Разработка чертежа печатной платы

Разработка чертежа печатной платы.

Сущность печатного монтажа заключается в нанесении на изоляционное основание тонких электропроводящих покрытий, выполняющих функции монтажных проводов и элементов схемы — резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности, контактных деталей и др. Ниже приведены основные термины, которые будут использованы при изложении материала.

Печатный проводник — участок токопроводящего покрытия, нанесенного на изоляционное основание, выполняющий функции обычного монтажного провода.

Печатный монтаж — система печатных проводников, обеспечивающих электрическое соединение элементов схемы.

Печатная плата — изоляционное основание с нанесенным на нем печатным монтажом.

Навесные элементы — объемные электрои радиоэлементы, установленные и закрепленные на печатной плате способом пайки и имеющие электрический контакт с печатными проводниками.

Контактная площадка — металлизированный участок вокруг монтажного отверстия, имеющий электрический контакт с печатным проводником и обеспечивающий электрическое соединение навесных элементов схемы с печатным монтажом.

Монтажное отверстие — отверстие в печатной плате, предназначенное для закрепления выводов навесных элементов и электрического соединения их с печатными проводниками.

Координатная сетка — сетка, наносимая на изображение платы и служащая для определения положения монтажных отверстий, печатных проводников и других элементов платы.

Шаг координатной сетки — расстояние между соседними линиями координатной сетки. Шаг координатной сетки должен быть кратным 0,625 мм (0,625; 1,25; 1,875; 2,5 и т. д.).

Узел координатной сетки — точка пересечения линий координатной сетки.

Свободные места — участки печатной платы, где при размещении проводников могут быть выдержаны рекомендуемые значения ширины проводников и расстояния между проводниками и контактными площадками.

Узкие места — участки печатной платы, где при размещении проводников, ширина проводников, расстояния между ними и контактными площадками выполняются меньше рекомендуемых (вплоть до минимально допустимых).

Печатный блок — печатная плата с печатной схемой, навесными элементами и другими деталями, прошедшая все стадии изготовления.

Конструкторская документация на печатные платы и блоки оформляется в соответствии с требованиями ГОСТ 2.109−73, ГОСТ 2.417−68 и действующими нормативно-техническими документами. Чертеж печатной платы односторонней или двусторонней классифицируется как чертеж детали. Чертеж печатной платы должен содержать все сведения, необходимые для ее изготовления и контроля: изображение печатной платы со стороны печатного монтажа; размеры, предельные отклонения и шероховатость поверхностей печатной платы и всех ее элементов (отверстий, проводников), а также размеры расстояний между ними; необходимые технические требования; сведения о материале.

Размеры каждой стороны печатной платы должны быть кратными 2,5 при длине до 100 мм, 5 при длине до 850 мм, 20 при длине более 350 мм. Максимальный размер любой из сторон печатной платы не должен превышать 470 мм. Соотношение линейных размеров сторон печатной платы должно быть не более 3: 1 и выбирается из ряда 1:1; 1:2; 2:3; 2:5. Толщину плат определяют исходя из механических требований, предъявляемых к конструкции печатного блока, с учетом метода изготовления. рекомендуются платы толщиной 0,8; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 мм. Чертежи печатных плат выполняют в натуральную величину или с увеличением 2:1, 4:1, 5:1, 10:1.

Разработку чертежа печатной платы начинают с нанесения координатной сетки. За основной шаг прямоугольной координатной сетки по ГОСТ 10 317–79 принимается 2,5 мм. Для малогабаритной аппаратуры и в технически обоснованных случаях допускается применять дополнительные шаги 1,25 и 0,5 мм.

Центры всех отверстий на печатной плате должны располагаться в узлах координатной сетки. Если из-за конструктивных особенностей навесного элемента этого сделать нельзя, то центры отверстий располагают согласно указаниям чертежа на этот элемент. Такое расположение центров отверстий используют для ламповых панелей, малогабаритных реле, разъемов и других элементов. При этом должны соблюдаться следующие требования: центр одного из отверстий, принятого за основное, должен быть расположен в узле координатной сетки; центры остальных отверстий нужно по возможности располагать на вертикальных или горизонтальных линиях координатной сетки. На рис. 1 показано расположение отверстий на печатной плате.

Рисунок 1 — Изображение отверстий Диаметры монтажных и переходных металлизированных и неметаллизированных отверстий выбирают из ряда (0,2); 0,4; (0,5); 0,6; (0,7); 0,8; (0,9); 1,0; (1,2); 1,3; 1,5; 1,8; 2,0; 2,2; (2,4); (2,6); (2,8); (3,0). Диаметры, не взятые в скобки, являются предпочтительными. Не рекомендуется на одной печатной плате иметь более трех различных диаметров отверстий. Диаметры металлизированных отверстий выбирают в зависимости от диаметров выводов навесных элементов и толщины платы, а диаметры неметаллизированных отверстий — в зависимости от диаметров выводов навесных элементов, устанавливаемых в эти отверстия (табл. 1). Необходимость зенковки монтажных и переходных отверстий диктуется конкретными конструктивными требованиями и методом изготовления платы.

