Конструкторские характеристики

8.1 Конструкторские характеристики

Точность ПП. ГОСТ 23751—86 ПП устанавливает пять классов точности выполнения элементов конструкции (проводников, контактных площадок, отверстий и пр.) и предельных отклонений, наименьшие номинальные размеры которых для узкого места представлены в таблице 8.1.

Таблица 8.1 – Классы точности ПП. Наименьшие номинальные значения основных параметров для классов точности ПП
Условные обозначения элементов печатного монтажа	Класс точности ПП
1	2	3	4	5
t, мм	0,75	0,45	0,25	0,15	0,10
S, мм	0,75	0,45	0,25	0,15	0,10
b, мм	0,30	0,20	0,10	0,05	0,025
γ = d/H	0,40	0,40	0,33	0,25	0,20
Δt, мм (без покрытия)	±0,15	±0,10	±0,05	±0,03	0; -0,03
Δt, мм (с покрытием)	+0,25; -0,20	+0,15; -0,10	±0,10	±0,05	±0,03

Примечание: t — наименьшая номинальная ширина проводника; S — наименьшее номинальное расстояние между проводниками; b — минимально допустимая ширина контактной площадки; d — номинальное значение диаметра наименьшего металлизиро­ванного отверстия; Н — толщина ПП; Δt — предельное отклонение ширины печатного проводника, контактной площадки, концевого печатного контакта и др.

Узкое место ПП — участок ПП, на котором элементы печатного проводящего рисунка и расстояния между ними могут быть выполнены только с минимально допустимыми значениями.

Класс точности ПП указывают в конструкторской документации на ПП. Выбор класса точности всегда связан с конкретным производством, так как он обусловлен уровнем технологического оснащения производства.

Таблица 8.2 - Зарубежная классификация ПП по уровню точности

Уровень точности	Ширина проводника и зазор, мм	Шаг координатной сетки, мм
наружные слои	внутренние слои
0	0,2	1,25	0,625
1	0,15	0,625	0,625
2	0,1	0,625	1,0
3	0,075	0,5	1,0
4	0,05	0,5	0,5
5	0,025	0,25	0,25

Координатная сетка — ортогональная сетка, определяющая места расположения соединений ЭРИ с ПП.

Шаг координатной сетки — расстояние между двумя соседними параллельными линиями координатной сетки.

Узел координатной сетки - пересечение линий координатной сетки.

Шаг координатной сетки гарантирует совместимость ПП, изделий электронной техники (ИЭТ), квантовой электроники электрорадиоэлементов (ЭРЭ), электротехнических изделий, т. е. всех ЭРИ, которые монтируют в узлах координатной сетки на ПП.

Основным шагом координатной сетки до 1 января 1998 г был шаг 2,5 мм; дополнительными - 1,25; 0,625 мм. .

Предпочтительными являются следующие шаги координатной сетки:

- n* 0,05 мм, где n = 5, 10, 15, 20, 25;
- n* 0,50 мм, где n=1, 2, 5, 6, 10.

Допустимые шаги координатной сетки - дюймовые шаги, которые применяют в конструкции ПП, использующих ЭРИ с шагом, кратным 2,54 мм: n* 2,54 мм;

n* 0,635 мм.

Диаметры монтажных и переходных отверстий, металлизированных и неметаллизированных, должны соответствовать ГОСТ 10317, который устанавливает следующий ряд: 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 2,0; 2,1; 2,2; 2,3; 2,4;2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 3,0 мм.

Размер и форма контактных площадок в наружных, внутренних сигнальных слоях и в слоях земли и питания может быть различной (круглая, прямоугольная, квадратная и др.). Форма КП определяется: 1 формой выводов ЭРИ (круглое или прямоугольное сечение выводов.); 2 элементной базой (традиционные или поверхностно-монтируемые компоненты).

Топология — чертеж, определяющий форму, размеры и взаимное расположение элементов печатного монтажа и отверстий на наружных или внутренних слоях ПП.

Размеры ПП, если они не оговорены в ТЗ, определяют с учетом количества устанавливаемых ЭРИ, установочных площадей ЭРИ, шага установки, зон установки соединителя и пр. Согласно ГОСТ 10317 (Платы печатные. Основные размеры) размеры сторон ПП должны быть кратными:

- 2,5 при длине до 100 мм;

- 5,0 при длине до 350 мм;

- 10,0 при длине более 350 мм.

