Расчет конструктивных параметров печатной платы

 

 

ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

 

Целью работы является ознакомление студентов с методикой расчета конструктивных параметров печатных плат.

 

Для выполнения работы студентам выдается один из вариантов задания.

Время на выполнение домашнего задания - 2 часа, общее время на выполнение работы, включая собеседование и отчет по работе - 4 часа.

 

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ

 

Для выполнения домашнего задания следует повторить материал соответствующих лекций, а также / 1, с. 302-316 /. При повторении изучить материал о конструкции печатных плат, особенностях печатного монтажа перед объемным и методах изготовления печатных плат, ознакомиться с методикой расчета печатных плат.

Преимущество печатного монтажа перед объемным состоит в следующем:

- при использовании печатных плат паразитные параметры монтажа от образца к образу практически не изменяются;

- процесс проектирования печатных плат может быть автоматизирован, что сокращает время проектирования и позволяет оптимизировать трассировку печатной платы;

- изготовление печатных плат автоматизировано;

- процессы сборки и монтажа изделий на печатных платах тоже автоматизированы;

- как результат перечисленного выше, стоимость изделий с печатным монтажом ниже;

- изделия с печатным монтажом имеют меньшие габариты и вес;

- печатный проводник допускает большую плотность тока, чем объемный, так как режимы охлаждения у печатных проводников лучше.

Для изготовления печатных плат используют фольгированный гетинакс и фольгированный стеклотекстолит, которые могут быть односторонними и двусторонними. Материал выбирается из конструктивных соображений. Следует помнить, что гетинакс дешевле стеклотекстолита, но если плата должна быть двусторонней или изделие будет эксплуатироваться в условиях повышенной влажности, повышенных механических нагрузок или в тяжелом температурном режиме, то следует использовать стеклотекстолит. Кроме того, адгезия медной фольги к стеклотекстолиту выше, чем к гетинаксу, и фольгированный стеклотекстолит выдерживает большее число паек, не отслаиваясь.

Наиболее распространенные марки фольгированных диэлектриков следующие:

ГФ-1-35, ГФ-1-50, ГФ-2-50, СФ-1-35, СФ-1-50, СФ-2-35, СФ-2-50, где первые две буквы означают вид диэлектрика, первая цифра говорит о том односторонний или двусторонний фольгированный диэлектрик, следующие две цифры указывают на толщину медной фольги в микрометрах.

По конструкции печатные платы бывают односторонние, двусторонние и многослойные. ГОСТ 23751-86 устанавливает пять классов точности печатных плат в соответствии со значениями основных параметров и предельных отклонений элементов конструкции.

Наименьшие номинальные значения основных размеров элементов конструкции печатных плат для узкого места в зависимости от класса точности приведены в таблице 1.

Таблица 1

Условное обозначение	Номинальное значение основных параметров для класса точности
	1	2	3	4	5
t, мм	0,75	0,45	0,25	0,15	0,10
S, мм	0,75	0,45	0,25	0,15	0,10
b, мм	0,30	0,20	0,10	0,05	0,025
γ *	0,40	0,40	0,33	0,25	0,20

* γ – отношение номинального значения диаметра наименьшего из металлизированных отверстий к толщине печатной платы.

 

Печатные платы обладают электрическими и конструктивными параметрами.

 К электрическим параметрам относятся:

- t – ширина печатного проводника;

- S – расстояние между печатными проводниками;

- b – радиальная ширина контактной площадки;

- R – сопротивление печатного проводника;

- C – емкость печатного проводника;

- L – индуктивность печатного проводника.

К конструктивным параметрам печатных плат относятся:

- размеры печатной платы;

- диаметры и количество монтажных отверстий;

- диаметры контактных площадок;

- минимальное расстояние между центрами двух соседних отверстий для прокладки нужного количества проводников.

Выбрав материал печатной платы, определяем ширину печатного проводника по формуле (мм):

,

где:    I – ток, А, протекающий по проводнику;

h – толщина фольги, мм;

  j – плотность тока, А/мм².

Максимально допустимая плотность тока для печатных проводников следующая:

30 А/мм² для внешних слоев печатной платы бытовой аппаратуры;

20 А/мм² для внешних слоев печатной платы специальной аппаратуры;

15 А/мм² для внутренних слоев многослойной печатной платы.

Минимальное расстояние между печатными проводниками определяется из соображений обеспечения электрической прочности. Значения допустимых рабочих напряжений между элементами проводящего рисунка, расположенные на наружном слое печатной платы, приведены в таблице 2.

 

Таблица 2

Расстояние между элементами проводящего рисунка S, мм	Значение рабочего напряжения, В
	ГФ	СФ
0,1 < S ≤ 0,2	-	25
0,2 < S ≤ 0,3	30	50
0,3 < S ≤ 0,4	100	150
0,4 < S ≤ 0,7	150	300
0,7 < S ≤ 1,2	300	400
1,2 < S ≤ 2,0	400	600

 

Зная t и S, из конструктивных соображений выбирается класс точности печатной платы.

Выбрав класс точности изготовления печатной платы, можно определиться со способом изготовления печатной платы.

Сопротивление печатного проводника рассчитывается по формуле:

где:    ρ – удельное сопротивление меди, Ом·мм²/м;

l – длина проводника, м.

Удельное сопротивление меди зависит от метода изготовления проводящего слоя. Если проводники формируются методом химического травления фольги, то удельное сопротивление меди будет равно 0,0175 Ом·мм²/м, а при электрохимическом наращивании меди пленка более рыхлая и удельное сопротивление равно 0,025 Ом·мм²/м, при комбинированном методе изготовления печатной платы, когда проводники получаются методом химического травления, а металлизация отверстий производится методом электрохимического наращивания, удельное сопротивление будет равно 0,020 Ом·мм²/м.

Паразитные параметры платы C и L оказывают влияние на частотах выше 50 МГц, здесь расчет этих параметров не приводится. При необходимости можно воспользоваться /1/, где дается определение этих параметров платы.