Таблица 1.

При применении других диаметров металлизированных отверстий по ГОСТ 10 317–79 разница между диаметром металлизированного отверстия и диаметром вывода должна быть не более 0,4 мм для выводов диаметром от 0,4 до 0,8 мм и 0,6 мм для выводов диаметром свыше 0,8 мм.

Шероховатость поверхности монтажных неметаллизированных отверстий и торцов печатных плат должна быть Rz80 по ГОСТ 2749–73. Шероховатость поверхности монтажных и переходных металлизированных отверстий — Rz40.

Для упрощения графики платы отверстия показывают окружностями одинакового диаметра с обозначением по табл.2 (по ОСТ 27−72−694−834).

При выполнении отверстий таким способом на поле чертежа помещают таблицу отверстий (рис.2). Размеры граф и форма таблицы ГОСТом не устанавливаются.

Таблица2.

Все монтажные отверстия должны иметь контактные площадки. Форма контактной площадки может быть произвольной, круглой, прямоугольной или близкой к ним. Центр контактной площадки симметричной формы должен совпадать с центром монтажного отверстия, для контактных площадок прямоугольной и овальной форм центр монтажного отверстия может быть смещен (рис.3). Круглые контактные площадки и отверстия с зенковкой изображают одной окружностью, диаметр которой должен соответствовать минимальному размеру контактной площадки. Размер диаметра контактных площадок следует указывать в технических требованиях чертежа.

При наличии на плате контактных площадок, не оговоренных размерами, или по форме, отличных от круглых, допускается все контактные площадки изображать окружностью, равной диаметру отверстия. Форму и размеры следует задавать записью в технических требованиях «Форма контактных площадок произвольная, b_min=…мм».

Таблица3.

Рис. 3 — Изображение контактных площадок Рис. 5 — Изображение контактной площадки с проводником Для простановки размеров групповых контактных площадок рекомендуется вынести изображение контактной группы в увеличенном масштабе с простановкой необходимых размеров на поле чертежа (рис.4). Рекомендуется делать плавный переход контактной площадки в проводник. При этом ось симметрии печатного проводника должна быть перпендикулярна касательной к контуру контактной площадки или самому контуру контактной площадки (рис.5). Расстояние между краем проводника, контактной площадки, неметаллизированного отверстия и краем платы должно быть не менее толщины платы Г. Печатные проводники следует изображать в виде отрезков линий, совпадающих с линиями координатной сетки, или под углом, кратным 15°. Допускается выполнение проводников произвольной конфигурации и скругление перегибов проводников (рис.6).

Рис. 4 Изображение контактной группы Рис. 6 — Чертеж печатной платы с проводниками произвольной формы Печатные проводники следует выполнять одинаковой ширины на всем протяжении. В узких местах сужают проводники до минимально допустимых значений на возможно меньшей длине. Взаимное расположение проводников не регламентируется. При необходимости прокладки проводников шириной 0,3—0,4 мм на всем протяжении рекомендуется через 25—30 мм предусматривать расширение проводника типа контактной площадки.

Рис. 7 — Изображение проводников шириной более 5 мм Проводники шириной менее 2,5 мм изображают одной линией, являющейся осью симметрии проводника, более 2,5 мм — двумя линиями и штрихуют под углом 45° или зачерняют. Проводники шириной более 5 мм следует выполнять как экран (рис.7) Форма вырезов в широких проводниках и экранах должна быть показана на чертеже и определена размерами (см. рис.4) В целях упрощения чертежа допускается выполнять проводники любой ширины одной линией, при этом в технических требованиях чертежа указывают ширину проводника.

При прокладке печатных проводников следует по возможности избегать ответвлений проводников (рис.8); концы печатных проводников, предназначенные для подключения печатной схемы, рекомендуется располагать с учетом удобства применения переходных элементов (рис.9). Границы участков печатной платы, которые не допускается занимать проводниками, ограничивают штрихпунктирной утолщенной линией.

а) б) Рис. 8 — Изображение печатных проводников: а) правильное; б) неправильное а) б) Рис. 9 — Изображение контактов для подключения печатной платы:

а) правильное; б) неправильное Габаритные размеры печатной платы, диаметры и координаты отверстий, контактных площадок и их относительное расположение показывают на чертеже одним из следующих способов:

а) в соответствии с требованиями ГОСТ 2 307−68 с помощью размерных и выносных линий;

б) нанесением координатной сетки;

в) комбинированным способом при помощи размерных и выносных линий и координатной сетки;

г) с помощью таблицы координат.

