 |
Расчет конструкции печатной платы
|
|
|
|
С целью уменьшения размеров печатного узла применим конструкцию двусторонней печатной платы с металлизацией переходных отверстий. Платы с металлизацией переходных отверстий имеют высокую трассировочную способность, обеспечивают высокую плотность монтажа элементов и хорошую механическую прочность их крепления. Они допускают монтаж элементов на поверхность и являются в настоящее время наиболее распространенными в производстве радиоэлектронных устройств.
Расчет контактных площадок
Выбор размеров отверстий связан с толщиной платы. От соотношения диаметра отверстия к толщине платы зависит качество механической сборки, которая определяет надежность ПП. Оптимальное соотношение между диаметром отверстия и толщиной платы: для гетинакса d 
0.6h, для стеклотекстолита d 
0.4h
Основные варианты конструкции отверстий ПП показаны на рис. 1.
Рис. 1
Главный параметр отверстия - его диаметр (d), который у не металлизированных отверстий совпадает с диаметром сверления (dc). Для металлизированных отверстий диметр отверстия отличается от диаметра сверления на двойную толщину металлизации, а в случае применения гальванического покрытия еще и на двойную толщину этого покрытия.
Диаметры отверстий печатных плат (гладких и металлизированных) следует выбирать из ряда по ГОСТ 10317-79, который включает диаметры от 0,4 до 3,0 мм через 0,1 мм, кроме диаметров 1,9 и 2,9 мм.
Наименьший номинальный диаметр D контактной площадки рассчитывают по формуле
D=(d+∆dв.о)+2b+∆tв.о+2∆dтр+(Td2+TD2+∆tп.о2)
где: ∆dв.о— верхнее предельное отклонение диаметра отверстия;
∆tв.о — верхнее предельное отклонение диаметра контактной площадки;
|
|
|
∆dтр — значение подтравливания диэлектрика в отверстии равно нулю (для ОПП, ДПП).
∆tп.о— нижнее предельное отклонение диаметра контактной площадки;
Td — Значение позиционного допуска расположения осей отверстий;
TD — Значение позиционного допуска расположения центров контактных площадок;
1) Микросхемы К561ЛЕ5 и К561ЛП2.
Данная микросхема имеет выводы шириной 0,5 мм с шагом 2,5 мм.
D=(0,5+0,1)+0,1+0,05+0+(0,01+0,04+0,0025)=0,9 (мм2)
dC=0,6 (мм2)
2) Транзисторы КТ315В.
D=(0,8+0,1)+0,1+0,05+0+(0,01+0,04+0,0025)=1,2 (мм2)
dC=0,9 (мм2)
4) Диоды КД522Б.
D=(0,55+0,1)+0,1+0,05+0+(0,01+0,04+0,0025)=1,0 (мм2)
dC=0,7 (мм2)
8) Конденсаторы К73-11.
D=(0,6+0,1)+0,1+0,05+0+(0,01+0,04+0,0025)=1,0 (мм2)
dC=0,7 (мм2)
9) Резисторы С2-33Н мощностью 0,125 Вт.
D=(0,6+0,1)+0,1+0,05+0+(0,01+0,04+0,0025)=1,0 (мм2)
dC=0,7 (мм2)
10) Светодиод АЛС331А.
D=(0,5+0,1)+0,1+0,05+0+(0,01+0,04+0,0025)=0,9 (мм2)
dC=0,6 (мм2)
Расчет переходных отверстий
Выберем в качестве материала печатной платы фольгированный стеклотекстолит СФ-2-35Г со следующими характеристиками:
-толщина материала 1мм;
-толщина фольги 35мкм.
По ГОСТ 10317-79 минимальный допустимый диаметр переходного отверстия равен 0,4мм. При этом снабдим каждое переходное отверстие контактной площадкой. Рассчитаем диаметр контактной площадки по формуле
D = d + ∆d + 2b + 2Tr + ∆sk, где
D - минимальный размер контактной площадки;
d - номинальное значение диаметра металлизированного отверстия;
∆d - верхнее предельное отклонение диаметра отверстия;
b-размер гарантированного пояска вокруг металлизированного отверстия;
Tr - глубина подтравливания диэлектрика;
∆sk - среднеквадратичный допуск на положение оси отверстия, центра контактной площадки и нижнего предельного отклонения диаметра контактной площадки.
Для двусторонней печатной платы класса точности 4, имеющей переходные отверстия диаметром не более 1мм в ГОСТ 23751-86 указаны следующие значения этих величин:
∆d=0;
b=0,1мм;
Tr=0;
∆sk=-0,1
D=0,4 + 0 + 2 ·0,1 - 0,1 = 0,5 (мм)
Сделаем небольшой запас и примем D = 0,6 мм.
|
|
|
Расчет ширины проводников и зазоров
Электрическая цепь имеет входное напряжение батареи 5,2 В. В связи с этим выполним печатные проводники, соответствующие входным цепям, несколько шире, чем остальные. Примем ширину проводников входной цепи равной 1 мм. Остальные печатные проводники и зазоры печатного рисунка платы выберем по минимуму для данного класса точности, то есть 0,25мм.
Расчет площади платы
Рассчитаем площади, занимаемые элементами печатного узла:
SС2-33Н=6,0*2,2=13,2 (мм2)
SК73-11=15,0*14,0=210 (мм2)
SК561ЛЕ5= SК561ЛП2=19,5*7,5=146 (мм2)
SАЛС331А=1,1*1,2+π*5,82=107 (мм2)
SКТ315В=7,2*3,0=21,6 (мм2)
SКД522Б=3,8*1,9=7,22 (мм2)
SСП3-4вМ=20*11,5+2,5*8+9*2,2=448 (мм2)
Суммарная площадь, занимаемая элементами печатного узла:
SЭЛЕМЕНТОВ=8*13,2+3*210+2*146+107+2*21,6+9*7,22+5*448=105,6+630+292+107+43,2+64,98+2240=3483 (мм2)
Рассчитаем площадь платы, зная коэффициент ее использования:
SПП= SЭЛЕМЕНТОВ/1,5=2325 (мм2)
Согласно действующему ГОСТ 10317-79 при длине стороны печатной платы до 100мм размеры каждой стороны должны быть кратны 2,5мм. В целях наиболее рационального использования площади платы выполним её в виде прямоугольника. Рассчитанное значение площади удовлетворяет требованиям стандарта. Оптимальный размер платы такой площади равен
50 х 46,5 мм2.
Однако на печатном узле такого размера невозможно разместить все элементы вместе с переходными отверстиями и печатными проводниками, что наглядно проиллюстрировано на рис. 2.
Рис. 2.
Таким образом, мы вынуждены увеличить размеры печатной платы. При этом коэффициент использования будет меньше требуемого в задании.
Опытным путем (методом подбора) было установлено, что оптимальный размер платы, при котором возможно создать данный печатный узел, равен 50*35 мм2. Коэффициент использования при этом равен:
K= SЭЛЕМЕНТОВ/ SПП = 3483/ 5600 =0,62
|
|
|
