Файл: Контрольная работа по дисциплине Конструирование измерительных приборов Тема Конструирование печатных плат (ПП). Критерий числа слоев и материала основания пп.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.04.2024
Просмотров: 31
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
напряжения могут вызвать деформации сжатия, изгиба или кручения. Чем эластичнее материал покрытия, тем эти напряжения лучше демпфируются. При отрицательных температурах эластичность, как правило, ухудшаются, что увеличивает опасность растрескивания покрытия и вероятность отказа.
D -1, которая, в свою очередь, в сильной степени (кубической) зависит от толщины пластины и линейно - от модуля упругости материала:
,
где D - жёсткость пластины, Н/м; E - модуль упругости материала пластины, Па; h - толщина пластины, м;
- коэффициент Пуассона.
После пайки ЭРЭ и нанесения защитного покрытия полученный печатный узел (УП) становится сложным по структуре и составу композиционным телом, которое по значениям
h и E сильно отличается от стеклотекстолитового основания. Толщина пластины возрастает примерно в пять раз (после монтажа ИС), что повышает жёсткость в 125 раз. Модуль упругости печатного узла после сборки и лакировки лежит в пределах:
Ec < EУП < Eo
где Ec - модуль упругости материала защитного слоя; Eo - модуль упругости стеклотекстолита (Eo = 30 ГПа).
На практике Ec
Eo. Отсюда следует, что после монтажа и лакировки модуль упругости уменьшается в несколько раз, что уменьшает во столько же раз жёсткость. Суммарное воздействие обоих факторов приводит к увеличению жёсткости примерно в 25 раз. Следовательно, во столько же раз падает коэффициент передачи вибрационной системы, что удовлетворительно.
Правило октавы. Резонансная частота пластины, закреплённой по корпусу, определяется выражением (при распределённой нагрузке)
fр =
, (3-1)
где a и b - соответственно длина и ширина ПП, м; m - масса пластины с навесными элементами, кг; g - ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с2.
Важно, чтобы резонансная частота ПП отличалась от частоты вынужденных колебаний на входе по крайней мере вдвое (правило октавы). При этом исключается вхождение в резонанс, опасный в рассматриваемой вибросистеме с последовательным соединением упругих масс. Если частоты соединённых упругих масс недостаточно разнесены, то амплитуда колебаний, поступающих от рамы блока через корпус модуля на ПП, при резонансе возрастает в число раз, равное квадрату коэффициента передачи, так как выход первой системы является входом второй.
Из формулы (3-1) следует, что масса ПП, возрастающая после пайки ЭРЭ и лакировки в пять-шесть раз, и жёсткость, возрастающая в 25 раз, приводят к увеличению резонансной частоты примерно вдвое, что удовлетворяет правилу октавы.
При малом числе навесных ЭРЭ и тонком слое лака возможно увеличение жёсткости конструкции путём наклеивания ребра жёсткости. Ребро жёсткости должно проходить через центр и располагаться параллельно короткой стороне. Тот же эффект может быть получен введением дополнительной центральной точки крепления ПП.
При оценке вибропоглощающих и частотоизменяющих свойств защитного слоя в интервале рабочих температур необходимо учесть характер изменения модуля упругости материала защитного слоя. Органические материалы, используемые для защитных слоёв, значительно повышают модуль упругости при охлаждении, поэтому область отрицательных температур в этом отношении не является опасной. В области положительных температур модуль упругости органических материалов снижается, но остаётся, как показывает практика, в пределах до 0,2 Eo. Следовательно, оговоренное ранее условие не нарушается.
При выборе материала для вибропоглощающего и частотоизменяющего слоя необходимо стремиться к снижению его плотности для того, чтобы обеспечивать выполнение правила октавы согласно выражению (3-1): чем меньше масса, тем легче выполнить правило октавы.
Выбор конструктивных элементов электронного модуля. Этот выбор должен быть подчинён двум задачам: прочной фиксации модуля в блоке и надёжному закреплению печатного узла в модуле. Электронные модули в блоках устанавливаются вертикально, обеспечивая условия для конвективного теплоотвода. Расстояние между соседними модулями, измеряемое между воображаемыми плоскостями, проходящими через наиболее выступающие точки противолежащих ЭРЭ, рекомендуется выбирать равным 5 мм.
