Разработка конструкции цифрового синтезатора частотно–модулированных сигналов

Для защиты печатных проводников и поверхности основания печатной платы от воздействия припоя, для защиты элементов проводящего рисунка от замыкания навесными элементами возможно применение диэлектрических защитных покрытий на основе эпоксидных и других смол, лаков, эмалей, сухих пленочных резистор [7].

3.5 Выбор и обоснование методов монтажа

Расчет элементов печатного рисунка обычно включает две основные стадии: конструкторско-технологический расчет параметров элементов и расчет электрических параметров. Наравне с электрическими параметрами печатных плат необходимо определить такие конструктивно-технологические параметры печатной платы, как ширина и шаг трассировки печатных проводников, диаметр контактных площадок, число проводников которое можно провести между двумя соседними отверстиями, диаметр отверстий на плате до и после металлизации.

При расчете элементов печатного монтажа следует учитывать технологические особенности производства, допуски на всевозможные отклонения значений параметров элементов печатного монтажа, установочных характеристик корпусов ИМС, требования по организации связей, вытекающие из схемы электронного функционального узла, а также перспективности выбранной технологии.

Исходные данные для конструкторско-технологического расчета элементов плат следующие: шаг координатной сетки по ГОСТ 10317-79 и равный 2,5 мм; допуски на отклонения размеров и координат элементов печатной платы от номинальных значений, зависящих от уровня технологии, материалов и оборудования; установочные характеристики навесных элементов.

Расстояние между центрами двух соседних отверстий на плате (контактных площадок) L условно делят на зоны:

а) контактной площадки;

б) печатного проводника;

в) зазора (между контактными площадками, печатными проводниками и контактными площадками и проводниками);

Понятие «зона печатного элемента» включает не только номинальное значение их размеров и координат, но и допуски на отклонение этих размеров от номинальных значений:

L = D + n T + (n + 1) S < k A (3.5.1)

где D - ширина зоны контактной площадки;

T - ширина одного печатного проводника;

n - число проводников между двумя соседними контактными площадками;

S - ширина зазора между соседними печатными элементами;

A = 2,5 - шаг основной координатной сетки;

k -коэффициент шага основной координатной сетки.

С учетом допусков на размеры печатных элементов:

L = D_к + 2_т + n(Т_п+2_т)+(n+1)S_min < kA (3.5.2)

где D_к - максимальный диаметр контактной площадки;

T_n - максимальная ширина печатного проводника;

_m - величина максимального отклонения оси печатного проводника

(или центра контактной площадки) от номинального положения,

определяемая точностью изготовления фотооригинала и размер-

ной стабильностью фотошаблона;

S _min - предельная величина зазора, при которой еще гарантируется надежная изоляция печатных элементов друг от друга (S_min=0.15мм).

Диаметр контактной площадки не может быть меньше величины, обеспечивающей гарантированную ширину металла вокруг просверленного отверстия. С учетом возможного смещения центра отверстия относительно центра контактной площадки:

Dк = Dс + 2Bmi (3.5.3)

где Dс - диаметр зоны сверления с учетом допусков на смещение центра

отверстия;

В_min - минимальная ширина гарантированного пояска, принимаемая для

всех типов плат равной 0,1...0,15 мм.

Величина зоны сверления D_с складывается из диаметра отверстия и допусков на точность сверления, точность совмещения фотошаблонов (в случае ДПП), а также точность фотошаблонов:

D_с= d_o+2(_т+_с+_o ) (3.5.4)

где d_o - диаметр отверстия до металлизации;

_с - величина смещения фотошаблонов ДПП. Для всех типов плат со-

временная технология гарантирует не хуже _с = 0,05 мм,

_o - величина отклонения центра отверстия при сверлении. Определяется точностью оборудования и составляет при ручном сверлении

+0,2 мм, автоматизированном +0,05 мм.

Подставляя (3.6.4) в (3.6.3) имеем:

D_к=d_o+2В_min+2( _т+ _с+ _o ) (3.5.5)

Выводы ИМС и других навесных радиоэлементов вставляют в металлизированные отверстия печатной платы. Для этого необходимо, чтобы диаметр отверстия после металлизации был равен:

d_m=d_в+2_у (3.5.6)

где d_в - эквивалентный диаметр выводов ИМС, навесных радиоэлементов,

контактов разъема;

_у - величина зазора, обеспечивающая установку выводов в отверстия

и их распайку (_у = 0.07-0.15 мм ).

С учетом толщины слоя металлизации стенок отверстий:

d_o=d_m+2_м (3.5.7)

где _м - толщина слоя металла на стенках отверстия (_м = 0.05 - 0.07 мм ).

Подставим выражения (3.6.5), (3.6.6), (3.6.7) в (3.6.2), получим:

L=d_в+nТ_п+(n+1)S_min+2B_min+2[_у+_м+_o+_с+(n+2)_т] < kA(4.5.8)

Анализ выражения дает следующее:

Выражение (3.5.8) можно использовать не только для определения расстояния между отверстиями L, но и для расчетов, например для оценки ширины T_п, числа печатных проводников - n, которые можно проложить между двумя соседними выводами ИМС, шага трассировки печатных плат, определяемого выражением:

t_тр=T_п+2_т+S (3.5.9)

2. Уравнение (3.5.8) позволяет также судить о влиянии каждого его члена на конструктивные параметры печатной платы. Поскольку допуски и предельные значения некоторых параметров зависят в первую очередь от уровня технологии, качества материалов и технологического оборудования, то выражение (3.5.8) позволяет формулировать требования к технологии, оборудованию и материалам.

3. Выражение (3.5.8) подтверждает возможность создание технологических запасов величин T_п, S_min и В_min. Источником этих запасов является разность kA-L запасов между расчетными параметрами печатной платы, которая позволяет снизить брак при изготовлении печатных плат, повысить надежность и снизить требования к технологии. Величины, входящие в выражения (3.5.8) зависят от уровня технологии и культуры производства, состояния и параметров технологического оборудования. Эти параметры зависят от технологического уровня производства.

