3.7.Разработка конструкции печатной платы
При разработке конструкции печатной платы необходимо решить следующие задачи:
конструктивную – выбор формы и габаритов платы, элементов крепления платы, способа электрического соединения платы с внешними устройствами, способа крепления дискретных элементов;
компоновочную – размещение дискретных элементов на плате, трассировку печатных проводников и числа слоев;
схемотехническую – расчет параметров линий связи, паразитных связей и наводок, переходных сопротивлений, размещение экранов;
теплотехническую – расчет температурных режимов элементов и проводников, расчет теплоотводов;
технологическую – выбор метода изготовления, защитных покрытий и т.д.
Наиболее часто печатные платы изготавливают из фольгированного диэлектрика - листового стеклотекстолита или гетинакса, на одну или обе поверхности которого наклеена медная фольга. В процессе обработки на пластине фольгированного диэлектрика создают монтажные, крепежные отверстия и проводящий рисунок (на одной или обеих сторонах). Для монтажа интегральных микросхем средней и высокой степени интеграции применяют многослойные печатные платы.
При конструировании следует придерживаться следующих рекомендаций и правил [6, 7].
Размеры печатной платы следует выбирать таким образом, чтобы устройство, собранное на плате, было функционально законченным и имело минимальное число внешних связей, при этом руководствуются ГОСТ 28601.1-90, ГОСТ 28601.2-90, ГОСТ 28603.1-90. Максимальный размер стороны платы не должен превышать 500 мм. При больших размерах платы следует предусматривать средства повышения ее жесткости. Линейные размеры печатной платы рекомендуется делать кратными 2,5 (при длине до 100 мм), 5,0 (при длине до 350 мм), 10,0 (при длине более 350 мм).
Толщина печатной платы должна соответствовать одному из чисел ряда: 0,8; 1,0; 1,5; 2,0.
Отверстия на печатной плате размещают в местах пересечения линий координатной сетки, шаг которой в соответствии с ГОСТ 10317-79 равен 2,5 и 1,25 мм. При размещении элементов, шаг выводов которых не соответствует шагу координатной сетки, необходимо совместить с координатной сеткой хотя бы один вывод. Диаметры в миллиметрах монтажных отверстий выбирают из ряда: 0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5. Каждое монтажное и переходное отверстие должно быть охвачено контактной площадкой. Зазор между кромкой печатной платы и контактной площадкой должен быть не меньше толщины платы.
Р
азмещение
элементов и трассировку проводников
следует производить таким образом,
чтобы суммарная длина проводников была
минимальной. Число пересечений
проводников также надо делать минимальным.
Для односторонней печатной платы
пересечения нежелательны, так как
требуют установки перемычек. Размещаемые
рядом элементы должны обладать тепловой
и электромагнитной совместимостью.
Тепловыделяющие элементы надо по
возможности рассредоточить. Все навесные
элементы рекомендуется располагать на
одной стороне.
Следует избегать близкого расположения проводников и элементов входных и выходных цепей. В случае невозможности разнесения их необходимо разделять экранами.
Цепи “земля”, по которым текут суммарные токи, следует выполнять максимально возможной ширины. Предпочтителен вариант прокладки для каждой цепи своего земляного провода.
При ширине проводников, большей 5 мм, рекомендуется предусматривать перфорацию во избежание вспучивания фольги из-за газовыделения при пайке. Перфорацию делают овальной с расположением большой оси вдоль направления электрического тока в целях снижения сопротивления проводника.
Размеры отверстий под выводы навесных элементов выбирают так, чтобы при металлизации его диаметр был на 0,14-0,5 мм больше диаметра вывода. Для каждого вывода элемента должно быть предусмотрено отдельное отверстие. Не допускается установки в одно монтажное отверстие двух выводов или проводников.
Расстояния между краями соседних элементов платы, полученных механической обработкой (отверстия, пазы, вырезы и т.д.), должны быть не менее толщины платы, а расстояния от края платы − не менее 0,5 мм.
Расстояния между проводниками, минимально допустимый зазор, зависят от величины действующего напряжения [6]. Минимальный изоляционный зазор между проводниками при напряжении до 50 В должен быть не менее 0,4 мм. Выбор ширины проводников производится в соответствии с проникающим током, исходя из необходимой плотности тока в печатных проводниках до 50 А/мм2, но не менее 0,5 мм, в узких местах – не менее 0,3 мм. Следует избегать острых углов и перегибов проводников, так как это ведет к концентрации напряжений и отслаиванию проводников при пайке.
С целью повышения надежности и обеспечения стабильной работы цифровых устройств в условиях воздействия агрессивной внешней среды могут быть применены следующие меры. Подбирают материалы, устойчивые к воздействию предполагаемых внешних факторов, наносят защитные покрытия (лаки, эмали, грунт) либо герметизируют отдельные элементы, узлы или все устройство. Наиболее надежным средством является герметизация с помощью электроизоляционных материалов (посредством пропитки, заливки, обволакивания или опрессовки) и непроницаемых для газов оболочек.