 |
Разработка компоновочных эскизов и выбор габаритных размеров ПП
|
|
|
|
Возможны два варианта выбора типоразмера ПП:
1. Путем ориентировочной оценки площади ПП по формуле:
(1.1)
Где Syi – установочная площадь i-го ИЭТ; ks∑ - коэффициент, зависящий от назначения и условий эксплуатации аппаратуры (ks∑ =1…3); n- количество ИЭТ.
Расстояние между корпусами двух соседних ИЭТ на ПП должно быть не менее 1 мм, а расстояние по торцу – не менее 1,5 мм. Зная площадь ПП, максимально допустимую длину проводника, задаваясь соотношением сторон ПП, можно определить ее размеры по ГОСТ 10312-79 (см. табл. 18). Предельные отклонения на сопрягаемые размеры контура ПП должны быть не выше 12 квалитета, а не сопрягаемые не выше 14 квалитета по ГОСТ 25347-82.
Линейные размеры ПП Таблица 18
| Ширина, мм | Длина, мм | Ширина, мм | Длина, мм | Ширина, мм | Длина, мм | Ширина, мм | Длина, мм |
2. При помощи компоновки и расчета конструкторско-технологических зон на ПП для установки ИЭТ, электрических соединителей, элементов контроля, крепления и фиксации.
Определение толщины ПП. ЕЕ выбирают в зависимости от конструктивных и технологических особенностей, механических нагрузок – ударов и вибраций при эксплуатации и транспортировке. Предпочтительными значениями номинальных толщин ОПП и ДПП являются 0,8; 1,0; 1,5; 2,0 мм. Также необходимо учитывать, что для качественной металлизации отверстий отношение его диаметра к толщине должно быть не менее 0,4 (так для толщины ПП 1,5 мм min Ø отверстия 0,6).
|
|
|
1.7. Расчет размеров элементов проводящего рисунка ПП Размеры проводящего рисунка определяются электрическими параметрами функционального узла, расположенного на ПП - током, напряжением, частотой, другими, а также параметрами самой ПП [12] – сопротивлением проводников, электрической прочностью, сопротивлением изоляции, допустимой токовой нагрузкой, электрической емкостью, помехозащищенностью.
В частности, от ширины проводников и расстояния между ними зависит погонная емкость, возникающая между параллельными проводниками и вызывающая паразитные связи.
От ширины проводников (сечения) зависят нагрузочная способность по току и сопротивление проводников.
От расстояния между проводниками зависит электрическая прочность изоляции.
От соотношения ширины проводников и толщины ПП зависят емкость, волновое сопротивление, а также эффективная диэлектрическая проницаемость материала основания ПП.
Расчетные соотношения, приведенные ниже и, конструктивно-технологические ограничения проектирования отражены в программных средствах САПР (P-CAD). Проектирование посадочных мест осуществляется средствами программы Pattern Editor, хотя для несложных элементов эту работу можно выполнить в программе P-CAD РСВ. Здесь задаются различные параметры компонента необходимые для проектирования.
Отверстия печатных плат. Диаметр монтажных отверстий – d, определяется из следующего соотношения:
, (1)
где dэ - максимальный диаметр вывода ИЭТ, устанавливаемого на ПП (для прямоугольного вывода диагональ его сечения); r- разность между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода радиоэлемента (r = 0,1…0,4 мм при ручной и 0,4…0,5 мм при автоматической установке ИЭТ); d н.о. - нижнее придельное отклонение номинального значения диаметра отверстия. Предельные отклонения диаметра монтажных отверстий при автоматической установке ИЭТ назначают не ниже 8…9 квалитета независимо от класса точности ПП. Расчетное значение d необходимо округлить в сторону увеличения до десятых долей миллиметра и свести к предпочтительному ряду: 0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5 мм.
|
|
|
Минимальный диаметр металлизированного монтажного отверстия:
d0 ≥ γ Hпл ,где γ - отношение диаметра отверстия к толщине платы (см. табл.); Hпл - толщина печатной платы.
Расстояние от края ПП до элементов печатного рисунка Q1 - не менее толщины ПП; расстояние Q2 от края паза, выреза, неметаллизованного отверстия определяется по формуле:
(2)
Здесь q – допустимая ширина скола, ореола (допустимый брак), а k – наименьшее расстояние до него (обычно q=0,35…1 мм, k=0,1…0,3 мм); Тd, TD, tв.о. – позиционные допуски и отклонения, определяемые по [ 13].
Рис.16.
Наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника ( t), мм, в зависимости от класса точности:
, (3)
где tmin D - min допустимая ширина печатного проводника, рассчитываемая исходя из сопротивления и токовой нагрузки; Dtн.о - нижнее предельное отклонение ширины печатного проводника (табл.16).
Значение допустимой токовой нагрузки в зависимости от допустимого превышения температуры проводника относительно температуры окружающей среды выбирают:
для медной фольги – (100…250) 106 А/м2 (100…250 А/мм2);
для гальванической меди – (60…100) 106 А/м2 (60…100 А/мм2).
