КР - Бескорпусная микросборка (МСБ) (моё!!!!!!!!)

Посмотреть архив целиком

18



МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ

АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ имени СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ


_______


Кафедра 404














Курсовая работа по дисциплине:

"Основы конструирования и технологии РЭС"












Выполнил студент: в С. А.

Группа: 04-306

Проверил преподаватель: Мухин А. А.




МОСКВА 2003



СОДЕРЖАНИЕ.

Стр.

Содержание 2

Введение 3

Задание на курсовую работу 4

1. Разработка технического задания на изделие. 5

2. Анализ схемы электрической принципиальной. 9

2.1. Краткое описание принципа работы.

2.2. Расчет схемы по постоянному току.

2.3. Выбор радиоэлементов.

3. Выбор технологии изготовления и материала ПП.

4. Расчет элементов ПП.

5. Определение размера ПП.

6. Разработка конструкции модуля

7.Расчет теплового режима, вибропрочности и надежности изделия.

7.1. Расчет теплового режима.

7.2. Расчет вибропрочности.

7.3. Расчет надежности.

8. Список литературы.























Введение.


Курсовая работа по дисциплине "Основы конструирования и технологии радиоэлектронных средств" представляет собой заключительный этап изучения данной дисциплины. Ее цель - подготовить студентов к самостоятельному решению проектно-конструкторских задач при выполнении дипломного проекта и последующей работе на предприятиях промышленности.

Задачами курсовой работы являются:

-систематизация, расширение и углубление теоретических знаний по дисциплине;

- развитие и закрепление практических навыков разработки конструкций и технологии радиоэлектронных средств (РЭС);

- приобретение опыта работы с нормативно-технической документацией, технической литературой и разработки конструкторской и технологической документации на РЭС.

В курсовой работе студенту предлагается разработать конструкцию бортового или наземного РЭС функционального различного назначения. Содержание конструкторских и технологических задач курсового проекта соответствует стадиям технического предложения, эскизного и технического проектирования. По сложности разрабатываемое РЭС относится к изделиям первого и более высоких структурных уровней.






















Задание на курсовую работу.

Заданием на курсовую работу является схема электрическая принципиальная, на основе которой следует разработать изделие в одном из двух конструкторско-технологических вариантах:

1. Бескорпусная микросборка (МСБ);

2. Изделие на печатной плате (ПП).

В первом случае изделие выполняется на тонкопленочной бескорпусированной микросборке, а во втором - на печатной плате с использованием дискретных радиоэлементов.

Реализуемая схема взята из книги Горошков Б.И. Элементы радиоэлектронных устройств. - М.: Радио и связь, 1988 (рис. 7.10). она будет реализовываться вторым методом, при этом будут решаться следующие задачи:

1. Разработка технического задания на изделие;

2. Анализ электрической принципиальной схемы;

3. Выбор технологии изготовления и материала ПП;

4. Расчет элементов ПП;

5. Определение размера ПП;

6. Разработка конструкции модуля;

7. Размещение элементов и трассировка ПП;

8. Разработка конструкции модуля;

9. Расчет теплового режима, вибропрочности и надежности изделия.


















1. Разработка технического задания на изделие.


1.1. Наименование и область применения.


Охранное устройство на ИК-датчиках.

1.2. Основание для разработки.


Основанием для разработки служит задание на курсовую работу.


1.3. Цели и задачи разработки.


Цель разработки является комплект конструкторской технологической документации на изделие.

Задачами разработки являются:

- схемотехническая отработка конструкции;

- разработка конструкции изделия;

- расчет показателей качества конструкции;

- оформление схемной и конструкторской документации.


1.4. Источники разработки.

1.4.1. Литературные источники:

1. Горошков Б. И. Элементы радиоэлектронных устройств. - М.: Радио и связь, 1988.

2. Борисов В. Ф., Мухин В. В. и др. Основы конструирования и технологии РЭС (пособие для курсового проектирования). - М.: МАИ, 1998.


1.4.2. Описание работы устройства.


Устройство состоит из двух частей: генератора ИК излучения и приёмника этого излучения со встроенным усилителем и сигнализацией. Инфракрасный передатчик работает на звуковой частоте 1500 Гц. Мощность светодиода подобрана так, чтобы устройство реагировало на человека или подобных по объёму преград.


1.5. Технические требования.


1.5.1. Состав изделия и требования к его конструкции.


Изделие должно быть выполнено в виде двух модулей на печатных платах (ПП) размерами минимально допустимыми для обеспечения максимальной скрытности. Строгих требований к массе устройства нет. Для защиты от климатических воздействий (таких, как повышенная влажность, повышение и понижение температуры) изделие покрывается лаком.