На практике в современных печатных платах применяют для ДПП шаг трассировки равный 1.25 мм. Размеры отверстий под выводы ИМС, навесных радиоэлементов, разъемов, а также переходных отверстий, как правило, одинаковы. Если принять, что максимальный диаметр вывода любого радиоэлемента d_в=0.6 мм, то размеры отверстий до металлизации d_o=0.8 мм, после металлизации d_m=0.7+0.1 мм. При этом минимальные размеры контактных площадок для ДПП D_к=1.2 мм. исходя из этого между двумя контактными площадками можно провести не более одного проводника, что обеспечит зазор между проводниками и контактными площадками 0,5 мм.

Конструкторско-технологический расчет ПП может производиться с учетом производственных погрешностей рисунка проводящих элементов, фотошаблонов, базирования, сверления и т.п., причем должны выдерживаться граничные значения основных параметров печатного монтажа для выбранного класса точности. На основе конструкторско-технологического расчета определяются: номинальные диаметры переходного и монтажного отверстий; диаметр контактной площадки; ширина проводников; расстояние между проводником и монтажным отверстием. Номинальные значения диаметра монтажного отверстия определяются по формуле:

d= d_э+ d_н.о , (3.5.10)

где d_э - максимальное значение диметра вывода навесного элемента, устанавливаемого на печатную плату;

r - разность между минимальным значением диаметра отверстия и

максимальным значением диаметра (минимальный диаметр отвер-

стия лимитируется толщиной платы при условии качественной

металлизации отверстия);

d_н.о - нижнее предельное отклонение номинального значения диаметра отверстия. Диаметры монтажных отверстий выбирают так, чтобы разность между минимальным значением диаметра отверстия была в пределах 0.1-0.5 мм (при автоматизированной установке ИЭТ - 0.4-0.5мм). Выбор значений диаметров осуществляется из ряда в диапазоне 0.4-3 мм с шагом 0.1 мм (ГОСТ 10317-79).

Номинальное значение ширины проводника t рассчитывается по формуле:

t = t_м.д+ t_но, (3.5.11)

где t_м.д - минимально допустимая ширина проводника, рассчитывают в

зависимости от токовой нагрузки (см. далее);

Расстояние между соседними элементами проводящего рисунка устанавливают в зависимости от электрических и конструкторско-технологических требований. Минимально допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка Sм.д выбирается из расчета обеспечения электрической прочности изоляции, а наименьшее номинальное расстояние определяют по формуле:

S= S_м.д+ t_во , (3.5.12)

Расчет минимального расстояния для прокладки n-го количества проводников между двумя отверстиями с контактными площадками диаметрами D1 и D2 производят по формуле:

l=(D1+D2)/2+t n+S(n+1)+Tl, (3.5.13)

где n - количество проводников;

Tl - позиционный допуск расположения печатного проводника

(Tl=0.1мм).

Разработка печатной платы устройства с использованием САПР

Система PCAD 8.5 позволяет выполнять следующие проектные операции: создание символов элементов принципиальной электрической схемы и корпусов; графический ввод принципиальной электрической схемы и конструктивов плат проектируемого устройства; ручную и автоматическую трассировку печатных проводников произвольной ширины; автоматизированный контроль результатов проектирования ПП на соответствие принципиальной электрической схеме.

Программный комплекс PCAD включает в себя взаимосвязанные пакеты программ, образующих систему сквозного проектирования ПП электронной аппаратуры. В ее состав входят следующие программы [7]:

Schematic Editor - графический ввод и редактирование принципиальной электрической схемы;

Symbol Editor - графический ввод и редактирование символов радиоэлектронных компонентов на принципиальных схемах;

PCB Editor - графический ввод и редактирование конструктивов ПП, автоматическое или ручное размещение компонентов на плате;

Part Editor - графический ввод и редактирование корпусов компонентов РЭА и стеков контактных площадок.

Графический редактор принципиальных схем и символов компонентов имеет два режима: Schematic Editor и Symbol Editor. После загрузки графического редактора экран дисплея форматируется и разбивается на несколько зон. Зона меню подкоманд, предназначенная для команд графического редактора, расположена справа от окна и внизу под ним. Команды выбираются щелчком левой кнопки мыши. Расположенные справа команды имеют подкоманды, список которых выводится на экран после выбора основной команды.

В схемном графическом редакторе полная информация о чертеже заносится в 18слоев, устанавливаемых по умолчанию. На каждой фазе работы с графическим редактором необходима не вся имеющаяся информация, поэтому часть слоев делают невидимыми. Информация о слоях выводится по команде View Layer. Всего слоев поддерживается до 100. Слои могут быть окрашены в любой из 16 цветов. Каждый слой имеет одно из трех состояний: OFF - слой невидим и недоступен, ON - слой видим но недоступен, ABL - слой видим и может стать активным.

Также отличительной особенностью PCAD является использование атрибутов. Атрибуты состоят из двух частей: ключевого слоя и значения, разделенных знаком равенства “=”. Ключевое слово должно начинаться с буквы и иметь длину до 23 символов. Значение атрибута представляет собой последовательность чисел или текстовых переменных, разделенных запятыми. После вода атрибута ключевое слово и знак равенства становятся невидимыми на экране.

При использовании атрибутов можно значительно облегчить работу со схемой. В частности можно использовать автоматическое создание корпусов компонентов, автоматическое присвоение имени цепи и др [7].

Для дискретных компонентов не должны присутствовать имена и номера выводов на схеме. Имя дискретного компонента не слое DEVICE не наносится. Номера выводов по команде Enter/Packing Data наносят на слое ATTR2, который в дальнейшей работе выключают.

Для резисторов дополнительно следует указать атрибут RVALUE=<номинал>. Он необходим для диагностики ошибок, связанных с отсутствием резистора в цепях для микросхем с открытым коллектором.

Для дискретных компонентов целесообразно создавать два УГО: для вертикального и горизонтального расположения на схеме.

Основным инструментом при автоматической трассировке ПП в пакете PCAD является файл стратегии. Поэтому опишем некоторые его основные установки для объяснения нашего способа разводки.

После выбора пункта Routing Parameters в основном меню программы Autorouter на экране появится меню, в котором можно устанавливать параметры.

