3.5.1 Разработка конструкции печатного узла

Для проектирования печатной платы необходимо иметь электрическую принципиальную схему с перечнем элементов и данные о размерах и форме каждого элемента.

ОСТ 4.010.022–85 рекомендует такую последовательность конструирования:

– определение условий эксплуатации и группы жесткости;

– выбор класса точности печатной платы;

– выбор размеров и конструкции печатной платы;

– выбор материала основания;

– выбор конструктивного покрытия;

– размещение элементов и трассировка печатных провод-ников;

– разработка конструкторской документации.

Условия эксплуатации оговариваются в задании. В зависимости от них по ГОСТ 23752–79 выбирают группу жесткости, определяющую соответствующие требования к конструкции печатной платы, к используемому материалу, необходимости применения дополнительной защиты от внешних воздействий.

Класс точности выбирается в соответствии с рекомендациями ОСТ 4.010.022–85.

Класс точности является основой для топологического расчета печатной платы (см. подпункт 3.6.3.3 «Конструкторско-технологический расчет печатных плат»).

Все необходимые данные для расчета печатных плат, определяемые классом точности, приведены в таблицах 3.1 – 3.7.

Выбор размеров печатной платы осуществляется ориентировочно в зависимости от площади размещенных на ней элементов.

Таблица 3.1 – Наименьшие номинальные значения основных размеров элементов конструкции плат для узкого места в зависимости от класса точности

Условное обозначение	Номинальное значение основных параметров для класса точности
	1	2	3	4	5
Ширина печатного проводника, t, мм Расстояние между печатными проводниками, S, мм Толщина печатного проводника, B, мм	0,15 0,75 0,3	0,45 0,45 0,2	0,25 0,25 0,10	0,15 0,15 0,05	0,10 0,10 0,025

Таблица 3.2

Диаметр отверстия, мм	Наличие металлизации	Предельные отклонения диаметра Δd, мм для класса точности
		1	2	3	4	5
до 1,0	без металлизации с металлизацией без оплавления с металлизацией с оплавлением	±0,10 +0,05 -0,15 +0,05 -0,18	±0,10 +0,05 -0,15 +0,05 -0,18	±0,05 +0 -0,10 +0 -0,13	±0,05 +0 -0,10 +0 -0,13	±0,05 +0 -0,10 +0 -0,13
свыше 1,0	без металлизации с металлизацией без оплавления с металлизацией с оплавлением	±0,15 +0,10 -0,20 +0,10 -0,23	±0,15 +0,10 -0,20 +0,10 -0,23	±0,10 +0,05 -0,15 +0,05 -0,18	±0,10 +0,05 -0,15 +0,05 -0,18	±0,10 +0,05 -0,15 +0,05 -0,018

Таблица 3.3

Наличие металлических покрытий	Предельное отклонение ширины печатного проводника Δt, мм
	1	2	3	4	5
без покрытия с покрытием	±0,15 +0,25 –0,20	±0,10 +0,15 –0,10	±0,05 ±0,10	±0,03 ±0,05	±0,03 ±0,03

Таблица 3.4

Размер печатной платы по большой стороне, мм	Значение допуска расположения
	центров контактных площадок Т, мм					осей отверстий Т2, мм
	1	2	3	4	5	1	2	3	4	5
до 180 включительно 180 – 360 включительно свыше 360	0,25 0,40 0,45	0,25 0,30 0,35	0,15 0,20 0,25	0,10 0,15 0,20	0,05 0,08 0,15	0,20 0,25 0,30	0,15 0,20 0,25	0,08 0,10 0,15	0,05 0,08 0,10	0,05 0,08 0,10

Таблица 3.5

Вид изделия	Значение допуска расположения печатного проводника Т1, мм
	1	2	3	4	5
Односторонняя печатная плата (ОП), двухсторонняя печатная плата (ДПП), многослойная печатная плата (МПП)	0,2	0,10	0,05	0,03	0,02

Таблица 3.6

Расстояние между элементами рисунка, мм	Значение рабочего напряжения, В
	Фольгированный гетинакс	Фольгированный стеклотекстолит
0,1 – 0,2 0,2 – 0,3 0,3 – 0,4 0,4 – 0,5 0,5 – 0,75 0,75 – 1,5 1,5 – 2,5	– – 75 150 250 350 500	25 50 100 200 350 600 650

