4.8. Проектирование проводников цепей питания

При необходимости электрическое сопротивление проводников с покрытием R определяют, по формуле.

где r— удельное электрическое сопротивление; h—тол­щина проводника с покрытием; k — количество участков печатного проводника на его расчетной длине, имеющих различную ширину; l _i — длина i-го участка печатного проводника шириной t _i ; t _i — ширина печатного проводника на i-м участке.

При определении сопротивления проводников, имеющих дополнительное покрытие толщиной менее 12 мкм с отно­сительно высоким удельным сoпротивлением (например, ни­кель, олово, палладий), как правило, рассчитывают только сопротивление медного слоя, а сопротивление покрытий не принимают во внимание. При толщине дополнительного покрытия более 12 мкм сопротивление проводника определяют как сумму сопротивлений отдельных слоев. Сопротивление медного проводника с дополни­тельным медным покры­тием рассчитывают ис­ходя из их суммарной толщины. Удель

ное электрическое сопротив­ление наиболее часто применяемых металлов приведено в табл. 4.13.

Таблица 4.13

Металл	Удельное электрическое сопротивление, 10-8 Ом.м	Металл	Удельное электрическое сопротивление, 10-8 Ом.м
Медная фольга Гальваническая медь Химическая медь Золото	1,72 1,90 2,80 2,22	Палладий Никель Cеребро	10,8 7,8 1,59

Для печатных плат, критичных к рассеиваемой мощности с их поверхности, и проводников, допускающих прохожде­ние тока большой плотности, нагрузочную способность по току следует выбирать с использованием графика, пред­ставленного на рис. 4.5, где Snp, - сечение проводника. На графике дана нагрузочная способность по току одиноч­ных проводников постоянной ширины, расположенных на расстоянии, большем, чем.ширина проводников, при норми­ровании их перегрева до различных температур в условиях естественной конвекции.

Допустимую токовую нагрузку на элементы проводя­щего рисунка следует выбирать из условий допустимого превышения температуры проводника над температурой ок­ружающей среды. Например, для медного проводника тол­щиной h = 35 мкм., шириной t = 1 мм при нагреве на 20 С нaгрузочная способность по току примерно I = 3А (см. рис. 4.5).

Допустимую токовую нагрузку следует уменьшить на 15 % для проводников, расположенных на расстоянии, равном или меньшем их ширины, и выполненных полуадди­тивным или аддитивным методом.

Рис. 4.5. Номограмма для расчета печатных проводников

Проведенный расчет дает оценку (снизу) ширины проводников печатного рисунка в основном с уче­том технологических возможностей конкретного производ­ства, конструирования.

Далее необходимо проверить пара­метры проводников исходя из условий протекания по ним тока. Выполняются, расчеты по постоянному и переменному току.

Расчет по постоянному току практически выполняется для цепей питания и “земли”. Необходимо оценить наи­более важные электрические свойства печатных плат по постоянному току: нагрузочную способность проводников по току, сопротивление изоляции и диэлектрическую проч­ность основания платы.

Для электронных логических схем допустимое падение напряжения в цепях питания и “земли” не должно превы­шать 1—2 % от номинального значения подводимого напряжения Е_k, поэтому требуемое сечение печатного про­водника шины питания и “земли” вычисляется по формуле

,

где S _n.3 = h _ф t — сечение печатного проводника шины “зем­ли”.

Пример 3.2. Рассчитаем проводники питания и “земли” печат­ной платы на которой устанавливаются 100 микросхем в 10 верти­кальных и 10 горизонтальных рядах. Шаг установки корпусов в го­ризонтальном ряду составляет 10 мм, в вертикальном — 20 мм, мощ­ность, потребляемая каждой микросхемой, 100 мВт, напряжение источника питания 5 В, толщина катаной фольги 35 мкм.

В общем случае схема разводки цепей питания и “зем­ли” показана на рис. 4.6.

Количество контактов n_к разъемного соединителя кос­венного сочленения, осуществляющего подвод напряжения питания и “земли”, определяется по формуле

(4.10)

где d_э — диаметр вывода элемента, мм; h_ф — толщина фоль­ги, мм; S_п.з —-сечение печатного проводника шины пита­ния и “земли”.

Для соединителей прямого сочленения количество кон­тактов

(4.11)

где S_к.п — площадь контактирования контактной пары соединителя.

Требования к электрическим параметрам печатных плат и ГПК необходимо выполнять по ГOCT 23751—79.

Плотность электрического тока в печатном проводнике не должна превышать 20^.10⁶ А/м² для ОПП, ДПП и наруж­ных слоев МПП, 1,5^.10⁶ А/м² — для внутренних слоев МПП. Допустимое рабочее напряжение между элементами проводящего рисунка, расположенными в соседних слоях печатной платы, следует выбирать по табл. 4.14 независимо от наличия защиты электроизоляционным лаком.

Рис. 4.6. Схема разводки цепей питания и “земли”

Таблица 4.14.

Рабочее напряжение, В

Расстояние между элементами проводяще­го рисунка печатной	Гетинакс фольгированный (ГФ)	Стеклотекстолнт фольгированный
платы, мм		(СФ).
0,10<X<0,20	-	25
0,20<X<0,30	-	50
0,30 <X< 0,40	75	100
0,40 <X< 0.50 -	150	200
0,50 <X< 0.75	250	350
0,75 <X< 1,50	350	500
1,50<X<2,5	500	850

Напря­жение пробоя лакированных плат определяется электриче­ской прочностью лакового покрытия.

Проверочные расчеты по постоянному току и оценка электрических параметров печатных плат могут привести к изменению рисунка и ширины печатного проводника. Поэтому при ограниченном числе слоев печатной платы трассировку сигнальных цепей рекомендуется выполнять в последнюю очередь. В соответствии с рекомендациями трассировку цепей питания и “земли” целесообразно про­водить в отдельных слоях. Это, конечно, увеличивает слойность печатной платы, но повышает помехозащищенность и электрическую прочность плат.

Для сигнальных цепей расчет по постоянному току не нужен. Минимальная ширина проводника будет диктовать­ся технологическими возможностями производства (ОСТ 4.010.019 -81, ГОСТ 23751 -79).

Расчет по переменному току выполняется для сигналь­ных цепей.