Электрические параметры печатных плат кратко
Обновлено: 04.07.2024
ГОСТ Р 53429-2009
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Основные параметры конструкции
Printed circuit boards. Basic parameters of structure
Дата введения 2010-07-01
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом "Центральный научно-исследовательский технологический институт "Техномаш" (ОАО "ЦНИТИ "Техномаш")
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 420 "Базовые несущие конструкции, сборка и монтаж электронных модулей"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 ноября 2009 г. N 519-ст
4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
5 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Декабрь 2018 г.
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на односторонние, двусторонние и многослойные печатные платы на жестком, гибком и гибко-жестком основании (далее - печатные платы) и на гибкие печатные кабели (далее - печатные кабели).
Стандарт устанавливает основные параметры конструкции печатных плат и печатных кабелей: основные размеры и их предельные отклонения, размеры элементов конструкции и их предельные отклонения, позиционные допуски расположения элементов конструкции, а также основные электрические параметры - допустимые рабочие напряжения, допустимую токовую нагрузку и допустимые сопротивления печатных проводников.
Положения настоящего стандарта обязательны для применения находящимися на территории Российской Федерации организациями и предприятиями, независимо от их организационно-правовых форм и форм собственности, разрабатывающими, изготавливающими, потребляющими и заказывающими печатные платы, предназначенные для использования в радиоэлектронной аппаратуре.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ Р 51040 Платы печатные. Шаги координатной сетки
ГОСТ Р 53386 Платы печатные. Термины и определения
ГОСТ 9.301 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Общие требования
ГОСТ 11284 Отверстия сквозные под крепежные детали. Размеры
ГОСТ 14140 Основные нормы взаимозаменяемости. Допуски расположения осей отверстий для крепежных деталей
ГОСТ 25347 Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок. Поля допусков и рекомендуемые посадки
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины, определения и сокращения
3.1 В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 53386.
3.2 В настоящем стандарте применены следующие сокращения:
ГПК - гибкий печатный кабель;
ДПП - двусторонняя печатная плата;
МПП - многослойная печатная плата;
ОПП - односторонняя печатная плата;
ПМИЭТ - поверхностно монтируемые изделия электронной техники;
ПП - печатная плата;
4 Основные положения
4.1 Настоящий стандарт устанавливает семь классов точности печатных плат и печатных кабелей в зависимости от совокупности применяемых размеров и предельных отклонений элементов конструкции.
4.2 Класс точности конкретной печатной платы или печатного кабеля определяется наличием хотя бы одного элемента конструкции, соответствующего значениям класса, установленного настоящим стандартом.
5 Основные параметры и размеры
5.1 Размеры печатных плат
5.1.1 Размеры сторон печатной платы должны быть согласованы с размерами базовых несущих конструкций, для которых они предназначены.
5.1.2 Размеры каждой из сторон печатной платы должны быть кратными:
2,5 мм - при длине до 100 мм включ.;
5,0 мм - при длине до 350 мм включ.;
10,0 мм - при длине более 350 мм.
5.1.3 Предельные отклонения сопрягаемых размеров контура печатной платы и гибкого печатного кабеля не должны быть более 12-го квалитета по ГОСТ 25347. Предельные отклонения несопрягаемых размеров контура печатной платы и печатного кабеля не должны быть более 14-го квалитета по ГОСТ 25347.
5.1.4 Отклонение от перпендикулярности сторон прямоугольной печатной платы не должно быть более 0,2 мм на 100 мм длины.
5.1.5 Печатные платы с формой, отличной от прямоугольной, должны иметь габаритные размеры в соответствии с 5.1.2.
5.1.6 Толщина односторонней и двусторонней печатных плат определяется толщиной материала основания с учетом толщины фольги и химико-гальванических покрытий.
5.1.7 Толщину многослойной печатной платы , мм, рассчитывают по формуле
где - толщина слоя МПП (с учетом химико-гальванических покрытий), мм;
- толщина прокладки с пропиткой, мм.
