10.2 Визначення діаметрів отворів, площі контактних площадок, товщини і ширини друкованих провідників.

Процес конструювання друкованої плати в загальному випадку передбачає виконання ряду взаємозв'язаних операцій: вибір типорозміру плати, способу її кріплення, кількість шарів, розробка друкованого монтажу.

При розміщенні ЕРЕ виходять частіше всього із критерію двох мінімумів і мінімуму довжини зв'язків. Перша умова означає мінімум перехідних отворів, що забезпечує технологічність по мінімальному числу шарів; друга умова означає мінімум зв'язків між сусідніми елементами. Можливе також застосування і інших критеріїв: мінімуму числа з'єднань, довжина яких більша заданої; максимум числа схем простої конфігурації; мінімуму сумарної зваженої довжини з'єднань.

Розміщення ЕРЕ на платі регламентується умовно координатною сіткою із взаємно перпендикулярних систем паралельних ліній, розташованих на однаковій відстані одна від одної.

Центри монтажних отворів контактних площадок під виводи навісних ЕРЕ розташовані у вузлах координатної сітки. Якщо крок розташування виводів багатовиводного елемента не співпадає з кроком координатної сітки, то у вузлах розміщується по крайній мірі один з отворів, який вважається за основний, а решта розташовується у відповідності з конструкцією елементу (по можливості на лініях координатної сітки).

Навісні елементи мають виводи прямокутного або круглого перерізу. Діаметр отвору під вивід вибирають із умови отримання зазору між виводом і стінкою отвору з урахуванням, якщо треба, подальшої металізації отвору, який би забезпечував капілярні проникнення припою в процесі пайки.

Діаметр монтажного отвору d₀ вибирають із таких умов: якщо діаметр виводу ( , то якщо , то . Номенклатурний отвір на кресленні показують умовним знаком, що визначає його діаметр.

Згідно ГОСТ 10317-79 [10] номінальний діаметр монтажного отвору з урахуванням його металізації для виводів діаметром

• 0,4÷0,6 мм становить 0,8+0,1 мм,

• 0,6÷0,8 мм становить 1,0+0,1 мм.,

• 0,8÷1,3 мм становить 1,5 мм,

• 1,3÷1,7 мм становить 2 мм,

• 1,7÷2,2 мм становить 2,5 мм.

Діаметр металізованого отвору залежить і від товщини плати. Це пов'язано з тим, що при гальванічному осадженні металу на стінках отвору малого діаметру зробленого в товстій платі, товщина шару металу вийде нерівномірною і при великому відношенні товщини плати до діаметра отвору деякі місця можуть залишитись непокритими. Діаметр металізованого отвору повинен складати не менше половини товщини плати, отже повинна виконуватись наступна умова:

, (10.2)

де h – товщина плати;

– найменшого із металізованих отворів.

З цього співвідношення можна вибрати товщину плати і для нашого випадку, вона складає 1,5 мм при діаметрі найменшого отвору 0,8 мм.

Щоб забезпечити надійне з'єднання металізованого отвору з друкованим провідником, навколо отвору робиться контактна площадка. Контактні площадки отворів рекомендується виготовляти у вигляді кільця. Діаметр контактної площадки вибирається з таблиці 10.1.

Таблиця 11.1. Рекомендовані діаметри контактних площадок

Діаметр отворів	0,6	0,8	1	1,3	1,5	2
Контактних площадок	1,8	2,3	2,5	2,8	3	3,5

Діаметр перехідних отворів залежить від товщини плати і від виду електроліту, що використовується для металізації отворів

де – товщина плати;

– залежить від складу електроліту.

Для пірофосфатного електроліту, що використовується для металізації отворів

Тому:

мм. (10.3)

Згідно ГОСТ 10317-79 [10] вибирається із ряду.

По вищевказанному ГОСТу вибирається клас густини малюнка другий. Для цього класу ширина провідників мм. Відстань між провідниками мм.

Розраховується ширина провідників шин живлення. Струм споживання складає мА. Враховуючи,що густина струму у друкованих провідників має бути не більше і вибравши переріз провідника 50 мкм, ширина провідника шини буде:

(мм) (10.4)

Де – сумарний струм, що споживається пристроєм; – товщина перерізу друкованого провідника; – густина струму.

Шини землі також вибираються в мм.

Максимальний струм, який при проходженні по доріжці викликає її перегрів на температуру 20 С становить:

І_мах=25·аb =25·2·0,05=2,5А. (10.5)

Для визначення розмірів отворів плати друкованої під виводи елементів необхідно знайти еквівалентні діаметри d_екв виводів з прямокутним перерізом

d_екв = , (10.6)

де а і b - сторони прямокутника.

