Разработка посадочных мест электронных компонентов. Часть 2

Автор А.Г. Аветисов

Аннотация

В данной статье рассмотрены вопросы разработки посадочного места электронного компонента, предназначенного для монтажа в сквозные отверстия, а также его формовка и установка на печатную плату. Рассмотрены особенности расчета монтажных отверстий и контактных площадок.

Требования к формовке выводов и установке электронного компонента на печатную плату

При разработке конструкции печатных плат одним из ответственных этапов является разработка посадочного места электронного компонента (ЭК), а также разработка формовки и установки ЭК на печатную плату, как правило данные работы выполняются до этапа компоновки и трассировки на стадии разработки библиотечного компонента. Посадочное место ЭК применяется в дальнейшем при компоновке печатной платы и последующей трассировки, а формовка и вариант установки применяется при оформлении сборочного чертежа печатной платы.

При разработке формовки выводов и установки ЭК, предназначенного для монтажа в сквозные отверстия, рекомендуется соблюдать требования ГОСТ Р МЭК 61191-3-2019 [1], ГОСТ 29137-91 [2].

На рисунке 1 показан фрагмент формовки вывода, где R - радиус изгиба, D –диаметр вывода. Зависимость R от D приведена в таблице 1.

Рисунок 1 - Изгиб ЭК, предназначенного для установки в монтажное отверстие

Таблица 1

Диаметр или толщина D вывода, мм Минимальный радиус R изгиба, мм
Менее 0,81D
От 0,8 до 1,2 включ.1,5 D

На рисунке 2 показана формовка резистора и его установка на печатную плату.

Рисунок 2 - Формовка ЭК, предназначенного для установки в монтажное отверстие

При формовке выводов следует учитывать, что минимальное расстояние от корпуса до места изгиба (прямая часть вывода) должна быть равна диаметру вывода, но не менее 0,8 мм (размер от корпуса до центра окружности изгиба вывода l0 согласно рисунку 2).

При монтаже ЭК следует учитывать, что высота выступающих выводов с противоположной стороны печатной платы, как правило, не должна быть более 1 мм, расстояние от платы до донышка ЭК зависит от варианта монтажа: корпус прилегает вплотную к плате, находится на определенном расстоянии, устанавливается на прокладку или подставку.

Для каждого вывода компонента должно быть предусмотрено отдельное монтажное отверстие или контактная площадка.

В технически обоснованных случаях допускается уменьшать внутренний радиус изгиба до 0,3 мм.

Минимальный размер от корпуса до места пайки должен быть 2,5 мм (расстояние между точками a и b согласно рисунку 2).

Предельные отклонения между осями двух любых выводов, устанавливаемых в отверстия должен быть ±0,2 мм, а на контактные площадки ±0,1 мм.

Установочные размеры ЭК следует выбирать кратными шагу координатной сетки 2,5 мм или 1,25 мм в соответствии ГОСТ 10317-79 [3].

Расчёт параметров посадочного места

Определив требования к формовке выводов, перейдем к рассмотрению вопроса разработки посадочного места ЭК для монтажа в отверстия. В качестве объекта разработки рассмотрим отечественный резистор С2-33 0,125-91 кOм±5% ОЖ0.467.093 ТУ (см. рисунок 3).

Рисунок 3 - Внешний вид резистора С2-33 не с формованными выводами

При разработке посадочного места следует внимательно ознакомится с конструкторско-технологическими требованиями, указанными в технических условиях (ТУ) на конкретный ЭК.

Согласно данным, приведенным в ОЖ0.467.093 ТУ на резистор С2-33 с рассеивающей мощностью 0,125 Вт и сопротивлением 91 кОм габаритные размеры будут составлять: диаметр корпуса D – 2.2-0,3 мм, длина корпуса L - 6-0,6 мм, диаметр вывода d – 0.6±0.1 мм, длина вывода l – 20±0.3 мм.

Учитывая данные технических условий и требования к формовке, вычислим предпочтительное расстояние между центрами двух монтажных отверстий посадочного места для монтажа резистора:

Lh=LD+2(L1+ L2)+d,

где Lh расстояние между центрами двух монтажных отверстий, L1 – минимальное расстояние от корпуса до места изгиба, равное 0,8 мм (т.к. диаметр вывода равен d – 0.6±0.1 мм, т.е. выбираем с учетом допуска в большую сторону и при этом учитываем требование, что не менее 0,8 мм), L2 – радиус изгиба вывода, LD – длина корпуса (выбирается с учетом допуска в большую сторону), равная 6 мм.

Следует отметить, что согласно общим рекомендация и требования ГОСТ размеры выбраны верно. Однако, если существует требования ТУ к данным параметрам, то нужно следовать именно этим требованиям. Так в нашем случае в ОЖ0.467.093 ТУ сказано, что при монтаже резисторов допускается производить изгиб вывода на расстоянии не менее 3 мм от колпачка резистора и при этом радиус изгиба не должен быть менее двух диаметров вывода (L2=2d). Таким образом, получаем следующее значение Lh

Lh=6+2*(3+1,4)+0,7=15,5 мм.

Расчет диаметров контактных площадок

Далее следует рассчитать диаметр отверстия, согласно рекомендациям РД 50-708-91.