5.1.8 Предельные отклонения толщин ОПП, ДПП и ГПК должны соответствовать требованиям стандартов на материал основания конкретного вида.
Предельные отклонения толщины многослойной печатной платы не должны быть более:
±0,2 мм - для МПП толщиной до 1,5 мм включ.;
±0,3 мм - для МПП толщиной свыше 1,5 до 3,0 мм включ.;
±0,5 мм - для МПП толщиной свыше 3,0 до 4,5 мм включ.;
±0,65 мм - для МПП толщиной свыше 4,5 мм.
5.1.9 Суммарная толщина печатной платы или печатного кабеля определена как сумма толщин данной печатной платы или ГПК и непроводящих покрытий наружных слоев.
Предельные отклонения суммарных толщин печатной платы и ГПК не должны быть более суммы предельных отклонений толщин печатной платы или ГПК и покрытий наружных слоев по ГОСТ 9.301.
5.2 Шаг координатной сетки
Шаг координатной сетки должен соответствовать требованиям ГОСТ Р 51040.
5.3 Размеры элементов конструкции
5.3.1 Диаметры монтажных, переходных металлизированных и неметаллизированных отверстий должны быть выбраны из ряда: 0,05; 0,075; 0,1; 0,2; 0,3; 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.
5.3.2 Центры отверстий рекомендуется располагать в узлах координатной сетки.
5.3.3 При применении дискретных ЭРЭ с шагом выводов, некратным шагу координатной сетки, по крайней мере одно из отверстий, принятое за основное, должно быть расположено в узле координатной сетки, остальные отверстия располагают в соответствии с рабочим чертежом элемента.
5.3.4 Предельные отклонения диаметров монтажных и переходных отверстий в зависимости от класса точности печатной платы должны соответствовать указанным в таблице 1.
t – ширина проводника,
S – зазор между элементами рисунка,
D – диаметр контактной площадки,
d – диаметр отверстия,
b – гарантированный поясок, b=(D-d)/2.
Точность изготовления печатных плат зависит от комплекса технологических характеристик и с практической точки зрения определяет основные параметры элементов печатной платы.
Минимальная ширина проводника и минимальный зазор между проводниками определяются качеством технологического процесса и толщиной медной фольги. Чем она толще, тем больше должны быть минимальные размеры проводников и зазоры между ними.
Величина гарантированного пояска определяется в первую очередь точностью работы сверлильного станка и точностью совмещения фотошаблонов. Нужен этот поясок для того, чтобы всегда гарантировать наличие электрического контакта между проводником и металлизированным отверстием.
Минимальный диаметр отверстия также зависит и от качества оборудования и от технологии изготовления печатных плат. При малом диаметре отверстия и большой толщине платы возникают проблемы с доставкой электролита внутрь отверстия на этапе металлизации.
Электрические параметры.
Диэлектрическая постоянная материала, из которого изготовлена печатная плата. Величина эта относительная и показывает, во сколько раз скорость распространения радиоволн в данном материале изменяется по сравнению с распространением волны в вакууме.
Тангенс угла потерь. Он определяет скорость затухания сигнала при распространении его на печатной плате. Чем меньше этот тангенс – тем лучше, тем значит более качественный материал диэлектрика.
Удельное сопротивление подложки, оно определяет токи утечки на плате
Удельное сопротивление проводников и пробивное напряжение изоляции.
Механические свойства.
Жесткость платы, которая зависит как от типа материала, из которого изготовлена, так и от толщины печатной платы. Знание этих параметров необходимо при расчетах устойчивость к внешним воздействиям, таким как удар или вибрация.
Коэффициент термического расширения
Тепловые параметры.
Коэффициенты теплопроводности как диэлектрика печатных плат, так и проводящего медного рисунка. Исходя из величины этих параметров и реальной структуры платы (количества слоев, их толщина и расположение) можно рассчитать тепловое сопротивление того или иного участка платы.
