Расчет печатной платы

В качестве материала для печатной платы электронного звонка используется стеклотекстолит, т.к. он имеет следующие преимущества по сравнению с гетинаксом [7]:

- большая механическая стойкость;

- большая влагостойкость;

- большая термостойкость;

- лучшая адгезия фольги со стеклотекстолитом;

- при сверлении отверстий дает меньшую шероховатость поверхности.

Стеклотекстолит дешевле некоторых прочих фольгированных материалов, таких как лавсан или фторопласт. Поэтому наиболее подходящим для изготовления устройств, работающих на частотах до 300 МГц и напряжениях до 1000 В является именно он.

Выбираем материал СФ1-35-1,5. Толщина фольги 35 мкм ток, протекающий по проводникам равен 0,20 А.

При расчете печатной платы рассчитываются электрические и конструктивные параметры. К электрическим параметрам относятся:

- t – ширина печатного проводника;

- S – расстояние между печатными проводниками;

- C – емкость печатного проводника;

- L – Индуктивность печатного проводника.

К конструктивным параметрам относятся:

- размер печатной платы;

- диаметр и количество монтажных отверстий;

- диаметр контактных площадок;

- минимальное расстояние между центрами двух отверстий для прокладки нужного количества проводников.

Рассчитываем ширину печатного проводника по формуле (1):

, (1)

где I – протекающий ток, А;

j – допустимая плотность тока, А/мм²;

h – толщина фольги, мм.

Исходные данные для расчета:

- ток, протекающий по проводнику I складывается из токов всех видов активных элементов схемы, А 0,20;

- толщина фольги h, мм 0,05;

- плотность тока j выбирается по справочнику,
исходя из того что изделие относится к бытовой РА, А/мм² 30.

Исходя из расчётов в формуле 1, печатная плата соответствует 3 классу точности. Изготовление печатных плат 3 класса не всегда требует применения уникального высокоточного оборудования. Принимаем t = 0,25 мм.

Т.к. рабочее напряжение не более 8,2 В, то по ГОСТ 23.751-86, выбираем расстояние между двумя проводниками 0,1…0,2. Для 3 класса изготовления печатной платы S = 0,25 мм.

Плата односторонняя, изготавливается химическим методом.

Определяем диаметры монтажных отверстий по формуле (2):

(2)

Если d_в 0,8 то = 0,2, если d_в > 0,8 то = 0,3 Рекомендуется имеет не более трех диаметров монтажных отверстий, поэтому некоторые диаметры увеличены в сторону большего.

Таблица 2 – Диаметры монтажных отверстий

Элемент	Диаметр вывода, мм	Диаметр отверстия
С2-23	0,6	0,8
СП3-38А	0,9	1,2
КМ6	0,6	0,8
К50-35	0,5	0,8
CD4060BCN	0,6	0,8
КР1561ГГ1	0,6	0,8
КТ315	0,9	1,2
КТ361	0,9	1,2

Для устройства выбраны диаметры монтажных отверстий 0,8 и 1,2 мм.

Для выбора размеров печатной платы определяется ее площадь (формула 3):

(3)

где F_эрэ – площадь, занимаемая электрорадиоэлементами (ЭРЭ);

F_то – площадь технологических или крепежных отверстий;

F_св – площадь, которая не должна заниматься ЭРЭ по конструктивным соображениям;

F_м.о. – площадь монтажных отверстий;

К_з – коэффициент заполнения.

F_эрэ определяется по установочным размерам, в случаях если выводы элементов за пределами корпуса, или по площади корпуса, если выводы под корпусом.

Определяем площадь под технологические (крепежные) и монтажные отверстия по формуле (4):

, (4)

где d – диаметр отверстия;

n – количество отверстий.

Удобнее рассчитать площадь, занимаемую одним отверстием, а затем произвести общий расчет площади вместе с электрорадиоэлементами. Для этого исключим из формулы (4) n:

(5)

Вычислим площадь каждого отверстия:

Таким образом, вычислив площадь отверстий вместе с площадью электрорадиоэлементов, получим .

Исходные данные для расчета площади, занимаемой электрорадиоэлементами и отверстиями, приводятся в таблице 3.

Таблица 3

Наименование	Количество	Площадь одного элемента, мм2	∑F, мм2
Резисторы:
С2-23		13,20	92,40
СП3-38А		29,05	29,05
Конденсаторы:
КМ6		29,25	58,50
К50-35		19,63	39,26
Микросхемы
CD4060BCN		151,94	151,94
КР1561ГГ1		151,94	151,94
Транзисторы:
КТ315		19,60	19,60
КТ361		19,60	19,60
Отверстия диаметром, мм
0,8		0,50	29,14
1,2		1,13	10,17
ИТОГО	601,61

Выбираем коэффициент заполнения печатной платы, который обычно выражается в пределах от 0,3 до 0,8. Так как устройство работает автономно, необходимо уменьшить его габариты. Элементы, работающие от батарей, пропускают небольшие токи и поэтому не греются. Поэтому, принимаем К_з = 0,55. Отсюда площадь печатной платы, подставляя значение из таблицы, получившееся для суммы :

Длина стороны печатной платы по ГОСТ 10317-79 должна заканчиваться 0 или 5. Далее подбираем размеры платы из неравенства (6):

. (6)

Из реальных размеров разведенной платы длина сторон 45 и 25 мм, т.е.
А = 45 мм, В = 25 мм:

1125 ³1093.

Рассчитываем реальный коэффициент заполнения по формуле (7):

(7)

Отсюда следует:

.

Рассчитаем диаметр контактных площадок по формуле (8):

(8)

где b – радиальная ширина контактной площадки;

∆d – точность получения отверстия;

T_d – значение позиционного допуска расположения монтажных отверстий;

T_D – значение позиционного допуска расположения контактных площадок.

Для плат, изготавливаемых по 3 классу точности b = 0,1 мм, T_d = 0,08 мм,
T_D = 0,15 мм.

Отсюда следует:

Определяем минимальное расстояние между центрами двух соседних отверстий для прокладки нужного количества проводников по формуле (9):

(9)

где n – количество прокладываемых проводников;

∆t – предельное отклонение ширины печатного проводника;

T_l – значение позиционного допуска расположения печатного проводника.

Определим минимальное расстояние между центрами двух соседних отверстий для прокладки одного проводника:

Для прокладки двух проводников:

Для прокладки трех проводников:

Рассчитываем сопротивление проводника по формуле (10):

(10)

где ρ – удельное сопротивление медной фольги, 0,02 Ом·мм²/м;

l – длина проводника, 0,045 м (измеряем самый длинный проводник на печатной плате).

Паразитные параметры платы C – емкость печатного проводника и L – индуктивность печатного проводника оказывают влияние на частотах выше 50 МГц, поэтому их расчет не производится.