2 Расчёт элементов проводящего рисунка

Исходные данные:

• Размер печатной платы: 200x110

• Класс точности: 3

• Степень точности: 12 квалитет

• Диаметр вывода: 0,4 мм

В процессе расчёта принимаем диаметр отверстия менее 1 мм, с металлизации и без оплавления. Толщину печатной платы выбираем равной h_пл = 1,5 мм.

Номинальные значения основных параметров с учетом 3-го класса точности [2]:

• Номинальная ширина проводника: t = 0,25 мм;

• Номинальное расстояние между проводниками: S = 0,25 мм;

• Расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки: b = 0,1 мм;

• Отношение диаметра отверстия к толщине ПП: k_п = 0,33;

• Предельное отклонение ширины печатного проводника: ∆t =  0,1 мм

• Позиционный допуск расположения печатных проводников: T1 = 0,1 мм.

• Нижнее предельное отклонение номинального значения диаметра отверстия (с металлизацией, без оплавления, с отверстием до 1 мм ) d_н.о: - 0.1 мм;

• Верхнее предельное отклонение номинального значения диаметра отверстия (с металлизацией, без оплавления, с отверстием до 1 мм ) d_в.о: 0 мм.

Размеры проводящего рисунка определяются электрическими параметрами функционального узла, расположенного на ПП – током, напряжением, частотой, другими, а также параметрами самой ПП – сопротивлением проводников, электрической прочностью, сопротивлением изоляции, допустимой токовой нагрузкой, электрической емкостью, помехозащищенностью.

В частности, от ширины проводников и расстояния между ними зависит погонная емкость, возникающая между параллельными проводниками и вызывающая паразитные связи.

От ширины проводников (сечения) зависят нагрузочная способность по току и сопротивление проводников.

От расстояния между проводниками зависит электрическая прочность изоляции.

От соотношения ширины проводников и толщины ПП зависят емкость, волновое сопротивление, а также эффективная диэлектрическая проницаемость материала основания ПП.

Расчетные соотношения, приведены ниже.

Диаметр монтажных отверстий – d, определяется из следующего соотношения (1):

d_м –(|∆d|)_н.о.≥ d_э + r, (1)

где, d_э – максимальный диаметр вывода радиоэлемента;

r – разность между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода радиоэлемента ( r = 0,1…0,4 мм);

d_н.о. – нижнее предельное отклонение номинального значения диаметра отверстия: - 0,1 мм

С учётом исходных данных: ∆d _н.о = - 0,1; r = 0,3 мм; d_э = 0,4 мм

Из формулы 1 получаем:

d_м – 0,1 ≥ 0,4 + 0,3 => d_м ≥ 0,8 мм

Диаметры монтажных и переходных отверстий, металлизированных и неметаллизированных, должны соответствовать ГОСТ 10317-79, который устанавливает следующий ряд: 0,4 – 3,0 мм через 0,1 мм, кроме диаметров 1,9 и 2,9 мм.

Получаем диаметр монтажного отверстия равный 0,9 мм.

Минимальный диаметр переходного отверстия можно рассчитать по формуле 2.

d_п = k_п h_пл, (2)

где, k_п - отношение диаметра отверстия к толщине платы;

h_пл - толщина печатной платы.

Отношение диаметра отверстия к толщине платы по заданию k_п = 0,33, а то толщина печатной платы h_пл = 1,5 мм. Тогда по формуле 2 получаем:

0,495 мм

Округлив до десятых получаем = 0,5 мм.

Расстояние от края ПП - не менее толщины ПП; от края паза, выреза, металлизованного отверстия определяется по формуле 3:

Q = q + k + 0,5(T²_D+T²_d+Dt² _в.о.)^0,5, (3)

где, q – допустимая ширина скола, ореола (допустимый брак) [см Приложение А, таблица 3.18]

k – наименьшее расстояние до скола, ореола (обычно k = 0,3 мм);

Т_d, T_D, t_в.о. – позиционные допуски и отклонения, определяемые по [см Приложение А, таблицы 3.19 и 3.20].

Допустимая ширина скола, ореола q = 0,35 мм; наименьшее расстояние до него: k = 0,15 мм – для 3-го и 4-го классов точности [2]; Т_d = 0,1 мм , T_D = 0,2 мм, t_в.о = 0,1 мм (см. начало раздела 3)

По формуле 3 получаем:

Q = q + k + 0,5(T²_D+T²_d+Dt² _в.о.)^0,5 = 0,35 + 0,15 + 0,5(0,01 + 0,04 + 0,01)^0.5 = 0,622 мм

Округляем и получаем Q = 0,63 мм.

Наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника t из берём из исходных данных, t = 0,25 мм.

Наименьший номинальный диаметр контактной площадки D, под выбранное отверстие необходимо рассчитать по формуле 4.

D = d_m + d_во+ 2b + t_во+ 2d_тр+ [Т²_d+Т²_D +t²_но]^0,5, (4)

где d_во – верхнее предельное отклонение диаметра отверстия (d_во = 0,1 мм., см. исходные данные);

b – гарантийный поясок (b = 0,1 мм, см. исходные данные);

t_в.о – верхнее предельное отклонение ширины проводника (t_во = 0,1 мм., см исходные данные );

d_тр = 0 мм. – подтравливание диэлектрика (для ДПП), из [2].

Из формулы 4 получаем:

D = d_m+d_во+2b+t_во+2d_тр+[Т²_d+Т²_D+t²_но]^0,5=0,8+0+0,2+0,1+0,0+(0,06)^0,5 =1,41 мм

Рассчитанное значение диаметра D следует округлять до десятых долей мм в большую сторону, поэтому D = 1,5 мм.

Наименьшее номинальное расстояние S между соседними элементами проводящего рисунка (проводниками, контактными площадками) устанавливают в зависимости от электрических, конструктивных, технологических требований и рассчитываются по формуле 5.

S = S_{min D} + t_во +0,5Т_l , (5)

где, S_{min D} – определяют из расчета электрической прочности изоляции, в данном случае определено в исходных данных, S = 0,25 мм;

t_во – верхнее предельное отклонение ширины проводника;

Т_l – позиционный допуск расположения печатных проводников, учитывается

только при наличии проводников в узком месте (T₁ = 0,1 мм, см. исходные данные)

По формуле 5 получаем:

S = 0,25 + 0,1 + 0,05 = 0,4 мм.

Наименьшее номинальное значение S рекомендуется устанавливать в зависимости от класса точности по таблице 3.24 [2]. Получаем S = 0,4 мм.

Наименьшее номинальное расстояние (L_ном) мм, для прокладки n-го числа печатных проводников между центрами двух отверстий с контактными площадками диаметрами D₁ и D₂ определяют по формуле 6.

L_ном=+t_n+S(n+1)+T_l, (6)

где, D₁, D₂ – диаметры контактных площадок (в данном случае D1 = D2 = D), мм;

t_n – наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника,

t_n = t = 0,25 (см. исходные данные);

n – число проводников, пусть будет равно 2.

Из формулы 4 берём D = 1,5 мм. Тогда, по формуле 6 получаем:

L_ном = 2,96 мм

Округляем и получаем L _ном = 3 мм.

Заносим полученные результаты в таблицу 1.

Таблица 1 – Результаты расчета

t, мм	H,см	d, мм	Q,мм	D, мм	S, мм	L, мм
0,25	1,5	0,8	0,63	1,5	0,4	3