Расчёт конструктивно-технологических параметров печатной платы. Выбор и обоснование метода изготовления печатной платы.
При расчете элементов печатного монтажа следует учитывать технологические особенности производства, допуски на всевозможные отклонения значений параметров элементов печатного монтажа, установочные характеристики корпусов элементов и ИС, требования по организации связей, вытекающих из схемы функционального узла, а также перспективности выбранной технологической базы.
По конструктивному исполнению различают: односторонние (ОПП), двусторонние (ДПП), многослойные (МПП) и гибкие (ГПП) печатные платы.
В соответствии со сложностью схемы, реализуемой на ПП, а также возможностями технологического оборудования и экономическими критериями была выбрана двусторонняя печатная плата (ДПП).
Применяемые в настоящее время методы изготовления ПП можно объединить в три группы:
Химический методы предполагают получение рисунка проводников за счет удаления участков фольги с пробельных мест в основном химическим способом – травлением. Недостатком этих методов является отсутствие металлизированных отверстий. Применяются они для производства не сложных ОПП.
Аддитивный метод предусматривают нанесение рисунка проводников на диэлектрическое (нефольгированное) основание путем электрохимического осаждения меди и металлизацию отверстий в одном технологическом процессе.
Комбинированные методы получаются от сочетания химического и электрохимического методов. Для ПП берут фольгированное с двух сторон основание, рисунок проводников получают травлением фольги, а монтажные и переходные отверстия металлизируются электрохимическим методом. Комбинированные методы бывают двух видов: негативный и позитивный, которые отличаются друг от друга порядком выполнения операций. Наибольшее распространение получил комбинированный позитивный метод с применением сухих пленочных фоторезисторов.
Комбинированный позитивный метод применяют для изготовления печатных плат на фольгированном диэлектрике с последующей металлизацией отверстий. Сначала выполняются операции сверления отверстий и их металлизацию, а затем травление меди с пробельных мест.
При нанесении рисунка схемы защитным слоем покрываются пробельные места, а на оставшиеся открытыми проводники, контактные площадки и отверстия в дальнейшем осаждаются гальванически медь и защитный слой металла, предохраняющий медь от травления.
Проанализировав различные методы изготовления печатных плат, для конструируемой ПП был выбран комбинированный позитивный метод.
Группа жесткости по климатическим факторам определяется по ГОСТ 23752-79, в результате чего была выбрана 2-я группа жесткости:
Таблица 7.3.1 – Параметры 2-ой группы жесткости
Воздействующий фактор |
2-ая группа жесткости |
Температура окружающей среды, ℃ |
-40…+85 |
Относительная влажность, % |
93 |
Давление, кПа (мм. рт. ст.) |
53,6(400) |
Класс точности определяет наименьшие минимальные значения основных размеров конструктивных элементов (ширина проводника, расстояние между центрами 2-х проводников (контактных площадок), ширины гарантийного пояска металлизации контактной площадки и другие). В соответствии с ГОСТ 23751-86 был выбран 4-ый класс точности.
В качестве материала печатной платы был выбран стеклотекстолит. Стеклотекстолит представляет собой слоистый листовой материал, полученный методом горячего прессования стеклотканей, пропитанных термореактивным связующим на основе совмещенных эпоксидной и фенолформальдегидной смол с длительно допустимой рабочей температурой от -65 до +155 °С. Предназначен для работы на воздухе при напряжении свыше 1000 В. Высокая механическая прочность и электрическая стабильность позволяют проводить механическую обработку материала и использовать его для конструкционных деталей электрооборудования.
ГОСТ 10316-78 распространяется на стеклотекстолит фольгированный толщиной от 0,5 до 3 мм. Для данной ПП был выбран стеклотекстолит с толщиной материала основания 𝐻𝑀 = 2 мм, облицованный с двух сторон медной электролитической гальваностойкой фольгой толщиной 35 мкм.
Исходные данные для расчета элементов печатных плат следующие:
– шаг основной координатной сетки, устанавливаемый ГОСТ 10317– 79, равный 1,25 мм;
– допуски отклонения размеров и координат элементов печатной платы от номинальных значений, зависящие от уровня технологии, материалов и оборудования;
– установочные характеристики навесных ЭРЭ.
На
первом шаге необходимо рассчитать
максимальный диаметр просверленного
отверстия для микросхем
,
по формуле:
,
На
втором шаге рассчитывается минимальный
эффективный диаметр контактных площадок,
:
где
– расстояние от края просверленного
отверстия до края контактной площадки,
– допуск на расположение отверстий,
– допуск на расположение контактных
площадок.
=
1,66 мм.
На
третьем шаге рассчитывается минимальный
диаметр контактной площадки,
,
по формуле:
+
0,03,
где
– толщина фольги выбранного материала
в метрах.
+
0,03 = 1,69 мм.
Максимальный диаметр контактной площадки:
=
=
= 1,74 мм.
Так как расчёт диаметров отверстий и контактных площадок необходимо проводить для каждого типоразмера изделий электронной техники, то необходимо провести расчёты и для розетки.
Рассчитаем максимальный диаметр просверленного отверстия , по формуле:
,
Рассчитаем минимальный эффективный диаметр контактных площадок, :
Рассчитаем минимальный диаметр контактной площадки:
+
0,03 = 2,04 мм.
Максимальный диаметр контактной площадки:
=
Для переходного отверстия:
Рассчитаем максимальный диаметр просверленного отверстия :
Рассчитаем минимальный эффективный диаметр контактных площадок,
=
1,26 мм.
Рассчитаем минимальный диаметр контактной площадки,
+
0,03 = 1,29 мм.
Рассчитаем максимальный диаметр контактной площадки
=
На данном шаге рассчитаем ширину проводников для фотохимического метода изготовления печатной платы. Минимальная ширина проводников для двусторонней печатной платы, изготовляемой комбинированным позитивным методом, рассчитывается по формуле:
+
1.5
,
где
– минимальная эффективная ширина
проводника,
мм
для плат 3-го класса точности.
+
1,5 * 35 *
+0,03= 0,13 мм.
Максимальная ширина проводников:
мм.
Произведём расчёт минимально допустимого расстояния между элементами проводящего рисунка.
Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой рассчитывается по формуле:
,
где
– расстояние между центрами рассматриваемых
элементов
(
;
– допуск на расположение контактных
площадок;
- допуск на расположение проводников.
Рассчитаем минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой:
=
1,2 – (0,82 + 0,14) = 0,24 мм.
Рассчитаем минимальное расстояние между двумя проводниками, по формуле:
Рассчитаем минимальное расстояние между двумя контактными площадками, по формуле:
