Разработка конструкции печатной платы в P-CAD
3.4.2. Расчет КП для поверхностного монтажа
Знакоместо - конструкция припойных площадок, на которые устанавливается контактными площадками компонент. Требования к проектированию знакоместа - обеспечить максимальную плотность упаковки компонентов на ПП и качество паяного соединения.
Предварительно следует определить метод пайки, который можно применить при разработке ПП. В технологии поверхностного монтажа для пайки компонентов на печатную плату применяются следующие методы пайки:
- пайка двойной волной припоя;
- пайка расплавлением дозированного припоя в парогазовой фазе;
- инфракрасно-конвекционная пайка;
- другие методы пайки (лазерная, через нагретое тело).
При выборе топологии КП необходимо учитывать особенности, присущие каждому из этих методов (скольжение компонента по расплавленному припою, эффект "надгробного камня", снижение перегрева и т.д.). Некоторые фирмы-производители чип-компонентов рекомендуют свои варианты КП, которые можно найти в справочниках, например для размеров конструктива пассивного чип-компонента, приведенных на рис. 5, фирма "NU-Grafic Corp"рекомендует для обеспечения теплового режима размеры знакоместа, приведенные на рис. 6,а . В работе [7] предлагаются размеры знакоместа под отечественные чип-компоненты. Например, при пайке путем оплавления припойной пасты в ИК- печи расчет размеров знакоместа пассивного чип-компонента приведен на рис. 6,б ( L - длина компонента; W - ширина компонента; Т - высота компонента; М - ширина металлизации вывода; dL - допуск отклонения размера компонента по длине), а для микросхем с параметрами приведенными в табл. 4 - на рис. 6,в.
| Тип корпуса | Размер, мм | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| A | B | C | D | E | |
| SO-8, 14, 16 | 4,0 | 7,0 | 1,5 | 0,6 | 1,27 |
| SOL-16,20,24,28 | 7,8 | 11,4 | 1,8 | 0,6 | 1,27 |
Рис. 6. Варианты расчета знакоместа: а - для импортных пассивных чип-компонентов , б - для отечественных пассивных чип-компонентов, в- знакоместо для микросхем с различным числом выводов
Расположение монтажных отверстий и контактных площадок относительно корпуса элемента на ПП и их размеры определяются исходя из выбранного по ГОСТ 29137-91 варианта его установки на ПП.
Установочные размеры для элементов, устанавливаемых в отверстия ПП, следует выбирать кратными шагу координатной сетки 2,5 или 1,25 мм в соответствии с ГОСТ 10317-79. Основной шаг координатной сетки - 2,5 мм. Это означает, что если, например, минимальный установочный размер в ходе расчета получился равным 5,9 мм, то для шага сетки 2,5 мм он округляется в большую сторону до 7,5 мм, при шаге сетки 1,25 мм - до 6,25 мм.
Предельные отклонения размеров между осями двух любых выводов элемента, устанавливаемых:
- в монтажные отверстия, - ±0,2 мм;
- на контактные площадки - ±0,1 мм.
Остальные приведенные без указания предельных отклонений размеры формовки выводов не контролируются и должны быть обеспечены инструментом.
3.5. Выбор ширины проводников и расстояния между элементами проводящего рисунка
Основные параметры (размеры и допустимые отклонения) проводников и зазоров между элементами проводящего рисунка оговорены в ГОСТ 23751-86 и непосредственно зависят от заданного класса точности ПП.
По ГОСТ 23751-86 минимальные и номинальные значения ширины проводников t и расстояния между элементами проводящего рисунка (зазор) S (сюда относятся расстояния: между проводниками; между проводниками и контактными площадками; между проводниками и монтажными и переходными отверстиями) для узкого места (участок печатной платы, где элементы проводящего рисунка и расстояния между ними могут быть выполнены только с минимальными значениями) в зависимости от классов точности приведены в табл. 5.
Для свободного места (участок печатной платы, где элементы проводящего рисунка и расстояния между ними могут быть выполнены номинальной величины) указанные в табл. 1 и 2 значения допускается устанавливать по любому более низкому классу, а для первого класса - увеличивать в два раза.
Выбор ширины проводника t и расстояния между элементами проводящего рисунка S следует проводить в соответствии с табл. 5, а также в зависимости от токовой нагрузки и значения рабочего напряжения между элементами проводящего рисунка.
| Класс точности | Ширина проводника, мм | |||
|---|---|---|---|---|
| Номинальное значение | Минимальное значение | Минимальный зазор, мм | ||
| без покрытия | с покрытием | |||
| 1 | 0,75 | 0,6 | 0,55 | 0,75 |
| 2 | 0,45 | 0,35 | 0,35 | 0,45 |
| 3 | 0,25 | 0,2 | 0,15 | 0,25 |
| 4 | 0,15 | 0,12 | 0,1 | 0,15 |
| 5 | 0,1 | 0,07 | 0,07 | 0,1 |
Конкретные размеры печатных проводников в зависимости от токовой нагрузки либо рассчитывают, используя приведенные данные, либо выбирают по номограмме, в которой представлены различные значения перегрева в условиях естественной конвекции для одиночных печатных проводников постоянной ширины, расположенных на наружных слоях и на расстоянии, равном ширине проводника [1].
Другие параметры печатного рисунка (зависимость сопротивления от толщины печатного проводника и наличия покрытия, значения допустимого рабочего напряжения при ненормальных условиях и т. д.) см. в ГОСТ 23751-86.
3.6. Расчет размеров ПП
Применительно к печатным платам и соответственно несущим конструкциям в настоящее время широко используются международный стандарт МЭК 297 (IEC 297-3) на 19-дюймовые конструкции, совпадающий с известным германским стандартом DIN 41494, и метрический стандарт МЭК 917 (IEC 917-2-2), который разработан недавно и предположительно должен со временем заменить дюймовый стандарт. Для справки - DIN (Deutsches Institut fur Normung).
Ряд отечественных стандартов также содержит данные по размерам ПП и несущих конструкций, причем отдельные типоразмеры плат совпадают с приведенными выше международными стандартами (ГОСТ 10317-79, ГОСТ 20.39.405-84, ГОСТ 23751-86, ГОСТ 26164-84).
Единица построения вертикальных размеров в данном стандарте - величина 44,45 мм, называемая 1U (один У).
Исходные (базовые) размеры печатных плат приняты равными 100x100 мм. Некоторые размеры плат, отвечающие стандарту IEC 297-3, представлены в табл. 6.
| Обозначение | Высота H, мм | Длина L, мм |
|---|---|---|
| 3U | 100 | 100 |
| 160 | ||
| 220 | ||
| 280 | ||
| 4U | 144,45 | 100 |
| 160 | ||
| 220 | ||
| 280 | ||
| 5U | 188,9 | 100 |
| 160 | ||
| 220 | ||
| 280 | ||
| 6U | 233,35 | 100 |
| 160 | ||
| 220 | ||
| 280 |
Для выбора размера платы следует пользоваться формулой, определяющей площадь ПП:
где
-
- коэффициент заполнения (для ОПП 
, а для ДПП 
); -
- площадь всех элементов; -
- площадь контактных площадок.
Размеры каждой стороны печатной платы должны быть кратными:
- 2,5 - при длине до 100 мм;
- 5,0 - при длине до 350 мм;
- 10,0 - при длине более 350 мм.
По ГОСТ 10317-79 максимальный размер любой из сторон должен быть не более 470 мм.
Соотношение линейных размеров сторон печатной платы должно быть не более 3:1.
Отклонение от перпендикулярности печатной платы не должно быть более 0,2 мм на 100 мм длины.
Основной шаг координатной сетки должен быть 2,50 мм. При использовании шага координатной сетки менее основного следует применять шаг, равный 1,25; 0,625.
Шаги координатной сетки 0,625 и 0,5 мм не распространяются на присоединительные размеры любых навесных элементов, устанавливаемых на печатные платы.
Гост 23751-86 устанавливает пять классов точности печатных плат в соответствии со значениями основных параметров и предельных отклонений элементов конструкции (оснований печатных плат, проводников, контактных площадок, отверстий).
Размеры и предельные отклонения печатных плат, установленные стандартом, обязательны для следующих методов проектирования: ручного, автоматизированного и полуавтоматизированного.
