Разработка печатной платы формирователя кода для синтезатора радиостанции «Маяк»

Толщину ПП выбирают в зависимости  от конструктивных технологических  особенностей и механических нагрузок: вибраций и ударов при эксплуатации и транспортировке, которые могут вызвать механические перегрузки и привести к деформации и разрушению ПП.

Толщина платы выбирается из условий:

• Толщину платы рекомендуется выбирать из предпочтительного ряда значений толщины для ОПП и ДПП. Предпочтительными  являются значения: 0,8; 1,0; 1,5; 2,0 мм. для стеклотекстолита и 1,0; 1,5; 1,0; 3,0 мм для гетинакса.
• Отношение минимального диаметра отверстия к толщине должно быть не менее величины установленной стандартом для данного класса. Например, для 3-го класса точности это отношение должно быть не менее 0,33. Для качественной металлизации отверстий рекомендуется отношение для всех классов брать не менее 0,4.
• Длина штыревого вывода, выступающего из отверстия платы должна быть не менее 0,5 мм для обеспечения надежной пайки (минимальная длина штыревого вывода у цифровых микросхем - 4мм).
• Если применяется соединитель прямого сочленения, то толщина платы берется согласно указаниям на соединитель. Например, для соединителя типа СНП 17 толщина платы берется равной 1,5 мм.
• Учет механических нагрузок. При значительных механических нагрузках (ударных, вибрациях) толщину платы необходимо брать больше. Толщина платы и её размеры влияют на частоту собственных колебаний, которая не должна быть равна частоте вибрации. В противном случае может быть разрушение печатной платы.
• Учет конструктивных особенностей модуля и способа его закрепления в конструкции 2-го уровня. Для бескаркасных конструкций толщину платы необходимо взять не менее 1 мм. Для жесткого крепления платы, например точечное крепление винтами, толщину платы можно брать небольшой, например 0,8-1 мм.
• Толщина платы определяется используемым материалом для основания ПП. Для стеклотекстолита берутся меньшие толщины, чем для гетинакса.

 

Исходя из выше изложенных критериев и условий эксплуатации модуля, выбираем толщину ПП равную 2 мм.

 

6.7 Выбор материала печатной платы.

Для изготовления печатных плат применяют  много материалов: гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, эбонит, микалекс.

Рассмотрим несколько материалов.

Гетинакс - слоистый материал, изготовляемый методом горячего прессования из специальной бумаги, пропитанной фенольдегидной или крезолоальдегидной смолой. Обладает высокими электроизоляционными свойствами. Хорошо поддаётся механической обработке.

Стеклотекстолит - для его изготовления применяют стеклянные ткани, пропитанные специальными смолами. Отличается высокой теплостойкостью (до 180°С), а также высокими электроизоляционными и механическими свойствами; хорошо обрабатывается.

Текстолит - прессованный слоистый материал, изготовляемый из хлопчатобумажной ткани или стеклолакоткани, пропитанной фенольдегидной или крезолоальдегидной смолами. Он теплостоек, обладает высокими механическими свойствами, хорошо обрабатывается и шлифуется, устойчив против истирания.

Исходя из требования - надежности выберем стеклотекстолит, как наиболее прочный материал. Стеклотекстолит  бывает одно- и двух- слойным. Разрабатываемую схему трудно развести в одном слое. Поэтому и применяется двухсторонняя печатная плата. Кроме того, при разводке в одном слое увеличатся размеры ПП платы, придётся использовать перемычки, а всё это снижает прочность и надёжность ПП. Следовательно, схему будем разводить в двух слоях и, исходя из этого, выбираем двухсторонний фольгированный стеклотекстолит СФ-2 толщиной 2 мм и с толщиной фольги 50 мкм. Толщина выбранной марки стеклотекстолита удовлетворяет нагрузкам характерным для разрабатываемого модуля, в заданных условиях эксплуатации.

 

6.8 Расчет элементов печатного рисунка.

