Выбор и обоснование методов монтажа

 

Расчет элементов печатного рисунка обычно включает две основные стадии: конструкторско-технологический расчет параметров элементов и расчет электрических параметров. Наравне с электрическими параметрами печатных плат необходимо определить такие конструктивно-технологические параметры печатной платы, как ширина и шаг трассировки печатных проводников, диаметр контактных площадок, число проводников которое можно провести между двумя соседними отверстиями, диаметр отверстий на плате до и после металлизации.

При расчете элементов печатного монтажа следует учитывать технологические особенности производства, допуски на всевозможные отклонения значений параметров элементов печатного монтажа, установочных характеристик корпусов ИМС, требования по организации связей, вытекающие из схемы электронного функционального узла, а также перспективности выбранной технологии.

Исходные данные для конструкторско-технологического расчета элементов плат следующие: шаг координатной сетки по ГОСТ 10317-79 и равный 2,5 мм; допуски на отклонения размеров и координат элементов печатной платы от номинальных значений, зависящих от уровня технологии, материалов и оборудования; установочные характеристики навесных элементов.

Расстояние между центрами двух соседних отверстий на плате (контактных площадок) L условно делят на зоны:

а) контактной площадки;

б) печатного проводника;

в) зазора (между контактными площадками, печатными проводниками и контактными площадками и проводниками);

Понятие «зона печатного элемента» включает не только номинальное значение их размеров и координат, но и допуски на отклонение этих размеров от номинальных значений:

 

L = D + n × T + ( n + 1) × S < k × A                 (3.5.1)

 

где D - ширина зоны контактной площадки;

T - ширина одного печатного проводника;

n - число проводников между двумя соседними контактными площадками;

S - ширина зазора между соседними печатными элементами;

A = 2,5 - шаг основной координатной сетки;

k -коэффициент шага основной координатной сетки.

С учетом допусков на размеры печатных элементов:

 

L = D _к + 2 × d _т + n × ( Т_п +2 × d _т )+(n+1) × S_min < k × A (3.5.2)

 

где D_к - максимальный диаметр контактной площадки;

T_n - максимальная ширина печатного проводника;

d _m - величина максимального отклонения оси печатного проводника

(или центра контактной площадки) от номинального положения,

определяемая точностью изготовления фотооригинала и размер-

ной стабильностью фотошаблона;

S _min - предельная величина зазора, при которой еще гарантируется надежная изоляция печатных элементов друг от друга (S_min=0.15мм).

Диаметр контактной площадки не может быть меньше величины, обеспечивающей гарантированную ширину металла вокруг просверленного отверстия. С учетом возможного смещения центра отверстия относительно центра контактной площадки:

 

D к = D с + 2 Bmi                 (3.5.3)

 

где Dс - диаметр зоны сверления с учетом допусков на смещение центра

отверстия;

В_min - минимальная ширина гарантированного пояска, принимаемая для

всех типов плат равной 0,1...0,15 мм.

Величина зоны сверления D_с складывается из диаметра отверстия и допусков на точность сверления, точность совмещения фотошаблонов (в случае ДПП), а также точность фотошаблонов:

D_с= d_o+2( d _т + d _с + d _o )         (3.5.4)

 

где d_o - диаметр отверстия до металлизации;

d _с - величина смещения фотошаблонов ДПП. Для всех типов плат со-

временная технология гарантирует не хуже d _с = 0,05 мм,

d _o - величина отклонения центра отверстия при сверлении. Определяется точностью оборудования и составляет при ручном сверлении

+0,2 мм, автоматизированном +0,05 мм.

Подставляя (3.6.4) в (3.6.3) имеем:

 

D _к =d_o+2 В _min +2( d _т + d _с + d _o ) (3.5.5)

Выводы ИМС и других навесных радиоэлементов вставляют в металлизированные отверстия печатной платы. Для этого необходимо, чтобы диаметр отверстия после металлизации был равен:

 

d_m=d_в+2 d _у (3.5.6)

 

где d_в - эквивалентный диаметр выводов ИМС, навесных радиоэлементов,

контактов разъема;

d _у - величина зазора, обеспечивающая установку выводов в отверстия

и их распайку (d _у = 0.07-0.15 мм ).

С учетом толщины слоя металлизации стенок отверстий:

 

d_o = d_m +2 d _м      (3.5.7)

 

где d _м - толщина слоя металла на стенках отверстия (d _м = 0.05 - 0.07 мм ).

