|
Усилитель для воспроизведения монофонических музыкальных программ.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 3
1. Назначение и условия эксплуатации 5
2. Выбор варианта конструкции 6
3. Выбор материалов 8
4. Расчетная часть 16
4.1. Определение ориентировочной площади печатной платы 16
4.2. Расчет минимальной ширины проводника 23
5. Разработка топологии печатной платы 25
6. Описание технологического процесса изготовления печатной
платы комбинированным позитивным методом 30
6.1. Резка заготовок 31
6.2. Пробивка базовых отверстий 32
6.3. Подготовка поверхности заготовок 33
6.4. Нанесение сухого пленочного фоторезиста 35
6.5. Нанесение защитного лака 38
6.6. Сверловка отверстий 39
6.7. Химическое меднение 42
6.8. Снятие защитного лака 44
6.9. Гальваническая затяжка 44
6.10. Электролитическое меднение и нанесение защитного покрытия
ПОС-61 45
6.11 . Снятие фоторезиста 47
6.12. Травление печатной платы 47
6.13. Осветление печатной платы 48
6.14. Оплавление печатной платы 49
6.15. Механическая обработка 50
7. Обоснование технологичности конструкции 52
8. Расчет надежности схемы 54
9. Заключение 58
Приложение 1 Приготовление раствора осветления 61
Приложение 2 Маршрутно-операционные кар-
ты.................................62
10. Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время усилители получили очень широкое распространение
практически во всех сферах человеческой деятельности: в промышленности,
в технике, в медицине, в музыке, на транспорте и во многих других. Усилители
являются необходимым элементом любых систем связи, радиовещания,
акустики, автоматики, измерений и управления. Но прежде, чем усилитель
стал таким распространенным ему пришлось пройти очень долгий путь.
Активным элементом первых усилителей была электронная лампа. Такие
усилители были громоздки, потребляли много энергии и быстро выходили из
строя. Только в середине нашего столетия после долгих упорных поисков и
трудов наконец удалось впервые создать усилительный полупроводниковый
прибор, заменяющий электронную лампу. Это важное открытие произвело
крупный переворот в радиоэлектронике. Габариты транзисторных усилителей
стали в несколько раз меньше ламповых, а потребляемая мощность - в десят-
ки раз меньше. К тому же значительно увеличилась надежность.
Но научно-технический прогресс на этом не остановился. Появилась пер-
вая микросхема. Сейчас широко применяются усилители, полностью со-
бранные на микросхемах и микросборках. Практически единственная пробле-
ма на сегодняшний день - это отвод тепла. Так как мощные усилители рассеи-
вают большое количество тепла, необходимо интенсивно отводить это тепло,
что не позволяет миниатюризировать мощные усилители.
Следующим этапом развития является технология поверхностного монта-
жа кристаллов. Технология поверхностного монтажа кристаллов обеспечивает
миниатюризацию радиоэлектронной аппаратуры при росте ее функциональ-
ной сложности. Навесные компоненты намного меньше, чем монтируемые в
отверстия, что обеспечивает более высокую плотность монтажа и уменьшает
массо-габаритные показатели. Наряду с этим для большей миниатюризации
применяют микросборки и гибридные интегральные схемы.
В настоящее время многие усилители выполняются на печатных платах.
Применение печатных плат дало возможность, по сравнению с объемными
конструкциями, увеличить плотность монтажа, надежность, ремонтопригод-
ность, уменьшить массу конструкции, разброс параметров и так далее.
В данном курсовом проекте при изготовлении усилителя звуковой частоты
используется двусторонняя печатная плата, изготовленная позитивным ком-
бинированным методом.
1. НАЗНАЧЕНИЕ И УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Данный усилитель предназначен для воспроизведения монофонических
музыкальных программ и рассчитан на работу с радиоприемником, магнито-
фоном, электропроигрывающим устройством или проигрывателем компакт ди-
сков, снабженным предварительным корректирующим усилителем.
Особенностью этого усилителя является использование микросхемы, спе-
циально предназначенной для сборки бестрансформаторного усилителя низ-
кой частоты звуковоспроизводящей аппаратуры I и II классов. Это позволило
упростить усилитель в целом и обеспечить сравнительно высокие характери-
стики.
Так, полоса пропускания усилителя при номинальной выходной мощности
и неравномерности частотной характеристики 1,5 дБ составляет 40-16 000 Гц.
При этом уровень шума не превышает -50 дБ. Чувствительность усилителя 50
мВ, входное сопротивление 50 кОм, номинальная мощность на нагрузке 8-10
Ом 8 Вт при коэффициенте гармоник - не более 1%. Усилитель снабжен раз-
дельными регуляторами тембра по низшим и высшим частотам, диапазон ре-
гулирования на частотах 100 и 10 000 Гц составляет +20...-18 дБ. При макси-
мальной выходной мощности усилитель потребляет от сети не более 25 Вт.
Данный усилитель предназначен для эксплуатации в районах умеренного
климата при температуре воздуха 25±100С, относительной влажности воздуха
60±15% и атмосферным давлением 630-800 мм рт. ст.
2. ВЫБОР ВАРИАНТА КОНСТРУКЦИИ
Проанализировав электрическую принципиальную схему с точки зрения
конструкции радиоэлементов, я обнаружил, что практически все радиоэлемен-
ты (резисторы, конденсаторы, транзисторы, стабилитроны, микросхема) не
имеют бескорпусных аналогов.
Сложив мощности рассеивания всех радиоэлементов, получили суммар-
ную мощность рассеивания более 2 Вт. При такой мощности рассеивания из-
готовление данной схемы на ГИС нецелесообразно, так как потребуется до-
полнительный отвод тепла. В схеме также присутствуют конденсаторы ем-
костью до 200 мкФ, а по конструктивным требованиям конденсаторы емкостью
более 0,033 мкФ в виде пленочного элемента не выполняются, а бескорпус-
ные навесные конденсаторы изготовляются емкостью только до 1,5 мкФ. Так-
же в схеме присутствует большой разброс параметров, что еще раз под-
тверждает невозможность изготовления данной схемы на ГИС.
Учитывая все вышеперечисленные моменты, делаем вывод, что изготов-
ление заданного устройства на ГИС не представляется возможным, поэтому
принимаем решение изготавливать данное устройство на печатной плате.
В качестве несущей конструкции применяем двухстороннюю печатную пла-
ту, при этом компоновка радиоэлементов получится более плотной, соответ-
ственно и габаритные размеры печатной платы будут меньше.
В данной схеме присутствуют два мощных выходных транзистора, которым
требуются дополнительный отвод тепла. Чтобы не занимать место на пе-
чатной плате, устанавливать дополнительные теплоотводы для этих транзи-
сторов не будем. В качестве общего теплоотвода будет использоваться ме-
таллический корпус кожуха. Эти транзисторы через слюдяную прокладку уста-
навливаются на задней стенке кожуха, и затем хомутками и винтами М3 за-
крепляются на ней. Слюдяная прокладка нужна для того, чтобы не было элек-
трического контакта между коллекторами транзисторов.
Также на задней стенке закрепляются входной и выходной разъемы. На
передней панели устанавливаются переменные резисторы регулировки гром-
кости и тембра по высшим и низшим частотам.
Остальные радиоэлементы дополнительного крепления не требуют.
В геометрических размерах печатной платы следует предусмотреть при-
пуск на технологическое поле для отверстий, с помощью которых печатная
плата крепится при изготовлении печатных проводников.
3. ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ
Для изготовления печатной платы нам необходимо выбрать следую-
щие материалы: материал для диэлектрического основания печатной
платы, материал для печатных проводников и материал для защитного
покрытия от воздействия влаги. Необходимость применения защитного
покрытия мы рассмотрим несколько ниже. Сначала мы определим ма-
териал для диэлектрического основания печатной платы.
Существует большое разнообразие фольгированных медью слоистых
пластиков. Их можно разделить на две группы:
– на бумажной основе;
– на основе стеклоткани.
Эти материалы в виде жестких листов формируются из нескольких
слоев бумаги или стеклоткани, скрепленных между собой связующим
веществом путем горячего прессования. Связующим веществом обычно
являются фенольная смола для бумаги или эпоксидная для стеклотка-
ни. В отдельных случаях могут также применяться полиэфирные, сили-
коновые смолы или фторопласт. Слоистые пластики покрываются с од-
ной или обеих сторон медной фольгой стандартной толщины.
Характеристики готовой печатной платы зависят от конкретного соче-
тания исходных материалов, а также от технологии, включающей и ме-
ханическую 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 бы-
товой 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 высо-
кая механическая прочность и хорошие электрические свойства.
Прочность на изгиб и ударная вязкость печатной платы должны быть
достаточно высокими, чтобы плата без повреждений могла быть нагру-
жена установленными на ней элементами с большой массой.
Как правило, слоистые пластики на фенольном, а также эпоксидном
гетинаксе не используются в платах с металлизированными отверстия-
ми. 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 груп-
повой пайки.
Трещина в металлизированном слое на стенках отверстий резко
снижает надежность соединения. В случае применения эпоксидного
стеклотекстолита отношение температурных коэффициентов расшире-
ния примерно равно трем, и риск образования трещин в отверстиях до-
статочно мал.
Из сопоставления характеристик оснований (см. дальше) следует,
что во всех отношениях (за исключением стоимости) основания из эпок-
сидного стеклотекстолита превосходят основания из гетинакса.
Печатные платы из эпоксидного стеклотекстолита характеризуются
меньшей деформацией, чем печатные платы из фенольного и эпоксид-
ного гетинакса; последние имеют степень деформации в десять раз
больше, чем стеклотекстолит.
Некоторые характеристики различных типов слоистых пластиков
представлены в таблице 1.
Тип
Максимальная
рабочая темпе-
ратура, 0C
Время пайки
при 2600 С,
сек
Сопротивле
ние изоля-
ции, МОм
Объемное
сопротивле-
ние, МОм
Диэлектри-
ческая по-
стоянная, ?
Фенольный
гетинакс
110-120
5
1 000
1·104
5,3
Эпоксидный
гетинакс
110-120
10
1 000
1·105
4,8
Эпоксидный
стекло-
текстолит
130-150
20
10 000
1·106
5,4
Сравнивая эти характеристики, делаем вывод, что для изготовления
двусторонней печатной платы следует применять только эпоксидный
стеклотекстолит.