Таблица 3.7

Расстояние между элементами рисунка, мм	Значение рабочего напряжения, В
	Внешние факторы
	Нормальные условия		Относительная влажность (93 ± 3) % при температуре (40 ± 2) С в течение 48 ч		Пониженное атмосферное давление
					53600 Па (400 мм рт. ст.)		866 Па (5 мм рт. ст.)
	ГФ	СФ	ГФ	СФ	ГФ	СФ	ГФ	СФ
0,10 – 0,2 0,2 – 0,3 0,3 – 0,4 0,4 – 0,7 0,7 – 1,2 1,2 – 2,0 2,0 – 3,5 3,5 – 5,0 5,0 – 7,5 7,5 – 10,0 10,0 – 15,0	30 100 150 300 400 500 660 1000 1300 1800	25 50 150 300 400 600 830 1160 1500 2000 2300	20 50 100 230 300 360 500 660 830 1160	15 30 100 200 300 360 430 600 830 1160 1600	25 80 110 100 200 250 330 500 560 660	20 4 110 160 200 300 400 500 660 1000 1160	20 30 58 80 110 110 150 200 230 300	10 30 50 80 100 130 160 210 250 300 330

Соотношение размеров сторон должно соответствовать ГОСТ 10317–79. Выбор толщины оказывает основное влияние на жесткость, собственную емкость, теплопроводность печатной платы.

Установлен размерный ряд значений толщины оснований печатных плат:

0,1 – 0,2 – 0,4	– 0,8 – 1,0 – 1,5 – 2,0 – 3,0
гибкие	жесткие

Наиболее распространенная толщина лежит в пределах от 0,8 до 1,5 мм.

Выбор материала основания выполняется в соответствии с таблицей 3.8.

Для обеспечения стабильности электрических, механических и других параметров печатных плат необходимо применять покрытия. Их выбирают по ОСТ 4.ГО.014.000.

Таблица 3.8 – Материалы, рекомендуемые для изготовления печатных плат

Наименование	Марка	Тип печатной платы	Метод изготовления
1	2	3	4
Фольгированный гетинакс	ГФ-1-35 ГФ-2-35 ГФ-1-50 ГФ-2-50	ОПП и ДПП	Химический
Фольгированный стеклотекстолит	СФ-1-35 СФ-2-35 СФ-1-50 СФ-2-50 СФ-1Н-50 СФ-2Н-50 СФ-1-35Г СФ-2-35Г СФ-1-50Г СФ-2-50Г СФ-1Н-50Г СФ-2Н-50Г		Комбинированный позитивный, химический
Фольгированный стеклотекстолит повышенной нагревостойкости	СФПН-1-50 СФПН-2-50	ОПП и ДПП с повышенной нагревостойкостью	Комбинированный позитивный, химический
Стеклотекстолит	СТЭФ-1-2ЛК	ДПП	Электрохимический
Стеклотекстолит листовой с адгезионным слоем	СТЭК
Фольгированный тонкий диэлектрик	ФДМ-2	Гибкая печатная плата (ГПП)	Комбинированный позитивный, химический
Теплостойкий фольгированный стеклотекстолит	СТФ-1 СТФ-2	ДПП, ГПП, МПП	Комбинированный позитивный, металлизация сквозных отверстий
Фольгированный травящийся стеклотекстолит	ФТС-1 ФТС-2	МПП И ГПП	Металлизация сквозных отверстий
Окончание таблицы 3.8
1	2	3	4
Прокладочная стеклоткань	СПТ-3 СПТ-4	МПП
Фольгированный диэлектрик	Слофадит	ДПП	Комбинированный позитивный

Неметаллические покрытия используются для защиты:

– печатных проводников и поверхности основания печатной платы от воздействия припоя;

– элементов проводящего рисунка от замыкания навесными ЭРЭ.

Для этого используют диэлектрические защитные покрытия на основе эпоксидных смол, холодных эмалей, оксидных пленок.

Металлические покрытия используют для улучшения паяемости и проводимости.

