конструкции, на которой смонтированы ЭРИ, определяют:

• Механическую прочность ПП в заданных условиях эксплуатации;
• Сохранение характеристик ПП.

Настоящий расчет приведен для стеклотекстолитов отечественных марок. Передовые технологии на ОАО «ИРЗ» позволяют получить  ПП с минимальным металлизированным отверстием диаметром 0,3мм и шириной контактной площадки 0,6мм, при этом отлично сохраняя токопроводимость. Исходя из ТУ 2296-001-00213060-94 на FR-4 и типовых технологических процессов для изготовления переходных отверстий, минимальный диаметр контактной площадки был выбран 0,6мм.

 

9.4.2. Расчёт виброустойчивости печатной платы

 

В процессе эксплуатации ПП в составе ячейки и блока подвергается механическим воздействиям, к которым относятся вибрации, удары и линейные перегрузки.

Под вибрацией понимают механические колебания элементов конструкции или конструкции в целом. Вибрация характеризуется виброперемещением, виброскоростью и виброускорением.

Проводя компоновку ячейки необходимо обеспечить вибропрочность, виброустойчивость, и отусутствие резонанса ЭРИ в рабочем диапазоне частот.

Вибропрочность - способность конструкции выполнять функции и сохранять значения параметров в заданных пределах после воздействия вибрации.

Виброустойчивость - способность конструкции выполнять функции и сохранять значения параметров в заданных пределах во время воздействия вибраций.

Условием обеспечения вибропрочности ячейки являются:

• Отсутствие в конструкции ячейки механических резонансов;
• Ограничение амплитуды виброперемещения и виброскорости значениями, исключающими опасные напряжения и усталостные явления в ЭРИ и ПП;
• Допустимые значения виброперегрузок в диапазоне частот внешних воздействий должны превышать величины, определенные техническим заданием на разработку конструкции ЭА.

Таким образом, оценка вибропрочности ячейки выполняется по следующим показателям:

• Частоте свободных колебаний;
• Допустимому значению напряжения в матерале ЭРИ и ПП и предельному числу циклов нагружения;
• Допустимому значению виброперегрузки.

Исследуемая ПП в составе ячейки и блока предназначена для работы в БМ. Это означает присутствие механических воздействий.

Целью расчета является определение действующих на ЭРИ и ПП перегрузок при действии вибрации, а также максимальных перегрузок и проверка этих ЭРИ и ПП на вибропрочность.

Определим частоту собственных колебаний равномерно нагруженной пластины [ ]:

Ка–коэффициент, зависящий от способа закрепления сторон пластины. Для пластины, закрепленной в четырех точках:

,    где

 

D – цилиндрическая жесткость,

а– длина пластины,

b – ширина пластины

М – масса пластины (0,1 кг),

Е – модуль упругости,

h – толщина пластины,

 – коэффициент Пуассона.

D = 3,2∙1010 ∙ (1,5∙10-3)3 / 12∙ (1-0,2792) ≈ 9,76 Нм.

В результате проведенных расчетов получается, что собственная частота печатной платы находится вне диапазона действующих на блок частот для наземной ЭА. Частота вибраций БМ находится в пределах 20 - 120 Гц.

 

9.4.3. Расчёт вибропрочности печатной платы

 

Рассмотрим кинематическое возбуждение пластины за счет гармонического колебания ее закрепленных краев с амплитудой виброперемещения S0.

η – коэффициент расстройки,

ε – показатель затуханий,

К(х), К(у) – коэффициенты формы колебаний.

η = F / F0 (5.24)

где F – частота возбуждения БМ F=80 Гц ,

F0 – частота собственных колебаний системы,

η = 80/452,43 ≈ 0,17 .

ε = λ / π    (5.25)

где λ – декремент затухания (2...10∙102),

ε = 100/3,14 ≈ 31,85.

3. Определим виброускорение элементов РЭА в случае кинематического возбуждения:

аВ(х,у) = 4∙π2∙F2∙ς0∙γ(х,у) (5.26)

ς0 – амплитуда виброперемещения

ς0=a0/4∙ π2∙F2 (5.27)

где a0 – виброускорение БМ а0 = 29,4 м/с2

ς0=29,4/(4∙ π2∙802) =1,16∙10-4 м

аВ = 4 ∙3,142 ∙802 ∙1,16∙10-4 ∙0,98 = 28,68 м/c2.