Приведем основные из них:

- первоначально устанавливаем метрическую систему измерения, т.к. все наши элементы рисовались в ней;

- устанавливаем основную координатную сетку шагом 1,25 мм, что соответствует технологическим требованиям;

- устанавливаем количество слоев для трассировки - четыре;

- устанавливаем тип трассировки - наиболее целесообразным является тип Steiner, которая позволяет выполнять Т-образные соединения и другие соединения, которые минимизируют расстояния между точками;

- устанавливаем порядок трассировки - по рекомендациям авторов ставим порядок Short-Long, т.е. сначала будут трассироваться короткие цепи, а затем - длинные. Это дает меньшее количество не разведенных цепей;

- на первоначальном этапе произведем отключение диагональной трассировки, т.к. она может дать несоблюдение допустимых зазоров, однако после первого этапа трассировки окажется, что зазоры соблюдаются, то можно установить Diagonal Routing и повторить трассировку, что, возможно, даст улучшение;

- проведем включение режима минимизации количества переходных отверстий, сделав установку Via minimization;

- установим режим сглаживания углов Perform Beveling. В этом случае будет производиться замена прямоугольных изгибов проводников, где это возможно на изгибы под углом 45°. Установим здесь параметр During+After, т.к. он наиболее эффективный;

- установим параметр Jog Elimination который осуществляет ликвидацию выступов печатных проводников. Процедура заключается в том, что: 1. Ликвидируются выступы, остающиеся после перемещения переходных отверстий; 2. Два или более сегмента проводника заменяются по возможности одним сегментом.

На этом заканчивается установка основных параметров трассировки, и переходим к установке дополнительных параметров.

Войдя в режим Detailed Routing Parameters, у нас есть возможность произвести следующие установки:

- установим тип переходных отверстий (Via Type) Through который позволит создавать сквозные переходные отверстия;

- далее необходимо установить параметр Via Sites который определяет размещение переходных отверстий. Произведем установку All Grid Points, что предоставит возможность располагать переходные отверстия во всех точках координатной сетки;

- разрешим размещение переходных отверстий на всей плате, произведя установку в пункте Via Lattice Region параметра Entire Board;

- установим размеры области поиска пути для трассы в пункте Route Search Area Size. Следуя указаниям авторов, установим в этом пункте значение 3;

- определим число основных проходов алгоритма “лабиринт”- Number of Maze Router Passes. В связи с тем, что уже на третьем проходе размер области поиска увеличен в 4 раза, то установим количество проходов равное 3;

- произведем открытие всей площади платы для трассировки, на последнем проходе установив параметр Full Board;

- согласно технологическим требованиям и, исходя из коэффициента заполнения, установим минимальное расстояние трасс от края платы равное 0,5;

- в следующем окне установим только параметр Even Distribution, который позволит равномерно распределять проводники на всех парах слоев. При отсутствии этой установки, будет поставлено значительно больше переходных отверстий, и проводники будут располагаться неравномерно.

Перейдем к установке параметров алгоритма Rip-Up. Этот параметр позволяет управлять наиболее мощным средством программы.

Произведем установку следующих пунктов:

- установим количество проходов каждого алгоритма трассировки. Пункт Normal трогать не будем, т.к. там уже находится значение установленное ранее. В пункте Rip-Up установим количество проходов равное 10. В пункте Optimize установим количество попыток переразвести связи равное 10;

- включим режим уплотнения трасс Trace Hugging, что дает нам уплотнение трасс и экономию пространства на ПП;

- отключим режим Penalize Corners уменьшающий количество изгибов проводника, т.к. он вступает в противоречие с предыдущим режимом.

Остальные установки оставим без изменений.

Произведем определение контактных площадок. Этим пунктом мы зададим размет и форму контактных площадок.

В соответствии с рассчитанными ранее параметрами площадок под контакты и переходные отверстия произведем установки. Так же надо установить отключение проводимости во внутреннем слое и установить расположение контактных площадок в узлах координатной сетки.

Определим правила прокладки проводников.

В этом пункте алгоритма воспользуемся ранее рассчитанными параметрами проводников и внесли их в данный пункт.

Определим классы цепей.

Этот раздел позволяет задать определенные цепи, которые будут разводиться особым способом.

Здесь осуществляется ввод параметров цепей питания и земли. Установим для этих цепей высокий приоритет.

Произведем описание слоев.

В этом пункте можно задать количество трассируемых слоев отличных от общего количества слоев ПП, задать предпочтительное направление трассировки для каждого из трассируемых слоев.

Далее проведем заполнение таблицы слоев, в которой каждому слою укажем направление разводки.

Перейдем к конструктору контактных площадок. В данном пункте произведем только установку имен файлов входной базы данных ПП, входной файл стратегии трассировки и имя проекта. От внесения изменений можно отказаться, нажав Exit.

Таким образом, мы провели конфигурирование файла стратегии. Оттрассировав плату по данной стратегии, мы получим плату соответствующую нашим расчетным данным.

После того, как мы развели плату, необходимо оформить ее как чертеж в соответствии с требованиями [6]. Система PCAD не позволяет полностью провести оформительскую работу, и поэтому воспользуемся системой AutoCAD. Для того чтобы AutoCAD смог прочитать чертежи слоев и печатной платы преобразуем файлы с расширением “.pcb” в файлы формата “.dxf”. сделать это можно воспользовавшись функцией PCAD.

После создания базы данных принципиальной электрической схемы целесообразно с помощью программы Electrical Rules Check (PC-Erc) выявить синтаксические ошибки, исправить их и затем приступить к моделированию или разработке ПП.

Выходным файлом программы PC-Erc служит файл списка электрических связей (.nlt) или (.xnl). Результаты проверки заносятся в текстовый файл с расширением .erc. Программа вызывается в разделе Schematic Tools.

В появившемся меню необходимо установить контроль всех параметров на наличие ошибок.

В выходном файле приводится список количества ошибок каждого вида и их подробное описание:

Floating Pins - неподключенные связи. Это связано с тем, что в компонентах задействованы не все выводы;

Nets With One or No Connections - это связано с тем, что при проверке не учитывались атрибуты компонентов (PWGD);

Nets With No input/output Pins - цепи которые не соединены с входами/выходами. Связано с наличием в схеме аналоговых элементов;

Nets With No Pull-Up Resistor - цепи подключенные к “открытому коллектору”;

Components With All Input Pins Tied to Gather - компоненты у которых соединяются входы

После проведения трассировки ПП целесообразно провести сравнение двух списков электрических связей с целью выявления в них различий с помощью программы Netlist Comparison. Среди предложенных способов проверки, целесообразнее выбрать сравнение списка связей, один из которых извлечен из файла .sch, а другой - из файла .pcb [6].