Например: сплавы Розе, олово-свинец предназначены для улучшения паяемости и защиты от коррозии. Серебро применяют для улучшения проводимости. Золото и его сплавы, палладиевые покрытия используют для улучшения проводимости, уменьшения переходного сопротивления, повышения износоустойчивости.

Размещение элементов и трассировка печатных проводников называется топологическим проектированием печатной платы.

При размещении навесные элементы расставляют по печатной плате в соответствии с ОСТ 4.010.030–81, при этом выводы навесных элементов подвергаются формовке – операции придания выводам определенной формы и длины, обеспечивающей при сборке на печатной плате гарантированное расстояние паяного шва от тела элемента в соответствии с ТУ элементов. Выводы, как правило, выступают за плату.

По краям платы необходимо оставить свободную полосу – вспомогательный участок для технологических целей, не зани-маемый рисунком и элементами. На вспомогательном участке могут располагаться контрольные точки, разъемы, элементы крепления платы. Размер участка должен быть не менее 2,5 мм и не более 10 мм.

При трассировке прокладывают линии соединений между контактными площадками в соответствии со схемой с учетом конструктивных, электрических и технологических ограничений.

Критерием наилучшего решения служит правило: при топологическом конструировании печатной платы должны быть достигнуты минимум пересечений и минимум длины связей.

Минимум пересечений означает и минимум переходных отверстий. Это требование обеспечивает технологичность по минимуму числа слоев и создает важные предпосылки для безотказности.

Минимум длины связей означает минимум связей между соседними элементами и имеет значение для электрических схем в зависимости от быстродействия и частотного диапазона.

При разработке печатных плат необходимо также выполнять ряд требований ОСТ 4.101.022–85:

– стороны платы должны быть параллельны линиям координатной сетки;

– отверстия располагают в узлах сетки;

– взаимное расположение монтажных отверстий должно соответствовать ОСТ 4.010.030–81, а именно:

а) размеры от корпуса ЭРЭ до оси изогнутого вывода не менее 2,0 мм (рисунок 3.1);

Рисунок 3.1

б) размер до места пайки не менее 2,5 мм;

в) установочные размеры элемента нужно выбирать кратными 2,5 мм или 1,25 мм;

г) для каждого вывода ЭРЭ должны быть предусмотрены отдельные монтажное отверстие и контактная площадка;

д) расстояние между осями выводов соседних ЭРЭ должно быть не менее 2,5 мм или расстояние между корпусами ЭРЭ – не менее 1 мм (рисунок 3.2);

е) варианты установки навесных элементов должны соответствовать ОСТ 4.010.030–81;

Рисунок 3.2

– диаметр монтажного отверстия выбирают так, чтобы он был на 0,1…0,4 мм больше диаметра вывода;

– контактные площадки выполняют прямоугольной или круглой формы или близкой к ним. Расчет номинального значения диаметра контактной площадки (см. раздел 3.6 «Конструк-торские расчеты»);

– печатные проводники рекомендуется выполнять постоянной, по возможности большей, ширины. Располагать их следует равномерно;

– размеры сторон печатной платы должны соответствовать ГОСТ 10317–79.

Размеры каждой стороны платы должны быть кратными:

2,5 – при длине до 100 мм,

5,0 – при длине до 350 мм,

10,0 – при длине более 350 мм.

Максимальный размер стороны – 470 мм;

– при компоновке и выборе крепления ЭРЭ на печатных платах необходимо учитывать:

а) работоспособность ЭРЭ в соответствии с требованиями эксплуатации аппаратуры;

б) удаление полупроводниковых приборов, ИМС и реле от ЭРЭ, выделяющих большое количество тепла;

в) расположение вне влияния магнитных полей ЭРЭ, критичных к магнитным полям;

г) конвекцию воздуха у радиаторов и ЭРЭ, выделяющих большое количество тепла;

д) отвод тепла при пайке;

е) защиту монтажа, расположенного вблизи съемных ЭРЭ, от химических повреждений;

ж) возможность доступа к подбираемым и регулируемым ЭРЭ схемы для замены и регулировки;

з) возможность выполнения ручной и механизированной установки ЭРЭ и групповой пайки;

и) возможность расположения наиболее массивных ЭРЭ к местам крепления платы для аппаратуры, работающей в условиях значительных перегрузок.