Рис. 4. Рама с приливами для крепления печатного узла.
Конструктивное оформление модуля для выдвижного блока и модуля в блоке книжной конструкции различно, но в обоих, конструктивной основой является рама из алюминиевого сплава, полученная литьём под давлением. Рама для модуля, входящего в выдвижной блок, имеет несколько приливов различного назначения (рис. 3-10). Для крепления печатного узла предусмотрены приливы с отверстиями, для крепления модуля в блоке - приливы под штыриловители и приливы с резьбовыми отверстиями.
Рама модуля должна очень плотно закрепляться в блоке, что необходимо не только для механической фиксации
, но и для минимального теплового сопротивления между модулем (источником тепла) и каркасом блока (бесконечным радиатором). Элемент фиксации имеет форму клина, что позволяет полностью выбирать зазор при завинчивании стопорного винта.
Модуль для блока книжной конструкции имеет раму с приливами для шарнирного соединения модуля в блоке вдоль вертикальной оси, а также отверстия для крепления модуля с помощью винтов. Печатный узел в такой раме крепится на заклёпках.
При закреплении в одной раме двух печатных узлов соединения между ними выполняются с помощью гибкого печатного кабеля.
Ответственным элементом конструкции модуля является соединитель. На модуле устанавливается одна часть соединителя, чаще - вилка, а в блоке выдвижного типа - ответная часть соединителя, розетка. Чтобы обеспечить требуемую высокую кинематическую точность сочленения при вдвигании модуля в блок, предусмотрены две группы штырей - ловителей. Первая группа ловителей, выдвинутая вперёд на 3-5 мм, даёт первичную ориентацию модулю и подготавливает приближающуюся конструкцию к вхождению во вторую группу ловителей. После полного вставления друг в друга обеих частей соединителя модуль фиксируется с помощью невыпадающих винтов.
В раме модуля предусматривается ключ - конструктивный элемент, исключающий возможность неправильной вставки модуля в блок. Для извлечения модуля из блока может быть предусмотрен съёмник - специальный инструмент. Его вводят в конструкцию, когда по условиям эксплуатации должны быть приняты особые меры против проведения ремонта персоналом, не выделенным для этой работы специально.
В конструкции модуля должно быть учтено требование доступности (входит в группу требований эксплуатационной технологичности): модуль, извлечённый из блока, должен легко устанавливаться в удобном для осмотра и ремонта положении на монтажном столе, без повреждения.
Ещё при размещении навесных элементов во время топологических работ должна быть обеспечена контролепригодность конструкции модуля (другое требование эксплуатационной технологичности). Для этого должен быть обеспечен свободный доступ к местам электрического присоединения навесных элементов. В окружении тех ЭРИ, контрольные точки которых не выведены на соединители, должно быть предусмотрено достаточно места, чтобы подключать зажимы приборов к контрольным точкам в непосредственной близости к ИС. Это требование противоречит требованию максимально плотного размещения. Но, как и в других подобных случаях, конструктор должен находить компромисс и определить, какой ценой ему обойдётся повышение контролепригодности и можно ли пренебречь этим требованием ради более высокого коэффициента заполнения объема модуля.
4. Безотказность ПУ при механических воздействиях
Снижение коэффициента передачи вибрации в печатном узле. Коэффициент передачи вибрации 
есть отношение амплитуд колебаний на выходе и входе системы при заданной частоте. Для ПП входом системы являются края платы, закреплённые в рамке модуля. Именно в этих местах механические колебания от рамки передаются на плату. Выходом колебательной системы является область, наиболее удалённая от краёв, т.е. центр платы. Коэффициент передачи может достигать 100: это означает, что при амплитуде входных колебаний, передаваемых от каркаса блока, равной 20 мкм, амплитуда в центре платы достигает 2 мм. Правда, указанное значение коэффициента передачи наблюдается для ПП без покрытия и с малым числом навесных ЭРЭ.