1.5.2. Показатели назначения.


Стабилизирующий источник напряжения + 12 В;

Рабочая частота 1500 Гц;

Потребляемая мощность 0,8 Вт;


1.5.3. Требования к надежности.


Интенсивность отказов каждого элемента, i 10 1/час;

Вероятность безотказной работы, Р 0,99962;

Время наработки на отказ, Т0 62500 час.


1.5.4. Требования к уровню унификации и стандартизации.


Уровни унификации и стандартизации, оцениваемые коэффициентами унификации и стандартизации, должны быть не ниже 0,7 - 0,9.


1.5.5. Требования к безопасности.


Изделие должно быть электробезопасно в производстве и эксплуатации.


1.5.6. Эстетические и эргономические требования.


По эстетическим и эргономическим показателям изделие должно отвечать требованиям, предъявляемым к бытовой аппаратуре.


1.5.7. Условия эксплуатации.


Разрабатываемая конструкция относится к наземному виду конструкций РЭС. Для нее определены следующие фактору и параметру воздействия окружающей среды:


Вибрации: частота 10 - 70 Гц,

ускорение 1 - 4 g*;

Удары (перегрузки): сотрясения 10 - 15 g,

одиночные 5 - 100 g;

Линейные перегрузки: 2 - 4 g;

Интервал рабочих температур: { -40...+50 } С;

Относительная влажность при 50 С 80 - 93 %.

* - м/с^2


1.5.8. Дополнительные требования.


Ограничение: изделие должно быть выполнено на ПП.


1.5.9. Требования к транспортировке и хранению.


Транспортировка изделия должна производится всеми видами транспорта без ограничения расстояния в специальной упаковке.

Хранение изделия должно проводиться в капитально отапливаемом помещении при температуре t = { -10...+40} С и относительной влажности не более 60% при t = 20 С.


1.6. Стадии разработки.


Получение задания на разработку 23.02.2003,

Разработка ТЗ на изделие 23.02. - 23.03.2003,

Анализ электрической принципиальной схемы 23.03. - 12.04.2003,

Расчеты 12.04. - 16.05.2003,

Выполнение чертежей 16.05. - 08.06.2003,

Сдача выполненной работы на проверку 29.05.2003,

Защита 05.05.2003.


1.7. Комплектность документации.


- расчетно-пояснительная записка,

- схема электрическая принципиальная,

- топологический чертеж платы,

- сборочный чертеж платы,

- чертеж модуля.






1.8. Специальная литература.


1. Акимов Н.Н., Ващунов Е.П. И др. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА (справочник). - Минск: Беларусь, 1994.

2. Полупроводниковые приборы: транзисторы (справочник)./Под ред. Горюнова Н.Н./ - М.: Энергоатомиздат, 1983.

3. Глюкман Л.И. Пьезоэлектрические кварцевые резонаторы. - М.: Радио и связь, 1981.

4. Сидоров М.Н., Бинатов М.Ф., Шведова Л.Г., Индуктивные элементы радиоэлектронной аппаратуры (справочник). - М.: Радио и связь, 1992.

5. Радио Мир 10/2000. –М.: Радио и сязь, 2000.































2. Анализ электрической принципиальной схемы.


2.1. Расчет схемы по постоянному току.


Для расчета схемы по постоянному току возьмем все транзисторы в режиме короткого замыкания (рис. 2.1). После этого проводится анализ схемы по законам Ома и Кирхгофа. Это дает следующие соотношения для расчета мощностей резисторов и напряжений на конденсаторах:

I(n) = E(n) / R(n), (2.2.1)


Uc(n)= . (2.2.2)


Где n-порядковый номер элемента



Подставляя в (2.2.1) и (2.2.2) номинальные значения элементов и значение напряжения источника питания (указаны на схеме электрической принципиальной), получаем:

PR1 = Вт,


UC1 =

Полученные значения мощностей и напряжений будут использоваться для выбора радиоэлементов.


2.3. Выбор радиоэлементов.


Радиоэлементы, входящие в состав изделия, выбираются из справочных данных, взятых из специальной литературы. Выбранные элементы, их количество и массогабаритные параметры приведены в таблице 2.1.


Таблица 2.1

Наименование

Тип

Установ. площ., мм

Масса, г

Кол.

Конденсаторы *

К10-17-1б

64,4

2


Резисторы **

С2-14

13,2

0,15


Транзистор




1

Транзистор




1
















* - конденсаторы выбираются в соответствии с номиналом емкостей на напряжение Uном = 50 В.

