8.1. Общие сведения о печатных платах

Печатные платы (ПП) — основа печатного монтажа любой ЭА, при котором МС, полупроводниковые приборы, ЭРЭ и элементы коммутации устанавливаются на изоляционное основание с системой токопроводящих полосок металла (проводников), которыми они электрически соединяются между собой в соответствии с электрической принципиальной схемой. Практически нет такой аппаратуры, где бы не использовались ПП какого-либо типа.

Печатный монтаж — способ монтажа, при котором электрическое соединение элементов электронного узла, включая экраны, выполнено с по­мощью печатных проводников. Печатный проводник — проводящая по­лоска в проводящем рисунке.

В ЭА ПП применяют практически на всех уровнях конструктивной иерархии: на нулевом — в качестве основания гибридных схем и микросбо­рок, на первом и последующих — в качестве основания, механически и электрически объединяющего все элементы, входящие в схему электриче­скую принципиальную ЭА и ее узлов. На рис. 8.1 в качестве примера приве­ден общий вид ПП одного из узлов ЭА.

Государственным стандартом предусмотрены следующие типы ПП (рис. 8.2):

односторонняя печатная плата (ОПП) — ПП, на одной стороне ко­торой выполнен проводящий рисунок (рис. 8.2, а);

двусторонняя печатная плата (ДНИ) — ПП, на обеих сторонах которой выполнены проводящие рисунки и все требуемые соединения (рис. 8.2,6);

многослойная печатная плата (МПП) — ПП, состоящая из чере­дующихся слоев изоляционного материала с проводящими рисунками на двух или более слоях, между которыми выполнены требуемые соедине­ния (рис. 8.2, в);

Рис. 8.1. Печатная плата узла ЭВМ:

/ — крепежные отверстия; 2 — монтажные отверстия; 3 — концевые печатные контакты; 4— маркировка печатной платы; 5 — ориентирующий паз; 6 — печатные проводники

гибкая печатная плата (ГПП) — ПП, имеющая гибкое основание;

гибкий печатный кабель (ГПК) — система параллельных печатных проводников, размещенных на гибком основании (рис. 8.2, г).

На рис. 8.2 использованы следующие обозначения: / — ширина пе­чатного проводника; S — расстояние между печатными проводниками; Q — расстояние от края ПП (выреза, паза) до элементов проводящего рисунка; и — расстояние от края просверленного отверстия до края контактной пло­щадки (поясок); D — диаметр контактной площадки; d — диаметр отвер­стия; /*ф — толщина фольги; Н_м — толщина материала основания печатной платы; Н_п — толщина ПП; / — расстояние между центрами (осями) элемен­тов конструкции ПП.

Проводящий рисунок — совокупность всех элементов на отдельном слое ПП, образованных проводящим материалом (печатные проводники, контактные площадки, концевые контакты печатного разъема и др.).

Конструктивные требования и характеристики печатных плат

ПП должна обеспечивать: - механическую прочность в заданных условиях эксплуатации; - сохранение характеристик ПП. По точности выполнения печатных элементов конструкции (провод­ников, контактных площадок и пр.) все ПП делят на пять классов (табл. 8.1): отличающиеся наименьшим номинальным размером в узком месте — участок ПП, где элементы печатного проводящего рисунка и расстояния между ними должны быть выполнены только с минимально допустимы­ми значениями; 1-й и 2-й классы ПП применяют в случае малой насы­щенности поверхности ПП дискретными элементами и микросхемами малой степени интеграции; 3-й класс ПП — для микросхем со штыревы-

Рис. 8.2. Типы печатных плат: а — односторонняя ПП; б — двусторонняя ПП; в — многослойная ПП; г — гибкий печатный кабель

ми и планарными выводами при средней и высокой насыщенности поверх­ности ПП элементами; 4-й класс ПП — при высокой насыщенности поверх­ности ПП микросхемами с выводами и без них; 5-й класс ПП — при очень высокой насыщенности поверхности ПП элементами с выводами и без них. Для поверхностного монтажа элементов используют в основном 4-й и 5-й классы ПП.

Ширину печатных проводников (рис. 8.3) рассчитывают и выбирают в зависимости от допустимой токовой нагрузки, свойств токопроводящего материала, температуры окружаю­щей среды при эксплуатации. Края проводников должны быть ровны­ми, проводники — без вздутий, от­слоений, разрывов, протравов, пор, крупнозернистости и трещин, так как эти дефекты влияют на сопро­тивление проводников, плотность тока, волновое сопротивление и скорость распространения сигналов.

печатные проводники

К онтактные площадки

Ширина

печатного проводника

Рис. 8.3. Печатные проводники и кон­тактные площадки

Таблица 8.1. Наименьшие номинальные значения основных размеров

элементов печатного монтажа для узкого места в зависимости

от классов точности

Условные обозначения элементов печатного монтажа	Класс точности ПП
	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 = d/H	0,40	0,40	0,33	0,25	0,20
Δt, мм (без покрытия)	±0,15	±0,10	±0,05	±0,03	0; -0,03
Δt, мм (с покрытием)	+0,25; -0,20	+0,15; -0,10	±0,10	±0,05	±0,03
Тl ,мм (ОПП, ДПП, ГПК и МПП — наружные слои)	0,15	0,10	0,05	0,03	0,03
Тl, мм (МПП - внутренние слои)	0,20	0,12	0,10	0,05	0,03

Примечание.t-наименьшая номинальная ширина проводника; S- наименьшее расстояние между проводниками; b-минимально допустимая ширина контактной площадки; d-номинальное значение диаметра наименьшего металлизированного отверстия; Н- толщина ПП; Δt — предельное отклонение ширины проводника; Т_l — пози­ционный допуск расположения печатного проводника.

Расстояние между элементами проводящего рисунка (например, ме­жду проводниками), расположенными на наружных или в соседних слоях ПП, зависит от допустимого рабочего напряжения, свойств диэлектрика, условий эксплуатации и связано с помехоустойчивостью, искажением сиг­налов и короткими замыканиями.

Координатная сетка чертежа ПП необходима для координации эле­ментов печатного рисунка. В узлах пересечений сетки располагаются мон­тажные и переходные отверстия (рис. 8.4). Основным шагом координат­ной сетки принят размер 0,5 мм в обоих направлениях. Если этот шаг не удовлетворяет требованиям конкретной конструкции, можно применять шаг, равный 0,05 мм. При использовании микросхем и элементов с шагом выводов 0,625 мм допускается применение шага координатной сетки 0,625 мм.

Рис. 8.4. Координатная сетка чертежа печатной платы

В случае необходимости применения коор­динатной сетки с шагом, отличным от ос­новных, предпочтительным является шаг, кратный основным шагам координатной сетки. При использовании микросхем зару­бежного производства с расстояниями меж­ду выводами по дюймовой системе допуска­ется использование шага координатной сетки, кратного 2,54 мм.

Диаметры монтажных и переходных отверстий (металлизированных и неметаллизированных) должны соответст­вовать ГОСТ 10317 79 и выбираться из 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. Монтаж­ные отверстия предназначены для установки микросхем и ЭРЭ, а переходные отверстия — для электрической связи между слоями или сторонами ПП.

Размеры ПП, если они специально не оговорены в ТЗ, определяются с учетом количества устанавливаемых элементов, их установочных площадей, шага установки, зон установки разъема и пр. Линейные размеры ПП реко­мендуется выбирать по ГОСТу (табл. 8.2). Соотношение линейных размеров сторон ПП должно составлять не более 3:1.

Кривизна ПП (цилиндрическое или сферическое искривление основа­ния) может появиться в результате воздействия высокой температуры и влажности (рис. 8.5). Допустимое значение изгиба ПП К на длине 100 мм составляет для ОПП и ДПП 1,5 мм; для МПП — 2,0 мм.

Таблица 8.2.

Линейные размеры ПП

Ширина, мм	Длина, мм	Ширина, мм	Длина, мм	Ширина, мм	Длина, мм	Ширина, мм	Длина, мм
20	30	60	90	100	120	140	150
	40		100		130		200
30	40		140	110	150	150	150
			160		170		170
40	60	75	75	120	120		180
45	75		90		140		200
	80		170		150	160	170
50	60	80	130		160		200
	80		140		170	170	180
	100	90	90		180		200
	150		120		200		280
60	60		150	130	200	200	360
	80		170

Коробление ПП (спиральное искривление противоположных кромок основания ПП, скручивание) может привести к разрыву проводников, ос­ложняет Процесс изготовления ПП и установки элементов при сборке моду­ля (рис. 8.6).