Вибрационная деформация может вызвать излом проволочных выводов ЭРЭ, разрыв паяных швов, разрыв тонких печатных проводников. Чтобы оценить опасность прогиба в центре при вибрации, необходимо соотнести стрелу прогиба ПП с узлом изгиба её. Чем больше угол 
изгиба, тем выше опасность повреждения. При одной и той же стреле прогиба y угол изгиба короткой стороны (
) будет, естественно, больше, чем для длинной (
), поэтому оценку опасности производят сравнением стрелы прогиба с длиной короткой стороны b, задаваясь эмпирическим коэффициентом, выбираемым исходя из условия, что стрела прогиба должна составлять не более двух процентов длины короткой стороны, т.е. y 0,02 b. Например, стрела прогиба yмакс. =3 мм для типоразмера 170
150 мм и yмакс. =1,5 мм для типоразмера 170 75 мм.
Для защиты модуля от повреждающих деформаций необходимо защитить самый слабый элемент модуля - ПП. С этой целью надо снижать коэффициент передачи вибрационной системы и повышать собственную резонансную частоту ПП fр, выводя её за пределы частотного диапазона вынужденных колебаний, подаваемых на вход ПП от вибрирующего каркаса блока РЭА.
Чтобы оценить роль защитного покрытия, рассмотрим его влияние не и fр.
Известно, что коэффициент передачи обратно пропорционален жёсткости пластины:
D -1, которая, в свою очередь, в сильной степени (кубической) зависит от толщины пластины и линейно - от модуля упругости материала:
,где D - жёсткость пластины, Н/м; E - модуль упругости материала пластины, Па; h - толщина пластины, м;
- коэффициент Пуассона.После пайки ЭРЭ и нанесения защитного покрытия полученный печатный узел (УП) становится сложным по структуре и составу композиционным телом, которое по значениям
h и E сильно отличается от стеклотекстолитового основания. Толщина пластины возрастает примерно в пять раз (после монтажа ИС), что повышает жёсткость в 125 раз. Модуль упругости печатного узла после сборки и лакировки лежит в пределах:
Ec < EУП < Eo
где Ec - модуль упругости материала защитного слоя; Eo - модуль упругости стеклотекстолита (Eo = 30 ГПа).
На практике Ec
Eo. Отсюда следует, что после монтажа и лакировки модуль упругости уменьшается в несколько раз, что уменьшает во столько же раз жёсткость. Суммарное воздействие обоих факторов приводит к увеличению жёсткости примерно в 25 раз. Следовательно, во столько же раз падает коэффициент передачи вибрационной системы, что удовлетворительно.Правило октавы. Резонансная частота пластины, закреплённой по корпусу, определяется выражением (при распределённой нагрузке)
fр =
, (3-1)где a и b - соответственно длина и ширина ПП, м; m - масса пластины с навесными элементами, кг; g - ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с2.
Важно, чтобы резонансная частота ПП отличалась от частоты вынужденных колебаний на входе по крайней мере вдвое (правило октавы). При этом исключается вхождение в резонанс, опасный в рассматриваемой вибросистеме с последовательным соединением упругих масс. Если частоты соединённых упругих масс недостаточно разнесены, то амплитуда колебаний, поступающих от рамы блока через корпус модуля на ПП, при резонансе возрастает в число раз, равное квадрату коэффициента передачи, так как выход первой системы является входом второй.
Из формулы (3-1) следует, что масса ПП, возрастающая после пайки ЭРЭ и лакировки в пять-шесть раз, и жёсткость, возрастающая в 25 раз, приводят к увеличению резонансной частоты примерно вдвое, что удовлетворяет правилу октавы.
При малом числе навесных ЭРЭ и тонком слое лака возможно увеличение жёсткости конструкции путём наклеивания ребра жёсткости. Ребро жёсткости должно проходить через центр и располагаться параллельно короткой стороне. Тот же эффект может быть получен введением дополнительной центральной точки крепления ПП.