** - резисторы выбираются в соответствие в номиналами сопротивлений на мощность Р = 0,25 Вт.




3. Выбор технологии изготовления и материала ПП.


В настоящее время существует много различных методов изготовления печатных плат. Это комплексные методы, предполагающие перенос на диэлектрик рисунка проводников ПП, получение топологии ПП и металлизацию (соединение) слоев.

Перенос рисунка проводников на поверхность диэлектрика производится фотометодами, методами офсетной печати и, реже, методами механического переноса рисунка. Фотометоды предполагают изготовление фотошаблонов в результате фотографирования оригиналов. В методах офсетной печати рисунок проводников на поверхность диэлектрика переносится с помощью сетчатого трафарета, на котором пробельные участки платы закрываются (часто фоторезисторами), а участки, соответствующие проводникам, прозрачны для проникновения защитных лаков, красок и т. п.

В качестве методов получения топологии проводников применяются методы химического травления меди и методы электролитического осаждения меди на поверхность диэлектрика.

В современных технологиях изготовления ПП часто объединяются методы фотопереноса рисунка, химического травления меди и адетивные методы металлизации отверстий. Такие методы получили название комбинированных методов изготовления ПП. Они подразделяются на позитивные и негативные.

Для изготовления разрабатываемого изделия применяется комбинированный метод.

В качестве материала платы выбирается (как наиболее применимый) фольгированный стеклотекстолит СФ1-50-1,5.


4. Расчет элементов ПП.


Расчету подлежат: диаметры переходных и монтажных отверстий, размеры контактных площадок, ширина проводника, расстояние между проводниками.

Расчет будет проводиться исходя из того, что разрабатываемая конструкция имеет второй класс точности, для которого:

- ширина проводника, t 200 мкм;

- расстояние между проводниками, S 0,45 мм;

- коэффициент, определяющий отношение

диаметра отверстия к толщине ПП, КЭТ 0,5.


Расчет диаметров переходных отверстий:

dПО КЭТ hПП, (4.1)

где hПП = 1,5 мм - толщина печатной платы.

Следовательно: dПО = 0,75 мм.


Расчет диаметров монтажных отверстий:

dМО dВ +2hГ + +Д, (4.2)

где dВ - диаметр выводов радиоэлемента;

hГ - толщина гальванически осажденной меди в отверстии;

(0,05..0,06)мм;

- разность между dМО и dВ, (0,4..0,6) мм;

Д - погрешность выполнения отверстия, (0,12 мм).


Расчет минимального диаметра контактной площадки:

dКП 2( bН + dМО/2 + 0 + КП) + ФФ + 1,5hФ, (4.3)

где 0 = 0,07 - погрешность расположения отверстия;

КП = 0,15 - погрешность расположения контактной площадки;

ФФ = 0,06 - погрешность выполнения фотошаблона;

hФ = 50 мкм - толщина фольги.

Результаты расчетов приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1


dВ, мм

dМО, мм

dКП, мм

Резисторы

0,6

1,3

2,2

Конденсаторы

0,6

1,3

2,2
























Расчет минимального расстояния между проводниками:


S = lОЛ - (bпр + СП) (4.5)

где lОЛ = 0,85 - расстояние между осевыми линиями проводников;

СП = 0,05 - погрешность смещения проводника.

Подставляя численные значения, получим S = 0,23 мм.



5. Определение размера ПП.


Размеры печатной платы находятся как:

LX = LY = SПП, (5.1)

где SПП - площадь печатной платы.

SПП вычисляется по следующей формуле:


SПП = qs SЭЛi, (5.2)

где SЭЛi - установочная площадь i-ого элемента, которая находится по справочным данным из специальной литературы (см. пункт 1.8), соответствующим выбранному типу элементов.

qs = 2,5 -коэффициент дезинтеграции по площади.

Типы элементов и соответствующие им установочные площади приведены в таблице 2.1.

Подставляя численные значения, получим SПП = 2975,75 мм. Тогда LX LY 54,5 мм. Из приложения 6 [2] выбираем плату размерами 60 х 60 мм.


6. Разработка конструкции модуля.


Модуль будет состоять из корпуса типа "пенал" и печатной платы. Вдоль боковых стенок корпуса на расстоянии h = hэмакс + (5...7 мм), где hэмакс - максимальная высота радиоэлемента, производится деформация корпуса (рис. 6.1). В корпусе вдоль деформированных участков (углублений) на глубину 5...8 мм делаются разрезы (пунктирная линия на рис. 6.1), получая при этом на концах деформированных участков гнущиеся "лепестки". В полученные углубления вставляется печатная плата, после чего "лепестки" загибаются во внутрь, закрепляя ПП (рис.6.2).