Выходной файл содержит следующую информацию:

Number of Gates (Parts) - общее количество компонентов в каждом списке;

Number of Nets - общее количество цепей в каждом списке;

Number of Suspect Nets - общее количество цепей каждого списка, которые не согласуются с цепями другого списка;

Number of Spare (Parts) - общее количество компонентов которые не соединяются ни с одной цепью в каждом списке;

Number of Floating Nets - общее количество цепей которые не соединяются ни с одним компонентом в каждом списке.

После этого приводится полная информация о сравниваемых списках.

Теперь осуществим проверку платы на соответствие ее требуемому классу точности [6].

Утилита Design Rules Check (PC-DRC) проверяет разведенную базу данных ПП и выявляет не разведенные проводники, нарушение технологических требований к проектированию ПП.

Программа PC-DRC вводит в базу данных ПП новые слои $CONT, $DRC и $ATT, на которых отмечаются ошибки.

После загрузки утилиты, для редактирования технологических ограничений, на панели Rule Name выбирается имя правила проверки из списка. Для создания нового правила следует выбрать команду ADD, ввести имя правила и затем задать минимальные размеры и зазоры для компонентов.

После выполнения утилита создает файл с расширением .drc, в котором будет отчет по каждому из проверяемых слоев. Плата подходит по технологическим требованиям, если в процессе проверки не было найдено ни одной ошибки.

3.6 Защита конструкции синтезатора от внешних и внутренних дестабилизирующих факторов

Защита конструкции проектируемого устройства от внешней среды

В процессе эксплуатации ЭВА под влиянием внешней среды происходит разрушение металлов и сплавов. Это явление называется коррозией. Оно заключается в окислении металла и превращении его в соответствующее химическое соединение.

Для защиты металлов конструкции от коррозии, получения требуемой декоративной отделки или придания поверхностному слою необходимых свойств применяются различные виды покрытий [12].

Покрытия подразделяются по назначению на три группы:

Защитные

защитно-декоративные

специальные

Защитные покрытия предназначаются для защиты основного материала деталей от коррозии и других процессов, вызывающих выход аппаратуры из строя.

Защитно-декоративные покрытия используются для защиты от вредного влияния окружающей среды деталей, требующих красивой внешней отделки.

Специальные покрытия придают поверхности деталей особые свойства или защищают основной материал деталей от влияния особых сред.

В зависимости от способа получения покрытия и материала различают металлические и неметаллические покрытия.

К металлическим относятся следующие покрытия: гальванические, нанесенные горячим способом, диффузионные и металлические на диэлектриках.

К неметаллическим относятся покрытия эмалями, лаками, грунтовками. К ним же можно отнести и противокоррозионные покрытия пластмассами.

Покрытия выбираются в зависимости от функционального назначения деталей, материала, способа изготовления и условий дальнейшей эксплуатации.

Специальные покрытия обладают следующими свойствами: улучшение светопоглащающей или отражательной способности поверхности, улучшение электропроводности, а также многими другими.

Гальванические покрытия представляют собой пленки, осаждаемые на металле при выделении из растворов солей металлов под действием электрического тока. Вследствие этого, деталь покрывается чистыми металлами и сплавами.

Химическое покрытие представляет пленку определенного химического состава, которая образуется на поверхности металла в результате действия на него химических реагентов. Наибольшее распространение получили окисные и фосфатные пленки.

Лакокрасочные покрытия основаны на образовании пленки из органического вещества и пигмента, определяющего цвет покрытия. Эти покрытия, нанесенные на поверхность металла в виде одного или нескольких слоев эмали или лака, после высыхания образуют защитно-декоративные непрерывные пленки. Выбор лакокрасочного покрытия определяется условиями эксплуатации, материалом покрываемого изделия, качеством и цветом его поверхности, требуемой точности покрытия, допустимой температурой сушки изделия.

Исходя из вышеуказанных требований и разновидности покрытия можно сделать вывод о том, что для нашего устройства, в качестве защитного покрытия можно выбрать лакокрасочное покрытие лаком УР-231 ГОСТ 9754-76. Оно применяется для деталей, эксплуатируемых на открытом воздухе умеренного климата, а также в промышленной атмосфере.

Проблема обеспечения электрической прочности ЭВА, особенно актуальна для элементов в интегральном исполнении и печатных плат, где зазоры между токоведущими дорожками малы и напряженность электрического поля может достигать больших значений при небольших напряжениях. Кроме того, пробивное напряжение снижается при повышении температуры диэлектрика, при сорбции влаги пылью и полимерными материалами.

Явление образования, под действием электрического поля проводящего канала в диэлектрике, называется электрическим пробоем. У твердых диэлектриков кроме пробоя по объему, возможен пробой по поверхности в окружающей среде. напряжение такого пробоя зависит от природы окружающей диэлектрик Среды, содержания влаги, формы проводников, наличия загрязнения на поверхности диэлектрика и наличия веществ, способных поглощать влагу (например, разнообразные пыли). Для повышения пробивного напряжения платы покрывают лаком, исключают острые углы при трассировке печатных проводников, производят сушку плат перед нанесением лака, следят за содержанием пыли и влаги в газовой среде технологических помещений, увеличивают пробивной промежуток благодаря установке дополнительных ребер (высоковольтных изоляторов).

Обеспечение электрической прочности тесно связано с проблемой влагозащиты. На выбор способа влагозащиты большое влияние оказывает объем производства.

Расчет конструкции на виброзащищенность

Для того чтобы проверить насколько хорошо защищено проектируемое устройство от механических воздействий, необходимо провести расчет собственной частоты вибраций платы. В данном случае плата является единственной колебательной системой. Жесткость платы зависит от материала, формы, геометрических размеров и способа закрепления.

Печатная плата имеет прямоугольную форму следующих размеров:

axbxh=280 мм x 150 мм x 1.5 мм

При расчете собственной частоты вибрации печатной платы используют следующие допущения:

плата представляется в виде модели распределенными массами и упругими демпфирующими связями;

ЭРЭ на плате располагаются равномерно на ее поверхности;

плата с элементами принимается за тонкую пластину, так как b/h0,1, толщина платы принимается постоянной, h = const;

материал платы однородный, идеально упругий, изотропный;

возникающие изгибные деформации малы по сравнению с толщиной платы;

при изгибе платы нейтральный слой не подвергается деформации растяжения (сжатия).

