7. Расчет печатного монтажа

Расчет печатного монтажа состоит из трех этапов:

1. расчет по постоянному току;

2. расчет по переменному току;

3. конструктивно-технологический расчет.

Выбираем метод изготовления и класс точности печатных плат (ГОСТ 23751 – 86).

Двухсторонняя печатная плата размером 90120 мм выполнена комбинированным позитивным методом из фольгированного стеклотекстолита СФ-2Н-50Г-1,5 (ГОСТ 10316-78) по четвертому классу точности. Основные параметры печатной платы:

- толщина платы ………………………………..….. 1,5 мм;

- максимально допустимый ток, I_max ……………… 300 мА;

- толщина фольги h …………………………...…… 0,05 мм;

- допустимая плотность тока i_доп …………………. 38 А/мм²;

- допустимое падение напряжения U_доп ………….. 0,45 В;

- удельное сопротивление печатного

проводника,  …………………………………….. 0,0175 Оммм²/м;

- максимальная длина печатного проводника, l …. 0,12 м;

- расстояние между выводами микросхемы, l_мс ….. 2,5 мм;

- максимальный диаметр выводов микросхемы, d_мс …0,5 мм.

Основные конструктивные параметры для печатных плат четвертого класса точности (ГОСТ 23751-86) имеют следующие значения:

- минимальное значение номинальной ширины проводника t_1min = 0,15 мм;

- номинальное расстояние между проводниками S = 0,15 мм;

- допуск на ширину проводника без покрытия t = 0,05 мм;

- допуск на расположение отверстий _d = 0,05 мм;

- допуск на расположение контактных площадок _p = 0,15 мм;

- допуск на отверстие d = ;

- допуск на расположение проводников на ДПП _l = 0,03 мм;

- гарантийный поясок b_м= 0,05 мм.

1. Расчет по постоянному и переменному току

Минимальная ширина печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления:

(4)

гдеI_max – максимально допустимый ток, протекающий в проводнике, А;

i_доп – допустимая плотность тока, А/мм²;

h – толщина проводника, мм.

Минимальная ширина проводника, исходя из допустимого падения напряжения на нем:

(5)

где  – удельное сопротивление, Оммм²/м;

l – длина проводника, м;

U_доп – допустимое падение напряжения, В;

Значения минимальной ширины проводника для цепей питания и заземления (b_min1) и минимальной ширины проводника, исходя из допустимого падения напряжения на нем (b_min2) не должны быть меньше рассчитанных значений.

По 4 классу точности, согласно ГОСТ 23751-86, минимальное значение номинальной ширины проводника t = 0,15 мм.

Исходя из проведенного расчета:

b_min1 = 0,15 ≤ 0,15 мм,

b_min2 = 0,03 ≤ 0,15 мм.

Это означает, что результат удовлетворяет 4 классу точности ПП. При других размерах ПП будет работать нестабильно.

Расчет по переменному току не проводится из-за низкой частоты работы схемы, т. е. влиянием паразитных емкостей и индуктивности проводников можно пренебречь.

2. Конструктивно-технологический расчет

Рекомендуется начинать с определения размеров металлизированных отверстий.

В ПП применяются монтажные металлизированные отверстия для установки ЭРЭ и переходные металлизированные отверстия для создания электрических связей между слоями. Диаметр монтажного отверстия должен быть больше диаметра выводов навесных элементов на величину, удовлетворяющую условиям пайки и автоматизированной сборки ячеек.

Для этого учитываем соотношение:

(6)

где Н_расч – расчетная толщина платы, Н_расч = 1,5 мм (для ДПП);

υ₁ – числовой коэффициент, определяющий рассеивающую способность электролита, υ₁ ≈ 0,33.

Подставляя значения, получим:

Определяем значение диаметров монтажных отверстий:

(7)

где D_выв – максимальный диаметр вывода ЭРЭ, устанавливаемого на печатную плату, мм;

з – величина зазора (0,2 ÷ 0,4 мм), принимаем з = 0,2 мм.