Рис. 6.1.









Рис. 6.2.


7.Расчет теплового режима, вибропрочности и надежности изделия.


7.1. Расчет теплового режима.


Тепловой режим разработанной конструкции должен соответствовать требованию нормального теплового режима: температура в любой точке конструкции не должна превышать допустимой рабочей температуры наименее теплостойкого элемента . Следовательно, поверочный расчет теплового режима необходимо доводить до определения температур . Однако на практике условия нормального теплового режима конструкции приобретают иное толкование, связанное с особенностями тепловой модели конструкции.

Закономерности процессов теплообмена конструкций РЭС с окружающей средой в значительной мере определяются их структурой. Поэтому многообразие существующих конструкций можно представить классами, для каждого из которых характерна своя тепловая модель и набор показателей, необходимых для оценки теплового режима. Одним из признаков классификации может служить структура нагретой зоны конструкции.

Разрабатываемая конструкция выполнена на одной печатной плате, размещенной в корпусе, поэтому для нее может быть применена модель теплового моделирования и расчета теплового режима конструкций РЭС с источниками тепла, расположенными в плоскости

Размещение тепловыделяющих элементов в плоскости дает возможность при оценке теплового режима ограничиться расчетом среднеповерхностной температуры нагретой зоны tз, которая с небольшой погрешностью может быть принята в качестве характеристики теплового режима элементов.

Представим конструкцию в виде тепловой модели (рис. 7.1), где 1 - корпус, 2 - печатная плата (нагретая зона).

При построении тепловой модели принимаются следующие допущения:

- нагретая зона является однородным анизотропным телом;

- источники тепла в нагретой зоне распределены равномерно;

- поверхности нагретой зоны и корпуса - изотермические со среднеповерхностными температурами tз и tк соответственно.


1


2



Рис. 7.1


Для данной тепловой модели можно составить следующую тепловую схему (рис. 7.2 а).

С поверхности нагретой зоны посредством конвективной (зк) и лучевой (зл) теплопередачи через воздушные прослойки, тепло передается на внутреннюю поверхность корпуса. За счет теплопроводности стенок (ск) тепло выводится на наружную поверхность корпуса, откуда конвекцией (кк) и излучением (кл) переносится в окружающее пространство. При малой толщине стенки (=1.5...2мм) тепловым сопротивлением стенок корпуса, выполненного из металлических сплавов с высоким коэффициентом теплопроводности, можно пренебречь. Так как в нашем случае это условие выполняется, то тепловая схема примет вид, как показано на рис. 7.2б.







Рис. 7.2а Рис. 7.2б


Из тепловой схемы следует:


tк = tc + P/(кк + кл,

tз = tк + P/(зк + зл, (7.1)


где Р - тепловой поток, рассеиваемый конструкцией; зк=в(Sз+Sкв)/2 - конвективно-кондуктивная тепловая проводимость между нагретой зоной и внутренней стенкой корпуса, в = 2,68 Вт/м С - коэффициент теплопроводности воздуха для среднего значения температуры воздуха в прослойке, lср - среднее расстояние между нагретой зоной и кожухом, Sз - площадь поверхности нагретой зоны, Sкв - площадь внутренней поверхности корпуса; зк = злSз - тепловая проводимость теплопередачи от нагретой зоны к внутренней стенке корпуса излучением, лз - коэффициент теплопередачи излучением; кк = кSкн - тепловая проводимость от наружной поверхности корпуса к среде для конвективной теплопередачи, к - коэффициент теплопередачи; кл=лSкн - тепловая проводимость от наружной стенки корпуса к среде для теплопередачи излучением, л - коэффициент теплопередачи излучением. Коэффициенты к и л определяются по номограммам, для условий теплообмена в ограниченном пространстве зл может быть принят равным 7 Вт/м С.

Для определения значения перегрева t используется метод последовательных приближений. Принимаем tc = 50С и задаем перегрев t = 10С, Sкв = Sкн = 0,01344 м, по номограммам определяем к = 5,6 Вт/м С и л = 5,6 Вт/м С, тепловой поток Р = 0,7 Вт. Подставляя эти значения в соотношения для расчета тепловых проводимостей, получим:

кк = 0,075 Вт/м С,

кл = 0,069 Вт/м С,

зк = 0,025 Вт/м С,

лк = 0,023 Вт/м С.

Получив значения для тепловых проводимостей и подставив их в (7.1), найдем:

tк = 54,86 С,

tз = 69,44 С.



7.2. Расчет вибропрочности.


