gototopgototop

Параметры переходных отверстий печатных плат. Методика расчета.

Хасиятуллов Марат Габделахатович – аспирант Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П.Королева

Аннотация: В статье отражены методы расчета параметров переходных отверстий печатных плат в зависимости от производственных возможностей и класса точности печатных плат, условий эксплуатации и электрических показателей, а также рассмотрено влияние параметров переходных отверстий на характеристики схемы.

Ключевые слова: печатная плата, переходное отверстие, параметры, токовая нагрузка, перегрев, электрическое сопротивление, паразитная реактивность.

Для обеспечения надежного функционирования печатных плат необходимо на предварительном этапе подготовки к проектированию печатной платы выполнять расчет параметров конструктивных элементов печатной платы, в частности переходных отверстий.

Переходное отверстие печатной платы представляет собой отверстие в печатной плате с проводниковым материалом на его стенке, предназначенное для электрического соединения проводящих рисунков печатной платы, находящихся на разных проводящих слоях печатной платы.

В схемах с низким уровнем силы тока, параметры переходных отверстий обусловлены возможностями производства и классом точности печатной платы. При этом наименьший номинальный диаметр D контактной площадки рассчитывают по формуле:

(1)

где d - диаметр отверстия, мм;

ΔdBО - верхнее предельное отклонение диаметра отверстия, мм;

ΔdТР - значение подтравливания диэлектрика в отверстии, равное 0,03 мм для МПП и нулю для ОПП и ДПП;

b - гарантийный поясок контактной площадки, мм;

ΔtBО - верхнее предельное отклонение диаметра контактной площадки, мм;

ΔtHО - нижнее предельное отклонение диаметра контактной площадки, мм;

ТD - позиционный допуск расположения контактной площадки, мм;

Td - позиционный допуск расположения отверстия, мм.

Значения параметров конструктивных элементов печатной платы, необходимые для расчета, приведены в таблице 1.


Таблица 1. Параметры конструктивных элементов печатной платы.

Класс точности

Примечание

1

2

3

4

5

Предельное отклонение диаметра отверстия, мм

Диаметр отверстия, мм

-

-

-

-0,03

-0,03

≤ 0,3

+0,05

+ 0,05

+0

+0

+ 0

> 0,3 ≤ 1,0

+0,10

+0,10

+0,05

+0,05

+0,05

> 1,0

Предельные отклонения размеров контактных площадок, мм


±0,15

±0,10

±0,05

±0,03

-0,02

Минимальное значение гарантийного пояска, мм

0,3

0,2

0,1

0,05

0,025

Значение позиционного допуска расположения осей отверстий, мм

Размер печатной платы по большей стороне, мм

0,20

0,15

0,08

0,05

0,05

< 180

0,25

0,20

0,10

0,08

0,08

> 180 ≤ 360

0,30

0,25

0,15

0,10

0,10

>360

Значение позиционного допуска расположения центров контактных площадок, мм

Размер печатной платы по большей стороне, мм

0,35

0,25

0,15

0,10

0,05

< 180

0,40

0,30

0,20

0,15

0,08

> 180 ≤ 360

0,45

0,35

0,25

0,20

0,15

>360

Параметры переходных отверстий печатных плат. Методика расчета.

Хасиятуллов Марат Габделахатович – аспирант Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королева

Аннотация: В статье отражены методы расчета параметров переходных отверстий печатных плат в зависимости от производственных возможностей и класса точности печатных плат, условий эксплуатации и электрических показателей, а также рассмотрено влияние параметров переходных отверстий на характеристики схемы.

Ключевые слова: печатная плата, переходное отверстие, параметры, токовая нагрузка, перегрев, электрическое сопротивление, паразитная реактивность.

Для обеспечения надежного функционирования печатных плат необходимо на предварительном этапе подготовки к проектированию печатной платы выполнять расчет параметров конструктивных элементов печатной платы, в частности переходных отверстий.

Переходное отверстие печатной платы представляет собой отверстие в печатной плате с проводниковым материалом на его стенке, предназначенное для электрического соединения проводящих рисунков печатной платы, находящихся на разных проводящих слоях печатной платы.

В схемах с низким уровнем силы тока, параметры переходных отверстий обусловлены возможностями производства и классом точности печатной платы. При этом наименьший номинальный диаметр D контактной площадки рассчитывают по формуле:

 

В схемах с высоким уровнем силы тока, во избежание опасного перегрева, при выборе параметров переходных отверстий необходимо учитывать допустимую токовую нагрузку материала металлизации отверстия. При этом переходное отверстие можно представить в виде участка печатного проводника из гальванической меди, шириной 2πd, толщиной не менее 25 мкм для многослойных печатных плат и не менее 20 мкм для двусторонних печатных плат, и длиной, равной толщине печатной платы. Необходимо учитывать, что, согласно общих технических условий на печатные платы, неметаллизированный участок в отверстии может достигать по окружности 25% ее длины, а вдоль отверстия – до 10% толщины печатной платы.