Найдем амплитуду вынужденных колебаний:

SB(х,у) = ς0∙γ(х,у)   (5.28)

SB(x,y) = 1,16∙10-4 ∙0,98 = 1,13∙10-4 м.

Определим максимальный прогиб пластины  относительно  ее краев:

бВ=|SB(x,y) – ς0|    (5.29)

где бВ – коэффициент затухания

бВ = |1,13∙10-4 м.- 1,16∙10-4| = 0,03∙10-4 м.

Проверим выполнение условия вибропрочности. Оценку вибропрочности производим по следующим критериям:

а) максимальное значение виброускорения должно быть меньше адоп – допустимого по ТЗ

аB < адоп

в нашем случае аB = 28,68 м/с2, адоп = 29,4 м/с2, т.е. условие выполняется;

б) для печатной платы стрела прогиба на расстоянии L не должна превышать величины  б = бДОП∙L2, где бДОП – допустимый размер стрелы прогиба на длине 1 метр (для фольгированного стеклотекстолита бдоп=11мм)

б = 0,011∙0,122=1,3∙10-4 м;

бВ < б

в нашем  случае бВ = 0,424∙10-4 м, б = 1,3∙10-4 м, т.е. условие выполняется.

На основании  полученных данных мы можем судить о вибропрочности печатной платы.

 

9.4.4. Расчет ударопрочности

Исследуемая ПП может подвергаться ударным воздействиям при эксплуатации, транспортировке, монтаже и т.д. При ударе ЭРИ испытывают нагрузки в течении малого промежутка времени и больших значениях ускорений, что может привести к значительным их повреждениям.

Ударные воздействия характеризуются формой и параметрами ударного импульса. Максимальное воздействие на механическую систему оказывает импульс прямоугольной формы [ ].

Конструкция всех элементов ЭА, работающие в условиях ударов, в том числе и ПП с ЭРИ, должны отвечать требованиям ударопрочности и удароустойчивости.

Ударопрочность – способность конструкции выполнять функции и сохранять значения параметров в заданных пределах после воздействия ударов.

Удароустойчивость – способность конструкции выполнять функции и сохранять значения параметров в заданных пределах во время воздействия ударов.

Конструкция ЭА отвечает требованиям ударопрочности, если перемещение и ускорение при ударе не превышает допустимых значений, а элементы конструкции обладают запасом прочности на изгиб.

 

1. Определим условную частоту ударного импульса:

ω = p/t  (5.30)

где t - длительность ударного импульса  (возьмем t = 10 ∙10-3мс)

ω = 3,14/10 ∙10-3 = 314 Гц.

2. Определим коэффициент передачи при  ударе для прямоугольного импульса:

Ку = 2 ∙sin (p/(2n)),    (5.31)

где n - коэффициент расстройки

n = ω / (2∙p∙F0),   (5.32)

где F0 - частота собственных колебаний системы (F0=452,43Гц)

n = 314 / (2∙3,14∙452,43) =0,11

Ку = 2 ∙sin (3,14/(2 ∙0,11)) = 0,5

3. Рассчитаем  ударное ускорение:

aУ = HУ∙KУ,   (5.33)

где НУ – амплитуда ускорения ударного импульса (НУ =147 м/с2 по ТЗ)

aУ = 147∙0,5 = 73,5 м/с2

4. Определим максимальное относительное перемещение:

  (5.34)

5. Проверим выполнение условий ударопрочности по следующим критериям:

а)  аУ < аУ доп ;

где аУ доп – допустимое ускорение (147 м/с2)

73,5 м/с2 < 147 м/с2

б)  ZMAX < бдоп ∙ L2

5,4 ∙10-5 м < 0,011 м.

Отсюда можно сделать вывод, что при воздействии удара с ускорением 147 м/с и длительностью ударного импульса 10 мс изделие сохранит работоспособность и дополнительных мер для предотвращения ударных действий не требуется.

