Расчет электрических параметров печатной платы

КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ

Выбор и описание конструкции устройства

При выборе материала следует учитывать метод получения печатных проводников, надежность контактных соединений печатных проводников с элементами, прочность сцепления печатных проводников с основанием, толщину печатных проводников, требования к теплостойкости, химической стойкости, к влагопоглощению, диэлектрической проницаемости, к тангенсу угла диэлектрических потерь, тип основания, допустимое количество перепаек, стоимость материалов и др.

Материал для печатной платы – стеклотекстолит фольгированный

Марка – СФ-1-35

 

2.2 Расчет конструктивно – технологических параметров ПП

2.2.1Расчет диаметра контактных площадок

 

Минимальный диаметр контактной площадки определяют из условия сохранения целостности контактной площадки (отсутствие разрыва) при сверлении плат. При этом учитывают явления подтравливания проводящего слоя, погрешности относительного расположения отверстия и контактной площадки.

Толщина фольги, мкм – 35

Толщина материала с фольгой – 1,0 мм

Диаметр монтажных отверстий – 0,8 мм

Шаг сетки –2,54 мм

Ширина проводника – 0,800мм

Расстояние между проводниками, контактными площадками, проводником и контактной площадкой – 0,500 мм

Расстояние от края отверстия до края контактной площадки – 0.050 мм

Максимальное отклонение расстояний между центрами монтажних отверстий, не более - ±0,200

Минимальный диаметр контактных площадок:

D_min=D₁ min +1,5h_ф, (2.1)
где D_min - минимальный эффективный диаметр контактной площадки, мм;

h_ф -толщина фольги, мм.

D_min=1,69+1,5х0,035=1,7425 (мм)

Минимальный эффективный диаметр контактной площадки:
D₁ min= 2(b_м+ dmax/2 + δ_отв+δ_кп(2.2)

где dmax - максимальный диаметр просверленного отверстия, мм;

δ_отв=0,06 ÷ 0,08 мм - погрешность расположения отверстия, мм;

δ_кп=0,085÷ 0,3 мм - погрешность расположения контактной площадки, мм.

b_м- расстояние от края отверстия до края контактной площадки, мм.

D₁ min= 2(0,05+0,83/2+0,08+0,3) = 1,69 (мм)

Максимальный диаметр просверленного отверстия:

dmax =d_св+Δd,(2.3)

где d_св- диаметр сверла, мм;

Δd=0,01 ÷ 0,03 мм - погрешность диаметра отверстия, обусловленная биением сверла и точностью его заточки, мм.

dmax = 0,8+0,03=0,83 (мм)

Максимальный диаметр контактной площадки:

D_max =D_{ш max}+ h_ф +ΔП(2.4)

где D_{ш max} - максимальный диаметр контактной площадки шаблона;

h_ф -толщина фольги, мм

ΔП =0,1÷0,5 мм -погрешность диаметра контактной площадки при формировании рисунка печатной платы;

D_max= 1,8075+0,035+0,5 = 2,3425 (мм)

Максимальный диаметр контактной площадки шаблона:

D_{ш max} =D_{ш min}+ ΔD_ш (2.5)

где D_{ш min}- минимальный диаметр контактной площадки шаблона, мм;

ΔD_ш=0,05- 0,1 мм - погрешность изготовления окна шаблона;

D_{ш max} = 1,7075+0,1 = 1,8075 (мм)

Минимальный диаметр контактной площадки шаблона:

D_{ш min}= D_min-h_ф, мм (2.6)

где D_{ш min}- минимальный диаметр контактной площадки шаблона, мм;

h_ф -толщина фольги, мм

D_{ш min}= 1,7425– 0,035 = 1,7075 (мм)

Расчет ширины проводников

Минимальная ширина проводника:

tпmin =tпlmin+1,5h_ф,мм (2.7)

где tnlmin - минимальная эффективная ширина проводника (для плат 1-го и 2-го классов) tnlmin =0,18мм.

h_ф -толщина фольги, мм

tпmin=0,18+1,5*0,035=0,233(мм)

Максимальная ширина проводника:

tпmax= t ш max+Δ П, (2.8)

где t ш шах - максимальная ширина проводника шаблона, мм.