При оценке вибропоглощающих и частотоизменяющих свойств защитного слоя в интервале рабочих температур необходимо учесть характер изменения модуля упругости материала защитного слоя. Органические материалы, используемые для защитных слоёв, значительно повышают модуль упругости при охлаждении, поэтому область отрицательных температур в этом отношении не является опасной. В области положительных температур модуль упругости органических материалов снижается, но остаётся, как показывает практика, в пределах до 0,2 Eo. Следовательно, оговоренное ранее условие не нарушается.
При выборе материала для вибропоглощающего и частотоизменяющего слоя необходимо стремиться к снижению его плотности для того, чтобы обеспечивать выполнение правила октавы согласно выражению (3-1): чем меньше масса, тем легче выполнить правило октавы.
Выбор конструктивных элементов электронного модуля. Этот выбор должен быть подчинён двум задачам: прочной фиксации модуля в блоке и надёжному закреплению печатного узла в модуле. Электронные модули в блоках устанавливаются вертикально, обеспечивая условия для конвективного теплоотвода. Расстояние между соседними модулями, измеряемое между воображаемыми плоскостями, проходящими через наиболее выступающие точки противолежащих ЭРЭ, рекомендуется выбирать равным 5 мм.
Рис. 4. Рама с приливами для крепления печатного узла.
Конструктивное оформление модуля для выдвижного блока и модуля в блоке книжной конструкции различно, но в обоих, конструктивной основой является рама из алюминиевого сплава, полученная литьём под давлением. Рама для модуля, входящего в выдвижной блок, имеет несколько приливов различного назначения (рис. 3-10). Для крепления печатного узла предусмотрены приливы с отверстиями, для крепления модуля в блоке - приливы под штыриловители и приливы с резьбовыми отверстиями.
Рама модуля должна очень плотно закрепляться в блоке, что необходимо не только для механической фиксации
, но и для минимального теплового сопротивления между модулем (источником тепла) и каркасом блока (бесконечным радиатором). Элемент фиксации имеет форму клина, что позволяет полностью выбирать зазор при завинчивании стопорного винта.
Модуль для блока книжной конструкции имеет раму с приливами для шарнирного соединения модуля в блоке вдоль вертикальной оси, а также отверстия для крепления модуля с помощью винтов. Печатный узел в такой раме крепится на заклёпках.
При закреплении в одной раме двух печатных узлов соединения между ними выполняются с помощью гибкого печатного кабеля.
Ответственным элементом конструкции модуля является соединитель. На модуле устанавливается одна часть соединителя, чаще - вилка, а в блоке выдвижного типа - ответная часть соединителя, розетка. Чтобы обеспечить требуемую высокую кинематическую точность сочленения при вдвигании модуля в блок, предусмотрены две группы штырей - ловителей. Первая группа ловителей, выдвинутая вперёд на 3-5 мм, даёт первичную ориентацию модулю и подготавливает приближающуюся конструкцию к вхождению во вторую группу ловителей. После полного вставления друг в друга обеих частей соединителя модуль фиксируется с помощью невыпадающих винтов.
В раме модуля предусматривается ключ - конструктивный элемент, исключающий возможность неправильной вставки модуля в блок. Для извлечения модуля из блока может быть предусмотрен съёмник - специальный инструмент. Его вводят в конструкцию, когда по условиям эксплуатации должны быть приняты особые меры против проведения ремонта персоналом, не выделенным для этой работы специально.
В конструкции модуля должно быть учтено требование доступности (входит в группу требований эксплуатационной технологичности): модуль, извлечённый из блока, должен легко устанавливаться в удобном для осмотра и ремонта положении на монтажном столе, без повреждения.
Ещё при размещении навесных элементов во время топологических работ должна быть обеспечена контролепригодность конструкции модуля (другое требование эксплуатационной технологичности). Для этого должен быть обеспечен свободный доступ к местам электрического присоединения навесных элементов. В окружении тех ЭРИ, контрольные точки которых не выведены на соединители, должно быть предусмотрено достаточно места, чтобы подключать зажимы приборов к контрольным точкам в непосредственной близости к ИС. Это требование противоречит требованию максимально плотного размещения. Но, как и в других подобных случаях, конструктор должен находить компромисс и определить, какой ценой ему обойдётся повышение контролепригодности и можно ли пренебречь этим требованием ради более высокого коэффициента заполнения объема модуля.