Номинальный диаметр монтажных металлизированных и неметаллизированных отверстий устанавливают, исходя из соотношения

d-|Δd|н.о≥dэ+r,

где Δdн.о- нижнее предельное отклонение диаметра отверстия (зависит от технологии изготовления печатной платы, т.е. после металлизации отверстий с последующим их покрытием, размеры высверленных отверстий в реальности будут меньше, так, например диаметр высверленного отверстия значением 0,7 мм, после металлизации с последующим покрытием может уменьшиться до 0,57 мм);

dэ - максимальное значение диаметра вывода ЭК, устанавливаемого на печатную плату (для прямоугольного вывода за диаметр берется диагональ его сечения);

r - разность между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным значением диаметра вывода электронного компонента. Значение r рекомендуется выбирать с учетом допусков на расположение выводов на корпусе устанавливаемого ЭК и позиционного допуска расположения оси отверстия.

Расчетное значение диаметра монтажного отверстия следует округлять в сторону увеличения до десятых долей миллиметра.

Диаметр монтажного отверстия выбирают таким образом, чтобы значение r было от 0,1 до 0,4 мм при ручной установке ЭК и от 0,4 до 0,5 мм - при автоматической. Уменьшение этого значения допускается по согласованию с заводом-изготовителем.

Если значение r равно 0,2 мм, тогда получаем значение диаметра отверстия равное

d=0.7+0.2+0.13=1.03 мм,

При округлении получаем значение равное 1,0 мм. Полученное значение должно соответствовать требованиям п.8 ГОСТ 10317-79: диаметры монтажных, переходных, металлизированных и неметаллизированных отверстий должны быть выбраны из ряда: 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.

Следует иметь ввиду, что при выборе толщины печатной платы следует учитывать, что с увеличением ее толщины и уменьшением диаметра отверстий усложняется технология нанесения металлизации, поэтому рекомендуется увязывать диаметр металлизированного отверстия do \r\nи толщину печатной платы таким образом, чтобы соотношение do/Hп было не менее того значения, которое может быть реализовано на конкретном производстве. Например, в компании РЕЗОНИТ это значение составляет 1:14. Т.е. при стандартной толщине печатной платы 1,5 мм, минимальное значение диаметра отверстия, которое может быть реализовано в компании РЕЗОНИТ, составит 0,1 мм.

Таким образом, рассчитанное значение диаметра отверстия с большим запасом удовлетворяет требования к соотношению диаметра металлизированного отверстия к толщине печатной платы.

При расчете диаметра металлизированной контактной площадки следует учитывать класс точности печатной платы, который прежде всего определяется уровнем плотности расположения компонентов, элементной базой, разрешающей способности печатного проводника и т.п. Примем, что мы разрабатываем посадочное место для применения в печатной плате реализованной по третьему классу точности.

Диаметр контактной площадки определяется по формуле

D=d+Δdв.о+2b+Δtв.о+2Δdтр+√(Td2+TD2+Δtн.о),

где d – диаметр отверстия, Δdв.о – верхнее предельное отклонение диаметра отверстия, b – гарантийный поясок (см. таблицу), Δdтр – величина подтравливания диэлектрика в отверстии (0,03 мм для многослойной печатной платы, 0 – для других типов конструкций печатных плат), Δtв.о – верхнее предельное отклонение ширины печатного проводника, Δtн.о - нижнее предельное отклонение ширины печатного проводника, Td – позиционный допуск расположения осей отверстий, TD - позиционный допуск расположения центров контактных площадок.

Подставим в формулу значения допусков согласно данным ГОСТ Р 53429-2009 и рассчитаем диаметр металлизированной контактной площадки для отверстия диаметром 1,0 мм

D=1+0+2*0,1+0,1+0+(0,082+0,152+0,12) 0.5=1,5 мм.

Теперь нам известны все параметры для разработки посадочного места резистора:

- диаметр отверстия - 1,0 мм;

- диаметр контактной площадки -1,5 мм;

- расстояние между центрами двух отверстий – 15,5 мм.

На следующем этапе при разработке посадочного места приступают к реализации графической и атрибутивной информации. Данный этап описан в предыдущей части статьи: Разработка посадочных мест электронных компонентов. Часть 1

Заключение

Рассмотрена методика разработки посадочного места электронного компонента, предназначенного для монтажа в отверстие на примере резистора С2-33. Приведены формулы для расчета основных параметров посадочного места, а также требования к формовке выводов и установке на печатную плату. Показано, что при разработке посадочного места и вариантов установки и формовки выводов следует руководствоваться требованиями нормативных документов, приведенных в списке рекомендованных источников.

Список рекомендованных источников

  1. ГОСТ Р МЭК 61191-3-2019 ПЕЧАТНЫЕ УЗЛЫ. Часть 3. Монтаж в сквозные отверстия. Технические требования. Введ. с 01.06.2020. – М.: Стандартинформ, 2019. - 15 с.
  2. ГОСТ 29137-91 ФОРМОВКА ВЫВОДОВ И УСТАНОВКА ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ НА ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ. Общие требования и нормы конструирования. Введ. с 01.01.1993. – М.: ИПК Издательство стандартов, 2004. - 29 с.
  3. ГОСТ 10317-79 ПЛАТЫ ПЕЧАТНЫЕ.Основные размеры. Введ. с 01.01.1980. – М.: Издательство стандартов, 1985. - 2 с.
  4. ГОСТ Р 53429-2009 ПЛАТЫ ПЕЧАТНЫЕ. Основные параметры конструкции. Введ. с 01.07.2010. – М.: Стандартинформ, 2018. – 10 с.
  5. РД 50-708-91 Инструкция. Плата печатная. Требования к конструированию. Введ. с 01.07.1992. – М.: Издательство стандартов, 1992. - 27 с.