На рис. 10 приведен пример выполнения чертежа двусторонней печатной платы. Размеры всех элементов нанесены при помощи размерных и выносных линий. При таком способе выполнения чертежа координатную сетку не наносят. За начало отсчета в данном примере принят центр левого нижнего отверстия платы. Отверстия различного диаметра обозначены в соответствии с данными табл.2.

Контактные площадки и отверстия с зенковкой упрощенно изображены одной окружностью.

Рис. 10 — Чертеж двусторонней печатной платы Рис. 11 — Вариант нанесения координатной сетки При задании размеров нанесением координатной сетки линии сетки должны нумероваться. Шаг нумерации определяют конструктивно с учетом насыщенности и масштаба изображения. Координатную сетку в зависимости от способа выполнения документации наносят на все поле платы или рисками по периметру платы (рис.11). Допускается наносить не все линии координатной сетки, при этом на поле чертежа помещают запись типа «Линии координатной сетки нанесены через одну» (рис.12). За нуль в прямоугольной системе координат на главном виде платы принимают центр крайнего левого нижнего отверстия, левый нижний угол платы, левую нижнюю точку, образованную построениями, например продолжением линии контура платы, углы которого срезаны.

На рис. 12 приведен пример выполнения чертежа печатной платы комбинированным способом простановки размеров — при помощи размерных и выносных линий и координатной сетки. Линии координатной сетки нанесены через одну, и поэтому приведена соответствующая запись в технических требованиях чертежа. На поле чертежа выполнена таблица отверстий. Все недостающие данные относительно печатного монтажа указаны в технических требованиях чертежа.

Пример выполнения чертежа печатной платы с указанием размеров в таблице координат приведен на рис. 6. Размеры диаметров отверстий указаны на чертеже, относительное расположение отверстий — в таблице координат; все отверстия обозначены арабскими цифрами согласно ГОСТ 2.307−68.

На чертеже печатной платы указывают габаритные размеры платы, ширину проводников, имеющих строго определенную или переменную ширину (при этом расчетную ширину следует указывать на каждом участке между двумя соседними контактными площадками, переходными или монтажными отверстиями); диаметры и координаты крепежных, технологических и других отверстий, не связанных с печатным монтажом.

На поле чертежа указывают метод изготовления платы, технические условия (если не все данные содержатся на чертеже), шаг координатной сетки, ширину проводников и расстояния между ними, расстояния между контактными площадками, между контактной площадкой и проводником, допуски на выполнение проводников, контактных площадок, отверстий и расстояний между ними, особенности конструкции, технологии и другие параметры печатных плат.

Технические требования располагают над основной надписью, формулируют и излагают в следующей последовательности:

Плату изготовить … методом.

Плата должна соответствовать (ГОСТ, ОСТ).

Шаг координатной сетки… мм.

Конфигурацию проводников выдерживать по координатной сетке с отклонением от чертежа … мм.

Допускается скругление углов контактных площадок и проводников.

Места, обведенные штрихпунктирной линией, проводниками не занимать.

Требования к параметрам элементов платы — в соответствии с конструктивными данными.

Ширина проводников в свободных местах … мм, в узких … мм.

Расстояние между двумя проводниками, между двумя контактными площадками или проводником и контактной площадкой в свободных местах … мм, в узких — … мм.

Форма контактных площадок произвольная, b_min=…мм.

Допускается занижение контактных площадок металлизированых отверстий: на наружных слоях до зенковки, на внутренних слоях …

Предельные отклонения расстояний между центрами отверстий, кроме оговоренных особо, в узких местах ±…мм, в свободных местах ± … мм.

Предельные отклонения расстояний между центрами контактных площадок в группе ± … мм.

Маркировать эмалью … ГОСТ., шрифт … по ГОСТ…

Пример записи технических требований в зависимости от содержания чертежа печатной платы приведен на рис. 6,10,12.

На изображении платы допускается указывать маркировку (рис.12) в соответствии с требованиями ГОСТ 2.314−68. Маркировка может быть основной и дополнительной. Основная маркировка включает условное обозначение платы, порядковый номер изменения чертежа, дату изготовления, порядковый или заводской номер платы и партии плат. Условное обозначение платы следует выполнять травлением фольги. В качестве условного обозначения принимают последние три цифры обозначения чертежа платы или буквенно-цифровое обозначение функциональной группы, например ЛОГ 2. Остальная маркировка выполняется краской.

Дополнительная маркировка включает позиционные буквенно-цифровые обозначения навесных элементов по электрической принципиальной схеме, изображение контура навесных элементов, цифровое обозначение выводов навесных элементов, точек контроля, обозначение положительного вывода (+) полярных навесных элементов.

