Отверстия печатных плат

Одними из главных элементов конструкции печатных плат являются отверстия. Большинство параметров ПП связано именно с размерами этих отверстий, которые могут быть металлизированными и гладкими, а по назначению — монтажными, куда устанавливаются и запаиваются выводы элементов, и переходными (межслойными), обеспечивающими только электрические соединения между слоями платы. Металлизированные монтажные отверстия являются одновременно переходными отверстиями.

Кроме того, на печатных платах обычно присутствует некоторое количество неметаллизированных конструкционных отверстий, служащих для фиксации компонентов, крепления печатных плат к несущим элементам конструкций и других целей. Эти отверстия чаще всего бывают гладкими, без контактных площадок и металлизации. Однако нередко крепежные отверстия с целью удешевления производства выполняются одновременно с монтажными (по той же технологии), поэтому в них присутствует внутренняя металлизация, но отсутствуют контактные площадки.

С конструктивной точки зрения металлизация крепежных отверстий не влияет на качественные параметры печатной платы, кроме того, в некоторых случаях эти отверстия служат дополнительным соединением слоя (или цепей) «земля» с элементами несущих конструкций.

Металлизированные отверстия обычно снабжены контактными площадками на наружных слоях, а многослойные платы — еще и на тех слоях, на которых к этим отверстиям подводятся печатные проводники. Контактные площадки и металлизация отверстий выполняются исключительно из меди. Все металлизированные поверхности могут иметь дополнительное гальваническое покрытие, часто выполняющее в технологическом процессе функцию маски, защищающей участки медной фольги при травлении, что обеспечивает формирование элементов проводящего рисунка. При конструировании печатных плат, в частности при расчете размеров металлизированных отверстий, необходимо учитывать дополнительную толщину гальванического покрытия.

Основные варианты конструкции отверстий печатных плат изображены на Рис.

a-однослойная б - двухслойная в - многослойная

Главный параметр отверстия — диаметр (d), который у неметаллизированных отверстий совпадает с диаметром сверления (d_с ). Для металлизированных отверстий диаметр самого отверстия отличается от диаметра сверления на двойную толщину металлизации, а в случае применения гальванического покрытия - еще и на двойную толщину покрытия.

В конструкторской документации, как правило, указывается диаметр отверстия в готовой плате (контролируемый размер), а диаметр сверления обычно отсутствует, хотя он имеет большое значение для многослойных печатных плат.

Минимальный диаметр металлизированных отверстий определяется соотношением d/S, которое оговорено ГОСТ 23.751-86 и зависит от класса точности см таблицу:

		Класс точности
		1 и 2	3	4	5
d/S		0,4	0,33	0,25	0,2
Толщина платы	1,5	0,6	0,5	0,4	0,3
	2,0	0,8	0,7	0,5	0,4

S – высота переходного отверстия.

При проектировании следует учитывать также, что при металлизации отверстий диаметр его уменьшается на 0.1 мм, т.е. чтобы получить отверстие 0,4 мм, необходимо будет закладывать сверло 0,3.

В таблице приведены минимальные значения диаметров металлизированных отверстий для наиболее «ходовых» по толщине плат. Соотношение d/S следует учитывать в процессе проектирования, но заметное влияние оно оказывает на выбор отверстий, когда толщина плат превосходит 3 мм, а это, как правило, многослойные платы с количеством слоев 12 и больше. Поэтому размеры отверстий, приведенные в таблице, пригодны только для металлизированных межслойных переходов многослойных плат.

Размеры монтажных отверстий определяются диаметром и сечением выводов элементов, монтируемых в эти отверстия. Если вывод некруглый в сечении, то параметры отверстия в печатной плате диктуются максимальным размером вывода в сечении (например, диагональю).

В любых металлизированных отверстиях следует предусматривать гарантированный зазор (шириной не менее 0,1 мм) для заполнения металлизированного отверстия расплавленным припоем.

Диаметры отверстий печатных плат (гладких и металлизированных) обязательно выбираются из ряда, соответствующего ГОСТ 10317-79, который включает в себя диаметры от 0,3 до 3,0 мм через 0,1 мм, кроме диаметров 1,9 и 2,9 мм. Отсюда для практической работы можно составить и использовать собственный ряд с приращением размеров через 0,2 и 0,3 мм.

Вот один из таких рядов: 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,5; 1,8; 2,0 мм. При необходимости он расширяется в обе стороны.

Определить размеры вывода для распайки в то или иное отверстие помогает следующая формула:

d = d_в +  + 0,1

где d — диаметр отверстия;

d_в — диаметр или диагональ вывода;

 - модуль (абсолютное значение) нижнего значения допуска на отверстие.

Диаметры переходных отверстий выполняют аналогично монтажным, но во всех случаях стараются сделать их с минимальными размерами, допустимыми для конкретной толщины печатной платы. Часто минимальный диаметр отверстия определяется диаметром сверла или возможностями оборудования. В данном случае вступают в силу технологические ограничения.

Трассировочная способность многослойной платы повышается с ростом числа слоев, а это связано с наращиванием толщины платы. Но более толстые платы, согласно ГОСТ 23.751-86, требуют пропорционального увеличения диаметра отверстий, чтобы обеспечить их металлизацию, что ведет к уменьшению количества проводников, прокладываемых на каждом слое, и соответственно к снижению трассировочной способности платы. Явное противоречие разрешается нахождением некоторого оптимального варианта (экстремума функции), который обеспечивает максимальную трассировочную способность платы.

Оптимальный ряд отверстий и контактных площадок, а так же некоторые параметры ПП представлены в Таблице:

Класс точности	Шаг трассировки (мм)	Ширина проводника (мм)	Шаг отверстий Т (мм)	Диаметр отверстий (округл.)	Размер контактной площадки для отв., (мм)	Размер контактной площадки (опт)
3	0,625	0,25	2	0,5	1,1	1,5
			2,5	0,8	1,4
4	0,5	0,15	2	0,7	1,1	1,15
			2,5	1	1,4	1,65
5	0,3125	0,1	2	0,8	1,1	1,1
			2,5	1	1,3	1,35

H_п – толщина платы;

N_сл - число слоев ПП.

В отдельных случаях расчет минимального диаметра контактной площадки м.б. выполнен по простейшей формуле:

D = d + B,

где d – номинальное значение диаметра металлизированного отверстия,

B – величина, зависящая от класса точности ПП (см. Таблицу)

Класс точности	1	2	3	4	5
Значение В	1,5	1,1	0,6	0,4	0,3

Безусловно, эти данные – ориентировочные.