Минимально допустимую ширину проводника по постоянному току для цепей питания и заземления с учетом допустимой токовой нагрузки определяют по формуле:
(4)
Где Imax – максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках;
jдоп – допустимая плотность тока; h – толщина печатного проводника.
Если проводник состоит из нескольких слоев меди и дополнительного покрытия, то с учетом допустимого падения напряжения:
(5)
где hi, ρi – толщина и удельное сопротивление i – го слоя проводника, k – число слоев, l – максимально допустимая длина проводника.
Наименьший номинальный диаметр контактной площадки D(мм) под выбранное отверстие; минимальный диаметр контактных площадок определяют из условия сохранения целостности контактной площадки (без разрывности) при сверлении плат. Учитывают явления подтравливания и разращивания проводящего слоя, погрешности расположения отверстий и контактных площадок.
|
|
|
(6)
где Ddво – верхнее предельное отклонение диаметра отверстия; в - гарантийный поясок; Dtво (но) – верхний (нижний) предел отклонения Æ контактной площадки; Ddтр = 0,03 мм (подтравливание диэлектрика, учитывается только для МПП); для ДПП = 0. Рассчитанное значение диаметра D следует округлять до десятых долей мм в большую сторону.
Наименьшее номинальное расстояние S между соседними элементами проводящего рисунка (проводниками, контактными площадками) устанавливают в зависимости от электрических, конструктивных, технологических требований:
, (7)
где Smin D – определяют из расчета электрической прочности изоляции; Dtво –верхнее предельное отклонение ширины проводника; Тl – позиционный допуск расположения печатных проводников, учитывается только при наличии проводников в узком месте. Расстояние между печатными элементами зависит от заданного сопротивления изоляции при рабочем напряжении или требований ТУ на печатные платы. Фактическое расстояние между элементами на плате зависит от шага элемента, их максимальных размеров и точности расположения.
Рис. 17.
Наименьшее номинальное значение S рекомендуется устанавливать в зависимости от класса точности по табл. 16.
Наименьшее номинальное расстояние (Lном) мм, для прокладки n-го числа печатных проводников между центрами двух отверстий с контактными площадками диаметрами D1 и D2 определяют по формуле:
, (8)
где D01 и D02 – диаметры зон вокруг отверстий, свободных от печатных проводников.
Диаметры зон рассчитывают по формуле:
(9)
Здесь переменные как в (2).
Пример. Рассчитаем диаметр монтажного отверстия под вывод конденсатора К50-35-100В-2,2мкФ: диаметр вывода dв = 0,6 мм; r = 0,2; нижнее предельное отклонение номинального диаметра отверстия для третьего класса точности |Ddно| = 0,1 мм. Диаметр монтажного отверстия составит:
dо = 0,6 + 0,2 + 0,1 = 0,9 мм
Расчет величины контактной площадки.
Наименьшее номинальное значение диаметра контактной площадки рассчитывается по формуле (6) где dо – диаметр монтажного отверстия;
|
|
|
Ddво – верхнее предельное отклонение диаметра отверстия (для отверстий dо < 1 мм, Ddво = 0; dо > 1 мм, Ddво = 0,05); bmin – расстояние от края отверстия до края контактной площадки (для третьего класса точности bmin = 0,1); Td – позиционный допуск расположения оси отверстия (для третьего класса точности Td = 0,08); TD – позиционный допуск центра контактной площадки (для плат третьего класса TD = 0,15 мм, если плата до 180 мм и TD = 0,2 мм, если плата от 180 до 360 мм); Dtво – верхнее предельное отклонение диаметра контактной площадки (Dtво = 0,05); Dtно – нижнее предельное отклонение диаметра контактной площадки (Dtно = 0,05).
Результаты расчета минимальных диаметров контактных площадок представлены в таблице 19.
Таблица 19. – Минимальный диаметр контактных площадок.
| dо,мм | Ddво,мм | bmin | Dtво,мм | TD,мм | Td,мм | Dtно,мм | Dкп, мм |
| 0,9 | 0,1 | 0,05 | 0,15 | 0,08 | 0,05 | 1,2 | |
| 1.1 | 0,05 | 0,1 | 0,05 | 0,15 | 0,08 | 0,05 | 1,6 |
| 1,3 | 0,05 | 0,1 | 0,05 | 0,15 | 0,08 | 0,05 | 1,8 |
Наименьшее номинальное расстояние для размещения двух контактных площадок номинального диаметра в узком месте в зависимости от размеров и классов точности ПП выбирают по табл. 3.24 [12].
Проведя расчет элементов проводящего рисунка и разместив их с учетом обеспечения электрических параметров ФУ, окончательно выбирают метод и ТП изготовления ПП.
Поверочные расчеты ПП
После размещения компонентов и трассировки соединений ПП выполняют поверочные расчеты, чтобы выявить недостатки и внести коррективы до изготовления фотошаблонов и ПП.
1. Анализ электромагнитной совместимости.
2. Расчет вибропрочности и ударопрочности.
3. Тепловой анализ ПП.
4. Расчет надежности.
|
|
|