Предельные отклонения на сопрягаемые размеры контура ПП должны быть не выше 12 квалитета. Предельные отклонения на несопрягаемые размеры контура ПП — не более 14 квалитета.

Таблица 8.3 - Размеры американских и европлат по МС 297

Тип платы	Высота (1)	Высота (2)
U2	55,55	67,31
U3	100,00	111,76
U4	144,45	156,20
U5	188,90	200,00
U6	133,35	245,10
U7	277,80	289,55
U8	322,25	334,00
U9	366,70	378,45
U10	411,15	422,90
U11	455,60	467,35
U12	500,05	511,80

Длина платы: 100, 160, 200, 280 мм.

1-ряд для европейских плат, 2 –ряд для американских плат.

Кривизна ПП (цилиндрическое или сферическое искривление основания ПП) может появиться под воздействием высокой температуры и влажности Допустимая величина изгиба ПП на длине 100 мм составляет для ПП на жестком основании при толщине 1,0... 1,5 мм для ОПП — 0,9 мм, ДПП — 0,8 мм, МПП — 0,5 мм; при толщине 1,5...2 мм — 0,8 мм, 0,6 мм, 0,1 мм; при толщине свыше 2 мм — 0,6 мм, 0,5 мм, 0,1 мм, соответственно.

Коробление ПП (спиральное искривление противоположных кромок основания ПП) может привести к разрыву проводников, осложнить процесс изготовления ПП и установки ЭРИ при сборке модуля.

Для уменьшения деформации ПП необходимо добиться максимальной симметричности рисунка и структуры внутренних слоев.

8.2 Электрические характеристики ПП

Допустимая токовая нагрузка на элементы проводящего рисунка должна быть для медной фольги —10...25 А/мм2, для гальванической меди —6... 10 А/мм2.

Допустимое рабочее напряжение между элементами проводящего рисунка, расположенными в соседних слоях ПП и ГПК, зависит от расстояния между ними, материала основания ПП и не должно превышать значений, приведенных в таблице 8.4.

Таблица 8.4 - Допустимое рабочее напряжение

Расстояние между элементами проводящего рисунка, мм	Значения рабочего напряжения, В
при нормальных условиях	при относительной влажности (93+3) % и температуре (40±2) °С в течение 48 ч	при пониженном атмосферном давлении
53 600 Па (400 мм рт. ст.)	666 Па( мм рт. ст.)
	ГФ*	СФ**	ГФ	СФ	ГФ	СФ	ГФ	СФ
От 0,1 до 0,2		25		15		20		10
»0,2 » 0,3	30	50	20	30	25	40	20	30
» 0,3 » 0,4	100	150	50	100	80	110	30	50
» 0,4 » 0,7	150	300	100	200	110	160	58	80
»0,7 » 1,2	300	400	230	300	160	200	80	100
» 1,2 » 2,0	400	600	300	360	200	300	100	130
» 2,0 » 3,5	500	830	360	430	250	400	110	160
» 3,5 » 5,0	660	1160	500	600	330	560	150	210
» 5,0 » 7,5	1000	1500	660	830	500	660	200	250
» 7,5 » 10,0	1300	1300	2000	830	1160	560	1000	230
» 10,0 » 15,0	1800	2300	1160	1600	660	1160	300	330

Сопротивление печатного проводника зависит от его длины, поперечного сечения, удельного сопротивления, а также температуры, частоты и др. Величина удельного сопротивления печатных проводников зависит от технологии их изготовления и различается в значительной степени при химическом, электрохимическом, вакуумном осаждении и для катаной фольги.

Сопротивление изоляции характеризует величину тока утечки через участок диэлектрика, к которому приложено определенное постоянное напряжение.

Поверхностное сопротивление изоляции, Ом, между параллельными печатными проводниками, расположенными в одной плоскости определяется: удельным поверхностным сопротивлением диэлектрика; расстоянием между проводниками; длиной совместного прохождения проводников.