Рисунок 1. Переходное отверстие печатной платы.

Минимальный диаметр переходного отверстия можно рассчитать по формуле:

(2)

где I – сила тока в цепи, А;

h – толщина гальванической меди, мм;

А – допустимая токовая нагрузка, А/мм2.

Допустимую токовую нагрузку на элементы проводящего рисунка в зависимости от допустимого превышения температуры проводника относительно температуры окружающей среды выбирают для гальванической меди от 60 до 100 А/мм2 .

В технически обоснованных случаях, в цепях с высоким уровнем силы тока, можно выполнять дублирование переходных отверстий с уменьшением их диаметра, при этом суммарная величина диаметров должно обеспечивать исключение опасного перегрева.

Электрическое сопротивление переходных отверстий является незначительным, но при расчете электрического сопротивления цепей схемы печатной платы с большим количеством переходных отверстий малого диаметра, возникает необходимость расчета сопротивление переходных отверстий. Сопротивление каждого отверстия рассчитывается по формуле:

(3)

где p – удельное сопротивление гальванической меди, равное ;

hПП – толщина печатной платы, мм;

∆hПП – предельное отклонение толщины печатной платы, мм.

Номинальная толщина листов фольгированных материалов и предельных отклонений от нее для материала 1 и 2 классов указаны в таблице 2. Если фольгированные материалы изготавливают других номинальных толщин в пределах 0,5-3,0 мм, то допуск на толщину устанавливается по ближайшей большей толщине.

Таблица 2. Толщина и предельные отклонения печатной платы.

Номинальная толщина, мм

Предельные отклонения толщины, мм

Гетинакс всех марок

Стеклотекстолит всех марок

1 класс

2 класс

1 класс

2 класс

0,5

±0,07

±0,10

0,8

±0,09

±0,15

1,0

±0,11

±0,11

±0,11

±0,17

1,5

±0,14

±0,14

±0,14

±0,20

2,0

±0,15

±0,18

±0,15

±0,23

2,5

±0,18

±0,20

±0,18

±0,25

3,0

±0,2

±0,25

±0,20

±0,30

График зависимости значения сопротивления переходного отверстия на 1 мм толщины печатной платы от диаметра отверстия, полученный из формулы (3), представлен на рисунке 2.

Рисунок 2. Зависимость удельного сопротивления от диаметра переходного отверстия.

В высокочастотных схемах, переходные отверстия являются источником паразитных реактивностей. Для расчета паразитной индуктивности переходного отверстия используют следующую формулу:

(4)

Индуктивность всех переходных отверстий в цепи складываются , а резонансная частота понижается.

Если в печатной плате переходное отверстие проходит через слой земли, то в полигоне земли выполняется вырез. Между переходным отверстием и слоем земли возникает паразитная емкость, которую рассчитывают по следующей формуле:

(5)

где ε – относительная диэлектрическая проницаемость материала печатной платы;
D1 – диаметр контактной площадки вокруг переходного отверстия, мм;
D2 – диаметр выреза в слое земли, мм.

Рисунок 3. Переходное отверстие в слое земли.
Таким образом, переходные отверстия печатной платы оказывают воздействие на характеристики схемы и для ее правильного функционирования необходимо верно выбирать конструктивные параметры переходных отверстий при проектировании печатной платы.

 

Списко литературы:

1. ГОСТ Р 53429-2009 Платы печатные. Основные параметры конструкции.

2. ГОСТ 23752-79 Платы печатные. Общие технические условия.

3. ГОСТ 10316-78 Гетинакс и стеклотекстолит фольгированные. Технические условия.

4. John Ardizonni. A practical guide to high-speed printed-circuit-board layout. (Джон Ардизонни. Практическое руководство по разработке печатных плат для высокочастотных схем.)

Интересная статья? Поделись ей с другими:

Внимание, откроется в новом окне. PDFПечатьE-mail

Отправить статью

...

Форма оплаты

Номер статьи, присвоенный редакцией
Количество страниц в статье
Количество экземпляров журнала
Доставка: РФСНГ
Скидка (%)
Заказать свидетельство о публикации
1. Стоимость публикации каждой страницы статьи составляет 200 рублей.
2. Стоимость каждого экземпляра журнала, включая его печать и доставку, составляет 350 рублей для России и 420 рублей для стран СНГ.
3. Стоимость свидетельства о публикации составляет 120 рублей

Реквизиты для оплаты через банк