В качестве фольги, используемой для фольгирования диэлектриче-
ского основания можно использовать медную, алюминиевую или нике-
левую 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 тол-
щины 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 фоторезистом, вызывая
так называемое подтравливание. Чтобы его уменьшить обычно приме-
няют более тонкую медную фольгу толщиной 35 и 17,5 мкм. Поэтому
выбираем медную фольгу толщиной 35 мкм.
Исходя из всех вышеперечисленных сравнений для изготовления
двусторонней печатной платы позитивным комбинированным способом
выбираем фольгированный стеклотекстолит СФ-2-35.
Теперь рассмотрим необходимость применения защитного покрытия
от влаги. В разделе "НАЗНАЧЕНИЕ И УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ" мы
описали, что данный усилитель предназначен для эксплуатации в нор-
мальных условиях при температуре 25±100 С и относительной влаж-
ности воздуха 60±15%. То есть казалось, что никакого защитного покры-
тия от влаги не требуется, однако в действительности все обстоит
несколько иначе. Многое зависит от помещений, в которых будет экс-
плуатироваться данный усилитель.
Например, на первом этаже деревянного дома с печным отоплением
относительная влажность воздуха может достигать 90% и неделями
держаться на этом уровне. На верхних этажах таких домов она иногда
превышает 83%, изменяясь в течение суток от максимума в предрас-
светные часы до минимума в середине дня. В домах с центральным
отоплением в зимнее время влажность часто падает ниже 40%. Анало-
гичные условия могут быть в кирпичных и железо-бетонных зданиях.
Таким образом, нормальные условия при эксплуатации радиоаппа-
ратуры выдерживаются далеко не всегда. Прежде всего, это относится к
влажности воздуха. Следует отличать абсолютную влажность, характе-
ризующую количество водяного пара в граммах, содержащегося в 1 м3
воздуха, от относительной влажности, представляющей собой выраже-
нное в процентах отношение абсолютной влажности к тому количеству
водяного пара, при котором воздух насыщен при каждой данной темпе-
ратуре (дальнейшее его насыщение невозможно - избыток влаги выпа-
дает в виде росы). Повышение температуры приводит к уменьшению
относительной влажности, а понижение, наоборот,- к увеличению ее
вплоть до выпадения росы.
Нередко радиоаппаратуру устанавливают возле окна. При проветри-
вании помещения в теплое время года влажный наружный воздух обду-
вает ее, попадает через вентиляционные отверстия внутрь футляра, и,
если температура вне помещения выше, чем внутри, относительная
влажность воздуха в футляре растет, может выпасть роса. Такая же
картина наблюдается и зимой, но в этом случае внешний воздух охлаж-
дает блоки радиоаппаратуры, и роса выпадает на них из влажного воз-
духа помещения. Этим объясняется требование инструкций по эксплуа-
тации выдерживать внесенный с улицы в помещение аппарат не менее
двух часов, не извлекая из упаковки (коробка защищает его от влажного
воздуха).
Действие влажного воздуха на радиоаппаратуру объясняется малы-
ми размерами молекул воды (до 3·10-8 см). Это позволяет ей проникать
в мельчайшие поры и трещины диэлектриков, а так как она хорошо рас-
творяет соли и щелочи, то происходящий при этом процесс электроли-
тической диссоциации приводит к образованию проводящих электроли-
тов, резко снижающих поверхостное и объемное сопротивление изоля-
ции.
Даже при нормальной относительной влажности воздуха (65%) все
тела покрыты тончайшей (0,001...0,01 мкм) пленкой влаги, которая мо-
жет быть непрерывной (на гидрофильной поверхности) или прерывис-
той (на гидрофобной). С ростом относительной влажности толщина
пленки растет и при 93...96% достигает сотни микрон, резко снижая по-
верхостное сопротивление изолятора.
Уменьшение поверхостного и объемного сопротивлений приводит к
шунтированию элементов, появлению гальванических связей между ни-
ми, возрастанию потерь в конденсаторах и трансформаторах, падению
добротности катушек и так далее. Все это вызывает ухудшение работы
аппарата и в ряде случаем выход его из строя из-за электрических про-
боев.
Весьма опасна, особенно для серебра и олова, электрохимическая
коррозия, приводящая к нарушению паяных соединений в печатном
монтаже, возрастанию переходного сопротивления контактов реле и пе-
реключателей (вплоть до полного разрыва цепи). Большую опасность
высокая относительная влажность представляет для самих печатных
плат: из-зи небольших расстояний между проводниками появление
пленки и капель влаги приводит к пробою между ними.
Следовательно, воздух с высокой (более 80%) относительной влаж-
ностью, действующей длительное время на радиоаппаратуру,- фактор,
который необходимо учитывать при ее конструировании и эксплуатации.
Ежедневная работа в течение четырех-пяти часов в какой-то мере пре-
дохраняет радиоаппаратуру от повреждения в этих условиях.
Способы защиты радиоэлектронной аппаратуры от действия влажно-
го воздуха бывают пассивными и активными. Пассивная защита осно-
вана на создании барьера, либо замедляющего проникновение влаги,
либо полностью изолирующего его от влажного воздуха. В первом слу-
чае это достигается пропиткой или покрытием объекта различными ве-
ществами (смолами, лаками, компаундами), во втором - помещением
его в герметичный корпус (металлический корпус, стеклянный или кера-
мический баллон). Активная защита заключается в поглощении влаги
адсорбентами, снижающими относительную влажность воздуха в кожухе
аппарата до безопасного уровня.
Пассивные способы в настоящее время - основные при защите ра-
диоаппаратуры. Следует, однако, отметить, что полная герметизация
бытовых аппаратов обычно не применяется из-за большой стоимости,
значительной материалоемкости, увеличения массы и объема аппарата,
сложности уплотнения осей ручек управления, плохой ремонтопригод-
ности и так далее.
Самый распространенный и дешевый способ защиты гетинаксовых и
стеклотекстолитовых печатных плат - покрытие их бакелитовыми, эпок-
сидными и другими лаками или эпоксидной смолой. Наиболее стойко к
действию влаги покрытие из эпоксидной смолы, обеспечивающее самое
высокое поверхостное сопротивление. Несколько хуже защитные
свойства перхлорвиниловых, фенольных и эпоксидных лаков. Плохо
защищает покрытие из полистирола, но в отличие от остальных, при
помещении изделия в нормальные условия оно быстро восстанавливает
свои свойства.
Далее приведены наиболее распространенные материалы, приме-
няемые для защитных покрытий.
Лак СБ-1с, на основе фенолформальдегидной смолы, нанесенный на
поверхность сохнет при температуре 600 С в течение 4 ч, наносят его до
пяти слоев с сушкой после каждого слоя, получается плотная элас-
тичная пленка толщиной до 140 мкм.
Лак УР-231 отличается повышенной эластичностью, влагостойкостью
и температуростойкостью, поэтому может применяться для гибких
оснований. Лак приготовляют перед нанесением в соответствии с
инструкцией и наносят на поверхность пульверизацией, погружением
или кисточкой. Наносят четыре слоя с сушкой после каждого слоя при
температуре 18-230 С в течение 1,5 ч.
Для аппаратуры, работающей в тропических условиях, в качестве
защитного покрытия применяют лак на основе эпоксидной смолы Э-
4100. Перед покрытием в лак добавляют 3,5% отвердителя № 1, сме-
шивают и разводят смесью, состоящей из ацетона, этилцеллозольва и
ксилола до вязкости 18-20 сек по вискозиметру ВЗ-4. После смешивания
жидкость фильтруют через марлю, сложенную в несколько слоев. В по-
лученную смесь погружают чистую высушенную аппаратуру. После каж-
дого погружения стряхивают излишки смеси и ставят сушить на 10 мин,
таким образом наносят шесть слоев. Это покрытие обладает малой
усадкой и плотной структурой.
Исходя из вышеперечисленных сравнений выбираем для защитного
покрытия от действия влаги лак УР-231.
4. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
4.1. Определение ориентировочной площади печатной
платы
Сначала рассчитаем суммарную площадь резисторов МЛТ-0,125
S1=n1?L1?D1
S1=22?6?2,2=290,4 мм2
где S1 - суммарная площадь резисторов МЛТ-0,125
n - количество резисторов МЛТ-0,125
L1 - длина резистора МЛТ-0,125, мм
D1 - ширина резистора МЛТ-0,125, мм
Рассчитаем суммарную площадь резисторов МЛТ-0,25:
S2= n2?L2?D2
S2=4?7?3=84 мм2
где S2 - суммарная площадь резисторов МЛТ-0,25
n2 - количество резисторов МЛТ-0,25
L2 - длина резистора МЛТ-0,25, мм
D2 - ширина резистора МЛТ-0,25, мм
Рассчитаем суммарную площадь резисторов МЛТ-0,5:
S3=n3?L3?D3
S3=2?10,8?4,2=90,72 мм2
где S3 - суммарная площадь резисторов МЛТ-0,5
n3 - количество резисторов МЛТ-0,5
L3 - длина резистора МЛТ-0,5, мм
D3 - ширина резистора МЛТ-0,5, мм
Рассчитаем суммарную площадь резисторов СП3-1б:
S4=n4?L4?D4
S4=1?15,5?8,2=127,1 мм2.
где S4 - суммарная площадь резисторов СП3-1б
n - количество резисторов СП3-1б
L4 - длина резистора СП3-1б, мм
D4 - ширина резистора СП3-1б, мм
Рассчитаем суммарную площадь конденсаторов К53-1:
S5=n5?L5?D5
S5=3?13?4=156 мм2.
где S5 - суммарная площадь конденсаторов К53-1 емкостью 15 мкФх16 В.
n5 - количество конденсаторов К53-1 емкостью 15 мкФх16 В
L5 - длина конденсатора К53-1 емкостью 15 мкФх16 В, мм
D5 - ширина конденсатора К53-1 емкостью 15 мкФх16 В, мм
S6=n6?L6?D6
S6=1?10?4=40 мм2
где S6 - суммарная площадь конденсаторов К53-1 емкостью 6,8 мкФх16 В.
n6 - количество конденсаторов К53-1 емкостью 6,8 мкФх16 В
L6 - длина конденсатора К53-1 емкостью 6,8 мкФх16 В, мм
D6 - ширина конденсатора К53-1 емкостью 6,8 мкФх16 В, мм
S7=n7?L7?D7
S7=1·17·4=68 мм2
где S7 - суммарная площадь конденсаторов К53-1 емкостью 4,7 мкФх30 В.