ΔП =0,1÷ 0,5 мм -погрешность диаметра контактной площадки при формировании рисунка печатной платы;

tпmax=0,35+0,5=0,85(мм)

Максимальная ширина проводника шаблона:

t ш max= t ш min +Δ tш, (2.9)

где t ш min — минимальная ширина проводника шаблона, мм;

Δ tш=0,06 ÷ 0,15 мм - погрешность изготовления линий шаблона.

t ш max=0,2+0,15=0,35(мм)

Минимальная ширина проводника шаблона:

t ш min=tпmin -h_ф, мм. (2.10)

гдеt ш min — минимальная ширина проводника шаблона, мм;

h_ф -толщина фольги, мм

t ш min=0,233-0,035=0,2(мм)

Расчет минимальных расстояний между элементами проводящего

Рисунка

Минимальный зазор между элементами определяется заданным уровнем сопротивления изоляции при рабочем напряжении схемы или техническими требованиями на печатные платы.

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой:

S_{1 min}=L₀ - [(D_max /2 +δ_кп) + (tпmax /2 +δ_шт)], мм (2.11)

гдеL₀ - расстояние между центрами проводника и контактной площадки, мм;

D_max - максимальный диаметр контактной площадки шаблона;

δ_шт=0,06÷0,15 мм - погрешность расположения относительно координатной сетки на шаблоне проводника.

L₀=Змм;

tпmax - Максимальная ширина проводника.

δ_кп=0,085÷ 0,3 мм - погрешность расположения контактной площадки, мм.

S_{1 min}=3-[(2,3425/2+0.3)+(0,8475/2+0,15)]= 0,955 (мм)

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками:

S_2min= L₀-(D_max +2δ_кп), мм. (2.12)

ГдеL₀ - расстояние между центрами проводника и контактной площадки, мм;

D_max - максимальный диаметр контактной площадки шаблона;

δ_кп=0,085÷ 0,3 мм - погрешность расположения контактной площадки, мм.

S_2min=3-(2,3425+2*0,3)= 0,0575 (мм)

Минимальное расстояние между двумя проводниками:

S_3min = L₀-(tпmax+2δ_шт), мм. (2.13)

ГдеL₀ - расстояние между центрами проводника и контактной площадки, мм;

tпmax - Максимальная ширина проводника;

δ_шт=0,06÷ 0,15 мм - погрешность расположения относительно координатной сетки на шаблоне проводника.

S_3min =3-(0,8475+2*0,15)= 1,8525 (мм)

Минимальное расстояние для прокладки проводников между двумя контактными площадками отверстий определяется по формуле:

l_min= (D_max +2δ_кп) + (tп мах +2δ_шт) nп +S_min (nп + 1) мм, (2.14)

где nп - количество проводников, которые можно разместить между двумя контактными площадками одинаковых отверстий.

D_max - максимальный диаметр контактной площадки шаблона;

tпmax - Максимальная ширина проводника;

δ_шт=0,06÷ 0,15 мм - погрешность расположения относительно координатной сетки на шаблоне проводника.

δ_кп=0,085÷ 0,3 мм - погрешность расположения контактной площадки, мм.

S_{min =} 0,250 мм

l_min= (2,3425+2*0,3)+(0,8475+2*0,15)*1+0,5(1+1)= 5,09 (мм)

Расчет печатной платы

Исходные данные для расчета печатной платы:

1. Площадь, занимаемая на печатной плате резисторами:

S_Р= 1 • d• n (2.15)

где 1- длина резистора,

d – диаметр резистора,

n – количество резисторов.

