Расчёт ширины печатных проводников

Ширина печатного проводника зависит от электрических, конструктивных и технологических требований.

Наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника  рассчитывают по следующей формуле:

 

 

 

где:

 минимально допустимая ширина проводника, рассчитываемая в зависимости от допустимой токовой нагрузки ();

 нижнее предельное отклонение размеров ширины печатного проводника по ГОСТ 23751-86 в зависимости от класса точности и допустимое повышение температуры проводника относительно температуры окружающей среды.

Линейную допустимую ширину проводника по постоянному току для цепей питания и заземления с учётом допустимой токовой нагрузки определяют по формуле:

 

 

 

где:

максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках;

допустимая плотность тока;

толщина печатного проводника.

 

 

Выбираем 0,5 мм - соответственно 2 классу точности.

Минимально допустимую ширину проводника с учётом допустимого падения напряжения на нём, если конструкция проводника состоит из одного слоя меди, определяют следующим образом:

 

 

 

где:

 удельное сопротивление слоя меди (для медной фольги ;

 максимально допустимая длина проводника. Для ЭА, работающей на низких и средних частотах (до 1 МГц)  (условно), на высоких частотах (1…300 МГц) , СВЧ (больше 300 МГц) не рассматриваются;

 допустимое падение напряжения на проводнике определяется по справочнику или ;

толщина печатного проводника.

 

 мкм

Примем минимально допустимую ширину проводника за 0,25 мм для третьего класса точности.

Вывод: ширина проводников по постоянному току для цепей питания и заземления равна 0,5 мм, для остальных проводников 0,25 мм.

 

Расчёт диаметра контактных площадок

Наименьшее номинальное значение диаметра КП определяется по формуле:

 

 

где:

 диаметр монтажного отверстия;

 верхнее предельное отклонение диаметра отверстия;

 гарантийный поясок КП, устанавливается в зависимости от класса точности ПП;

 верхнее предельное отклонение ширины проводника, устанавливается ГОСТ 23751-86 в зависимости от класса точности ПП;

 суммарный коэффициент технологической погрешности, равный 0,3.

Для микросхем КМ555ИР23:

Для остальных микросхем и резистора: .

Для разъёма: .

 

Расчёт площади и выбор габаритных размеров ПП

Площадь ПП определяют по формуле:

 

 

где:

 установочная площадь элемента;

 - коэффициент зависящий от назначения и условий эксплуатации;

количество ЭРИ.

Вывод: в соответствии с ГОСТ 10317-79 печатная плата будет иметь следующие размеры: ширина 120 мм, длина 150 мм.

 

Расчёт технологичности

Количественная оценка уровня технологичности электронных узлов проводника по системе базовых показателей (ГОСТ 14.201-73).

Вид изделия, объём выпуска и такт производства - главные факторы, определяющие требования к технологичности конструкции изделия.

По базовым показателям рассчитывается комплексный показатель технологичности (). Уровень технологичности разрабатываемой конструкции ЗУ ( определяется как отношение комплексного показателя технологичности к значению нормативного показателя ( данного вида производства.

 

 

 

Комплексный показатель технологичности рассчитывается по формуле:

 

 

 

где:

 значение показателей по таблице ОСТ4.ГО.091.219 «Узлы и блоки РЭА. Методика оценки и нормативы показателей технологичности конструкции»;

 функция, нормирующая весомую значимость показателя в зависимости от его порядкового номера в таблице;

 общее количество относительных частных показателей в таблице для данной стадии проектирования изделия.

Конструктивные показатели рассчитываются по следующим формулам:

.   Коэффициент использования МС

 

 

 

где:

 количество ИМС в схеме;

количество прочих навесных элементов (резисторов, разъёмов).

.   Коэффициент автоматизации и механизации монтажа

 

 

 

где:

количество соединений, которые могут осуществляться механизированным или автоматизированным способом;

общее количество контактных соединений.

.   Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ЭРЭ к монтажу

 

 

 

где:

количество навесных элементов, подготавливаемых к монтажу механизированным способом;

общее количество навесных элементов.

.   Коэффициент автоматизации и механизации операций контроля и настройки

 

 

 

где:

количество операций контроля и настройки, которые можно осуществить механизированным способом;

общее количество операций контроля и настройки.

.   Коэффициент повторяемости ЭРЭ

 

 

 

где:

общее количество типоразмеров ЭРЭ в изделии;

 общее количество ЭРЭ в изделии.

.   Коэффициент применяемости ЭРЭ

 

 

 

где:

количество типоразмеров оригинальных ЭРЭ в изделии;

 общее количество типоразмеров в изделии.

.   Коэффициент прогрессивности формообразования деталей

 

 

 

где:

количество деталей, заготовки которых или сами детали получены прогрессивным методом формообразования;

общее количество деталей в изделии (без нормализованного крепежа).

 

Таблица. Значения коэффициентов технологичности и их значимость

№	Показатель	Обозначение	Значение	Коэффициент значимости
1	Коэффициент использования МС		0,94	1,0
2	Коэффициент автоматизации и механизации монтажа		1	1,0
3	Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ЭРЭ к монтажу		0,03	0,8
4	Коэффициент автоматизации и механизации операций контроля и настройки		0	0,5
5	Коэффициент повторяемости ЭРЭ		0,86	0,3
6	Коэффициент применяемости ЭРЭ		1	0,2
7	Коэффициент прогрессивности формообразования деталей		0	0,1

 

Таким образом, комплексный показатель технологичности равен:

 

 

 

 

 

 

Диаграмма нормативных показателей технологичности изделий для модулей первого уровня:

 

 

 

На основании результатов расчётов можно сделать вывод о том, что конструкция печатной платы технологична для мелкосерийного производства.

 

Расчёт надёжности

 

Таблица. номинальная интенсивность отказа элементов.

Тип элемента	Количество элементов	Номинальная интенсивность отказов,
Микросхемы КМ555	34	0,01
Резистор С2-23	1	0,5
Разъём ГРПМ-61	1	0,05
Плата печатная	1	0,7
Паяные соединения	637	0,01

 

Средняя наработка на отказ должна быть больше 10000 часов. Система является нерезервированной. Расчёт выполняется по внезапным отказам и заключается в определении показателей надёжности по известным характеристикам надёжности составляющих компонентов (ЭРИ, ПП, паяных соединений и др.).

Определим интенсивность отказов устройства в целом:

 

 (1/час)

 

где:

интенсивность отказов элементов группы;

число элементов в  группе;

число групп элементов.

 

Определим среднюю наработку на отказ модуля первого уровня по формуле:

 

 

 

Вероятность безотказной работы блока рассчитывается по формуле:

 

 

 

где  выбирается из ряда 1000, 2000, 4000, 8000, 16000 часов.

 

 

 

 

 

Надёжным считается изделие с .

Построим график зависимости

 

 

Вывод: по графику можно легко определить вероятность безотказной работы в любой момент времени. Так, например, время работы функционального узла при вероятности безотказной работы более 0,9 составляет приблизительно 12500 часов.