L7 - длина конденсатора К53-1 емкостью 4,7 мкФх30 В, мм
D7 - ширина конденсатора К53-1 емкостью 4,7 мкФх30 В, мм
Рассчитаем суммарную площадь конденсаторов К50-6:
S8=n8·?·r82
S8=2·3,14·32=56 мм2
где S8 - суммарная площадь конденсаторов К50-6 емкостью 10 мкФх16 В.
n8 - количество конденсаторов К50-6 емкостью 10 мкФх16 В.
?=3,14
r8 - диаметр конденсатора К50-6 емкостью 10 мкФх16 В, мм
S9=n9·?·r92
S9=2·3,14·3,752=88 мм2
где S9 - суммарная площадь конденсаторов К50-6 емкостью 30 мкФх16 В.
n9 - количество конденсаторов К50-6 емкостью 30 мкФх16 В, мм
r9 - диаметр конденсатора К50-6 емкостью 30 мкФх16 В, мм.
S10=n10·?·r102
S10=1·3,14·72=154 мм2
где S10 - суммарная площадь конденсаторов К50-6 емкостью 50 мкФх25 В.
n10 - количество конденсаторов К50-6 емкостью 50 мкФх25 В.
r10 - диаметр конденсатора К50-6 емкостью 50 мкФх25 В, мм
S11=n11·?·r112
S11=1·3,14·62=113 мм2
где S11 - суммарная площадь конденсаторов К50-6 емкостью 100 мкФх10 В.
n11 - количество конденсаторов К50-6 емкостью 100 мкФх10 В.
r11 - диаметр конденсатора К50-6 емкостью 100 мкФх10 В, мм
S12=n12·?·r122
S12=1·3,14·62=113 мм2
где S12 - суммарная площадь конденсаторов К50-6 емкостью 100 мкФх16 В.
n12 - количество конденсаторов К50-6 емкостью 100 мкФх16 В.
r12 - диаметр конденсатора К50-6 емкостью 100 мкФх16 В, мм
S13=n13·?·r132
S13=1·3,14·92=254 мм2
где S13 - суммарная площадь конденсаторов К50-6 емкостью 200 мкФх25 В.
n13 - количество конденсаторов К50-6 емкостью 200 мкФх25 В.
r13 - диаметр конденсатора К50-6 емкостью 200 мкФх25 В, мм
S14=n14·?·r142
S14=1·3,14·92=254 мм2
где S14 - суммарная площадь конденсаторов К50-6 емкостью 500 мкФх25 В.
n14 - количество конденсаторов К50-6 емкостью 500 мкФх25 В.
r14 - диаметр конденсатора К50-6 емкостью 500 мкФх25 В, мм
Рассчитаем суммарную площадь конденсаторов КД-2б:
S15=n15·L15·D15
S15=1·16,5·5=82,5 мм2
где S15 - суммарная площадь конденсаторов КД-2б.
n15 - количество конденсаторов КД-2б.
L15 - длина конденсатора КД-2б, мм
D15 - ширина конденсатора КД-2б, мм
Рассчитаем суммарную площадь конденсаторов КМ-5:
S17=n17·L17·D17
S17=1·11·3,3=36,3 мм2
где S17 - суммарная площадь конденсаторов КМ-5 емкостью 0,033 мкФ.
n17 - количество конденсаторов КМ-5 емкостью 0,033 мкФ.
L17 - длина конденсатора КМ-5 емкостью 0,033 мкФ, мм
D17 - ширина конденсатора КМ-5 емкостью 0,033 мкФ, мм
S18=n18·L18·D18
S18=1·8,5·3=25,5 мм2
где S18 - суммарная площадь конденсаторов КМ-5 емкостью 0,047 мкФ.
n18 - количество конденсаторов КМ-5 емкостью 0,047 мкФ.
L18 - длина конденсатора КМ-5 емкостью 0,047 мкФ, мм
D18 - ширина конденсатора КМ-5 емкостью 0,047 мкФ, мм
S19=n19·L19·D19
S19=1·6·3=18 мм2
где S19 - суммарная площадь конденсаторов КМ-5 емкостью 0,047 мкФ.
n19 - количество конденсаторов КМ-5 емкостью 0,047 мкФ.
L19 - длина конденсатора КМ-5 емкостью 0,047 мкФ, мм
D19 - ширина конденсатора КМ-5 емкостью 0,047 мкФ, мм
S20=n20·L20·D20
S20=2·8,5·3=51 мм2
где S20 - суммарная площадь конденсаторов КМ-5 емкостью 2200 пФ.
n20 - количество конденсаторов КМ-5 емкостью 2200 пФ.
L20 - длина конденсатора КМ-5 емкостью 2200 пФ, мм
D20 - ширина конденсатора КМ-5 емкостью 2200 пФ, мм
S21=n21·L21·D21
S21=1·13·3=39 мм2
где S21 - суммарная площадь конденсаторов КМ-5 емкостью 0,01 мкФ.
n21 - количество конденсаторов КМ-5 емкостью 0,01 мкФ.
L21 - длина конденсатора КМ-5 емкостью 0,01 мкФ, мм
D21 - ширина конденсатора КМ-5 емкостью 0,01 мкФ, мм
Рассчитаем площадь микросхемы К237УН2:
S22=n22·L22·D22
S22=1·19,5·7,5=146,2 мм2
где S22 - суммарная площадь микросхемы К237УН2.
n22 - количество микросхемы К237УН2.
L22 - длина микросхемы К237УН2, мм
D22 - ширина микросхемы К237УН2, мм
Рассчитаем суммарную площадь стабилитронов Д814Б:
S23=n23·L23·D23
S23=2·15·7=210 мм2
где S23 - суммарная площадь стабилитронов Д814Б.
n23 - количество стабилитронов Д814Б.
L23 - длина стабилитронов Д814Б, мм
D23 - ширина стабилитронов Д814Б, мм
Рассчитаем суммарную площадь транзисторов КТ315Г:
S24=n24·L24·D24
S24=4·6·3=72 мм2
где S24 - суммарная площадь транзисторов КТ315Г
n24 - количество транзисторов КТ315Г
L24 - длина транзисторов КТ315Г, мм
D24 - ширина транзисторов КТ315Г, мм
Рассчитаем суммарную площадь транзисторов ГТ402:
S25=n25·?·r25
S25=1·3,14·5,852=107 мм2
где S25 - суммарная площадь транзисторов ГТ402
n25 - количество транзисторов ГТ402
r25 - радиус транзисторов ГТ402, мм
Рассчитаем суммарную площадь транзисторов ГТ404:
S26=n26·?·r26
S26=1·3,14·5,85=107 мм2
где S26 - суммарная площадь транзисторов ГТ404
n26 - количество транзисторов ГТ404
r26 - радиус транзисторов ГТ404, мм
Рассчитаем суммарную площадь транзисторов КТ605А:
S27=n27·?·r27
S27=1·3,14·5,85=107 мм2
где S27 - суммарная площадь транзисторов КТ605А
n27 - количество транзисторов КТ605А
r27 - радиус транзисторов КТ605А , мм
Далее рассчитаем суммарную площадь всех радиоэлементов:
S?=S1+S2+S3+S4+S5+S6+S7+S8+S9+S10+S11+S12+S13+S14+S15+S16+S17+S18+S19+S
20+S21+S22+S23+S24+S25+S26+S27
S?=303,6+84+136+127,1+156+40+68+56+88+154+113+113+254+254+
+82,5+200+36,3+25,5+18+51+39+146,2+210+72+107+107+107=3148 мм2
где S? - суммарная площадь всех радиоэлементов.
Определим ориентировочную площадь печатной платы:
Sпп=2·(S?+Sпров)
Sпп=2·(3148+3148)=12592 мм2
Sпров=S?=3148 мм2
где Sпп - ориентировочная площадь печатной платы
Sпров - площадь печатных проводников
Исходя из рассчитанной площади печатной платы выбираем ее размер -
140х100 мм.
4.2. Расчет минимальной ширины проводника
Большая поверхность и хороший контакт с изоляционным основанием
обеспечивает интенсивную отдачу тепла от проводника изоляционной
платы и в окружающее пространство, что позволяет пропускать бOльшие токи,
чем через объемные проводники того же сечения. Для печатных проводников,
расположенных на наружних слоях, допускается плотность тока до 20 А/мм2.
При этом заметного нагрева проводников не наблюдается.
Плотность тока определяется по формуле:
D=I/S
где I=0,5 А - максимальный ток в схеме
S - площадь сечения печатного проводника, мм2
Отсюда
S=I/D
S=0,5/20=0,025 мм2
Как известно,
S=b·h
где b - ширина проводника
Отсюда
b=S/h
b=0,025/0,035=0,71 мм
Таким образом, минимальная ширина печатного проводника может быть
0,71 мм. Поэтому в качестве нормальной ширины проводника будем прини-
мать значение 1 мм.
5. РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИИ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ
Перед началом разработки топологии печатной платы необходимо решить
вопросы, связанные с печатной платой. Решение этих вопросов поможет кон-
структору оптимально разместить электрорадиоэлементы на печатной пла-
те.
В начале конструкторской работы должны быть решены вопросы, ка-
сающиеся габаритных размеров печатной платы и координат крепежных от-
верстий. Габаритные размеры выбираются из стандартного ряда. Выбор раз-
меров нужно выполнять очень тщательно, поскольку малые размеры и жест-
кие допуски увеличивают стоимость печатной платы. Все ограничения по вы-
соте печатного узла должны быть оговорены и сообщены конструктору, чтобы
он мог их учесть при размещении на плате крупногабаритных деталей.
Для того, чтобы оптимально разместить тепловыделяющие и термочув-
ствительные элементы конструктор должен быть проинформирован о кон-
струкции всей аппаратуры в целом, в том числе о применяемом способе
охлаждения (конвекция, принудительное воздушное охлаждение и так далее)
и способе установки платы в аппаратуре (вертикальное, горизонтальное).
Также необходимо оговорить какие радиоэлементы непосредственно на
плате не устанавливаются, например, ручки управления громкостью и тем-
бром, кнопочные выключатели, светодиоды выносятся на переднюю панель,
предохранители - на заднюю стенку. Для разъема, установленного на печат-
ной плате, может потребоваться совмещение либо с отверстием в задней
стенке, либо с жестко закрепленной приборной ответной гнездовой колодкой.