 

 

 

 

 

9.5. Выбор припоя

Для лужения и пайки применяется ряд припоев, отличающихся между собой по химическому составу, физико-механическим и технологическим свойствам. Это обусловлено различием свойств паяемых металлов и сплавов, различной стойкостью ЭРЭ к воздействию температуры и времени пайки, необходимостью в ряде конструкций узлов проводить ступенчатую пайку. В отличие от других материалов, используемых в процессе пайки и назначаемых технологическими службами предприятий изготовителей, припои относятся к группе весьма ответственных конструкционных материалов. Состав, свойства и качество припоев при всех равных прочих условиях в сильной степени предопределяют качество и надежность монтажных соединений. Основными припоями для восстановления паяемости методами лужения, а также для обычной и ступенчатой пайки всего многообразия монтажных элементов РЭА являются низкотемпературные припои, характеристики которых приведены в табл. 9.5.1

Табл. 9.5.1. Физико-механические свойства припоев

Марка припоя	Температура плавления,°С		Временное сопротивление разрыву при 20°С,МПа	Удельное электрическое сопротивление х108Ом м	Плотность при 20°С, кг/м3
	начальная	конечная
ПОС 61	183	190	42,2	13,9	8500
ПОС 61М	183	192	44,1	14,3	8500
ПОС 40	183	238	37,3	15,9	9300
ПОСК 50-18	142	145	39,2	13,3	8800
ПОССу 61-0,5	183	189	44,1	14,0	8500
ПОССу 50-0,5	183	216	37,3	14,9	8900

 

Припой предназначен для выполнения электрических соединений; он должен обладать хорошей электропроводностью, низкой температурой плавления, малым коэффициентом кристаллизации, антикоррозионной стойкостью, достаточной механической прочностью, малым углом смачивания паяемых выводов.

Рекомендации по применению применению, на основании которых можно выбрать припой, приведены в таблице 9.5.2. Буквы ПОС в марке припоя означают припой оловянно-свинцовый, цифры - содержание олова в процентах (ПОС 61, ПОС 40). Для получения специальных свойств в состав оловянно-свинцовых припоев вводят сурьму, кадмий, висмут и другие металлы.

Таблица 9.5.2. Легкоплавкие припои

Марка припоя	Температура	Область применения
ПОС 90	222 ºC	Пайка деталей и узлов, подвергающихся в дальнейшем гальванической обработке (серебрение, золочение)
ПОС 61	190 ºC	Лужение и пайка тонких спиральных пружин в измерительных приборах и других ответственных деталей из стали, меди, латуни, бронзы, когда не допустим или нежелателен высокий нагрев в зоне пайки. Пайка тонких (диаметром 0,05 - 0,08 мм) обмоточных проводов, в том числе высоко - частотных (лицендрата), выводов обмоток, радиоэлементов и микросхем, монтажных проводов в полихлорвиниловой изоляции, а также пайка в тех случаях, когда требуется повышенная механическая прочность и электропроводность.
ПОС 50	222 ºC	То же, но когда допускается более высокий нагрев, чем при ПОС 61
ПОС 40	235 ºC	Лужение и пайка токопроводящих деталей неответственного назначения, наконечников, соединение проводов с лепестками, когда допускается более высокий нагрев, чем при ПОС 50 или ПОС 61.
ПОС 30	256 ºC	Лужение и пайка механических деталей неответственного назначения из меди и её сплавов, стали и железа.
ПОС 18	277 ºC	Лужение и пайка при пониженных требованиях  к прочности шва, деталей неответственного назначения из меди и её сплавов, оцинкованного железа.
ПОССу 4 - 6	265 ºC	Лужение и пайка деталей из меди и железа погружением в ванну с расплавленным припоем.
ПОСК 50	145 ºC	Пайка деталей из меди и её сплавов, не допускающих местного перегрева. Пайка полупроводниковых приборов.
ПОСВ 33	130 ºC	Пайка плавких предохранителей.
ПОСК 47 - 17	180 ºC	Пайка проводов и выводов элементов к слою серебра, нанесённого на керамику методом вжигания.
П 200	200 ºC	Пайка тонкостенных деталей из алюминия и его сплавов.
П 250	280 ºC
Сплав "Розе"	92-95 ºC	Пайка, когда требуется особо низкая температура плавления припоя.
Cплав д'Арсенваля	79 ºC
Сплав Вуда	60 ºC