Типовая технология изготовления двусторонних печатных плат
Материалы для изготовления и покрытия печатных плат.
В качестве диэлектрического основания при изготовлении печатных плат обычно используются следующие материалы:
Геттинакс - прессованная, пропитанная смолой бумага.
Текстолитом - прессованная пропитанная смолой ткань.
Стеклотекстолит - пропитанная в эпоксидной смоле стеклоткань.
При изготовлении односторонних и двусторонних печатных плат используют диэлектрики, например стеклотекстолит, с уже наклеенной на них медной фольгой, такие материалы принято называть ламинатами.
У двухсторонних печатных плат толщина фольги с обеих сторон имеет одинаковую толщину, это связано с тем, что иначе плата может погнуться при нагреве.
При изготовлении многослойных печатных плат обычно в качестве основы используют двусторонний фольгированный материал, называемый в данном случае уже ядром. Далее на это ядро наносятся тонкие листы стеклоткани называемой препрегом или лакотканью, и листы медной фольги.
Кроме основных материалов – фольги и диэлектрика, в печатных платах используются и другие материалы, в первую очередь это покрытия.
Так как медь на воздухе окисляется и появляется зеленоватый налет, контактные площадки обычно покрывают специальными покрытиями, обеспечивающими хорошую пайку элементов и долговременную защиту от неблагоприятных внешних воздействий.
Облуживание контактов припоем олово-свинец, чаще всего такое облуживание производится поверх подслоя никеля. Его выравнивают с помощью сильной струи горячего воздуха, называемой воздушным ножом.
Иммерсионное золочение - производится не прямо на медь, а обязательно на подслой никеля толщиной 5-7 мкм, толщина золота весьма невелика и колеблется от 0,05 мкм до 0,1 мкм.
Покрытия печатных плат в отличие от покрытий контактов как раз на контакты и не кладутся. Самое известное и наиболее распространенное покрытие – это паяльная маска. Обычно паяльная маска наносится на всю поверхность печатной платы за исключением контактных площадок, мест подсоединения теплоотводящих радиаторов. Она также не наносится на край платы и на неметаллизированные отверстия, поскольку является хрупкой, а механическая обработка плат производится уже после нанесения маски. Основное назначение – защита поверхности печатной платы от термоудара в процессе облуживания или при пайке, защиту поверхности от грязи, защиту от замыкания припоем соседних контактов при пайке, но не защита платы от влаги.
Печатная плата — пластина из диэлектрика, на поверхности и/или в объёме которой сформированы электропроводящие цепи электронной схемы. Печатная плата является основой любой современной радиолюбительской конструкции и предназначена для электрического и механического соединения различных электронных компонентов. Электронные компоненты на печатной плате соединяются своими выводами с элементами проводящего рисунка обычно пайкой. Цвет печатной платы может быть любой: зелёный (по умолчанию), синий, красный. чёрный, на другие характеристики платы он не влияет.
Печатная плата имеет две стороны. Условно их можно назвать лицевой стороной и стороной печатных проводников. В отличие от навесного монтажа, на печатной плате электропроводящий рисунок выполнен из фольги, целиком расположенной на твердой изолирующей основе. Печатная плата содержит монтажные отверстия и контактные площадки к которым и припаиваются выводы радиодеталей. Кроме того, в печатных платах имеются переходные отверстия для электрического соединения участков фольги, расположенных на разных слоях платы. С лицевой стороны наносится маркировка (вспомогательный рисунок и текст согласно конструкторской документации), чтобы можно было разобраться, куда и в какой полярности установить ту или иную деталь.
На картинках ниже показана одна и та же печатная плата с разных сторон.