Для пластин с четырьмя точками крепления частота собственных колебаний платы, определяется по формуле:

, (6.2.1)

где a = 0,28 м. длинна платы;

b = 0,15 м. ширина платы;

цилиндрическая жесткость платы, ;

;

распределенная по площади масса платы и элементов, .

Цилиндрическая жесткость платы определяется по формуле:

(6.2.2)

где - модуль упругости материала платы;

- толщина платы;

- коэффициент Пуассона.

(6.2.3)

Распределенная по площади масса платы и элементов определяется из выражения:

, (6.2.4)

где - удельная плотность материала платы;

- масса элементов, установленных на плате, .

, (6.2.5)

где - масса i - го элемента, установленного на плате, ;

n = 40 - количество элементов, установленных на плате.

Воспользовавшись справочными данными получим m_э = 104,210 -³ кг. следовательно,

Подставляя найденные величины в формулу (6.2.1), определим минимальную частоту собственных колебаний платы. Она будет минимальной при , .

В результате механических воздействий печатная плата подвержена усталостному разрушению, в особенности при возникновении механического резонанса.

Чаще всего усталостные отказы проявляются в виде обрыва проводников, разрушения паяных соединений, нарушения контактов в разъемах.

Подобные разрушения можно предотвратить, если обеспечить выполнение условия:

(6.2.6)

где - минимальная частота собственных колебаний платы;

- ускорение свободного падения, g = 9,8м/c²;

- безразмерная постоянная, выбираемая в зависимости от частоты собственных колебаний и воздействующих ускорений.

- максимальные вибрационные перегрузки, выраженные в единицах g.

Следовательно,

min 85Гц

Значит, проектируемая плата будет иметь достаточную усталостную прочность при гармонических вибрациях.

Определим эффективность виброзащиты по формуле:

, (6.2.7)

где - верхняя частота диапазона воздействующих частот, Гц;

- резонансная колебаний печатной платы, Гц.

Подставив значения, получим:

.

Таким образом, можно сказать, что спроектированное устройство на 44% защищено от вибрационных.

3.7 Описание уточненного окончательного варианта компоновки и конструкции синтезатора

Компоновка блока - размещение на плоскости и в пространстве различных компонентов (радиодеталей, микросхем, блоков, приборов) ЭВА - одна из важнейших задач при конструировании, поэтому очень важно выполнить рациональную компоновку элементов на самых ранних стадиях разработки ЭВА.

Основная задача, решаемая при компоновке ЭВА - это правильный выбор форм, основных геометрических размеров, ориентировочное определение веса и расположения в пространстве любых элементов или изделий радиоэлектронной аппаратуры. На практике задача компоновки ЭВА чаще всего решается при использовании готовых элементов с заданными формами, размерами и весом, которые должны быть расположены в пространстве или на плоскости с учетом электрических, магнитных, механических, тепловых и других видов связей.

Имея принципиальную схему и компоновочный эскиз функционального узла, можно еще до разработки рабочих чертежей и изготовления лабораторного макета оценить возможный характер и величину паразитных связей, рассчитать тепловые режимы узла и его элементов, выполнить расчет надежности с учетом не только режимов работы схемы (электрические коэффициенты перегрузки), но и с учетом рабочих температур элементов. Методы компоновки элементов ЭВА можно разбить на две группы: аналитические и модельные. К первым относятся численные (аналитические) и номографические, основой которых является представление геометрических параметров и операций с ними в виде чисел.

Ко вторым относятся аппликационные, модельные, графические и натурные методы, основой которых является та или иная физическая модель элемента, например в виде геометрически подобного тела или обобщенной геометрической модели. Основой для всех является рассмотрение общих аналитических зависимостей. При аналитической компоновке мы оперируем с численными значениями различных компоновочных характеристик: геометрическими размерами элементов, их объемами, весом, энергопотреблением и т.п. Зная соответствующие компоновочные характеристики элементов изделия и законы их суммирования, можно вычислить компоновочные характеристики всего изделия и его частей. Элементы, которые содержит разрабатываемый печатный узел, приведены в таблице 3.9.

Таблица 3.9 - Перечень элементов и их площади и массы.

Наименование элемента	, шт.	, мм2	, мм2	гр.
1	2	3	4	5
Резисторы МЛТ	5	14	70	8
Конденсатор К53-1А	5	16	80	15
DIP14	7	146,25	1023,75	20
DIP16	7	152	1064	22
DIP24	7	442,5	3097,5	30
DIP40	5	680,5	3402,5	54
DIP64	1	978,25	978,25	72
Разъем (40 конт.)	1	150	150	50
Разъем (20 конт.)	3	75	225	25

Общая площадь, занимаемая компонентами с учетом припусков вокруг каждого элемента, обусловленных шириной контактных площадок, равна - 13400 мм². С учетом коэффициента заполнения площадь платы равна: 26800 мм². При проектировании печатного узла одним из наиболее важных критериев оптимизации является правильная компоновка, т.е. максимальное использование площади печатной платы при минимально возможных ее размерах.

Исходя из этого, выбираем площадь платы равную 280х150мм.

4 РАЗРАБОТКА ВОПРОСОВ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИНТЕЗАТОРА

Типовая структура технологического процесса изготовления модуля включает следующие операции: входной контроль элементов и печатных плат, подготовка к монтажу, установка комплектующих элементов на плату, нанесение флюса и его сушка, пайка, очистка от остатков флюса, контрольно - регулировочные работы, технологическая тренировка, маркировка, герметизация и приемо-сдаточные испытания. Сборка осуществляется согласно ГОСТ 23887-79.

Входной контроль -- это технологический процесс проверки поступающих на завод ЭРЭ, ИМС и ПП по параметрам, определяющим их работоспособность и надежность перед включением этих элементов в производство. Входной контроль комплектующих элементов может быть как 100 % так и выборочным.

Подготовка ЭРЭ и ИМС включает распаковку элементов, выпрямление, зачистку, формовку, обрезку и лужение выводов, размещение элементов в технологической таре. Для проведения подготовительных операций разработано много типов технологического оборудования и оснастки. В условиях мелкосерийного производства подготовка осуществляется пооперационно с ручной подачей элементов.

Установка элементов на печатные платы в зависимости от характера производства может выполняться вручную, механизированным и автоматизированными способами.

Нанесение флюса на плату может осуществляться различными способами (кистью, погружением, потягиванием, распылением, вращающимися щетками, пенное и волной). Нанесенный слой флюса перед пайкой просушивается при температуре 353…375 К, а плата подогревается.

Групповая пайка элементов со штыревыми выводами производится волной припоя на автоматизированных установках модульного типа.

Процесс групповой пайки начинаются с подготовки поверхности ПП, которая заключается в зачистке мест пайки и обезжиривании. Зачистку выполняют эластичными кругами с абразивным порошком или металлическими щетками. Затем поверхность платы обезжиривают в растворе спирта с бензином и обдувают воздухом. Защита участков платы не подлежащих пайке, осуществляется маской из бумажной ленты, пропитанной костным клеем. Маску приклеивают к плате так, чтобы места пайки не выходили за пределы отверстий в маске. Вместо бумажной маски можно применять слой краски, наносимой через сетчатый трафарет. Краска должна противостоять непосредственному воздействию расплавленного припоя, температура которого доходит до 260 С.

Следующим этапом является нанесение флюса и подогрев платы, который удаляет влагу и уменьшает термический удар в момент погружения платы в расплавленный припой.

Пайка волной представляет собой процесс, при котором нагрев спаиваемых материалов, помещенных над ванной, и подача припоя к месту соединения осуществляется стоячей волной припоя возбуждаемой в ванне. При пайке волной припоя устраняется возможность быстрого окисления припоя и температурных деформаций платы.

Заключительной операцией групповой пайки является удаление маски. Для этого ПП погружают на 0.8 … 0.9 ее толщины в ванну с горячей водой ( t=40 С) и выдерживают до тех пор, пока она не отклеится (2…3 мин). Затем плату обдувают горячим воздухом до полного высыхания.

Удаление остатков водорастворимых флюсов осуществляется путем промывки плат в проточной горячей воде с использованием мягких щеток или кистей. Следы канифольных флюсов удаляют промывкой в течении 0.5 … 1 мин, в таких растворителях, как спирт, смесь бензина и спирта (1:1), трихлорэтилен и др.

Выходной контроль можно условно разделить на три последовательных этапа:

первый:

визуальный контроль правильности сборки и качества паяных соединений;

второй:

контроль правильности монтажа и поиск неисправностей;

третий:

функциональный контроль.

Ориентировочный технологический процесс сборки модуля приведен в таб. 4.1.

Таблица 4.1. - Tехнологический процесс сборки модуля

№ операции	Наименование и содержание.	Оборудование и приспособления.
	Входной контроль микросхем и ПП.	Лупа 10X , стенд.
	Защита маркировки.	Вытяжной шкаф, ванна.
	Формовка и обрезка выводов.	Приспособление.
	Лужение выводов. Флюсовать выводы погружением во флюс ФСКП. Лудить выводы припоем ПОС-61.	Ванна.
	Подготовка ПП к сборке. Лудить контактные площадки.	Ванна для обезжиривания.
	Установка элементов на ПП.	Верстак, стойки технологические.
	Пайка выводов элементов к ПП.
	Контроль электрических параметров. Настройка.	Стенд, комплект измерительных приборов.
	Влагозащита. Покрытие лаком УР-23Т или Э-4100.
	Контроль электрических параметров.

4.1 Разработка технологической схемы сборки

Так как в ТЗ задано разработать технологическую схему сборки, то будет правильным уделить ей внимание и в записке.

Технологическим процессом сборки называют совокупность операций, в результате которых детали соединяются в сборочные единицы, блоки, стойки, системы и изделия. Простейшим сборочно-монтажным элементом является деталь, которая согласно ГОСТ 2101-68 характеризуется отсутствием разъёмных и неразъёмных соединений.

Проектирование технологических процессов осуществляется для изделий конструкция которых отработана на технологичность, и включает в общем случае комплекс взаимосвязанных работ:

- разработка технологической схемы общей сборки;

- разработка технологической схемы сборки блоков и сборочных единиц;

- анализ типовых технологических процессов и определение последовательности и содержания технологических операций (маршрут сборки);

- выбор технологического оборудования и оптимального варианта технологического процесса по себестоимости или производительности;

- выбор или заказ средств технологического оснащения;

- назначение и расчёт режимов сборки;

- нормирование операций технологического процесса;

- определение профессий и квалификации исполнителей;

- выбор средств автоматизации и механизации операций технологического процесса и внутрицеховых средств транспортирования;

- организация производственных участков, составление планировок;

- оформление рабочей документации на технологические процессы.

Технологическая схема сборки изделия является одним из основных документов, составляемых при разработке технологического процесса сборки. Расчленение изделия на сборочные элементы проводят в соответствии со схемой сборочного состава, при разработке которой руководствуются следующими принципами:

- схема составляется независимо от программы выпуска изделия на основе сборочных чертежей, электрической и кинематической схем изделия;

- сборочные единицы образуются при условии независимости их сборки, транспортировки и контроля;

- минимальное число деталей, необходимое для образования сборочной единицы первой ступени сборки, должно быть равно двум;

- минимальное число деталей, присоединяемых к сборочной единице данной группы для образования сборочного элемента следующей ступени, должно быть равно единице;

- схема сборочного состава строится при условии образовании наибольшего числа сборочных единиц;

- схема должна обладать свойством непрерывности, т.е. каждая последующая ступень сборки не может быть осуществлена без предыдущей.

Различают две основных технологических схемы сборки: веерного типа и с базовой деталью. Первая из них показывает ступени сборки и из каких деталей они образуются. Достоинством такой схемы является её простота и наглядность, но она не отражает последовательности сборки.

Более наглядной и отражающей последовательности процесса сборки является схема с базовой деталью. В качестве базовой детали выбираются платы, панели, шасси или другие детали, с которых начинается сборка. Направление движения деталей и узлов на схемах показывается стрелками.