Часто в плате требуется предусмотреть различные окна, вырезы и прочее.
Печатную плату крепят на фиксаторах с помощью специальных отверстий.
Поскольку в данном курсовом проекте изготавливается двусторонняя пе-
чатная плата, то необходимо оговорить, что количество проводников, распо-
ложенных со стороны установки радиоэлементов по возможности необходимо
уменьшать. То есть основной рисунок схемы должен быть с обратной стороны
печатной платы.
В печатной плате при пересечении проводников получается электрический
контакт. Если он не нужен, необходимо изменять линию проведения одного из
проводников, либо один из проводников выполнять на другой стороне платы.
Длина проводников должна быть минимальной. Рисунок проводников должен
наилучшим способом использовать отведенную для него площадь. Для обес-
печения гарантий от повреждения проводников при обработке минимальная
ширина проводников должна быть 0,25 мм. При ширине проводника более 3
мм могут возникнуть трудности, связанные с пайкой. Чтобы при пайке не по-
явилось мостиков из припоя, минимальный зазор между проводниками должен
быть 0,5 мм.
Для печатных проводников для двусторонней печатной платы допускается
плотность тока до 20 А/мм2. Напряжение между проводниками зависит от ве-
личины минимального зазора между ними. Для печатных плат, защищенных
лаком, значение рабочего напряжения можно выбрать из таблицы 1.
Таблица 1
Зазор, мм
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
1
2,5
Uраб, В
50
75
100
125
150
175
200
250
При этих условиях заметного нагрева проводников не происходит.
По плотности рисунка печатные платы делятся на три класса:
1. Характеризуется наименьшей плотностью и точностью изготовления;
2. Характеризуется повышенной плотностью и точностью изготовления;
3. Характеризуется высокой плотностью и точностью изготовления.
Определить класс можно по таблице 2.
Таблица 2
Параметр
Размеры элементов, мм
1
2
3
Расстояние между проводниками,
контактными площадками, проводниками и
контактными площадками, проводниками и
металлизированными отверстиями
0,5
0,25
0,15
Расстояние от края просверленного отверстия
(зенковки) до края контактной площадки
0,5
0,25
0,15
Отношения минимального диаметра металли-
зированного отверстия к толщине платы
0,4
0,33
0,33
По первому классу выполняются платы всех размеров, по второму - платы
размером не более 240х400 мм, по третьему - платы размером не более
170х170 мм. Толщину печатной платы определяют толщиной выбранного диэ-
лектрика, она лежит в пределах от 0,5 до 3 мм.
Чертежи печатных плат выполняют на бумаге с координатной сеткой и ша-
гом 0,625; 1,25; 2,5 мм. Центры всех отверстий должны располагаться строго в
узлах координатной сетки. Допустимые отклонения ±200 мкм для первого
класса, ±100 мкм для второго и третьего класса. Для обеспечения свободной
установки электрорадиоэлементов и протекания припоя на всю длину метал-
лизированных отверстий диаметры отверстий должны быть больше диа-
метров выводов примерно на 0,2 мм. Диаметры отверстий выбираются по
таблице 3.
Таблица 3.
Номинальный диаметр отверстий, мм
Монтажные неметал-
лизированные отверс-
тия
Монтажные и переход-
ные отверстия с метал-
лизацией
Максимальный диаметр
выводов навесных элек-
трорадиоэлементов, мм
0,5
0,4
-
0,7
0,6
до 0,4
0,9
0,8
0,5-0,6
1,1
1,0
0,7-0,8
1,6
1,5
0,9-1,3
2,1
2,0
1,4-1,7
Монтажные и переходные металлизированные отверстия следует выпол-
нять без зенковки, но для обеспечения надежного соединения металлизиро-
ванного отверстия с печатным проводником вокруг него на наружних сторонах
печатной платы со стороны фольги делают контактную площадку. Контактные
площадки выполняют круглой или прямоугольной формы, а контактные пло-
щадки, обозначающие первый вывод активного навесного электрорадиоэле-
мента выполняют по форме отличной от остальных. Для двусторонней печат-
ной платы возможно уменьшение контактных площадок (при химическом ме-
тоде) до 2,5 мм2 для первого класса, до 1,6 мм2 для второго класса, до 1,2 мм2
для третьего класса (без учета площади самого отверстия).
Печатные проводники должны выполняться прямоугольной формы парал-
лельно сторонам платы и координатной сетки или под углом 450 к ним. Шири-
на проводника должна быть одинаковой по всей длине. Расстояние между не-
изолированными корпусами электрорадиоэлементов, между корпусами и вы-
водами, между выводами соседних электрорадиоэлементов или между выво-
дом и любой токопроводящей деталью следует выбирать с учетом допустимой
разностью потенциалов между ними и предусматриваемого теплоотвода, но
не менее 1 мм (для изолированных деталей не менее 0,5 мм). Расстояние
между корпусом электрорадиоэлементом и краем печатной платы не менее 1
мм, между выводом и краем печатной платы не менее 2 мм, между проводни-
ком и краем печатной платы не менее 1 мм.
У электрорадиоэлементов, устанавливаемых на печатную плату, выводы
диаметром более 0,7 мм не подгибать. Выводы диаметром менее 0,7 мм сле-
дует подгибать и обрезать.
Подготовку, установку (в том числе на клей), пайку интегральных мик-
росхем, микросборок и других электрорадиоэлементов на печатную плату, а
также влагозащиту их в составе печатных узлов необходимо производить с
учетом требований технических условий на электрорадиоэлементы, ОСТ
11.073.063-81, ОСТ 11.074.011-79, ОСТ 11. 336.907.0-79, ОСТ 11.070.069-81.
Перечисленные выше сведения об элементах дадут возможность конструкто-
ру печатной платы разработать топологию печатной платы, определить ее
геометрические размеры и координаты крепежных отверстий, оптимально
разместить электрорадиоэлементы на плате. Этот чертеж является основой
для всех последующих конструкторских работ.
На основе рассмотренных конструктивных требований и ограничений была
разработана топология печатной платы.
6. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ
КОМБИНИРОВАННЫМ ПОЗИТИВНЫМ МЕТОДОМ
Позитивный комбинированный способ является основным при изго-
товлении двусторонних печатных плат. Преимуществом позитивного
комбинированного метода по сравнению с негативным является хоро-
шая адгезия проводника, повышенная надежность монтажных и пере-
ходных отверстий, высокие электроизоляционные свойства. Последнее
объясняется тем, что при длительной обработке в химически агрессив-
ных растворах (растворы химического меднения, электролиты и др.)
диэлектрическое основание защищено фольгой.
Технологический процесс изготовления печатной платы комбиниро-
ванным позитивным методом состоит из следующих операций:
1. Резка заготовок
2. Пробивка базовых отверстий
3. Подготовка поверхности заготовок
4. Нанесение сухого пленочного фоторезиста
5. Нанесение защитного лака
6. Сверловка отверстий
7. Химическое меднение
8. Снятие защитного лака
9. Гальваническая затяжка
10. Электролитическое меднение и нанесение защитного покрытия
ПОС-61
11. Снятие фоторезиста
12. Травление печатной платы
13. Осветление печатной платы
14. Оплавление печатной платы
15. Механическая обработка
Далее рассмотрим каждую операцию более подробно.
6.1. Резка заготовок
Фольгированные диэлектрики выпускаются размерами 1000-1200 мм,
поэтому первой операцией практически любого технологического про-
цесса является резка заготовок. Для резки фольгированных диэлектри-
ков используют роликовые одноножевые, многоножевые и гильотинные
прецизионные ножницы. На одноножевых роликовых ножницах можно
получить заготовки размером от 50 х 50 до 500 х 900 мм при толщине
материала 0,025-3 мм. Скорость резания плавно регулируется в преде-
лах 2-13,5 м/мин. Точность резания ±1,0 мм. Для удаления пыли, обра-
зующейся при резании заготовки, ножницы оборудованы пылесосом. В
данном технологическом процессе будем применять одноножевые ро-
ликовые ножницы при скорости резания 5 м/мин.
Из листов фольгированного диэлектрика одноножевыми роликовыми
ножницами нарезаем заготовки требуемых размеров с припуском на тех-
нологическое поле по 10 мм с каждой стороны. Далее с торцов заготов-
ки необходимо снять напильником заусенцы во избежание повреждения
рук во время технологического процесса. Качество снятия заусенцев
определяется визуально.
Резка заготовок не должна вызывать расслаивания диэлектрического
основания, образования трещин, сколов, а также царапин на поверх-
ности заготовок.
6.2. Пробивка базовых отверстий
Базовые отверстия необходимы для фиксации платы во время тех-
нологического процесса. Сверловка отверстий является разновид-
ностью механической обработки. Это одна из самых трудоемких и важ-
ных операций. При выборе сверлильного оборудования необходимо
учитывать следующие основные особенности: изготовление нескольких
тысяч отверстий в смену, необходимость обеспечения перпендикуляр-
ных отверстий поверхности платы, обработка плат без заусенцев. При
сверлении важнейшими характеристиками операции являются: конструк-
ция сверлильного станка, геометрия сверла, скорость резания и ско-
рость осевой подачи. Для правильной фиксации сверла используются
специальные высокоточные кондукторы. Кроме того, необходимо обеспе-
чить моментальное удаление стружки из зоны сверления. Как известно
стеклотекстолит является высокоабразивным материалом, поэтому необ-
ходимо применять твердосплавные сверла. Применение сверл из твер-
дого сплава позволяет значительно повысить производительность труда
при сверлении и улучшить чистоту обработки отверстий. В большинстве
случаев заготовки сверлят в пакете, высота пакета до 6 мм.
В данном технологическом процессе заготовки будем сверлить в па-
кете на сверлильном станке С-106. Скорость вращения сверла при этом
должна быть в пределах 15 000-20 000 об/мин, а осевая скорость пода-
чи сверла - 5-10 мм/мин Заготовки собираются в кондукторе, закрепля-
ются и на сверлильном станке просверливаются базовые отверстия.
6.3. Подготовка поверхности заготовок
От состояния поверхности фольги и диэлектрика во многом опреде-
ляется адгезия наносимых впоследствии покрытий. Качество подготовки
поверхности имеет важное значение как при нанесении фоторезиста,
так и при осаждении металла.
