По ГОСТ 23.751-86 предусматривается пять классов точности печатных плат, которые обусловлены уровнем технологического оснащения производства. Выбираем 3-ий класс точности ОСТ 4.010.022— 85. Метод изготовления печатной платы – комбинированный [7].
Диаметры выводов для ZQ1, монтажа проводов для кнопок и для переходных отверстий равны 0,4 мм – 1-я группа; для элементов BL1, DD1, DD2, HG1, U1, C3, C6, C7, C10 и VD2 равны 0,6 мм – 2-я группа; для элементов DA1, VD3, VT1, VT2, SX1-SX3 – 1,1 мм – 3-я группа; для элемента SX4 – 2,6 мм – 4-я группа. Произведем расчет печатного монтажа с учетом созданных групп.
Расчет печатного монтажа состоит из трех этапов: расчет по постоянному и переменному току и конструктивно-технологический.
Исходные данные для расчёта:
1. Imax — максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках (определяется из анализа электрической схемы), Imax = 0,25 A;
2. Толщина фольги, t = 20 мкм;
3. Напряжение источника питания, Uип = 12 В;
4. Длина проводника, l = 0,04 м;
5. Допустимая плотность тока, jдоп = 75 А/мм2;
6. Удельное объемное сопротивление ρ = 0,0175 Ом·мм2/м;
7. Способ изготовления печатного проводника: комбинированный позитивный;
Определяем минимальную ширину, мм, печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления:
, (4.4)
где bmin1 - минимальная ширина печатного проводника, мм;
jдоп - допустимая плотность тока, А/мм2;
t – толщина проводника, мм;
мм.
Определяем минимальную ширину проводника, мм, исходя из допустимого падения напряжения на нем:
, (4.5)
где ρ — удельное объемное сопротивление [7], Ом·мм2/м;
l — длина проводника, м;
Uдоп— допустимое падение напряжения, определяется из анализа электрической схемы. Допустимое падение напряжения на проводниках не должно превышать 5% от питающего напряжения для микросхем и не более запаса помехоустойчивости микросхем.
мм.
Определяем номинальное значение диаметров монтажных отверстий d:
, (4.6)
где dэ — максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ, мм;
Δdн.о — нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия, Δdн.о = 0,1 мм;
r — разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ЭРЭ, ее выбирают в пределах от 0,1 до 0,4 мм. Примем r = 0,1 мм.
d1 = 0,4+0,1+0,1 = 0,6 мм;
d2 = 0,6+0,1+0,1 = 0,8 мм;
d3 = 1,1+0,1+0,1 = 1,3 мм;
d4 = 2,6+0,1+0,1 = 2,8 мм;
Рассчитанные значения d сводят к предпочтительному ряду отверстий: 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5 мм. Принимаем для выводов 1-й группы d1 = 0,6 мм; для второй - d2 = 0,8 мм; для третей d3 = 1,3 мм; для четвертой d4=2,8мм.
Рассчитываем минимальный диаметр контактных площадок для ДПП, мм:
, (4.7)
где t — толщина фольги, мм; D1min— минимальный эффективный диаметр площадки, мм:
, (4.8)
где bм — расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки, мм, [7], bм=0,035мм;
δd и δр — допуски на расположение отверстий и контактных площадок, мм, [7], δd=0,08мм и δр=0,20мм;
dmax — максимальный диаметр просверленного отверстия, мм:
, (4.9)
где Δd — допуск на отверстие, мм, [7], Δd=0.05мм
Для 1-й группы:
мм;
мм;
мм.
Для 2-й группы:
мм;
мм;
мм.
Для 3-й группы:
мм;
мм;
мм.
Для 4-й группы:
мм;
мм;
мм.
Максимальный диаметр контактной площадки Dmax, мм:
, (4.10)
Для 1-й группы:
мм.
Для 2-й группы:
мм.
Для 3-й группы:
мм.
Для 4-й группы:
мм.
Определяем ширину bmin3, проводников при изготовлении комбинированным позитивным методом, мм:
, (4.11)
где b1min — минимальная эффективная ширина проводника b1min=0,18 мм для плат 3-го класса точности.