При построении технологической схемы сборки каждую деталь изображают прямоугольником, в котором необходимо указывать номер детали, её наименование, а так же их количество, необходимое для сборки.

Допускается изображение крепёжных деталей кружочками, в которых указывается позиция по сборочному чертежу. Сборочные единицы изображаются в виде прямоугольников с указаниями ступени сборки и номера узла.

На технологических схемах сборки наносятся указания по выполнению сборочных операций. Технологические указания необходимо помещать в прямоугольник, ограниченный штриховой линией, а место его выполнения указывается наклонной стрелкой.

Базовой деталью является плата. Для определения количества устанавливаемых ЭРЭ и ИМС на плату в ходе выполнения сборочных операций необходим предварительный расчёт ритма сборки:

, мин/шт., (4.9)

где - действительный фонд времени за плановый период.

- программа выпуска.

Для разрабатываемого устройства плановый период - один месяц. Тогда ритм сборки будет равен:

,мин/шт.

С учетом того, что производство цифрового синтезатора частотно - модулированных сигналов не является поточным и ритм сборки равен 122 мин., рациональной границей дифференциации по операциям определяются следующими условиями:

- однородностью выполняемых работ;

- получением готовой системы поверхностей или сборочного элемента;

- рациональным применением оборудования, используемого в производстве;

- приоритетом сборки малогабаритных деталей и пассивных электрорадиоэлементов над активными;

С учетом вышеперечисленных требований составляем технологическую схему сборки. Технологическая схема сборки цифрового синтезатора частотно - модулированных сигналов приведена на чертеже.

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

В данном дипломном проекте спроектирован цифровой синтезатор частотно - модулированных сигналов, который предназначен для работы в качестве возбудителя передатчика и гетеродина приемника в составе л.ч.м. - ионозонда.

Предполагаемый объём выпуска новой продукции устанавливается на основе заказов потребителей, выявленного в процессе изучения, рынка спроса, с учётом возможностей и сроков развёртывания производства, материально-технического обеспечения ресурсами всех видов (оборудование, кадры, материалы). Выпуск изделия может носить мелкосерийный характер. Исходя из этого, предполагаем физический объём выпуска 500 штук в год. При эффективном функционировании предприятия возможно производство объекта на протяжении нескольких лет. В качестве расчётного периода выберем срок 3 года [10].

5.1 Определение себестоимости товара и рыночной цены проектируемого изделия

Одним из важнейших показателей, характеризующих изделие как объект производства, является его себестоимость. Она включает сумму затрат на производство и реализацию продукции.

По способу отнесения затрат на себестоимость продукции они группируются на прямые и косвенные. Прямые - это затраты, непосредственно связанные с изготовлением определённой продукции и относимые на её отдельные виды. К прямым статьям относятся такие затраты как: сырьё и основные материалы (за вычетом отходов); комплектующие изделия и покупные полуфабрикаты; основная заработная плата производственных работников [10].

По способу отнесения затрат на себестоимость продукции они группируются на прямые и косвенные. Прямые - это затраты, непосредственно связанные с изготовлением определённой продукции и относимые на её отдельные виды. К прямым статьям относятся такие затраты как: сырьё и основные материалы (за вычетом отходов); комплектующие изделия и покупные полуфабрикаты; основная заработная плата производственных работников.

Косвенные - это затраты которые не могут быть прямо отнесены на себестоимость продукции и рассчитываются по нормативам, установленным в процентах либо к основной заработной плате производственных работников, либо к производственной себестоимости продукции [11].

Расчёт себестоимости единицы проектируемой техники (С) производится по всем статьям затрат в соответствии с "Основными положениями по планированию, учёту, калькулированию себестоимости на промышленных предприятиях".

Расчет будем выполнять по статьям затрат. Для этого необходимо определить затраты на материалы, которые используются при изготовлении модуля питания. Затраты на материалы, используемые при изготовлении модуля, рассчитываются по следующей формуле:

, руб, (5.1)

где - килограмм i-го материала;

- коэффициент, норма расхода материала на одно изделие;

- цена за единицу, с учётом транспортно-заготовительных расходов.

Расчет затрат на материалы, используемые при изготовлении электронного блока весов, приведён в таблице - 5.1.

Таблица 5.1 - Затраты на основные и вспомогательные материалы.

Наименование материала	Норма расхода на 1 изделие, кг	Цена за 1кг, руб	Сумма затрат на 1 изделие, руб
Припой ПОС-61	0,08	34850	2788
Канифоль сосновая марка А	0,15	1585	237.75
Спирт этиловый ректифи-кованный, высшей очистки, (л)	0,2	6340	1268
Лак УР-231	0,005	25600	129
Сумма затрат на всё изделие	4422.75
Итого, с учётом транспортно-заготовительных расходов (5%)	4643.89

Величину затрат по статье "Сырье и основные материалы" можно рассчитать по формуле:

, руб, (5.2)

где: - количество i-ых полуфабрикатов и комплектующих изделий, необходимых для сборки единицы изготавливаемой продукции;

- оптовая цена i-го полуфабриката, комплектующего изделия.

- коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительные расходы.

Результаты расчёта затрат на комплектующие изделия и покупные полуфабрикаты приведены в таблице - 5.2.

Таблица 5.2 - Расчёт затрат на комплектующие изделия и покупные полуфабрикаты.

№	Наименование комплектующего или полуфабриката	Кол-во, Шт.	Цена за ед., руб.	Сумма Затрат, руб.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	Микросхема: 533ТЛ2 533АГ3 533ЛА3 КС573РФ2 533ИК4 КМ1118ПА2А 533ИЕ10 К1518ВЖ1 533ЛП5 1108ПА1А	2 2 2 6 4 1 4 1 3 1	2300 2500 2400 4000 2000 4100 2000 10000 2000 4000	4600 5000 4800 24000 8000 4100 8000 10000 6000 4000
11	Резистор постоянный	9	60	540
12	Конденсатор	4	250	1000
13	Переключатель	2	300	600
14	Плата	1	2000	2000
15	Корпус	1	6000	6000
Итого	88640
Транспортно-заготовительные расходы (5%)	4432
Всего с транспортно-заготовительными расходами	93072

Величина затрат по статье "Основная заработная плата производственных работников" определяется по формуле [11]:

, руб, (5.3)

где: - часовая тарифная ставка, соответствующая разряду работы на i-ой операции, руб;

- норма времени на выполнение i-ой операции, мин;

- коэффициент премий.