Враховуючи допуски на розміри ЕРЕ, необхідність вільного проходження виводів у монтажних отворах, діаметри отворів повинні бути на 0,2..0,3 мм більшими від розрахованих. Згідно ОСТ 4.010.010-78 [11] рекомендується також обмеження номенклатури діаметрів отворів - 0,8; 1,2; 1,5 мм, що підвищує технологічність монтажних процесів. Тому обмежимося двоома розмірами - 0,8 та 1,2 мм.

Таблиця 10.2 Розрахункова таблиця установчих площ під РЕА

Категорія установчих площ		Елементи та їх тип		Варіант установки за ОСТ 4.010.030-81		Діаметр виводу, мм		Установча площа одного елемента, мм2		Кількість, шт.		Установча площа однотипних елементів, мм2
		Резистори R1,R2,R8,R16, R17, R18 ,R19		Іа				5.12		7		69.72
	Резистор R3			Іа				4.5				4 4.5
		Резистори: R4,R5,R6,R7,R10,R1 R12, R13		Іа				2.4		8		19.2
		Потенціометри R9,R14, R15		Іа				23		3		69
		Конденсатори: C1,С2 ,С6 ,C9,С10		ІІв				33		5		165
S		Конденсатори С7,С8		ІІв				107		2		214
		Конденсатори С3,С5		ІІв				103		2		303
		Конденсатор С4		ІІв				104		1		104
		Транзистор VT1		ІІа		\ 9		8,75		1		18,75
		Стабілітрони VD1, VD2, VD3		ІІа		0 9		20		3		360
Всього												1327
			Мікросхеми DA1,DA2		VIа			96.8	2		193.6
			Мікросхема DA3		VIа			390	1		390
Всього												583.6

Для покращення паяємості передбачається поверхню провідного рисунку, контактних площинок покрити сплавом Розе ТУ 6-09-4065-75. Матеріали плати друкованої ­ - CФ-2-35Г -1,5 ГОСТ 1016-78.

Розрахунок мінімального діаметра контактної площинки D навколо монтажного отвору проведем

о за формулою (ГОСТ 23751-86 [12]):

D = (d ₊ Δd_bb) ₊ 2b_m + Δt_bb + (δd² + δр²+ Δt²_mb )^0,5 (10.7)

де d - номінальне значення діаметрів монтажного отвору;

Δd_bb - верхнє граничне відхилення діаметру контактної площини;

d_m - гарантійний поясок на зовнішньому шарі;

Δt_bb - верхнє граничне відхилення ширини провідника;

δd- допуск на розташування отворів;

δр - допуск на розташування контактних площин;

Δt_mb- нижнє граничне відхилення ширини провідника.

Для плати друкованої 2 класу точності з покриттям:

Δd_bb = 0,10 мм; Δt_mb = 0,10 мм;

b_m= 0,20 мм; δр = 0,25 мм;

Δt_bb = 0,15 мм; δр = 0,15 мм.

Для отвору d = 0,8 мм мінімальний діаметр контактної площини D₀,₈ рівний:

D_0,8 = (0,80-0,10)+2 0,2+0,15+(0,15 ² + 0,25 ² + 0,10²) ^0,5 =

= 0,90+ 0,40+ 0,15+ (0,02+ 0,06+ 0,01) ^0,5 = 1,75 мм.

Для отвору з d = 1,2мм:

D_1,2 = (1,2+0,1)+ 2-0,2+ 0,1 + (0,15² +0,25 ² +0,10 ² ) = 2,25 мм.

Мінімальне значення номінальної ширини провідників для плати друкованої 2 класу точності і = 0,45 мм, а допуск на ширину провідників Δt з покриттям Δt = .

Вибираємо для ДП розмір згідно ГОСТ 10317-79 [10]. Основні розміри Ǿ100 [мм]. Загальна площа цієї плати Sдп = 7854 [мм²]

Правильність топології та вибору матеріалу проведемо виконанням електричних розрахунків - запасу міцності плати за напругою. Для цього визначимо мінімальну відстань S_min між двома поруч розташованими провідниками

S_min = S_k – D_{k max} = 2,5 – 2,4 = 0,1.

де S_k — крок координатної сітки;

D_{k max} - максимальний діаметр контактної площинки (для діаметра отвору 1,2 мм).

Згідно з ГОСТ 23751-75 для відстані між елементами провідного рисунка від 0,1 до 0,2 мм включно для склотекстоліту значення допустимої робочої напруги U_роб< 25В.

Не дивлячись на те, що запас міцності за напругою n_u:

n_u = U_роб/U_{роб max} = 5 раз,

де U_{роб max} - максимальне значення робочої напруги пристрою управління, рівне напрузі живлення, доцільно у вузьких місцях збільшити S_min до 0,35 мм для виключення утворення перемичок під час проведення електромонтажних робіт.

Для 2-го класу точності мінімальна площа поперечного перерізу провідного рисунку :

S = (t - Δt)*h = (0,45 - 0,1)-0,035 = 0,012 мм ²

де h - товщина фольги, яка рівна 35 мкм.