В зависимости от количества слоёв с электропроводящим рисунком печатные платы подразделяют на:
- односторонние (ОПП): имеется только один слой фольги, наклеенной на одну сторону листа диэлектрика
- двухсторонние (ДПП): два слоя фольги
- многослойные (МПП): фольга не только на двух сторонах платы, но и во внутренних слоях диэлектрика. Многослойные печатные платы получаются склеиванием нескольких односторонних или двухсторонних плат
По свойствам материала основы:
Печатные платы могут иметь свои особенности в связи с их назначением и требованиями к особым условиям эксплуатации (например, расширенный диапазон температур) или особенности применения (например, платы для приборов, работающих на высоких частотах).
Основой печатной платы служит диэлектрик, наиболее часто используются такие материалы, как стеклотекстолит, гетинакс.
Также основой печатных плат может служить металлическое основание, покрытое диэлектриком (например, анодированный алюминий), поверх диэлектрика наносится медная фольга дорожек. Такие печатные платы применяются в силовой электронике для эффективного теплоотвода от электронных компонентов. При этом металлическое основание платы крепится к радиатору.
В качестве материала для печатных плат, работающих в диапазоне СВЧ и при температурах до 260 °C, применяется фторопласт, армированный стеклотканью (например, ФАФ-4Д)[2], и керамика.
Гибкие платы делают из полиимидных материалов, таких как каптон.
Иногда на печатной плате размещены отверстия для её крепежа в корпусе. Если таких отверстий не предусмотрено, можно самостоятельно просверлить их обычным сверлом в свободном от компонентов месте. Разумеется, нужно убедиться, что новое отверстие не нарушит какой-нибудь печатный проводник или контактную площадку.
Если печатная плата чуть-чуть не влезает в планируемый для её размещения корпус, плату можно подточить с торцов напильником. Но следите за тем, чтобы напильник не нарушил токопроводящие дорожки платы.
Испортить печатную плату сложно, но, если постараться, всё-таки возможно. Во-первых, не следует чрезмерно сильно сгибать её - плата может сломаться! И не допускайте перегрева платы при пайке! Хотя токопроводящие дорожки и контактные площадки из фольги приклеены к основе платы очень качественным клеем, устойчивым к воздействию высоких температур, чрезмерно долгое непрерывное воздействие (более нескольких секунд) горячего жала паяльника на контактную площадку может привести к её отрыву от основы. Если это всё же произошло, можно приклеить оторвавшуюся дорожку. Если же дорожка не просто отклеилась, а оторвалась, для восстановления целостности электрической цепи можно применить отрезок провода.
Промывать печатную плату от остатков паяльных материалов можно с помощью спиртового раствора (спирта).
Я обещал пользователю KSVl и некоторым другим читателям, статью с базовыми принципами проектирования печатных плат (ПП), так же приглашаю к ознакомлению всех любителей попаять за чашечкой кофе!
Пролог
Все описанные в статье правила, являются самыми базовыми и ориентированы исключительно на совсем начинающих разработчиков для которых электроника просто хобби. Сразу хочу отметить, что данная статья не претендует на абсолютную истину и все объяснения даны в вольной форме.
Источники информации на которых базируются описанные в статье правила:
Правило №1 — Ширина проводника
Ошибка — очень часто начинающие разработчики используют ту ширину проводников (дорожек), которая стоит по умолчанию в используемой САПР. В упомянутой ранее статье, автор использовал EasyEDA и там базовое значение ширины стоит 6 mils, то есть около 0.15 мм. Данная ширина проводников использована практически везде и это плохо, ибо ведет к ряду проблем.
Проблема №1 — падение напряжения. Все мы помни закон Ома из которого следует, что чем меньше площадь сечения проводника, тем больше его сопротивление. Чем больше сопротивление проводника, тем больше на нем упадет напряжение.
Проблема №2 — нагрев проводника. Тут все тот же закон Ома, мощность выделяемая на проводнике пропорциональна его сопротивлению, то есть чем больше сопротивление, тем больше тепла выделится на проводнике. Дорогу 0.15 мм ток в 5-10А легко испарит.
