Определение размеров функционального узла

Найдем размеры печатной платы XP*YP для размещения К элементов за­данной электрической схемы (прямая задача). Каждый i-й элемент с габарит­ными размерами ХUi* YUi, как показано на рис. 1.3. занимает на плате площадь

,

Площадь, занимаемая всеми элементами схемы на плате, составит

Рис. 1.3. Примеры установки элементов на плате: а - конденсатора К53-18;

б, в - конденсатор КМ6; г - стабилитрон Д814; д, е, ж - микросхемы К176ИЕ1; з, и - транзистор КП103, к- резистор С2-23

С учетом зазоров между элементами, общая площадь для элементов элект­рической схемы можно представить как площадь функциональной поверхности

SF=SE/CZ,

где CZ - коэффициент заполнения или плотности упаковки элементов на плате.

Для одиночного элемента на плате коэффициент заполнения находится со­гласно рис. 1.4.

Рисунок 1.4 Графическое представление коэффициента заполнения

где XG, YG - размеры зоны, занимаемой элементом на печатной плате для нормального функционирования (с необходимыми промежутками для прокладки проводников, отвода тепла, удобства установки и пайки).

Для К элементов коэффициент заполнения найдется как

CZ - статическая величина и составляет (0,3 ±0,1). Считается, что

Если ввести коэффициент формы платы

XF > YF,

то размеры функциональной области найдутся как

Согласно рис. 1.2 а) размеры печатного узла будут определяться размерными цепочками

XP = X1+XF + X2;

YP = Y1 + YK + YF + Y2.

Размеры печатного узла по третьей координате Z образуются размерной цепью на рис. 1.2 б):

ZP = ZU + h + Z0;

где ZU = max {ZUi,.. .,ZU_K}; Z0 = max {Z0i,...,Z0_K};

h - толщина материала платы;

ZUi, Z0i. - высота монтажа элементов с обеих сторон платы, рис. 1.2 б).

Размеры краевых полей XI, Х2, Y1, Y2 выбираются, прежде всего, исходя из способа закрепления платы в приборе. Ширина поля вы­бирается кратной шагу координатной сетки, как показано в табл. 2.

Таблица 2.

Шаг координатной сетки	X1,X2,Y1,Y2, мм
2,5 мм	2,5; 5,0; 7,5 …
1,25 мм	1,25; 2,5; 3,75 …

Коммутационная область YK*XK выделяется для размещения контактных площадок, в которые либо впаиваются выводы разъема, либо объемные про­водники для электрического соединения с другими частями прибора.

Диаметр контактной площадки DK находится как

DK = 2XA+D,

где ХА - ширина проводника (обычно минимальная), D - диаметр отверстия в плате для установки вывода элемента DV, рис. 1.5.

Принято, что D = DV + 0,2 мм

Рисунок 1.5

При выборе ширины контактной площадки ХА естественно стремление выбрать ее минимальной. Это зависит от разрешающей способности метода из­готовления печатного проводника и от толщины фольги, если применяется фольгированный материал.

При выборе метода химического травления используются фольгированные материалы.

Толщина фольги TF имеет стандартную величину: 18, 25, 35, 50, 75, 105 мкм, и выбирается по допустимому рабочему току проводника:

где γ = 20…30 А/ - удельная плотность тока через печатный проводник.

Пример 1.1. Определить ток через проводник печатной платы шириной 1 мм и толщиной 35 мкм.

Решение: 1=35*10^-3 * 1*30 = 1,05 А.

Функциональные узлы, использующие маломощные интегральные схемы, потребляют токи, не превышающие уровень 10^-2… 10^-4А. Поэтому ширина про­водника и зазоры между элементами проводящего рисунка определяются в ос­новном технологией изготовления платы и допустимой разностью потенциалов между соседними проводниками. Ширина проводника в примере 1.1 ХА = 1мм может оказаться избыточной, вполне может составить ХА = 0,1…0,01мм. Однако при этом требуется уменьшить толщину фольги. Если нужно получить проводник шириной 0,1мм, толщина фольги не должна превышать величину 0,1*ХА = 10мкм. Для фольгированных материалов толщина фольги ограничена высотой микронеровностей диэлектрического основания, т.е. шероховатостью. Для стеклотекстолита толщина фольги не может быть меньше 20 мкм (ТF ≥ 20мкм), а ширина проводника и зазор между проводниками ХА ≥ 10 ТF ≈0,2 мм.

Диаметр отверстия в контактной площадке находится обычно в пределах

1 ± 0,2 мм, минимальная ширина проводника лежит в пределах (0,2 …0,5) мм, и диаметр контактной площадки составит в среднем величину DK = 1,7 ±0,5 мм. Контактные площадки принято сверлить в узлах координатной сетки. Длина коммутационной зоны ХК при шаге координатной сетки равной 2,5мм и К контактных площадок составит:

ХК = К*2,5 ≤ XF

Количество контактных площадок назначается в соответствии с таблицей 3.

Таблица 3. Количество контактных площадок в коммутационной зоне (количество выводов в зоне присоединения)

Назначение	Название контакта		Количество
Питание	+	− («земля»)	2
Входной сигнал	«Вход»	«Земля»	2
Заземление	«Земля»	-	1

Требования к размерам и расположению проводников. Печатный проводник должен обеспечить допустимый температурный нагрев при максимальной токовой нагрузке. Огра­ничения на ширину проводников указывались раньше. Так как печатные провод­ники имеют хорошее сцепление с диэлектрическим основанием, обеспечивается хороший тепловой контакт, поэтому они выдерживают более значительные токовые нагрузки по сравнению с объемными проводниками. Практика показывает, что целесообразная ширина проводника составляет 1…1,5 мм, а зазор между проводниками также равен 1…1,5 мм.