Символы дополнительной маркировки следует выполнять травлением фольги при наличии свободного места на стороне печатного монтажа платы или краской способом сетко-графической печати со стороны печатного монтажа платы, а при необходимости — и со стороны пайки.

Рис. 12 Чертеж печатной платы с комбинированным способом нанесения размеров К числу особенностей печатного монтажа относятся плоское расположение печатных проводников, что не позволяет осуществлять переход с одной платы на другую без перемычек, переходных колодок или разъемов; установка навесных элементов и крепление выводов только путем пропускания их в отверстия; одновременная пайка всех элементов, установленных на печатной плате.

а) б) Рис. 13 — Размещение навесных элементов на печатной плате: а) — рекомендуемое, б) — не рекомендуемое Рис. 14 — Сборочный чертеж печатной платы.

Навесные элементы следует размещать правильными рядами, параллельно один другому, на той стороне платы, где отсутствуют печатные проводники (рис.13). Такое размещение позволяет устанавливать и закреплять навесные элементы на автоматических линиях и выполнять пайку погружением, исключая воздействие припоя на навесные элементы.

Все навесные элементы крепятся на плате с помощью выводов, которые вставляют в монтажные отверстия и подгибают. Не рекомендуется в монтажном отверстии размещать два и более выводов. Некоторые элементы, например маломощные транзисторы, крепят клеем.

Сборочный чертеж печатной платы при минимальном количестве изображений должен давать полное представление о расположении и выполнении всех печатных и навесных элементов и деталей. Сборочный чертеж выполняют в соответствии с требованиями ГОСТ 2.109−73 с учетом требований ГОСТ 2.413−72. Конструкции навесных элементов вычерчиваются в виде упрощенных изображений, им присваивается буквенно-цифровое позиционное обозначение в соответствии с электрической принципиальной схемой, по которой выполняют электрический монтаж платы (рис.14). На сборочном чертеже печатной платы должны быть указаны номера позиций всех составляющих частей, габаритные и присоединительные размеры, должны содержаться сведения о способах присоединения навесных элементов к печатной плате.

В технических требованиях сборочного чертежа должны быть ссылки на документы (ГОСТ, ОСТ), устанавливающие правила подготовки и закрепления навесных элементов, сведения о припое и др.

Основным конструкторским документом сборочного чертежа печатной платы является спецификация, оформляемая в виде таблицы по правилам ГОСТ 2.108−68. При записи в спецификацию составных частей, являющихся элементами электрической принципиальной схемы, в графе «Примечание» указывают буквенно-цифровые позиционные обозначения этих элементов (рис. 15,16).

Разработка конструкторской документации печатных плат может осуществляться ручным, полуавтоматическим или автоматизированным методами.

Ручной метод предусматривает разбивку навесных элементов на функциональные группы, размещение групп элементов на площади платы, трассировку печатных проводников и обеспечивает оптимальное распределение проводящего рисунка.

При ручном методе конструирования разрабатывается чертеж платы, содержащий изображение платы с проводящим рисунком и отверстиями, а также, при необходимости, дополнительное отдельное изображение части платы, требующей графического пояснения или нанесения размеров, координатную сетку, выполненную в соответствии с требованиями ГОСТ 2.417−78, размеры всех элементов проводящего рисунка и их предельные отклонения; технические требования. Чертеж платы должен выполняться в масштабе не менее 2:1, максимальный формат А1.

Полуавтоматизированный метод предусматривает размещение навесных элементов при помощи ЭВМ при ручной трассировке печатных проводников или ручное распределение навесных элементов при атоматизированной трассировке проводников, обеспечивает ускорение процесса конструирования при оптимальном размещении проводящего рисунка. Чертеж платы должен содержать все сведения, необходимые для ее изготовления и контроля. Изображение слоев платы получают с расчерчивающего устройства в виде чертежа-схемы, фотосхемы, фотоотпечатков в масштабе 1:1 или 2:1. На чертеже-схеме и фотосхеме контактные площадки могут быть изображены условно одной окружностью. Чертеж-схему, фотосхему или фотоотпечаток наклеивают на оригинал чертежа платы.

печатный плата монтаж чертеж.

Таблица4 — Спецификация сборочного чертежа печатной платы.

Постоянные данные чертежа, например, технические требования, таблицу отверстий, следует впечатывать с оригинала чертежа постоянной части. Формат конструкторского документа должен быть не более А2.

Таблица5 — Продолжение спецификации сборочного чертежа печатной платы.

Автоматизированный метод предполагает кодирование исходных данных, размещение навесных элементов и трассировку печатных проводников производить при помощи ЭВМ. Такой метод обеспечивает высокую производительность труда при изготовлении чертежей. При автоматизированном методе конструктор разрабатывает чертеж-схему кодирования, содержащий номинальные значения размеров элементов конструкции платы.