S_Р=10*4*13 =520 мм²

Исходные данные для расчета печатной платы:

2. Площадь, занимаемая на печатной плате конденсаторами:

S_К= а • b • n,

где а, b – стороны конденсатора

n – количество

S_К=10*10*5=500 мм²

3. Площадь, занимаемая на печатной плате транзисторами:

S_т = а • b • n

Где а, b – стороны транзистора

n – количество

S_т =7*2*2=28мм²

4. Площадь, занимаемая на печатной плате биполярными транзисторами:

S_БТ = а • b • n

Где а, b – стороны биполярного транзистора

n – количество

S_БТ =10*15*1=150мм²

5. Площадь, занимаемая на печатной плате диодами:

S_д= а • b • n;

Где а, b – стороны диода

6. Площадь, занимаемая на печатной плате стабилитронов:

S_с= а • b • n;

Где а, b – стороны стабилитрона

n – количество

S_с=5*8*1=40мм²

7. Площадь, занимаемая на печатной плате тринисторами:

S_дт = а • b • n;

Где а, b – стороны тринистора

n – количество

S_дт=5*8*1=40мм²

8. Площадь, занимаемая на печатной плате светодиодами:

S_сд= а • b • n;

Где а, b – стороны светодиода

n – количество

S_сд=5*5*1=25мм²

9. Площадь, занимаемая на печатной плате диодными мостами:

S_дм = а • b • n;

Где а, b – стороны диодного моста

n – количество

S_дм=7,5*6*1=45 мм²

10. 8.Определяем общую площадь, занимаемую радиоэлементами:

S_0бщ= S_Р + S_К + S_Т + S_БТ + S_Д + S_дт + S_с + S_сд+ S_дм, мм² (2.17)

S_0бщ=520+500+28+150+80+40+40+25+45=1428 мм²

11. Определяем площадь печатной платы:

S_пп= S_общ /0,4, мм² (2.18)

S_пп=1428 /0,4=3570 мм²

Где,S_общ-общую площадь, занимаемую радиоэлементами

12. Определяем рабочую площадь печатной платы:

S_р= S_общ * К (2.19)

S_р=1428*1,5=2142 мм²

Где К – коэффициент дезинтеграции;

S_общ- общую площадь, занимаемую радиоэлементами

Выбираем коэффициент дезинтеграции (К=1,5-3)

 

9. Выбираем ширину рабочей зоны в, тогда длина рабочей зоны равна:

а =S_р/в, мм (2.20)

а= 2142/40 =53,55 мм

Где,S_р - рабочая площадь печатной платы

10. Выбираем размеры печатной платы

а=а’+2m;(2.21)

b = b’ + 2m

а = 53,55 +5=58,55 мм

Принимаем m за 2,5мм,тогда 2m = 5мм

в = 40+5=45 мм

Расчет электрических параметров печатной платы

1. Определить емкость печатной платы:

(2.22)

где: ε = 6,0 – диэлектрическая проницаемость стеклотекстолита;

F – суммарная площадь печатных проводников, мм²;(172,9) мм²

h- толщина платы, мм

с = 9*10^-9*6,0*172,9/1=3,2(мкФ)

2. Рассчитать величину паразитной емкости между двумя проводникамиС_пар, nФ

, (2.23)

Спар= 0,12*6,0*1,7/lg(2*0,250/(0,035+0,250))=5,01(пФ)

Где s –расстояние между двумя параллельными проводниками, мм

l_n – длина взаимного перекрытия двух параллельных проводников,мм

h_n – толщина проводника, мм

t_n – ширина проводника, мм

ε = 6,0 – диэлектрическая проницаемость стеклотекстолита;

3. Рассчитать индуктивность печатных проводников L (мкГн) толщиной h_n и шириной t_n

, мкГн (2.24)

l_n – длина взаимного перекрытия двух параллельных проводников,мм

h_n – толщина проводника, мм

t_n – ширина проводника, мм

 

L=2*1,7*(2,3*lg(1,7/(0,035+0,25))+
0,2235((0,035+0,25)/1,7)+0,5)*10^-2=7,89(мкГн)

4. Определить взаимоиндуктивность двух параллельных печатних проводников равной длины М, мкГн

(2.25)

где l_n – длина параллельных участков двух проводников, см

L₀- расстояние между осевыми линиями двух параллельных проводников,см

М = 0,02 *(1,7*lg +1,7/3)- +3=0,02(мкГн)

5. Определить взаимоиндуктивность двух параллельных проводников разной длины М, мкГн

(2.26)

где l_n1 – длина первого проводника, см

l_n2 – длина второго проводника, см

s – величина зазора между проводниками

М = 0,84(мкГн)