Конструкция считается вибропрочной, если в ней отсутствуют механические резонансы. Отсутствие в конструкциях механических резонансов характеризуется следующим соотношением частоты свободных колебаний любого элемента конструкции и верхней частоты диапазона внешних вибрационных воздействий:

. (7.2)

В нашем случае = 70 Гц.

Таким образом, оценка вибропрочности конструкции сводится к расчету частоты свободных колебаний f0.

Основной расчетной моделью планарных конструкций служит прямоугольная пластина при определенных условиях на сторонах. Частота свободных колебаний основного тона прямоугольной пластины определяется по формуле:

= , Гц (7.3)

где С - частотная постоянная; h - толщина пластины, мм; а - большая сторона пластины, мм; - поправочный коэффициент на материал пластины, - модуль упругости материала пластины и стали, - плотность материала пластины и стали, - поправочный коэффициент на нагружение пластины равномерно размещенными на ней элементами, - масса элементов; - масса пластины. В нашем случае конструкцию можно представить как прямоугольную пластину со сторонами, свободно лежащими на опоре (рис. 7.3).




.

Рис. 7.3.

Для нее частотная постоянная С = 38, так как отношение сторон равно единице.

В качестве материала пластины используется стеклотекстолит СФ, для которого = 1,85 г/см , Е = 30,2/10 Па. Для стали с = 7,82 г/см , Ес = 200/10 Па.

Толщина пластины h = 1,5 мм, а = 60 мм, mэ =71,38 г, mп = V = 99,9г (где V = ааh = 54 см ).

Подставляя известные значения параметров в (7.3), получим = 1200 Гц, что удовлетворяет условию (7.2).


7.3. Расчет надежности.


Расчет надежности заключается в определении показателей надежности изделия по известным характеристикам надежности элементов и условиям эксплуатации.

Расчет надежности выполняется на основе логической модели безотказной работы РЭС. При составлении модели предполагается, что отказы элементов независимы, а элементы и в целом РЭС могут находиться в одном из двух состояний: работоспособном или неработоспособном. Используются две логические схемы надежности: последовательная, когда отказ любого элемента ведет к отказу РЭС, и параллельная, когда отказ элемента не вызывает отказа РЭС. Последовательные логические схемы надежности характерны для не резервированных РЭС, параллельные - для РЭС с резервированием.

Основными количественными характеристиками надежности являются вероятность безотказной работы РЭС и среднее время наработки на отказ T = 1/э, где t - время непрерывной работы изделия, э - эксплуатационное значение интенсивности отказов РЭС.

Для последовательной логической схемы надежности

, (7.4)

где - эксплуатационное значение интенсивности отказов i-го элемента, учитывающее внешние воздействия, влияние тепловых и электрических нагрузок элементов, n - число элементов.

Расчет производится по формуле: , где - интенсивность отказов элемента в номинальном режиме работы, - поправочный коэффициент на температуру и электрическую нагрузку элемента, - коэффициент, учитывающий влияние механических воздействий, - поправочный коэффициент на воздействие климатических факторов (температура, влажность), - коэффициент, отражающий условия работы при пониженном атмосферном давлении.

Значения , , , , приведены в таблице 7.1.

Таблица 7.1.


, 10 1/ч

Резисторы

0,043

0,6

1,0

1,0

1,0

Конденсаторы

0,05

1,1

1,0

1,0

1,0
































* - для резонатора .

Подставляя данные таблицы 6.1 в (), получаем э = 2,400910 ,1/ч. Тогда вероятность безотказной работы изделия P(t) = 0.999, а среднее время наработки на отказ T = 416510,5 ч.












8. Список литературы.


1. Горошков Б. И. Элементы радиоэлектронных устройств. - М.: Радио и связь, 1988.

2. Борисов В. Ф., Мухин В. В. и др. Основы конструирования и технологии РЭС (пособие для курсового проектирования). - М.: МАИ, 1998.

3. Акимов Н.Н., Ващунов Е.П. И др. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА (справочник). - Минск: Беларусь, 1994.

4. Полупроводниковые приборы: транзисторы (справочник)./Под ред. Горюнова Н.Н./ - М.: Энергоатомиздат, 1983.

5. Глюкман Л.И. Пьезоэлектрические кварцевые резонаторы. - М.: Радио и связь, 1981.

6. Сидоров М.Н., Бинатов М.Ф., Шведова Л.Г., Индуктивные элементы радиоэлектронной аппаратуры (справочник). - М.: Радио и связь, 1992.


Случайные файлы

Файл
90778.rtf
ref.doc
125127.rtf
31204-1.rtf
39012.rtf