Вычисляем по этой формуле значения диаметров монтажных отверстий для всех элементов схемы:

D_МС = 0,5 + 0,2 = 0,7 мм;

D_R = 0,6 + 0,2 = 0,8 мм;

D_{С1, С2, С4÷С6} = 0,6 + 0,2 = 0,8 мм;

D_С3 = 0,7 + 0,2 = 0,9 мм;

D_VD1 = 0,55 + 0,2 = 0,75 мм;

D_VD2 = 0,9 + 0,2 = 1,1 мм;

Рассчитанные диаметры монтажных отверстий выбираем из предпочтительного ряда: 0,4; 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.

Результаты расчетов заносим в таблицу 4.

При конструировании ПП необходимо произвести расчет, в ходе которого определим оптимальные размеры проводящего рисунка, приемлемые зазоры между элементами и реальные допуски на изготовление.

Методика такого расчета зависит от способа изготовления ПП. Выбираем широко используемую методику расчета основных размеров элементов печатного монтажа в соответствии с производственно-техническими требованиями. Эта методика предусматривает базовый способ изготовления ДПП. В качестве метода изготовления был выбран комбинированный позитивный метод.

Определим диаметр контактных площадок.

Минимальный диаметр контактных площадок для ДПП вычисляется:

(8)

где D_min – минимальный размер контактной площадки, определяется диаметром вписанной окружности, обеспечивающей гарантированный поясок фольги вокруг отверстия;

h_Г – толщина гальванической меди, h_Г = 0,05 мм;

h_Р – толщина слоя металлорезиста, h_Р = 0,015 мм;

D_1min – минимально допустимый диаметр контактной площадки, который зависит от максимального диаметра отверстия после сверления от заданной ширины гарантированного пояска фольги В_М, максимальных по значению допусков центров отверстий и центра контактной площадки σ_КП, σ_отв...

(9)

где B_M – расстояние от края отверстия до края контактной площадки, зависит от класса точности, B_M =0,05 мм;

D_0max – максимальный диаметр просверленного отверстия.

σ_отв. = 0,005;

σ_КП = 0,15.

(10)

где ∆D – погрешность диметра сверла отверстия, обусловленная биением сверла и качеством заточки, ∆D = 0,025 мм;

D_св. – диаметр сверла, мм.

С учетом толщины металлизации отверстия, диметр сверла:

(11)

где D_отв. – номинальное значение металлизированного отверстия;

Максимальный диаметр контактной площадки:

(12)

Таблица 4

раз-ры, мм элементы	Dвыв.	Dотв.	Dотв., выбр.	Dсв.	D0max	D1min	Dmin	Dmax
DD1÷DD12	0,5	0,7	0,8	0,92	0,945	1,355	1,453	1,5
R1÷R7	0,6	0,8	0,8	0,92	0,945	1,355	1,453	1,5
C1, C2, C4÷C6	0,6	0,8	0,8	0,92	0,945	1,355	1,453	1,5
C3	0,7	0,9	1,0	1,12	1,145	1,555	1,653	1,7
VD1	0,55	0,75	0,8	0,92	0,945	1,355	1,453	1,5
VD2	0,9	1,1	1,3	1,42	1,445	1,855	1,953	2,0

Вывод: в результате расчета, мы определили минимальные и максимальные диаметры контактных площадок, что позволяет правильно сконструировать плату в соответствии с ГОСТ.

Определяем ширину проводников.

Минимальная ширина проводников на ДПП определяется выражением:

(13)

где d_1min – выбираем из таблицы в соответствии с классом точности, для 4 класса точности d_1min = 0,15 мм;

Δt – допуск на ширину проводников, Δt = ±0,05.

Максимальная ширина проводников на ДПП определяется:

(14)

Вывод: в результате расчета мы рассчитали минимальную и максимальную ширину проводника. Максимальная ширина больше минимальной на 0,04 мм.

Определим минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка.

^{Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой определяется по формуле:}

(15)

^{где l}_э ^{– минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка, l}_э ^{= 1,25;}

^D_max ^{– максимальный диаметр контактной площадки;}

^σ_d ^{– погрешность расположения проводника относительно координатной сетки, σ}_d ^{= 0,03.}

^{Минимальное расстояние между двумя контактными площадками:}

(16)

^{Для двух близко расположенных отверстий l}_э ^{= 2,5.}

^{Минимальное расстояние между двумя проводниками:}

(17)

Вывод: в результате проведенного расчета видно, что существует зазор между элементами проводящего рисунка.