При  конструировании ПП одной  из важных задач является расчет размеров элементов печатного рисунка. Это  размеры печатных проводников, размеры  контактных площадок, размеры краевых  полей, расстояния между элементами печатного рисунка. От этих параметров зависят электрические характеристики ПП.

От ширины печатного проводника зависят максимальный ток через  проводник, падение напряжения, взаимная емкость между проводниками, волновое сопротивление. От длины проводника зависят собственная и взаимная индуктивность, падение напряжения на проводнике, помехоустойчивость. От расстояния между проводниками или контактными площадками зависит величина тока утечки, взаимная емкость, взаимная индуктивность, максимальное напряжение пробоя.

Кроме этого размеры элементов печатного монтажа зависят от класса точности изготовления ПП. Следовательно, при их расчете с одной стороны необходимо выполнить требования, установленные классом точности, с другой стороны - требования  обусловленные достижением необходимых электрических характеристик. Необходимые электрические характеристики были выявлены при анализе электрической схемы.

 

6.8.1 Расчет диаметра отверстия контактной площадки.

Диаметр рассчитывается с учетом диаметра вывода компонента, точности позиционирования отверстия, и необходимого зазора для обеспечения свободной установки вывода компонента при монтаже.

, где

-максимальное значение диаметра  вывода компонента. Если сечение  вывода имеет сложную форму, то в качестве диаметра принимается диаметр описываемой окружности.

r- зазор (разность между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным значением диаметра вывода). Зазор выбирается конструктором для ручного монтажа из интервала (0.1 - 0.4) мм, а для автоматизированного монтажа и установки компонент - из интервала (0.4 - 0.5) мм.

- нижнее предельное отклонение  диаметра отверстия. 

Погрешность возникает при изготовлении ПП и зависит от технологии изготовления ПП. Если отверстие без металлизации, то погрешность возникает при сверлении и имеет равные отклонения в плюс и минус. Если отверстия металлизируются, то допуски смещаются в минус примерно на 0,05 мм. Если согласно технологии осуществляется оплавление сплавом олово - свинец, то допуск сместится в минус еще примерно на 0,03 мм.

 

 

 

 

 

 

Диаметр отверстия	Наличие металлизации и оплавления	Предельные  отклонения диаметра отверстия
		1 класс	2 класс	3 класс	4 класс	5 класс
До 1,0 мм включительно	Без металлизации	+0,10	+0,10	+0,05	+0,05	+0,025
		-0,10	-0,10	-0,05	-0,05	-0,025
	С металлизацией, без  оплавления	+0,05	+0,05	0	0	0
		-0,15	-0,15	-0,10	-0,10	-0,075
	С металлизацией и  оплавлением	+0,05	+0,05	0	0	0
		-0,18	-0,18	-0,13	-0,13	-0,13
Свыше 1,0 мм	Без металлизации	+0,15	+0,15	+0,10	+0,10	+0,10
		-0,15	-0,15	-0,10	-0,10	-0,10
	С металлизацией, без  оплавления	+0,10	+0,10	+0,05	+0,05	+0,05
		-0,20	-0,20	-0,15	-0,15	-0,15
	С металлизацией и  оплавлением	+0,10	+0,10	+0,05	+0,05	+0,05
		-0,23	-0,23	-0,18	-0,18	-0,18

 

После расчета значение диаметра округляется  в большую сторону до 0,1 мм. Диаметр  отверстия выбирается из предпочтительного  ряда диаметров отверстий: 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 2,0; 2,1; 2,2; 2,3; 2,4; 2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 3,0.

 

После выбора конкретного размера  диаметра необходимо проверить условие:

 

, где

H – толщина ПП.

-коэффициент, определяемый классом  точности.

Если соотношение не выполняется, то диаметр увеличивают.

 

Элемент	Диаметр вывода
К561ИЕ11, К176ИД2	0,5
КР1533ЛА3, КР1533ЛИ1	0,5
КТ315Б	0,95
КР142ЕН5А	0,5
КД522А	0,5
АЛC321Б	0,45
МЛТ-0.125	0,5
МЛТ-0.25	0,6
К50-35	0,6
СНО51-10, СНО51-30	0,5
ПКн105М-1	0,9

 

Итак, выберем следующие значения параметров для расчета:

В данном случае имеются компоненты с тремя различными диаметрами выводов: 0.5, 0.6 и 0.95 мм. Все эти диаметры менее 1.0 мм. Отверстия металлизируются. Технология изготовления платы включает оплавление. На основании этих фактов =0.13. Кроме того, выбреем величину зазора r = 0,4, для автоматизированного монтажа.

1) мм. мм. мм. Возьмем мм.

2) мм. мм. мм. Возьмем мм.

3) мм. мм. мм. Возьмем мм.

 

Для класса точности 3 коэффициент =0,33 , тогда .

Все выбранные диаметры удовлетворяют  условию.

Для упрощения изготовления платы  величину зазора варьирует так, чтобы  как можно больше монтажных отверстий  имели одинаковый диаметр. Технологичность изделия имеет большое значение при серийном производстве.

 

Элемент	Диаметр вывода	Диаметр монтажного отверстия (расчёт)	Диаметр монтажного отверстия (используется)
К561ИЕ11, К176ИД2	0,5	1,03	1,0
КР1533ЛА3, КР1533ЛИ1	0,5	1,03	1,0
КТ315Б	0,95	1,48	1,5
КР142ЕН5А	0,5	1,03	1,0
КД522А	0,5	1,03	1,0
АЛC321Б	0,45	1,03	1,0
МЛТ-0.125	0,5	1,03	1,0
МЛТ-0.25	0,6	1,13	1,2
К50-35	0,6	1,13	1,2
СНО51-10, СНО51-30	0,5	1,03	1,0
ПКн105М-1	0,9	1,48	1,5

 
6.8.2 Расчет расстояния от среза платы или от не металлизированного отверстия до элемента печатного рисунка.

Расстояние от края платы, от среза  платы или от не металлизированного отверстия до элемента печатного  рисунка определяется классом точности и толщиной платы. Необходимость расчета этого расстояния обусловлена необходимостью задания барьеров для трассировки.

Это расстояние можно посчитать  отдельно для печатного проводника и отдельно  для контактной площадки. С целью унификации выполняется  расчет только для контактной площадки, так как это расстояние оказывается больше, чем для проводника.

q - величина скола. Определяется по таблице.

k -расстояние от скола. Определяется классом точности. Для 1,2 классов принимается равным 0,3 мм, для 3,4 классов - 0,15 мм, для 5-го класса - 0,1 мм.

- позиционный допуск расположения центра отверстия определяется по таблице (для 3 класса точности с размерами платы до 180 мм по большей стороне данный параметр равен 0,08 мм).

- позиционный допуск расположения центра контактной площадки определяется по таблице (для 3 класса точности с размерами платы до 180 мм по большей стороне данный параметр равен 0,15 мм).

- верхнее предельное отклонение  диаметра  контактной площадки, определяется  по таблице (для 3 класса точности, отверстий с диаметром >1.0 мм с металлизацией и оплавлением данный параметр равен 0,05 мм).

 

Таблица для определения зоны скола  края платы.

 

Толщина платы	Класс точности
	1	2	3	4	5
До 0,5 мм включительно	0,3	0,3	0,15	0,15	0,1
0.5-0.8 мм	0,5	0,5	0,2	0,2	0,15
0,8-1,0 мм	0,8	0,8	0,25	0,25	0,2
1,0-1,5 мм	1,0	1,0	0,35	0,35	0,25
1,5-2,0 мм	1,2	1,2	0,5	0,5	0,35
2,0-2,5 мм	1,4	1,4	0,7	0,7	0,5