Расчет основной заработной платы основных производственных рабочих приведен в таблице - 5.3.

Таблица 5.3 - Расчет основной заработной платы основных производственных рабочих.

Наименование	Норма времени tшт мин/шт	Кол-во эл-ов,шт.	Раз-ряд работ	Часовая тарифная ставкаТс, руб.	Сумма ОЗП,руб
Подготовка иустановка резисторов и конденсаторов.	0,08	13	3	187	11.18
Установка ИМС и знакосинтезирующих индикаторов	3	27	4	209	765.85
Пайка волной припоя	0,5	1	3	187	3.94
Очистка плат	0,2	1	3	187	1.58
Сушка плат	1,5	1	3	187	11.8
Контроль плат	1,0	1	4	209	10.89
Продолжение табл. 5.3
1	2	3	4	5	6
Межблочный монтаж	5	1	4	209	54.41
Настройка	10	1	4	209	108.84
Окончательная сборка устройства	8	1	3	187	62.94
Контроль	3,0	1	4	209	32.65
Всего	1064.08
Итого, с учётом премий за выполнение плана (10%)	1170.49

Результаты расчета себестоимости и отпускной цены единицы изделия приведены в таблице - 5.4.

Таблица 5.4 - Результаты расчета себестоимости и отпускной цены.

Статьи затрат	Обозна-чение	Сумма,руб.	Расчётная формула
1. Сырье и материалы за вычетом отходов		4643.89	См. табл.
2.Покупные комплектующие изделия, полуфабрикаты		93072	См. табл.
3.Основная заработная пла- та та производственных рабочих		1170.49	См. табл.
4.Дополнительная заработная плата произ-водственных рабочих		234.1	= 20%
5.Отчислениеорганам социальной защиты и в фонд занятости		573.31	= 36 %
Продолжение табл. 5.4
6. Чрезвычайный чернобыльский налог		56.18	= 4%
7.Износ инструментов и приспособленийцелевого назначения		140.45	= 12%
8.Общепроизводственные расходы		1404.59	= 120%
9.Общехозяйственные расходы		1872.78	= 160%
10.Прочие производст- венные расходы		23.41	= 2%
Аренда помещений и оборудования	Ра	7200	Ра = А/Nt
Производственная себестоимость		76283.42	Спр = Рм + Рк + Зо + Зд + Рсоц + Рчн + Риз + Робп + Робх +Рпр + Ра

Подобные документы

• Разработка синтезатора звуковых сигналов с компрессией данных

  Разработка и описание структурно-функциональной схемы к динамику. Принципы построения устройства синтезатора звуковых сообщений, работа с таймером микроконтроллера. Выбор элементной базы. Разработка программного обеспечения, алгоритм и листинг программы.
  
  курсовая работа [387,9 K], добавлен 24.12.2012
  

• Разработка аналогового модуля управления синтезатором

  Составление топологии печатной платы, а также разводка токоведущих дорожек в САПР P-CAD. Специфика выбора элементной базы, транзисторов и диодов синтезатора. Разработка конструкции, подбор материалов. Расчет объемно-компоновочных характеристик устройства.
  
  курсовая работа [1007,7 K], добавлен 12.11.2009
  

• Разработка функциональных узлов цифровой системы передачи

  Виды модуляции в цифровых системах передачи. Сравнение схем модуляции. Обоснование основных требований к системе связи. Влияние неидеальности параметров системы на характеристики ЦСП. Разработка функциональной схемы цифрового синтезатора частот.
  
  курсовая работа [3,3 M], добавлен 11.03.2012
  

• Разработка синтезатора частот с помощью программы ADIsimPLL

  Особенности использования методов анализа и синтеза основных узлов аналоговых электронных устройств, методов оптимизации схемотехнических решений. Расчет параметров синтезатора радиочастот. Определение зависимости тока фазового детектора от времени.
  
  лабораторная работа [311,0 K], добавлен 19.02.2022
  

• Источник питания охранного устройства

  Приборы радиолучевого типа. Выбор и обоснование элементной базы. Схемотехническая отработка конструкции охранного устройства. Обоснование компоновки блока и его частей. Расчет теплового режима, вибропрочности и надежности. Разработка конструкции блока.
  
  курсовая работа [1,2 M], добавлен 21.03.2013
  

• Электроника и микропроцессорная техника

  Обзор цифровых синтезаторов сигнала: прямого аналогового и косвенного. Создание структурной схемы генератора. Регистр управления цифрового синтезатора частоты AD9833 и микроконтроллера AT90USB162. Аналоговая часть устройства и выбор его элементной базы.
  
  курсовая работа [1,2 M], добавлен 04.05.2015
  

• Проектирование специализированного вычислительного устройства

  Выбор формата данных. Разработка алгоритма и графа макрооперации. Разработка функциональной электрической схемы и её особенности. Выбор элементной базы. Разработка принципиальной схемы. Микропроцессорная реализация устройства на языке Ассемблер.
  
  курсовая работа [955,0 K], добавлен 04.05.2014
  

• Разработка системы подачи электропитания по расписанию

  Выбор и обоснование элементной базы, структурной и принципиальной схем, компоновки устройства. Расчет узлов и блоков, потребляемой мощности и быстродействия. Выбор интегральной микросхемы и радиоэлектронных элементов, способа изготовления печатной платы.
  
  дипломная работа [149,1 K], добавлен 23.10.2010
  

• Разработка функциональных узлов цифровой системы передачи

  Разработка цифровой системы передач на базе оборудования РРЛ. Обоснование требований к основным узлам приемопередающего устройства. Проектирование узлов приемопередающего устройства (синтезатора частоты, модулятора). Основные проблемы и методы их решения.
  
  курсовая работа [1,2 M], добавлен 31.05.2015
  

• Разработка датчика сетки частот генератора сигналов низкой частоты

  Описание структурной схемы генератора. Описание работы схемы электрической принципиальной блока. Выбор и обоснование элементной базы. Разработка конструкции печатной платы. Разработка конструкции датчика сетки частот. Описание конструкции генератора.
  
  дипломная работа [287,2 K], добавлен 31.01.2012
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам