Тема 4 Основы конструирования ФЯ и блоков РЭА (Конспект лекций ОКТРЭС), страница 3

Электрические параметры определяют требования к трассировке, геометрическим параметрам сигнальных проводников и расположению сигнальныхи потенциальных слоев относительно друг друга. При отсутствии требований к электрическим параметрам печатных плат, что характерно длянизкочастотных устройств РЭА, число слоев и их расположение полностью зависят от технологического процесса изготовления печатных плат.При выборе структуры печатных плат устройств среднего и высокого быстродействия наиболее важным является обеспечение электрических параметров.

Как правило, в этом случае используют многослойные печатные платы.4.7. Разработка конструкции печатной платы15Требования к печатной плате формируются в результате анализатехнического задания на изделие и электрической принципиальной схемы. Разработка конструкции платы производится на основе этих требований и предполагает решение следующих задач: выбор и обоснованиекласса точности платы; выбор габаритных размеров и конфигурации платы; выбор материала основания печатной платы; размещение навесныхэлементов и трассировка проводников; выполнение расчетов элементовпечатной платы, разработка конструкторской документации.При выборе типа печатной платы наряду с требованиями технического задания на изделие следует учитывать технико-экономические показатели.

Так, например, для плотности отверстий 1,5 отв/см2 трудоемкость в нормочасах изготовления односторонней печатной платы в крупносерийном производстве составляет 0,25 нч/дм2, двухсторонней - 1нч/дм2, многослойной - 2 нч/дм2.Класс точности печатной платы определяется номинальными значениями и точностью выполнения элементов печатной платы (проводящегорисунка). Современная технология позволяет получать платы четырехклассов точности. Номинальные значения размеров основных элементовпроводящего рисунка платы (рис.3..) для узкого места приведены втабл.4.4.Таблица 4.4.Конструктивные параметры элемента печатной платы и номинальный1234размер для класса точностиклассклассклассклассМинимальная ширина проводников t, мм0,60,450,250,15Минимальное расстояние между проводниками s, мм0,60,450,250,150,30,20,10,05Гарантированная ширина пояска во внутреннем слое b в , мм0,150,100,050,03Отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы j0,50,50,330,33Гарантированная ширина пояска в наружном слоеb н , ммПечатные платы 1-го и 2-го классов точности наиболее просты висполнении, надежны в эксплуатации и имеют минимальную стоимость.Печатные платы 3-го и 4-го классов точности требуют использования высококачественных материалов, более сложного оборудования и иногдаособых условий производства.

Трудоемкость изготовления односторонней печатной платы 4-го класса точности примерно на порядок выше трудоемкости изготовления платы 1-го класса точности.Габаритные размеры печатных плат должны соответствовать ГОСТ10317-79 при максимальном соотношении сторон 5:1.Предпочтительны платы прямоугольной формы. Конфигурациюплат, отличную от прямоугольной, следует применять лишь в техническиобоснованных случаях.16Толщина печатной платы определяется толщиной исходного материала и выбирается в зависимости от использованной элементной базы ивнешних механических воздействий.

Для односторонних и двухсторонних печатных плат рекомендуется использовать материалы толщиной 0,8;1,0; 1,5; 2,0 мм.Выбор материала печатной платы производится в соответствии сГОСТ 10316-78 и ГОСТ 23751-79. Наибольшее применение при изготовлении печатных плат находят фольгированный стеклотекстолит. Списокрекомендуемых материалов печатных плат приведен в табл.4.5.Таблица 4.5.Маркамате-Толщина материала с фоль-риалаδ*гой ,ммСФ-1-35350,8; 1; 1,5; 2; 2,5; 3Область примененияE*Т,300oC-60...+120СФ-2-35СФ-1-50единением слоев50СФ-2-50СФПН-1-500,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3300-60...+120То же450-60...+120Одно- и двухсторонние платы с повышенной нагре-0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 350СФПН-2-50СТФ-1Одно- и двухсторонние платы с гальваническим со-востойкостью350,13; 0,15; 0,2; 0,25;0,35;400-60...+1200,5; 0,8; 1; 1,5; 2; 2,5Одно- , двухсторонние МПП и гибкие ПП с повышенной нагрево- и влагостойкостью450СТФ-2350,8; 1; 1,5; 2; 3450-60...+120То жеФТС-1200,08; 0,15300-60...+120Гибкие и многослойные ППФТС-2350,1; 0,12; 0,19360200,18; 0,27; 0,5300350,14; 0,23; 0,5360* d - толщина фольги, мкм; Е - прочность сцепления, г сРазмещение радиоэлементов на плате производится в соответствиис ОСТ 4.ГО.010.009 и должно быть согласовано с требованиями к конструкциям ФЯ и блока.

Вариант установки радиоэлементов на плату определяется условиями эксплуатации, другими техническими требованиямик ФЯ, изделию в целом и выбирается в соответствии с рекомендациями,изложенными в ОСТ 4.ГО.010.030.Критериями рационального размещения элементов на плате могутслужить: минимальная длина связей между радиоэлементами; минимальное число переходов печатных проводников между слоями; равномерноераспределение массы радиоэлементов на поверхности платы.Задача размещения радиоэлементов и трассировки проводников печатной платы, как правило, решаются на ЭВМ с помощью САПР.Расчеты элементов печатной платы делятся на конструкторско-технологические и электрические.17В результате выполнения конструкторско-технологических расчетовопределяют геометрические размеры элементов проводящего рисунка иих взаимного расположения с учетом производственных погрешностей.Расчету подлежат диаметры монтажных и переходных отверстий, значения ширины проводника и расстояния между проводниками, диаметрконтактной площадки.Минимальный диаметр переходнщго отверстия dпо:dпо ≥kдтhпл ,где kдт - отношение диаметра металлизированного отверстия к толщинеплаты; hпл - толщина печатной платы.

Минимальный диаметр монтажного отверстия dмо:dмо ≥ dв+D+2hг+δд ,где dв - диаметр вывода радиоэлемента, D=0,4...0,6 мм - зазор между поверхностью вывода и поверхностью отверстия, hг =0,05...0,06 мм - толщина гальванически осаждаемой меди, δд =0,12 мм - погрешность диаметраотверстия.Предпочтительные диаметры переходных отверстий dпо=0,7; 0,9; 1,1мм; монтажных отверстий dмо=0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5 мм.Минимальный диаметр контактной площадки dкп:dкп=2[bн+(dмо/2)+δо+δкп]+δфф+1,5hф ,δо =0,07 мм - погрешность расположения отверстия; δкп =0,15 мм погрешность расположения контактной площадки; δфф =0,06 - погрешность фотокопии и фотошаблона; hф - толщина фольги на диэлектриче-ском основании.Минимальная толщина проводника tпр:tпр =t+δфф+1,5 hф ,минимальное расстояние между проводниками:sпр=lол-(tпр+2δсп) ,где lол - расстояние между осевыми линиями проводников, δсп =0,05мм - погрешность смещения проводнков.Если полученное значение sпр ≥ s для выбранного класса точностиплаты, то расстояние lол увеличивается.18Электрическое сопротивление печатных проводников должно бытьтаким, чтобы падение напряжения на проводниках не превышало некоторой допустимой величины.

Поэтому после конструкторско-технологического расчета производится расчет площади поперечного сечения сигнальных проводников, проводников питания и земли.Для сигнальных проводников печатных плат цифровых ФЯ требуемую площадь поперечного сечения находят по формуле:Sс ≥ ρIl/Uпу ,где ρ - удельное сопротивление проводника, I - протекающий по проводнику ток, l - длина проводника, Uпу - запас помехоустойчивости цифро-вых ИС.Для проводников питания и земли:Sпз ≥ ρIl/(0,01...0,02)Uп ,где Uп - напряжение питания. Для медной катаной фольги ρ=0,017Ом/мм2м.

Запас помехоустойчивости цифровых ИС лежит в пределах0,4...0,5 В.Через площадь поперечного сечения и толщину фольги или электрохимически наращенной меди можно найти допустимую ширину печатных проводников tдоп.При использовании в конструкциях ФЯ электрических соединителей необходимо определить число контактов соединителя, с помощьюкоторых подключаются внешние цепи питания и земли.Число контактов nк соединителя косвенного сочленения:nк = Sпз /(πdвhф) ,где dв - диаметр вывода вилки (розетки) соединителя. Для соединителяпрямого сочленения:nп= Sпз /Sкп ,где Sкп - площадь контактирования в контактной паре соединителя.Через целочисленное значение nx и общее число микросхем на платеn находят значение ny, а по формуле (3.2) - минимальную ширину проводников tmin.Конструкторская документация на печатные платы разрабатываетсяв соответствии с ГОСТ 2.417-78.4.8.

Расчет геометрических размеров ФЯ19Типовая конструкция бескаркасной ФЯ блока разъемного типа накорпусных микросхемах приведена на рис. 4.10.Рис.4.10Несущим элементом конструкции служит печатная плата 1 с размерами Lx, Ly, на которой размещены корпусные микросхемы 2, вилкаэлектрического соединителя 3 и металлический угольник 4 (лицевая панель, контрольная колодка и др.). Как видно из рисунка, толщина ячейкипри условии, чтоhя=hугhуг >hпп+hс,- толщина печатной платы, hс - высота вилки соединителя илигде hппэлемента с максимальной высотой. Еслиhуг < hпп+hсили угольник в конструкции отсутствует, тоhя = hпп+hс .Для конструкций ФЯ с печатными контактами соединителя при наличииугольникаhя = hуг ,при отсутствии:hя = hпп + hэл.max,где hэл.max - максимальная высота радиоэлемента, установленного на плате.20В конструкциях ФЯ блоков книжного типа в свободных углах платы монтируются распорные втулки высотой hвт, исключающие контактированиесоседних плат в пакете ячеек.