Приложение
| ГОСТ 2.104-68 | ЕСКД. Основные надписи. |
| ГОСТ 2.105-95 | ЕСКД. Общие требования к текстовым документам. |
| ГОСТ 2.106-96 | ЕСКД. Текстовые документы (спецификации, различные ведомости и т.д.). |
| ГОСТ 2.109-73 | ЕСКД. Основные требования к чертежам. |
| ГОСТ 2.113-75 | ЕСКД. Групповые и базовые конструкторские документы. |
| ГОСТ 2.123-93 | ЕСКД. Комплектность конструкторских документов на печатные платы при автоматизированном проектировании. |
| ГОСТ 2.301-68 | ЕСКД. Форматы. |
| ГОСТ 2.304-81 | ЕСКД. Шрифты чертежные. |
| ГОСТ 2.320 -82 | ЕСКД. Правила нанесения размеров, допусков и посадок. |
| ГОСТ 2.701-84 | ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению. |
| ГОСТ 2.702-75 | ЕСКД. Правила выполнения электрических схем. |
| ГОСТ 2.708-81 | ЕСКД. Правила выполнения электрических схем цифровой вычислительной техники. |
| ГОСТ 2.709-72 | ЕСКД. Система обозначения цепей в электрических схемах. |
| ГОСТ 2.710-81 | ЕСКД. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах. |
| ГОСТ 2.711 | Схема деления изделия на составные части |
| ГОСТ 2.721-74 | ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения. |
| ГОСТ 2.722 | Машины электрические. |
| ГОСТ 2.723 | Катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы, автотрансформаторы и магнитные усилители. |
| ГОСТ 2.725 | Устройства коммутирующие. |
| ГОСТ 2.726 | Токосъемники. |
| ГОСТ 2.727 | Разрядники, предохранители. |
| ГОСТ 2.728-74 | ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Резисторы. Конденсаторы. |
| ГОСТ 2.729 | Приборы измерительные. |
| ГОСТ 2.730 | Приборы полупроводниковые. |
| ГОСТ 2.731 | Приборы электровакуумные. |
| ГОСТ 2.732 | Источники света. |
| ГОСТ 2.733 | Обозначения условные детекторов ионизирующих излучений в схемах. |
| ГОСТ 2.734 | Линии сверхвысокой частоты и их элементы. ГОСТ 2.735-Антенны. |
| ГОСТ 2.736 | Элементы пьезоэлектрические и магнитострикционные. |
| ГОСТ 2.743-91 | ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Элементы цифровой техники. |
| ГОСТ 2.417-91 | ЕСКД. Платы печатные. Правила выполнения чертежей. |
| ГОСТ 10317-79 | Платы печатные. Основные размеры. |
| ГОСТ 20406-75 | Платы печатные. Термины и определения. |
| ГОСТ 23661-79 | Платы печатные многослойные. Требования к типовому технологическому процессу прессования. |
| ГОСТ 23662-79 | Платы печатные. Получение заготовок, фиксирующих и технологических отверстий. Требования к типовым технологическим процессам. |
| ГОСТ 23664-79 | Платы печатные. Получение монтажных и подлежащих металлизации отверстий. Требования к типовым технологическим процессам. |
| ГОСТ 23665-79 | Платы печатные. Обработка контура. Требования к типовым технологическим процессам. |
| ГОСТ 23751-86 | Платы печатные. Основные параметры конструкции. |
| ГОСТ 23752-79 | Платы печатные. Общие технические условия. |
| ГОСТ 23752.1-92 | Платы печатные. Методы испытаний. |
| ГОСТ 23770-79 | Платы печатные. Типовые технологические процессы химической и гальванической металлизации. |
| ГОСТ 26164-84 | Платы печатные для изделий, поставляемых на экспорт. Шаги сетки. |
| ГОСТ 27200-87 | Платы печатные. Правила ремонта. |
| ГОСТ 29137-91 | Формовка выводов и установка изделий электронной техники на печатные платы. Общие требования и нормы конструирования. |
| ГОСТ Р 50621-93 | Платы печатные одно- и двусторонние с неметаллизированными отверстиями. Общие технические требования. |
| ГОСТ Р 50622-93 | Платы печатные двусторонние с металлизированными отверстиями. Общие технические требования. |
| ГОСТ Р 50626-93 | Платы печатные. Основные положения построения технических условий. |
| ГОСТ Р 51039-97 | Платы печатные. Требования к восстановлению и ремонту. |
| ГОСТ Р 51040-97 | Платы печатные. Шаги координатной сетки. |