Широко используют химические и механические способы подготовки
поверхности или их сочетание. Консервирующие покрытия легко сни-
маются органическим растворителем, с последующей промывкой в воде
и сушкой. Окисные пленки, пылевые и органические загрязнения удаля-
ются последовательной промывкой в органических растворителях
(ксилоле, бензоле, хладоне) и водных растворах фосфатов, соды, едко-
го натра.
Удаление оксидного слоя толщиной не менее 0,5 мкм производят ме-
ханической очисткой крацевальными щетками или абразивными валка-
ми. Недостаток этого способа - быстрое зажиривание очищающих вал-
ков, а затем, и очищающей поверхности. Часто для удаления оксидной
пленки применяют гидроабразивную обработку. Высокое качество за-
чистки получают при обработке распыленной абразивной пульпой. Гид-
роабразивная обработка удаляет с фольги заусенцы, образующиеся
после сверления, и очищает внутренние медные торцы контактных
площадок в отверстиях многосторонних печатных плат от эпоксидной
смолы.
Высокое качество очистки получают при сочетании гидроабразивной
обработки с использованием водной суспензии и крацевания. На этом
принципе работают установки для зачистки боковых поверхностей заго-
товок и отверстий печатных плат нейлоновыми щетками и пемзовой
суспензией.
Для двусторонней механической зачистки поверхности фольгиро-
ванного диэлектрика часто применяют специальную крацевальную уста-
новку. Обработка поверхности производится вращающимися латунными
щетками в струе технологического раствора. Установка может обраба-
тывать заготовки максимальным размером 500х500 мм при их толщине
0,1-3,0 мм, частота вращения щеток 1200 об/мин, усилие поджатия плат
к щеткам 147 Н.
Химическое удаление оксидной пленки (декапирование) наиболее
эффективно осуществляется в 10 %-ном растворе соляной кислоты.
К качеству очистки фольгированной поверхности предъявляют высокие
требования, так как от этого во многом зависят адгезия фоторезиста и
качество рисунка схемы.
В данном технологическом процессе подготовка поверхности загото-
вок производится декапированием заготовок в 5% соляной кислоты и
обезжириванием венской известью. Для этого необходимо поместить
заготовки на 15 сек в 5%-ный раствор соляной кислоты при температуре
180-250 С, затем промыть заготовки в течение 2-3 мин в холодной про-
точной воде при температуре 180-250 С, далее зачистить заготовки вен-
ской известью в течение 2-3 мин, снова промыть заготовки в холодной
проточной воде при температуре 180-250 С в течение 2-3 мин, затем де-
капировать заготовки в 5%-ном растворе соляной кислоты в течение 1-3
сек при температуре 180-250 С, опять промыть заготовки в холодной
проточной воде в течение 1-2 мин при температуре 20±20 C, промыть
заготовки в дистиллированной воде при температуре 20±20 C в течение
1-2 мин, и затем сушить заготовки сжатым воздухом при температуре
180-250 С до полного их высыхания. После всех этих операций необхо-
димо проконтролировать качество зачистки поверхности фольги. Кон-
троль рабочий.
6.4. Нанесение сухого пленочного фоторезиста
От фоторезиста очень часто требуется высокое разрешение, а это
достигается только на однородных, без проколов пленках фоторезистов,
имеющих хорошее сцепление с фольгой. Вот почему предъявляются
такие высокие требования к предыдущим операциям. Необходимо
свести до минимума содержание влаги на плате или фоторезисте, так
как она может стать причиной проколов или плохой адгезии. Все опера-
ции с фоторезистом нужно проводить в помещении при относительной
влажности не более 50 %. Для удаления влаги с поверхности платы
применяют сушку в термошкафах.
В зависимости от применяемого фоторезиста существуют несколько
методов нанесения фоторезиста на поверхность фольгированного диэ-
лектрика. Жидкий фоторезист наносится методом окунания, полива,
разбрызгиванием, электростатическим распылением с последующей
сушкой при температуре 400 С в центрифуге до полного высыхания. Та-
кая сушка обеспечивает равномерность толщины слоя. Сухие пленоч-
ные фоторезисты наносятся ламинированием.
При применении жидкого фоторезиста необходимо обеспечивать
высокую равномерность наносимого слоя по заготовке и исключать по-
терю фоторезиста. Известны установки нанесения жидкого фоторезиста
валковым способом с последующей сушкой теплонагревателями. Этот
способ обеспечивает равномерную толщину фоторезиста на заготовках
с предварительно просверленными отверстиями.
Более производительной является заготовка нанесения жидкого фо-
торезиста способом медленного вытягивания заготовки с заданной ско-
ростью из объема фоторезиста. При этом обеспечивается толщина на-
носимого слоя фоторезиста в 3-4 мкм. Такая установка может обраба-
тывать заготовки размерами от 70х80 мм до 500х500 мм, при объеме
ванны 0,35 м3, скорости вытягивания заготовки 0,143-0,430 м/мин, тем-
пературе сушки 35-1200 С, времени сушки 20 мин и производительности
75 шт/ч.
Для повышения защитных свойств жидкого фоторезиста после экс-
понирования и проявления проводят его термическое дубление. Для
этой цели используют шкафы с электрокалорифером. При температуре
нагрева камеры до 150 0 С цикл дубления длится 4-4,5 ч. Более эффек-
тивным является применение установок дубления фоторезиста в рас-
плаве солей.
Для экспонирования рисунка схемы рекомендуются установки с рав-
номерным световым потоком по всей площади светокопирования, невы-
сокой рабочей температурой ламп для предотвращения перегрева фо-
тошаблона.
Возрастающие требования к точности и качеству схем, необходи-
мость автоматизации процессов и рост объемов выпуска плат привели к
замене жидких фоторезистов сухим пленочным фоторезистом (СПФ).
Широкое внедрение сухопленочных фоторезистов привело к тому, что
все ведущие предприятия-изготовители печатных плат в настоящее
время располагают всем необходимым технологическим и контрольным
оборудованием для их применения.
СПФ состоит из слоя полимерного фоторезиста, помещенного между
двумя защитными пленками. Для обеспечения возможности нанесения
сухопленочных фоторезистов на автоматическом оборудовании пленки
поставляются в рулонах. На поверхность заготовки СПФ наносится в
установках ламинирования. Адгезия СПФ к металлической поверхности
заготовок обеспечивается разогревом пленки фоторезиста на плите до
размягчения с последующим прижатием при протягивании заготовки
между валками. Установка снабжена термопарой и прибором контроля
температуры нагрева пленки фоторезиста. На установке можно нано-
сить СПФ на заготовки шириной до 600 мм со скоростью их прохожде-
ния между валками 1,0-3,0 м/мин. Фоторезист нагревается до темпера-
туры 110-1200 С. В процессе нанесения одну защитную пленку с фото-
резиста удаляют, в то время как другая остается и защищает фоторе-
зист с наружной стороны.
В данном технологическом процессе применяем сухой пленочный
фоторезист СПФ-2, наносимый на ламинаторе КП 63.46.4.
В данном случае рисунок схемы получают методом фотопечати. Для
этого перед нанесением фоторезиста заготовку необходимо выдержать
в сушильном шкафу при температуре 75±50 С в течение 1 часа, затем
последовательно на обе стороны заготовки нанести фоторезист, обре-
зать ножницами излишки по краям платы, освободить базовые от-
верстия от фоторезиста, выдержать заготовки при неактиничном осве-
щении в течение 30 мин при температуре собрать пакет из фотошабло-
на и платы, экспонировать заготовки в установке экспонирования КП
6341, снова выдержать заготовки при неактиничном освещении в тече-
ние 30 мин при температуре 18±20 С, проявить заготовку в установке
проявления АРС-2.950.000, затем промыть платы в мыльном растворе,
промыть заготовки в холодной проточной воде в течение 1-2 мин при
температуре 20±20 С, декапировать заготовки в 20%-ном растворе сер-
ной кислоты в течение 1 мин при температуре 20±20 С, снова промыть
заготовки в холодной проточной воде в течение 1-2 мин при температу-
ре 20±20 С, сушить заготовки сжатым воздухом. После этого следует
проконтролировать проявленный рисунок. После экспонирования заго-
товки, перед проявлением, необходимо удалить пленку, защищающую
фоторезист.
6.5. Нанесение защитного лака
Лак наносится для того, чтобы защитить поверхность платы от про-
цесса химического меднения. Лак обычно наносится окунанием в ванну
с лаком, поливом платы с наклоном в 10-150 или распылением из пульве-
ризатора. Затем плата сушится в сушильном шкафу при температуре
60-1500 С в течение 2-3 ч. Температура сушки задается предельно до-
пустимой температурой для навесных электрорадиоэлементов, устано-
вленных на печатную плату.
Лак для защитного покрытия должен обладать следующими свой-
стами: высокой влагостойкостью, хорошими диэлектрическими пара-
метрами (малыми диэлектрической проницаемостью и тангенсом угла
диэлектрических потерь), температуростойкостью, химической инерт-
ностью и механической прочностью.
При выборе лака для защитного покрытия следует также учитывать
свойства материалов, использованных для изготовления основания пе-
чатной платы и для приклеивания проводников, чтобы при полимериза-
ции покрытия не произошло изменения свойств этих материалов.
Существуют различные лаки для защитного покрытия, такие как лак
СБ-1с на основе фенолформальдегидной смолы, лак Э-4100 на основе
эпоксидной смолы, лак УР-231 и другие.
В данном технологическом процессе в качестве защитного покрытия
будем применять лак СБ-1с. Для нанесения лака на поверхность заго-
товки необходимо окунуть заготовки в кювету с лаком на 2-3 сек, темпе-
ратура лака должна быть в пределах 18-250 С, а затем следует сушить
заготовки в термошкафе КП 4506 в течение 1,5 часов при температуре
1200 С.
6.6. Сверловка отверстий
Наиболее трудоемкий и сложный процесс в механической обработке
печатных плат - получение отверстий под металлизацию. Их выполняют
главным образом сверлением, так как сделать отверстия штамповкой в
применяемых для производства плат стеклопластиках трудно. Для
сверления стеклопластиков используют твердосплавный инструмент
специальной конструкции. Применение инструмента из твердого сплава
позволяет значительно повысить производительность труда при
сверлении и зенковании и улучшить чистоту обработки отверстий.
