94198 (Физиотерапевтическое устройство на основе применения упругих волн), страница 7

Средняя наработка на отказ 348310,7 час.

Вероятность безотказной работы 0,972

Среднее время восстановления 1,26 час.

Вероятность восстановления 0,697

Коэффициент готовности 0,996

Вероятность норм. функционирования 0,972

Вероятность безотказной работы

с учетом восстановления 0,678

Таким образом, за 10000 часов работы в среднем 1000 устройств выйдет из строя только 38. Время восстановление вполне удовлетворительное (1,26 часа) для такого класса устройств. Полученные данные удовлетворяют требованиям ТЗ по надёжности.

7. Разработка печатной платы с использованием САПР

7.1 Разработка печатной платы

При разработке печатной платы будем учитывать следующие требования предъявляемые к печатным платам: проводящий рисунок должен быть четким, с ровными краями, без вздутий, отслоений, подтравливаний, разрывов, темных пятен, следов инструментов и остатков технологических материалов. Допускаются: отдельные местные протравы не более 5 точек на 1 дм² при условии, что оставшаяся часть проводника соответствует минимально допустимой по чертежу. Риски глубиной не более 25 мкм и длиной до 6 мм; отслоение проводника в одном месте не длине не более 4 мм. Остатки металлизации на пробельных участках, не уменьшающие допустимых расстояний между элементами.

Для повышения коррозийной стойкости и улучшения паяемости на поверхность проводящего рисунка нанести электролитическое покрытие, которое должно быть сплошным, без разрывов, отслоений и подгаров. В отдельных случаях допускается: участки без покрытия площадью не более 0,2 мм² на проводник, но не более 5 на плате; местные наросты высотой не более 0,2 мм; потемнение и неоднородность покрытия, не ухудшающие паяемость; отсутствие покрытия на торцах проводников.

Монтажные и фиксирующие отверстия должны быть расположены в соответствии с требованиями чертежа и иметь допустимые отклонения.

Разрывы контактных площадок не допускаются, т.к. это уменьшает адгезию к диэлектрику; уменьшается токонесущая способность проводника. Допускается частичное отклонение отдельных (2%) контактных площадок вне зоны проводников. Контактные площадки монтажных отверстий должны равномерно смачиваться припоем за время 3...5 с и выдерживать не менее трех перепаек без расслоения диэлектрика, вздутий и отслоений.

Физиотерапевтическое устройство на основе применения упругих волн имеет небольшие габаритные размеры. Для такого устройства необходимо изготовить плату с относительно малыми размерами.

Основные технические требования к печатной плате физиотерапевтического устройства в соответствии с ГОСТ 23752-86.

1. Габаритные размеры ПП не превышают установленных значений для малогабаритных плат - 150100 мм.

K=S_эл/S_пп , (7.1)

где К- коэффициент заполнения;

S_эл - площадь занимаемых компонентов;

S_пп - площадь платы.

S_пп=10500/0.7=15000 мм

Размер печатной платы 150100 мм.

2. Толщину ПП определяют в зависимости от механических нагрузок и технологических возможностей металлизации отверстий:

H>(2.55)D_отв,(7.2)

H=2.5 1=2.5 мм

1. Толщина ПП выбирается из следующего ряда значений: 0.8, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0мм. Допустимые отклонения по толщине не должны превышать: при толщине до 1 мм - 0.15 мм; до 2 мм - 0.20 мм; до 3 мм - 0.30 мм. Печатная плата, имеет прямоугольную форму с соотношением сторон - 1:2.

1. Максимальные диаметры отверстий, располагаемые в узлах координатной сетки, зависят от максимального диаметра навесного элемента (d_выв), наличия металлизации и толщины платы. Исходя из выполнения условий пайки:

D_отв=d_выв+(0.20.4)мм, (7.3)

Допустим d_отв=0.8 мм. Тогда

D_отв=0.8+0.2 =1 мм

5. Плотность монтажа определяется шириной проводников и расстоянием между ними. В соответствии с ГОСТ 23751-79 для печатной платы второго класса точности монтажа, минимальная ширина и зазоры между проводниками 0.25 мм на наружных слоях, 0.2 мм - на внутренних слоях плат, а ширина проводника 0,45 мм.