мм.
Принимаем bmin = max{bmin1, bmin2, bmin3} = 0,25 мм
Максимальная ширина проводников, мм:
(4.12)
мм.
Определяем минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка.
Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой, мм:
, (4.13)
где L0 — расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм, L0 = 4 мм;
— допуск на расположение проводников, мм, =0,05.
мм
Минимальное расстояние между двумя контактными площадками, мм:
, (4.14)
мм
Минимальное расстояние между двумя проводниками, мм:
, (4.15)
мм.
Контактные площадки для поверхностно монтируемых элементов выбираются исходя из их установочных размеров. Для резисторов размеры контактных площадок 0,8×2 мм; для элемента DS1- 1,6×3 мм; для VD1 - 0,9×0,9 мм; для конденсаторов С1, С2, С4, С5, С8, С9 - 1,2×0,8 мм; для дросселя 1×3 мм.
Таким образом, параметры печатного монтажа отвечают требованиям, предъявляемым к платам 3-го класса точности. Имеем диаметр отверстия/диаметр контактной площадки (мм) для элементов 1-й группы 0,6/1,5; для элементов 2-й группы – 0,8/1,7; для элементов 3-й группы – 1,3/2,2; для элементов 4-й группы – 2,8/3,6. Принимаем ширину печатного проводника равной 0,3 мм, минимальные расстояния между: проводником и контактной площадкой – 0,75 мм; двумя контактными площадками - 0,2 мм; двумя проводниками - 0,35мм.
4.3 Расчет теплового режима
Исходные данные.
Длина блока L1,м - 0,105;
Ширина блока L2, м – 0,15,;
Высота блока L3,м - 0,3;
Коэффициент заполнения Kз - 0,054;
Мощность расеиваемая в блоке Pз, Вт – 5;
Давление среды H1i=H2i, мм.рт.ст - 770;
Мощность рассеевания элементов Pэл., Вт - 3,5;
Максимально допустимая температура тепловыделяющего элемента (DA1) Тэ.эл1., К – 358;
Максимально допустимая температура элемента (ZQ1) Тэ.эл2., К – 343;
Максимально допустимая температура для материала корпуса Тк1, К - 473;
Температура среды Тв., К – 323.
— Рассчитывается поверхность корпуса блока:
м2, (4.16) где и - горизонтальные размеры корпуса аппарата, м.
- вертикальный размер, м.
м2.
— Определяется условная поверхность нагретой зоны:
м2, (4.17)
где - коэффициент заполнения корпуса аппарата по объему,
— Определяется удельная мощность корпуса блока:
Вт/ м2 , (4.18)
где Р - мощность, рассеиваемая в блоке, Вт.
Вт/ м2
— Определяется удельная мощность нагретой зоны:
Вт/ м2, (4.19)
Вт/ м2.
— Находится коэффициент в зависимости от удельной мощности корпуса блока:
, (4.20)
— Находится коэффициент в зависимости от удельной мощности нагретой зоны:
, (4.21)
— Находится коэффициент в зависимости от давления среды вне корпуса блока :
, (4.22)
где - давление окружающей среды в Па.
.
— Находится коэффициент в зависимости от давления среды внутри корпуса блока :
, (4.23)
где - давление внутри корпуса аппарата в Па.
.
— Определяется перегрев корпуса блока:
K, (4.24)
К.
— Рассчитывается перегрев нагретой зоны:
К, (4.25)
К.
— Определяется средний перегрев воздуха в блоке:
К, (4.26)
К.
— Определяется удельная мощность элемента:
Вт/, (4.27)
где - мощность, рассеиваемая теплонагруженным элементом (узлом), температуру которого требуется определить, Вт;
площадь поверхности элемента (вместе с радиатором), омываемая воздухом, . Т. к. в данном случае радиатором будет являться корпус блока, то за принимаем площадь корпуса равную Sк .
Вт/ м2.
— Рассчитывается перегрев поверхности элемента:
К, (4.28)
К.
— Рассчитывается перегрев среды, окружающей элемент:
К, (4.29)
К.
— Определяется температура корпуса блока:
K, (4.30)
где - температура среды, окружающей блок , К.