Объемное сопротивление изоляции между проводниками, расположенными на разных сторонах ПП или слоя зависит:

-  от удельного объемного сопротивления диэлектрика, Ом • м;

-  от толщины слоя диэлектрика;

-  от длины участка проводников, расположенных друг над другом;

-  от средней ширины проводников.

Значительное снижение сопротивления изоляции наблюдается в условиях повышенной влажности и температуры. Уменьшение поверхностного сопротивления имеет место при наличии отпечатков пальцев, загрязнений, остатков реактивов, при воздействии инфракрасного излучения, а также при повышенном влагопоглощении материала.

Электрическая прочность изоляции (напряжение пробоя) между элементами проводящего рисунка зависит от расстояния между ними, материала основания ПП, влажности, давления. Электрическая прочность должна обеспечить отсутствие пробоев, как по объему, так и по поверхности диэлектрика при следующих значениях испытательного напряжения

Диэлектрическая проницаемость диэлектрика характеризует его способность поляризоваться под действием приложенного извне электрического напряжения. Величина заряда определяется емкостью данного участка диэлектрика. Величина диэлектрической проницаемости диэлектрика зависит от структуры, температуры, частоты приложенного напряжения, и имеет большое значение при передаче высокочастотных сигналов, так как влияет на уровень потерь и др.

Тангенс угла диэлектрических потерь — отношение величин активного и реактивного токов на векторной диаграмме токов в диэлектрике. Он является характеристикой изоляционного материала.

Емкость проводника зависит от ширины, толщины ПП, относительной диэлектрической проницаемости.

Погонная емкость проводников ПП составляет обычно 1...10 пФ/см.

Погонная индуктивность проводников зависит от ширины и длины проводников, толщины ПП, а также магнитной проницаемости материала и обычно составляет примерно 1...10 нГ/см.

Взаимная емкость параллельно расположенных проводников — емкость конденсатора, образованного двумя печатными проводниками на поверхности ПП, которая определяется величиной емкости между торцами проводников (она зависит от формы проводников, их толщины, длины, расстояния между проводниками и диэлектрической проницаемости воздуха) и периферийных емкостей (они зависят от ширины проводников, диэлектрической проницаемости диэлектрика и защитного покрытия, например, лака).

Емкость конденсатора, образованного двумя печатными проводниками расположенными на разных поверхностях ПП, зависит от диэлектрической проницаемости диэлектрика, толщины слоя изоляции между проводниками и площади пересечения проводников.

8.3  Технологические характеристики

Паяемость — свойство паяемых материалов вступать в физико-химическое взаимодействие с расплавленным припоем с образованием качественного соединения контактной площадки с выводами ЭРИ. При этом учитываются режимы пайки (температура и время).

Прочность сцепления проводников с диэлектриком на поверхности и в отверстиях — одна из основных характеристик процесса металлизации.. Высокая прочность сцепления проводников с диэлектриком наблюдается при нанесении и вжигании токопроводя-щих паст на керамическое основание и при клеевом соединении фольги с диэлектриком.

Устойчивость к перепайкам определяется количеством допустимых перепаек, которое должны выдержать контактные площадки с металлизированными отверстиями при ремонте: не менее четырех (МПП — трех) перепаек; без металлизированных отверстий — не менее трех (МПП — двух) перепаек.

8.4 Характеристики устойчивости ПП к климатическим условиям

В зависимости от условий эксплуатации по
ГОСТ 23752 определяют группу жесткости ПП.

Группа жесткости определяет соответствующие требования к конструкции ПП, к материалу основания и необходимости применения дополнительной защиты от внешних воздействий (климатических, механических и др.) и записывают в технические требования чертежа ПП.

Допустимые значения воздействующих факторов по группам жесткости приведены в таблице 8.4.

Таблица 8.4 – Группы жесткости ПП

Воздействующий фактор	Группа жесткости
1	2	3	4
Температура, °С	Верхнее значение 55 85 100 120
Нижнее значение -25 -40 -60 -60
Относительная влажность, %	При температуре до 35 °С	При температуре до 40°С
75	98
Перепад температур, °С	От -25 до +55	От -40 до +85	От-60до +100	От-60 до +120
Атмосферное давление, кПа (мм рт. ст.)	86...106 (630...800)	53, 6 (400)	0,666 (5)