Подставим выражения (3.6.5), (3.6.6), (3.6.7) в (3.6.2), получим:

 

L = d _в + n × Т_п+( n +1) × S_min +2 B_min +2[ d _у + d _м + d _o + d _с +( n +2) × d _т ] < k × A(4.5.8)

 

Анализ выражения дает следующее:

1. Выражение (3.5.8) можно использовать не только для определения расстояния между отверстиями L, но и для расчетов, например для оценки ширины T_п, числа печатных проводников - n, которые можно проложить между двумя соседними выводами ИМС, шага трассировки печатных плат, определяемого выражением:

 

t _тр = T _п +2 d _т + S (3.5.9)

2. Уравнение (3.5.8) позволяет также судить о влиянии каждого его члена на конструктивные параметры печатной платы. Поскольку допуски и предельные значения некоторых параметров зависят в первую очередь от уровня технологии, качества материалов и технологического оборудования, то выражение (3.5.8) позволяет формулировать требования к технологии, оборудованию и материалам.

3. Выражение (3.5.8) подтверждает возможность создание технологических запасов величин T_п, S_min и В_min. Источником этих запасов является разность k × A-L запасов между расчетными параметрами печатной платы, которая позволяет снизить брак при изготовлении печатных плат, повысить надежность и снизить требования к технологии. Величины, входящие в выражения (3.5.8) зависят от уровня технологии и культуры производства, состояния и параметров технологического оборудования. Эти параметры зависят от технологического уровня производства.

На практике в современных печатных платах применяют для ДПП шаг трассировки равный 1.25 мм. Размеры отверстий под выводы ИМС, навесных радиоэлементов, разъемов, а также переходных отверстий, как правило, одинаковы. Если принять, что максимальный диаметр вывода любого радиоэлемента d_в=0.6 мм, то размеры отверстий до металлизации d_o=0.8 мм, после металлизации d_m=0.7+0.1 мм. При этом минимальные размеры контактных площадок для ДПП D_к=1.2 мм. исходя из этого между двумя контактными площадками можно провести не более одного проводника, что обеспечит зазор между проводниками и контактными площадками 0,5 мм.

Конструкторско-технологический расчет ПП может производиться с учетом производственных погрешностей рисунка проводящих элементов, фотошаблонов, базирования, сверления и т.п., причем должны выдерживаться граничные значения основных параметров печатного монтажа для выбранного класса точности. На основе конструкторско-технологического расчета определяются: номинальные диаметры переходного и монтажного отверстий; диаметр контактной площадки; ширина проводников; расстояние между проводником и монтажным отверстием. Номинальные значения диаметра монтажного отверстия определяются по формуле:

 

d = d _э +½D d _н.о½ ,                (3.5.10)

 

где d_э - максимальное значение диметра вывода навесного элемента, устанавливаемого на печатную плату;

r - разность между минимальным значением диаметра отверстия и

максимальным значением диаметра (минимальный диаметр отвер-

стия лимитируется толщиной платы при условии качественной

металлизации отверстия);

D d_н.о - нижнее предельное отклонение номинального значения диаметра отверстия. Диаметры монтажных отверстий выбирают так, чтобы разность между минимальным значением диаметра отверстия была в пределах 0.1-0.5 мм (при автоматизированной установке ИЭТ - 0.4-0.5мм). Выбор значений диаметров осуществляется из ряда в диапазоне 0.4-3 мм с шагом 0.1 мм (ГОСТ 10317-79).

Номинальное значение ширины проводника t рассчитывается по формуле:

 

t = t_м.д+½D t_но½,                 (3.5.11)

 

где t_м.д - минимально допустимая ширина проводника, рассчитывают в

зависимости от токовой нагрузки (см. далее);

Расстояние между соседними элементами проводящего рисунка устанавливают в зависимости от электрических и конструкторско-технологических требований. Минимально допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка Sм.д выбирается из расчета обеспечения электрической прочности изоляции, а наименьшее номинальное расстояние определяют по формуле:

 

S = S _м.д + D t _во ,         (3.5.12)

 

Расчет минимального расстояния для прокладки n-го количества проводников между двумя отверстиями с контактными площадками диаметрами D1 и D2 производят по формуле:

 

l =( D 1+ D 2)/2+ t × n + S × ( n +1)+ Tl , (3.5.13)

 

где n - количество проводников;

Tl - позиционный допуск расположения печатного проводника

(Tl=0.1мм).