Чаще всего сверла изготавливают из твердоуглеродистых сталей марки
У-10, У-18, У-7. В основном используют две формы сверла: сложно-
профильные и цилиндрические. Так как стеклотекстолит является
высокоабразивным материалом, то стойкость сверл невелика. Так,
например, стойкость тонких сверл - около 10 000 сверлений.
При выборе сверлильного оборудования необходимо учитывать та-
кие особенности, как изготовление нескольких миллионов отверстий в
смену, диаметр отверстий 0,4 мм и меньше, точность расположения от-
верстий 0,05 мм и выше, необходимость обеспечения абсолютно глад-
ких и перпендикулярных отверстий поверхности платы, обработка плат
без заусенцев и так далее. Точность и качество сверления зависит от
конструкции станка и сверла.
В настоящее время используют несколько типов станков для свер-
ления печатных плат. В основном это многошпиндельные высокообо-
ротные станки с программным управлением, на которых помимо свер-
лений отверстий в печатных платах одновременно производится и зен-
кование или сверление отверстий в пакете без зенкования.
Широко применяется также одношпиндельный полуавтомат, который
может работать как с проектором, так и со щупом. На станке можно об-
рабатывать заготовки плат максимальным размером 520х420 мм при
толщине пакета 12 мм. Частота вращения шпинделя 15 000-30 000
об/мин (изменяется ступенчато). Максимальный диаметр сверления 2,5
мм.
Более производительным является четырехшпиндельный станок с
программным управлением, на котором можно одновременно обрабаты-
вать одну, две или четыре (в зависимости от размера) печатных плат по
заданной программе. Станок обеспечивает частоту вращения шпинделя
10 000-40 000 об/мин, максимальную подачу шпинделя 1000 об/мин,
толщину платы или пакета 0,1-3,0 мм, диаметр сверления 0,5-2,5 мм.
Регулировка частоты вращения шпинделя бесступенчатая.
Разработан специальный полуавтоматический станок с программным
управлением, предназначенный для сверления и двустороннего зенко-
вания отверстий в МПП. Станок имеет позиционную систему программ-
ного управления с релейным блоком и контактным считыванием. Полу-
автомат имеет два шпинделя - сверлильный и зенковальный. Частота
вращения первого бесступенчато может изменяться в пределах 0-33 000
об/мин, второй шпиндель имеет постоянную частоту вращения 11 040
об/мин. На станке возможно вести обработку плат размером 350х220
мм, толщиной 0,2-4,5 мм. Максимальный диаметр сверления 2,5 мм,
зенкования - 3,0 мм. Скорость подачи шпинделей: сверлильного - 1960
мм/мин, зенковального - 1400 мм/мин.
Совершенствование сверлильного оборудования для печатных плат
ведется в следующих направлениях: увеличения числа шпинделей; по-
вышения скорости их подачи и частоты вращения; упрощения методов
фиксации плат на столе и их совмещение; автоматизации смены свер-
ла; уменьшения шага перемещения; увеличение скорости привода; соз-
дание систем, предотвращающих сверление отверстий по незапро-
граммированной координате с повторным сверлением по прежней коор-
динате; перехода на непосредственное управление станка от ЭВМ.
Сверление не исключает возможности получения отверстий и штам-
повкой, если это допускается условиями качества или определяется
формой отверстий. Так, штамповкой целесообразно изготавливать от-
верстия в односторонних платах под выводы элементов и в слоях МПП,
изготавливаемых методом открытых контактных площадок, где перфо-
рационные окна имеют прямоугольную форму.
В данном технологическом процессе сверление отверстий будем
производить на одношпиндельном сверлильном станке КД-10. Необхо-
димо обеспечивать следующие режимы сверления: 20 000-25 000
об/мин, скорость осевой подачи шпинделя 2-10 мм/мин.
Перед сверлением отверстий необходимо подготовить заготовки
и оборудование к работе. Для этого нужно промыть заготовки в раство-
ре очистителя в течение 1-2 мин при температуре 22±20 С, промыть за-
готовки в холодной проточной воде в течение 1-2 мин при температуре
20±20 С, промыть заготовки в 10% растворе аммиака в течение 1-2 мин
при температуре 20±20 С, снова промыть заготовки в холодной проточ-
ной воде в течение 2-3 мин при температуре 18±20 С, подготовить ста-
нок КД-10 к работе согласно инструкции по эксплуатации, затем обезжи-
рить сверло в спирто-бензиновой смеси, собрать пакет из трех плат и
фотошаблона, далее сверлить отверстия согласно чертежу. После
сверления необходимо удалить стружку и пыль с платы и продуть от-
верстия сжатым воздухом. После этого следует проверить количество
отверстий и их диаметры, проверить качество сверления. При сверле-
нии не должно образовываться сколов, трещин. Стружку и пыль следует
удалять сжатым воздухом.
6.7. Химическое меднение
Химическое меднение является первым этапом металлизации от-
верстий. При этом возможно получение плавного перехода от диэлек-
трического основания к металлическому покрытию, имеющих разные
коэффициенты теплового расширения. Процесс химического меднения
основан на восстановлении ионов двухвалентной меди из ее комплекс-
ных солей. Толщина слоя химически осажденной меди 0,2-0,3 мкм. Хи-
мическое меднение можно проводить только после специальной подго-
товки - каталитической активации, которая может проводиться односту-
пенчатым и двухступенчатым способом.
При двухступенчатой активации печатную плату сначала обезжири-
вают, затем декапируют торцы контактных площадок. Далее следует
первый шаг активации - сенсибилизация, для чего платы опускают на 2-
3 мин в соляно-кислый раствор дихлорида олова. Второй шаг активации
- палладирование, для чего платы помещают на 2-3 мин в соляно-
кислый раствор дихлорида палладия. Адсорбированные атомы палла-
дия являются высокоактивным катализатором для любой химической
реакции.
При одноступенчатой активации предварительная обработка
(обезжиривание и декапирование) остается такой же, а активация про-
исходит в коллоидном растворе, который содержит концентрированную
серную кислоту и катионы палладия при комнатной температуре.
В нашем случае процесс химического меднения состоит из следую-
щих операций: обезжирить платы в растворе тринатрий фосфата и
кальцинированной соли в течение 5-10 мин при температуре 50-600 С;
промыть платы горячей проточной водой в течение 1-2 мин при темпе-
ратуре 50-600 С; промыть платы холодной проточной водой в течение 1-
2 мин при температуре 20±20 С; декапировать торцы контактных площа-
док в 10%-ном растворе соляной кислоты в течение 3-5 сек при темпе-
ратуре 18-250 С; промыть платы холодной проточной водой в течение 1-
2 мин при температуре 18-250 С; промыть платы в дистиллированной
воде в течение 1-2 мин при температуре 18-250 С; активировать в рас-
творе хлористого палладия, соляной кислоты, двухлористого олова и
дистиллированной воды в течение 10 мин при температуре 18-250 С;
промыть платы в дистиллированной воде в течение 1-2 мин при темпе-
ратуре 20±20 С; промыть платы в холодной проточной воде в течение 1-
2 мин при температуре 20±20 С; обработать платы в растворе ускорителя
в течение 5 мин при температуре 20±20 С; промыть платы в холодной
проточной воде в течение 1-2 мин при температуре 20±20 С; произвести
операцию электрополировки с целью снятия металлического палладия с
поверхности платы в течение 2 мин при температуре 20±20 С; промыть
платы горячей проточной водой в течение 2-3 мин при температуре
50±20 С; протереть поверхность платы бязевым раствором в течение 2-
3 мин; промыть платы холодной проточной водой в течение 1-2 мин при
температуре 20±20 С; произвести визуальный контроль электрополи-
ровки (плата должна иметь блестящий или матовый вид, при появлении
на плате темных пятен, которые не удаляются во время промывки, не-
обходимо увеличить время электрополировки до 6 мин); произвести
операцию химического меднения в течение 10 мин при температуре
20±20 С; промыть платы в холодной проточной воде в течение 1-2 мин
при температуре 20±20 С; визуально контролировать покрытие в от-
верстиях.
6.8. Снятие защитного лака
Перед гальваническим меднением необходимо снять слой защитного
лака с поверхности платы. В зависимости от применяемого лака су-
ществуют различные растворители. Некоторые лаки возможно снять
ацетоном.
В данном технологическом процессе защитный лак будем снимать в
растворителе 386. Для этого платы необходимо замочить на 2 часа в
растворителе 386, а затем снять слой лака беличьей кистью, после это-
го промыть платы в холодной проточной воде в течение 2-3 мин при
температуре 20±20 С, контролировать качество снятия защитного лака
(на поверхности лака не должны оставаться места, покрытые пленками
лака).
6.9. Гальваническая затяжка
Слой химически осажденной меди обычно имеет небольшую толщи-
ну (0,2-0,3 мкм), рыхлую структуру, легко окисляется на воздухе, непри-
годен для токопрохождения, поэтому его защищают гальваническим на-
ращиванием ("затяжкой") 1-2 мкм гальванической меди.
Для этого необходимо декапировать платы в 5%-ном растворе соля-
ной кислоты в течение 1-3 сек при температуре 18-250 С, промыть платы
в холодной проточной воде в течение 2-3 мин при температуре 18-250 С,
зачистить платы венской известью в течение 2-3 мин при температуре
18-250 С, промыть платы в холодной проточной воде в течение 2-3 мин
при температуре 18-250 С, снова декапировать заготовки в 5%-ном рас-
творе соляной кислоты в течение 1-3 сек при температуре 18-250 С,
промыть платы в холодной проточной воде в течение 1-2 мин при тем-
пературе 20±20 С, промыть платы в дистиллированной воде в течение 1-
2 мин при температуре произвести гальваническую затяжку в течение
10-15 мин при температуре 20±20 С, промыть платы холодной проточной
водой в течение 1-2 мин при температуре 18-250 С, сушить платы сжа-
тым воздухом при температуре 18-250 С до полного их высыхания, кон-
тролировать качество гальванической затяжки (отверстия не должны
иметь непокрытий, осадок должен быть плотный, розовый, мелкокри-
сталлический).
6.10. Электролитическое меднение и нанесение защитного
покрытия ПОС-61
После гальванической затяжки слой осажденной меди имеет толщину
1-2 мкм. Электролитическое меднение доводит толщину в отверстиях до
25 мкм, на проводниках - до 40-50 мкм.