Трассировку рисунка схемы проводят по координатной сетке с шагом по ГОСТ 10317-77 1.25 мм. Трассировку проведем с помощью программы PCAD на ЭВМ.

6.Требуемое сечение проводников определяют в зависимости от материала проводника и величины тока.

Sn=ht (LnI)/U_раб, (7.4)

где - удельное сопротивление проводника (для медной фольги 0,017*10^-6 Ом*м);

Ln - длина проводника;

h -ширина проводника;

I - величина тока через проводник.

Возьмем длину проводника равной Ln=0.5 м, а ток I=0.015 A тогда

Sn 0.017*10^-60.50.015/ 9

7. Плотность тока в печатных проводниках наружных слоев плат не должна превышать 20 А/мм².

8. Плотность сцепления печатных проводников с основанием не менее 15 МПа.

9. Допустимый уровень рабочего напряжения не превышает Uраб - до 12 В.

10. Контактные площадки должны смачиваться припоем за 3-5 секунд и выдерживать не менее 3-х перепаек. После изготовления плата покрывается сплавом ПОСВ33.

Плата содержит 224 отверстий, из них 220 металлизированы. Изготавливается комбинированным позитивным методом. Диаметры отверстий с металлизацией 1.0 мм. Диаметры контактных площадок- не менее 2.0 мм. Толщина металлизации отверстий 20 мкм.

Плату необходимо изготовить из стеклотекстолита СФ-2-35 толщиной проводящего слоя 1,50,2 мм. Это достаточная толщина для придания печатной плате необходимой прочности.

Так как плата имеет малые размеры при относительно большом количестве деталей, то ее нужно делать двусторонней. Такая плата будет обладать повышенной надежностью, что является очень важным в медицинских приборах.

Отверстия под крепежные детали и для крепления Т1 сделать диаметром 4 мм.

7.2 Создание и редактирование ПП с помощью применяемого пакета сапр

Проект в САПР Р-CAD представляется в двух видах: в виде схемы электрической принципиальной и в виде печатной платы. В соответствии с этим в САПР Р-CAD имеются два графических редактора:

1. схемный редактор, обеспечивающий создание принципиальной схемы:

2. технологический редактор, предназначенный для редактирование топологии печатной платы.

Основой проекта является библиотека радиоэлементов. Технологический редактор использует технологическую библиотеку, определяющую так называемые “посадочные места” радиоэлементов для их установки на печатную плату.

Библиотечные элементы содержат как графическое описание, так и упаковочную информацию. Упаковочная информация представляет собой текстовое описание контактов и взаимные ссылки на нумерацию контактов символах схемной библиотеки и посадочных местах технологической библиотеки.

Создание библиотечных элементов является очень ответственным этапом, поскольку ошибки, внесенные с библиотечными элементами обычно трудно исправляются, а проект, построенный на неправильно созданных библиотечных элементах, подобен зданию, построенному из “кривых” кирпичей.

Первым этапом работы в технологическом образе проекта является размещение радиоэлементов на плате. Данный этап выполняется либо в автоматическом, либо в полуавтоматизированном вариантах. На заготовке печатной платы, содержащей контуры печатной платы и области запрета для размещения, устанавливаются радиоэлементы, а качество размещения оценивается по интегральному критерию оценки, учитывающему общую длину электрических связей и плотность электрических связей на печатной плате.

Этап создания топологии печатных проводников платы выполняется посредством автоматической трассировки соединений и/или при помощи интерактивной (полуавтоматической) прокладки трасс, которая выполняется в процессе редактирования топологии печатной платы.