Проблема №4 — низкая механическая прочность. Думаю не надо объяснять, что дорожка шириной 2 мм более прочно прикреплена к текстолитовой основе, чем дорожка 0.15 мм. Ради интереса возьмите заводскую ненужную плату и поковыряйте ее.
Решение — используйте максимально возможную ширину проводников. Если проводник можно провести с шириной 0.6 мм, то это лучше, чем провести его шириной 0.15 мм.
1) Плохо
2) Хорошо
Правило №2 — Подключение к выводам
Под выводами подразумевается контактная площадка компонента (pad), переходные отверстия (via) и прочие объекты, которые на плате мы соединяем с помощью проводников (дорожек).
Ошибка — бывают две крайности. В одной, разработчик совершает ошибку из правила №1 и подключает дорожку 0.15 мм к выводу smd резистора 1206. В другом случае наоборот, использует проводник ширина которого равна ширине контактной площадки. Оба варианта плохие.
Проблема №1 — низкая механическая прочность. При нескольких попытках перепайки компонента, площадка или дорожка просто отслоятся от текстолитовой основы печатной платы.
Проблема №2 — технологические проблемы с монтажом платы. Хотя это станет проблемой, если вы начнете заказывать в Китае не только платы, но и сборку. Вам конечно соберут, но % брака вырастает.
Решение — ширина проводника, подключаемого к контактной площадке, должна составлять примерно 80% от ширины этой площадки.
Размер площадки конденсатора 1206 в данном случае составляет 1.6 х 1 мм. Соответственно для подведения сигнала снизу используется дорожка равная 80% от ширины площадки, то есть 0.8 мм (80% от 1 мм). Для подведения сигнала справа используется дорожка толщиной 1.2 мм (примерно 80% от 1.6 мм). Ширина площадки у микросхемы в корпусе SOIC-8 равна 0.6 мм, поэтому подводить нужно сигнал с помощью дорожки около 0.5 мм.
Стоит понимать, что данный вариант является идеальным. Переход из 1.2 мм в 0.5 мм вам наверняка не понравится — лишняя возня. Его можно избежать. Для этого обычно принимают ширину дорожки относительно минимального pad-а (площадки), то есть в данном случае можно сделать вот так:
Как видите, я выбрал ширину проводника по минимальной площадке, то есть по площадке вывода микросхемы в корпусе SOIC-8. Такой упрощение допустимо, но его стоит применять с умом.
Правило №3 — Цепи питания
Теперь рассмотрим случай, когда упрощение в отношение правила №2 просто недопустимо, а именно — проектирование цепей питания. Данной правило опирается на два предыдущих и является частным, но пожалуй самым критичным случаем.
Ошибка — пренебрежение правилами №1 и №2 при проектирование цепей питания.
Проблема №1 — на выходе вашего стабилизатора напряжения строго +3.3В. Вы включаете устройство и наблюдаете, что микросхема ведет себя неадекватно, АЦП измеряет не точно и периодически выключается. Вы измеряете напряжение на ногах потребителя (микросхемы) и обнаруживаете вместо +3.3В всего лишь +2.6В.
Проблема №2 — ваш DC-DC преобразователь не запускается, либо на выходе имеет большие пульсации.
Проблема №3 — в попытках найти неисправность, вы ставите щуп осциллографа на линию +3.3В и обнаруживаете там вместо постоянного напряжения какие-то страшные пульсации и помехи.
Решение — соблюдаем особо строго и фанатично правила №1 и №2. Дорожки максимально широкие. Питание должно приходить на микросхему через керамический конденсатор, который по возможности ставят ближе к выводу этой микросхемы.