Электролитическое меднение включает в себя следующие операции:
ретушь под микроскопом краской НЦ-25 беличьей кистью № 1; декапи-
рование плат в 5%-ном растворе соляной кислоты в течение 1-3 сек при
температуре 20±20 С; промывка плат холодной проточной водой в тече-
ние 1-2 мин при температуре 20±20 С; зачистка плат венской известью в
течение 2-3 мин при температуре 18-250 С; промывка плат холодной про-
точной водой в течение1-2 мин при температуре 18-250 С; декапирова-
ние плат в 5%-ном растворе соляной кислоты в течение 1мин при тем-
пературе 18-250 С; промыть платы холодной проточной водой в течение
1-2 мин при температуре 18-250 С; произвести гальваническое меднение
в растворе борфтористоводородной кислоты, борной кислоты, борфто-
ристоводородной меди и дистиллированной воды в течение 80-90 мин
при температуре 20±20 С; промыть платы холодной проточной водой в
течение 1-2 мин при температуре 20±20 С; произвести визуальный кон-
троль покрытия (покрытие должно быть сплошным без подгара, не до-
пускаются механические повреждения, отслоения и вздутия).
Чтобы при травлении проводники и контактные площадки не страв-
ливались их необходимо покрыть защитным металлическим покрытием.
Существует различные металлические покрытия (в основном сплавы),
применяемые для защитного покрытия. В данном технологическом про-
цессе применяется сплав олово-свинец. Сплав олово-свинец стоек к
воздействию травильных растворов на основе персульфата аммония,
хромового ангидрида и других, но разрушается в растворе хлорного же-
леза, поэтому в качестве травителя раствор хлорного железа применять
нельзя.
Для нанесения защитного покрытия необходимо промыть платы ди-
стиллированной водой в течение 1-2 мин при температуре 18-250 С, за-
тем произвести гальваническое покрытие сплавом олово-свинец в рас-
творе борфтористоводородной кислоты, борной кислоты, мездрового
клея, нафтохинондисульфоновой кислоты, 25%-ного аммиака, металли-
ческого свинца, металлического олова, гидрохинона и дистиллирован-
ной воды в течение 12-15 мин при температуре 20±20 С, промыть платы
в горячей проточной воде в течение 1-2 мин при температуре 50±50 С,
промыть платы в холодной водопроводной воде в течение 1-2 мин при
температуре 20±20 С, сушить платы сжатым воздухом в течение 2-3 мин
при температуре 20±20 С, удалить ретушь ацетоном с поля платы, кон-
тролировать качество покрытия (покрытие должно быть сплошным без
подгара, не допускаются механические повреждения, отслоения и взду-
тия).
6.11 . Снятие фоторезиста
Перед операцией травления фоторезист с поверхности платы необ-
ходимо снять. При большом объеме выпуска плат это следует делать в
установках снятия фоторезиста (например, АРС-2.950.000). При не-
большом количестве плат фоторезист целесообразней снимать в ме-
таллической кювете щетинной кистью в растворе хлористого метилена.
В данном технологическом процессе фоторезист будем снимать в уста-
новке снятия фоторезиста АРС-2.950.000 в течение 5-10 мин при темпе-
ратуре 18-250 С, после этого необходимо промыть платы в холодной
проточной воде в течение 2-5 мин при температуре 18-250 С.
6.12. Травление печатной платы
Травление предназначено для удаления незащищенных участков
фольги с поверхности платы с целью формирования рисунка схемы.
Существует несколько видов травления: травление погружением,
травление с барботажем , травление разбрызгиванием, травление рас-
пылением. Травление с барботажем заключается в создании в объеме
травильного раствора большого количества пузырьков воздуха, которые
приводят к перемешиванию травильного раствора во всем объеме, что
способствует увеличению скорости травления.
Существует также несколько видов растворов для травления: рас-
твор хлорного железа, раствор персульфата аммония, раствор хромово-
го ангидрида и другие. Чаще всего применяют раствор хлорного железа.
Скорость травления больше всего зависит от концентрации раствора.
При сильно- и слабоконцентрированном растворе травление происхо-
дит медленно. Наилучшие результаты травления получаются при плот-
ности раствора 1,3 г/см3. Процесс травления зависит также и от темпе-
ратуры травления. При температуре выше 250 С процесс ускоряется, но
портится защитная пленка. При комнатной температуре медная фольга
растворяется за 30 сек до 1 мкм.
В данном технологическом процессе в качестве защитного покрытия
использовался сплав олово-свинец, который разрушается в растворе
хлорного железа. Поэтому в качестве травильного раствора будем при-
менять раствор на основе персульфата аммония.
В данном случае применяется травление с барботажем. Для этого
необходимо высушить плату на воздухе в течение 5-10 мин при темпе-
ратуре 18-250 С, при необходимости произвести ретушь рисунка белой
краской НЦ-25, травить платы в растворе персульфата аммония в тече-
ние 5-10 мин при температуре не более 500 С, промыть платы в 5%-ном
растворе водного аммиака, промыть платы в горячей проточной воде в
течение 3-5 мин при температуре 50-600 С, промыть платы в холодной
проточной воде в течение 2-5 мин при температуре 18-250 С, сушить
платы на воздухе в течение 5-10 мин при температуре 18-250 С, контро-
лировать качество травления (фольга должна быть вытравлена в мес-
тах, где нет рисунка. Оставшуюся около проводников медь подрезать
скальпелем. На проводниках не должно быть протравов).
6.13. Осветление печатной платы
Осветление покрытия олово-свинец проводится в растворе двухло-
ристого олова, соляной кислоты и тиомочевины. Для этого необходимо
погрузить плату на 2-3 мин в раствор осветления при температуре 60-
700 С, промыть платы горячей проточной водой в течение 2-3 мин при
температуре 55±50 С, промыть платы холодной проточной водой в тече-
ние 1-2 мин при температуре 18±50 С, промыть платы дистиллированной
водой в течение 1-2 мин при температуре 18±50 С.
6.14. Оплавление печатной платы
Оплавление печатной платы производится с целью покрытия провод-
ников и металлизированных отверстий оловянно-свинцовым припоем.
Наиболее часто применяют конвейерную установку инфракрасного
оплавления ПР-3796.
Для оплавления печатных плат необходимо высушить платы в су-
шильном шкафу КП-4506 в течение 1 часа при температуре 80±50 С, за-
тем флюсовать платы флюсом ВФ-130 в течение 1-2 мин при темпера-
туре 20±50 С, выдержать платы перед оплавлением в сушильном шкафу
в вертикальном положении в течение 15-20 мин при температуре 80±50
С, подготовить установку оплавления ПР-3796 согласно инструкции по
эксплуатации, загрузить платы на конвейер установки, оплавить плату в
течение 20мин при температуре 50±100 С, промыть платы от остатков
флюса горяче проточной водой в течение 1-2 мин при температуре
50±100 С, промыть плату холодной проточной водой в течение 1-2 мин
при температуре 20±50 С, промыть плату дистиллированной водой в те-
чение 1-2 мин при температуре 20±50 С, сушить платы в течение 45 мин
при температуре 85±50 С в сушильном шкафу КП-4506, контролировать
качество оплавления на поверхности проводников и в металлизирован-
ных отверстиях визуально.
Проводники должны иметь блестящую гладкую поверхность. Допуска-
ется на поверхности проводников наличие следов кристаллизации при-
поя и частично непокрытые торцы проводников.
Не допускается отслаивание проводников от диэлектрической осно-
вы и заполнение припоем отверстий диаметром большим 0,8 мм. Не до-
пускается наличие белого налета от плохо отмытого флюса на провод-
никах и в отверстиях печатной платы.
6.15. Механическая обработка
Механическая обработка необходима для обрезки печатных плат по
размерам (отрезка технологического поля) и снятия фаски. Существует
несколько способов механической обработки печатных плат по контуру.
Бесстружечная обработка печатных плат по контуру отличается низ-
кими затратами при использовании специальных инструментов. При
этом исключается нагрев обрабатываемого материала. Обработка осу-
ществляется дисковыми ножницами. Линия реза должна быть направ-
лена так, чтобы не возникло расслоения материала. Внешний контур
односторонних печатных плат при больших сериях формируется
на скоростных прессах со специальным режущим инструмен-
том. Многосторонние печатные платы бесстружечным методом не об-
рабатываются, так как велика возможность расслоения.
Механическая обработка печатных плат по контуру со снятием
стружки осуществляется на специальных дисковых пилах, а также на
станках для снятия фаски. Эти станки снабжены инструментами или
фрезами из твердых сплавов или алмазными инструментами. Скорость
резания таких станков 500-2 000 мм/мин. эти станки имеют следующие
особенности: высокую скорость резания, применение твердосплавных
или алмазных инструментов, резка идет с обязательным равномерным
охлаждением инструмента, обеспечение незначительных до-
пусков, простая и быстрая замена инструмента.
Широко используют широкоуниверсальный фрезерный станок повы-
шенной точности типа 675П. На станке выполняют фрезерные работы
цилиндрическими, дисковыми, фасонными, торцовыми, концевыми,
шпоночными и другими фрезами.
В данном технологическом процессе обрезка платы производится с
помощью дисковых ножниц, а снятие фасок - на станке для снятия фа-
сок типа ГФ-646. Для этого необходимо обрезать платы на дисковых
ножницах, снять фаски на станке для снятия фасок ГФ-646, про-
мыть платы в горячей воде с применением стирально-моющего сред-
ства "Лотос" в течение 2-3 мин при температуре 55+/-5 С, затем про-
мыть платы в дистиллированной воде в течение 1-2 мин при температу-
ре 20+/-2 С, сушить платы в сушильном шкафу КП 4506. После этого
следует визуально проконтролировать печатные платы на отслаивание
проводников.
7. ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ
Одним из основных принципов создания современных изделий ра-
диопромышленности является проведение широкой унификации. Смысл
унификации заключается в том, чтобы уменьшить число наименований
элементов, из которых состоит аппаратура.
Технологичность конструкции радиоэлектронной аппаратуры скла-
дывается из возможности применения в новом изделии стандартных и
унифицированных деталей; уменьшения трудоемкости и времени при
изготовлении аппаратуры; уменьшения материалоемкости; применения
широко распространенного оборудования для изготовления аппаратуры;
уменьшения времени и затрат средств на подготовку производства к
выпуску новой продукции; возможности механизации, автоматизации и
роботизации производства.
В данном усилителе звуковой частоты применяются большое коли-
чество стандартных деталей (резисторы, конденсаторы, транзисторы,
стабилитроны и так далее).
Малая трудоемкость изготовления данного усилителя звуковой час-
тоты получена путем применения средств механизации и унификации.
Это такое оборудование, как ламинатор КП-63.46.5, установка экспони-
рования КП-63-41, установка для проявления АРФ2.950.000, конвейер-
ная установка инфракрасного оплавления ПР-3796, сверлильные станки
С-106 и КД-10 и так далее.
Оборудование, применяемое для изготовления данного прибора,
является широко распространенным и имеется в наличии на боль-
шинстве предприятий-изготовителей печатных плат. Производство дан-
ного устройства является технологичным, поскольку не использовались
нестандартные решения в технологическом процессе.
Исходя из всего вышеперечисленного, мы можем однозначно ска-
зать, что конструкция нашего прибора получилась технологичная.
8. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ СХЕМЫ
Данное устройство содержит большое количество элементов и сое-
динений, которые потенциально могут оказаться причиной отказа всего
устройства в целом. Поэтому необходимо рассчитать надежность уст-
ройства, учитывая все эти элементы. Для удобства расчетов все эти
элементы сведены в таблицу.
Таблица
№
п/
п
Элементы схемы, подлежащие
расчету
Количество
, шт
Значение интен-
сивности отказов
?, 1/ч
1
Германиевые транзисторы
2
0,6·10-6
2
Интегральные микросхемы
1
2,5·10-6
3
Керамические монолитные кон-
денсаторы
9
0,44·10-6
4
Контактные площадки
178
0,02·10-6
5
Кремниевые диоды
2
2,5·10-6
6
Кремниевые транзисторы
7
0,3·10-6
7
Металлодиэлектрические ре-
зисторы
30
0,04·10-6
8
Отверстия
197
0,0001·10-6
9
Пайки
178
1·10-6
10
Переменные пленочные резисто-
ры
3
4·10-6
11
Печатная плата
1
0,0005·10-8
12
Пленочные подстроечные резис-
торы
1
2·10-6
13
Проводники
68
0,005·10-6
14
Разъемы
2
2,5·10-6
15
Электролитические конденсаторы
14
1,1·10-6
Интенсивность отказов всей схемы можно рассчитать по формуле:
?=??n·Nn
где - ? - интенсивность отказов всей схемы.
?n - интенсивность отказов элементов схемы.
N - количество элементов схемы.
?=?1·N1+?2·N2+?3·N3+?4·N4+?5·N5+?6·N6+?7·N7+?8·N8+?9·N9+?10·N10+?11·N11
+?12··N12+?13·N13+?14·N14+?15·N15=0,6·10-6·2+2,5·10-6·1+0,44·10-6·9+0,02·10-
6·178+ +2,5·10-6·2+0,3·10-6·7+0,04·10-6·30+0,0001·10-6·193+1·10-6·178+4·10-
6·3+
+0,0005·10-8·1+2·10-6·1+0,005·10-6·68+2,5·10-6·2+1,1·10-
6·14=1,2+2,5+3,96+3,56+5+
+2,1+1,2+0,0193+178+12+0,000005+2+0,34+5+15,4=232,279305·10-6 1/ч.
где ?1 - интенсивность отказов германиевых транзисторов
N1 - количество германиевых транзисторов
?2 - интенсивность отказов интегральных микросхем
N2 - количество интегральных микросхем
?3 - интенсивность отказов керамических монолитных конденсаторов
N3 - количество керамических монолитных конденсаторов
?4 - интенсивность отказов контактных площадок
N4 - количество контактных площадок
?5 - интенсивность отказов кремниевых диодов
N5 - количество кремниевых диодов
?6 - интенсивность отказов кремниевых транзисторов
N6 - количество кремниевых транзисторов
?7 - интенсивность отказов металлодиэлектрических резисторов
N7 - количество металлодиэлектрических резисторов
?8 - интенсивность отказов отверстий
N8 - количество отверстий
?9 - интенсивность отказов пайки
N9 - количество пайки
?10 - интенсивность отказов переменных пленочных резисторов
N10 - количество переменных пленочных резисторов
?11 - интенсивность отказов печатной платы
N11 - количество печатной платы
?12 - интенсивность отказов пленочных подстроечных резисторов
N12 - количество пленочных подстроечных резисторов
?13 - интенсивность отказов проводников
N13 - количество проводников
?14 - интенсивность отказов разъемов
N14 - количество разъемов
?15 - интенсивность отказов электролитических конденсаторов
N15 - количество электролитических конденсаторов
Найдем среднюю наработку до первого отказа по формуле:
Тср=1/?=1/ 232,279305·10-6 =4305,16 час
где Тср - средняя наработка до первого отказа.
Далее найдем вероятность безотказной работы:
Р( t )=1-?·tср=1-232,279305·10-6·500=0,89
где Р( t ) - вероятность безотказной работы
tср - среднее время нормальной работы изделия
9. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В последнее время научно-исследовательские и производственные
предприятия радиотехнической и электронной промышленности передо-
вых стран мира тратят много сил и средств на отыскание путей умень-
шения габаритов и массы радиоэлектронной аппаратуры. Работы эти
получают поддержку потому, что развитие многих отраслей науки и тех-
ники, таких как космонавтика, вычислительная техника, кибернетика,
бионика и другие, требуют исключительно сложного электронного обо-
рудования. К этому оборудованию предъявляются высокие требования,
поэтому аппаратура становится такой сложной и громоздкой, что требо-
вания высокой надежности и значительного уменьшения габаритов и
массы приобретают важнейшее значение. Особенно эти требования
предъявляются ракетной технике. Известно, что для подъема каждого
килограмма массы аппаратуры космического корабля необходимо уве-
личить стартовую массу ракеты на несколько сотен килограммов. Чтобы
удовлетворить эти требования, необходимо миниатюризировать аппа-
ратуру. Это достигается несколькими методами конструирования ра-
диоэлектронной аппаратуры.
При микромодульном методе конструирования повышение плотности
монтажа достигается за счет применения специальных миниатюрных деталей
и плотного их монтажа в микромодуле. Благодаря стандартным
размерам микромодули размещаются в аппаратуре с минимальными
промежутками.
Применение гибридных интегральных микросхем и микросборок так-
же дало возможность миниатюризации радиоэлектронной аппаратуры.
При использовании микросхем повышение плотности монтажа достига-
ется тем, что на общей изоляционной подложке располагаются в виде
тонких пленок резисторы, проводники, обкладки конденсаторов, такой
же принцип используются и в устройствах, изготовленных методом мо-
лекулярной электроники, при этом для создании пассивных (резисторы
и конденсаторы) и активных (диоды, транзисторы) элементов схем ис-
пользуются слои полупроводниковых материалов.
Следующий этап развития технологии производства радиоэлектрон-
ной аппаратуры - технология поверхостного монтажа кристалла (ТПМК).
ТМПК обеспечивает миниатюризацию радиоэлектронной аппаратуры
при росте ее функциональной сложности. Навесные компоненты намно-
го меньше, чем монтируемые в отверстия, что обеспечивает более высо-
кую плотность монтажа и уменьшает массо-габаритные показатели.
ТПМК допускает высокую автоматизацию установки электрорадиоэле-
ментов вплоть до роботизации.
Повышение надежности радиоэлектронных устройств, выполненных
указанными методами микроминиатюризации, достигается тем, что во
первых, все методы основаны на автоматизации производственных
процессов, при этом предусматривается тщательный контроль на от-
дельных операциях.
Вторая причина состоит в том, что в изделиях, изготовленных на ба-
зе микросхем, значительно уменьшается количество паяных соедине-
ний, которые являются причиной многих отказов. Метод молекулярной
электроники исключает отказы, связанные с различными коэффициен-
тами линейного расширения материалов, ибо при этом методе пред-
усматривается, что конструкция выполняется из однородного материа-
ла.
Увеличение надежности конструкций, выполненных методами микро-
миниатюризации, объясняется также гораздо большими возможностями
обеспечить защиту от воздействия внешней среды. Малогабаритные
узлы могут быть гораздо легче герметизированы, что к тому же увеличит
и механическую прочность. Наконец, применение миниатюрных узлов и
деталей позволяет лучше решить задачи резервирования как общего,
так и раздельного.
Как видно из сказанного, задача уменьшения габаритов и массы тес-
но связана с увеличением надежности. Стоимость радиоэлектронной
аппаратуры, выполненной на базе микроминиатюризации, в настоящее
время приближается к стоимости аппаратуры, выполненной в обычном
исполнении. Значительное снижение стоимости микроминиатюрных
блоков, сборочных единиц может быть достигнуто только путем полной
автоматизации производства, а автоматизация, как было указано ранее,
является одним из условий повышения надежности и, следовательно,
условием целесообразности микроминиатюризации.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРА ОСВЕТЛЕНИЯ
Состав:
Олово двухлористое 15-20 г/л
Кислота соляная 17 г/л
Тиомочевина 50-90 г/л
Вода дистиллированная до 1 л
В половинном объеме воды, подкисленной соляной кислотой, в ко-
личестве согласно рецептуре, растворить двухлористое олово. Отдельно
растворить тиомочевину в воде, нагретой до 400-500 С, тщательно пе-
ремешивая. Затем оба раствора слить. Готовый раствор довести ди-
стиллированной водой до объема 1 л.
Работу проводить в вытяжном шкафу.
10. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. "Справочник. Полупроводниковые приборы: транзисторы средней и
большой мощности", под редакцией А.В. Голомедова. М., "Радио и
связь", 1994.
2. "Справочник. Полупроводниковые приборы: транзисторы малой мощ-
ности", под редакцией А.В. Голомедова. М., "Радио и связь", 1994.
3. С.Г. Мякишев "Справочник. Полупроводниковые приборы: диоды", М.,
"Радио и связь", 1986.
4. В.И. Блаут-Блачева, А.П. Волоснов, Г.В. Смирнов "Технология произ-
водства радиоаппаратуры", М., "Энергия", 1972
5. А.Т. Белевцев "Монтаж и регулировка радиоаппаратуры", М., "Высшая
школа", 1966
6. "Черчение", под редакцией проф. А.С. Куликова, М., "Высшая школа",
1989
7. "Единая система конструкторской документации. Основные положе-
ния", М., Государственный комитет СССР по стандартам, 1983
| |