Этап подготовки производства печатной платы включает в себя электрический и технологический контроль печатной платы, а также возможные внесения исправлений в готовый проект со стороны печатной платы. В результате внесенные изменения должны быть учтены в проекте.

Пакет прикладных программ P-CAD версии 8.5 (Master Designer) содержит в своем составе два графических редактора PC-CAPS и PC-CARDS, программу для автоматической трассировки соединений печатной платы PC-ROUTE и программы-утилиты, выполняющие служебные функции [23].

Рисунок 7.1- Размещение на диске программ и рабочих проектов САПР P-CAD 8.5

Управляющая оболочка PCAD_EXE предназначена для интегрированного управления программами в САПР P-CAD 8.5. Запуск управляющей оболочки осуществляется при помощи командного файла pcad.bat. В результате появится основной экран управляющей оболочки САПР P-CAD 8.5

Экран содержит список имен проектов (Design), для каждого из проектов приводятся списки принципиальных схем (Schematic Sheet) и печатных плат (PCB Layout)/

В верхней части экрана указаны заголовки пяти разделов: Design Manager -администратор системы, Schematic Tools - создание схемы электрической принципиальной, PCB Tools - проектирование топологии печатной платы, Library Manager - администратор библиотек и Interfaces - интерфейсы (связь) с другими программами и периферийным оборудованием.

Создание библиотеки радиоэлементов является первым шагом работы над новым проектом.

При создании библиотечных элементов надо пройти следующие этапы:

• создание схемного (символьного) образа элементов;

• создание посадочного места для радиоэлемента на печатной плате;

• создание взаимосвязи между схемными и технологическими библиотечными элементами;

• внесение библиотечных элементов в библиотеки;

• создание контактных площадок.

Условные графические обозначения (УГО) создаются в Library Manager/Symbol Editor.

Командой Environment/Change Units устанавливаем требуемую систему единиц. Командой View Layer устанавливаем необходимые слои в активном состоянии. Командой Draw рисуются контура элементов на слое GATE. В виде текста на УГО наносится функциональное обозначение элементов - Draw/Text. Затем обозначаются выводы компонента, компонент упаковывается и сохраняется.

В PCB Tools/PCB Editor строится печатная плата, а создание корпусов компонентов осуществляется в Library Manager/Part Editor.

В начале создания корпусов осуществляется подготовительная операция (установка системы единиц, шага координатной сетки, слоев). Рисуется контур корпуса командой Draw, затем ввод точек расположения выводов, текстов обозначений. Устанавливаем точку привязки и вводим информацию об упаковки. Сохраняется с расширением .prt.

Затем размещаем корпуса на печатной плате в PCB Editor.

Следующим действием осуществляется трассировка. Автоматическая трассировка соединений печатных плат осуществляется при помощи программы PC-ROUTE.

Входными данными для программы является файл проекта, в котором задано размещение элементов внутри конструктива печатной платы и заданы связи между элементами. Таким файлом является файл .PLC.

Выходными данными PC-ROUTE являются файлы:

-файл проекта, дополненный графической информацией о проложенных трассах печатных проводников, имеющий расширение PCB,

-файл сообщений, содержащий протокол трассировки.

Перед трассировкой необходимо указать границы области трассировки, а также границы областей, запретных для прокладки трасс печатных проводников.

Автоматическая трассировка запускается из PCB Tools\Autoroter . Если требуется проверить или скорректировать стратегию трассировки то необходимо воспользоваться EDIT ROUTING STRATEGY .

Затем редактирование параметров описания контактных площадок в разделе Pad Discription , редактирование правил прокладки трасс . С помощью Pad/Pad CLEARANCE устанавливается расстояние между контактными площадками.

Когда все готово, PCAD может осуществить обмен данными с другими пакетами САПР.

Система прикладного компьютерного программирования AutoCAD предназначена для автоматизации чертежных работ. Она позволяет создавать любые чертежи, корректировать, компоновать [24].