Что я сделал чтобы стало хорошо:
1) Дорожка питания VCC3V3 теперь подходит не в обход конденсатора, а через него. То есть сначала на конденсатор, а затем уже на вывод микросхемы
2) Переходное отверстие (via) я использовал размером 1.2/0.6 мм. Да, согласно требованиям для 4 класса точности (стандартного), я могу использовать переходное отверстие размером 0.7/0.3 мм, но делать этого не стал и применил более габаритный переход. Это позволило уменьшить его сопротивление и пропустить больший ток
3) Шина питания, которая приходит от стабилизатора у меня теперь не 0.3 мм, а 2 мм! Не бойтесь делать широкие проводники. Такой подход минимизирует падение напряжения в цепи и уменьшит индуктивность проводника
Правило №4 — Земля
О влияние качества проектирование земляной шины (GND) можно говорить вечно, но любой разговор сводится к простой сути: стабильно и работоспособность устройства в наибольшей степени зависит именно от проектирование земли. Данная проблема очень объемная и требует глубокого изучения, поэтому я дам самые базовые рекомендации.
Ошибка — трассировка цепи GND (земли) обычным проводником, да еще и минимальной ширины. Это просто к-к-к-комбо!
Проблема №1 — нестабильность работы устройства и сильные помехи в цепях, особенно в цепях питания.
Проблема №2 — нагрев и часто обрыв тонкого проводника, т.к. в нем действует большой ток.
Решение — использовать полигон для разводки цепи GND, а в идеале отдельный слой, который полностью выделен для данной цепи, например, нижний слой.
Как видите, вместо обычного проводника я применил заливку сплошным полигоном. Такое решение обеспечило мне огромную площадь сечения, ведь полигон это просто очень большой проводник. Только иногда такое решение имеет недостаток, например, когда плотность монтажа высокая и другие проводники разрывают сплошной полигон, как тут цепи LED1..3 разрывают кратчайший путь между выводом микросхемы и конденсатора (GND):
Тут нам поможет, упомянутый ранее, отдельный слой GND. В двухслойной плате в идеале под него выделить нижний слой, а в многослойной плате — один из внутренних слоев:
Таким образом мы восстановили кратчайший путь для тока по цепи GND, а помог в данном случае нижний слой (синий цвет), который из себя полностью представляет земляной полигон. Переходные отверстия (via) около контактных площадок обеспечили для них максимально короткое соединение с нижним слоем земли.
Правило №5 — Ширина зазора
Минимальное значение зазора между медными проводниками на печатной плате, нам диктуют технологические требования. Для 4-го (стандартного) класса значение составляет 0.15/0.15 мм или 6/6 mils. Максимальная ширина ограничена лишь вашей фантазией, габаритами платы и здравым смыслом.
Ошибка — зазор недостаточно большой, обычно оставляют значение по умолчанию около 0.15 мм.
Проблема №1 — электрический пробой. Короткое замыкание возникает, когда 2 проводника с разным потенциалом замыкают, например, металлическим предметом и ток резко возрастает. К сожалению идеальных диэлектрических материалов не бывает и в какой-то момент любой материал начинает проводить ток. Пример тому — изоляторы на ЛЭП, иногда и их пробивает. Данное явление происходит, когда превышено значение критического напряжения пробоя. По этой же причине и стеклотекстолит, являющийся основной большинства печатных плат, в какой-то момент может начать пропускать ток.
Решение — увеличение расстояния между проводниками. Напряжение пробоя зависит от типа материала и от толщины/ширины изолятора. В случае печатных плат — расстояние (зазор) между проводниками как раз является тем параметром, который влияет на критического значение напряжения пробоя. Чем больше расстояние между проводниками, тем большее напряжение необходимо чтобы пробить его.
Так же хочется сказать, что пробой по стеклотекстолиту не всегда самая актуальная проблема. Воздух, который окружает плату, тоже является диэлектриком, но при определенных условиях становится проводником, вспомните грозу. Воздушный электрический пробой большая проблема в электронике, особенно если учитывать, что воздух может быть сухой, а может и иметь влажность 90-100%, например, в тропиках или на Севере.
Условимся, что в данном примере есть 3 проводника: выпрямленное сетевое напряжение +310В, низковольтная линия питания для микроконтроллера +3.3В и шина земли (GND).
Почему 0.3 мм плохо, а 0.8 мм уже хорошо спросите вы и в качестве ответа приведу вам 2 источника:
2) Стандарт IPC-2221, ссылку на который я давал в начале. Интересует нас таблица 6-1, которая выглядит вот так:
Правило №6 — Гальванический зазор
Ошибка — приравнивание диэлектрического зазора к гальваническому. По сути они очень похожи, но по требованиям все строже, когда дело доходит до гальванической развязки. Ярким случаем является развязка схемы управления и силовой части с помощью реле или оптрона, когда зазор между развязанными сторонами выбирается так же 0.8 или 1,5 мм.
Проблема №1 — пробой изоляции, выход из строя системы управления и прочего дорогого оборудования.
Решение — увеличение порога электрического пробоя. Стандартными значениями обычно являются напряжения 1,5 кВ, 2,5 кВ и 4 кВ. Если ваше устройство работает с сетевым напряжением, но человек напрямую с ним не взаимодействует, то напряжение развязки в 1,5 кВ будет достаточным. Если предполагается взаимодействие человека с устройством, например, через кнопки и прочие органы управления, то рекомендую применить изоляцию с напряжением 2,5 кВ и более.
Что было сделано для улучшения ситуации:
а) Появилась четкая граница между низковольтной и высоковольтной частью. Теперь проводник +3.3В не проходит в высоковольтной области +310В, полигон GND не выходит за границу низковольтной часть, соответственно и пробоя не будет. Так же в зоне/границе гальванической развязки не должно быть вообще ничего.
б) Изолирующая зона освобождена от паяльной маски. Маска — тоже слабое место и в зависимости от качества ее пробьет раньше, чем стеклотекстолит. Это делать не обязательно в общем случае, но если с устройством взаимодействуют люди, то настоятельно рекомендую.
в) Как я выше писал, слабое место — расстояние между управляющими и силовыми выводами реле. Везде я смог сделать изолирующую зону 4 мм, а тут только 2.5 мм. От маски мы очистили, от проводников тоже и единственное через что может произойти пробой по плате — стеклотекстолит. Поэтому убираем и его, я сделал вырез под реле шириной 2.5 мм и убрал весть текстолит между выводами. Данная операция тоже не обязательна, но существенно повышает надежность и безопасность вашего устройства.
Правило №7 — Переходные отверстия
Ошибка — очень часто наблюдаю картину, когда на 2-х слойной печатной плате для того, чтобы соединить 2 контактные площадки, использую 3..4… или даже 5 переходных отверстий.
Проблема №1 — переходных отверстий (via) становится слишком много на плате и это ограничивает место под проводники, что приводит к удлинению цепей, а следовательно и к увеличению их сопротивления. Уменьшает устойчивость цепей и сигналов к помехам.
Решение — используйте минимальное количество переходных отверстий: если вам нужно соединить 2 контакта на разных слоях, то не используйте более 1-го переходного отверстия. Если 2 контакта находятся на одном слое и вы не можете соединить их напрямую, то используйте максимум 2 переходных отверстия. Если вам нужно больше переходов для соединения, то что-то вы делаете не так — тренируйте логику и переразводите участок платы, который привел к проблеме.
Для соединения использовано минимальное количество переходных отверстий (via), что дает больше свободного места для других проводников и обеспечивает минимальные паразитные параметры проводника.
Несколько общих советов
Заключение
Надеюсь данная статья станет полезной для начинающих электронщиков и избавит их хотя бы от самых простых ошибок. Думаю не мало людей в данных правилах увидят и свои недочеты, но не стоит от этого правила слепо копировать. Всегда думайте головой и ищите лучший вариант, иногда и 4 переходных отверстия для 1-й цепи допустимы, если это позволяет вам улучшить конечный результат.
Читайте также: