Изгиб-кручение печатных плат

Деформация изгиба-кручения печатной платы Проектирование печатных плат

Предыстория или очевидная взаимосвязь структуры печатной платы с величиной деформации

В процессе изучения статьи «Понятие стека (структуры слоев) печатной платы» может возникнуть резонный вопрос «А как быть с трехслойной печатной платой?», или «почему количество слоев печатных плат обычно четное (2,4,6 и т.д.,) а например, не три, пять и т.д.?». Ответ на данный вопрос носит технологичесий характер.

Виды деформаций печатных плат

И, прежде чем раскрывать данную тему подробнее, поднимем требования стандартов к печатным платам, которые говорят о том, что ничего идеального не бывает и для любых печатных плат на твердом основании вводится понятие коробления, среди частных случаев которого выделяют изгиб и кручение материала основания печатной платы.

Ниже, на рисунках 1 и 2 представлены каждый из указанных видов деформаций печатных плат.

Деформация изгиба печатной платы
Рисунок 1 — деформация изгиба печатной платы
Деформация кручения печатной платы
Рисунок 2 — Деформация кручения печатной платы

Стандарты

Стандарты, нормирующие деформацию коробления (изгиба и скручивания) печатных плат:

  • ГОСТ 23752-79 Платы печатные. Общие технические условия;
  • IPC-A-610F Критерии приемки электронных сборок (Acceptability of Electronic Assemblies).

Следуя требованиям данных документов, отклонение от идеальной плоскостности должно лежать в определенных пределах, называемых допустимыми величинами деформаций печатной платы.
В таблице 1 приведены допустимые по ГОСТ 23752-79 величины деформации печатных плат на жестком основании. Данные параметры приведены на каждые 100 мм длины печатной платы. Иными словами, если длина печатной платы равна 355 мм, то нормированная данным стандартом допустимая величина деформации для конкретной толщины конкретной печатной платы умножается на коэффициент 3,55.

Таблица 1 — Допустимые величины деформаций печатных плат в зависимости от количества слоев, материала основания печатной платы и её толщины.

Толщина ПП (мм) Односторонние (бумага) Односторонние (стеклотекстолит) Двусторонние (бумага) Двусторонние (стеклотекстолит) Многослойные
1,0…1,5 1,5 0,9 0,9 0,8 0,5
свыше 1,5 до 2,0 1,2 0,8 0,6 0,6 0,1
свыше 2,0 0,9 0,6 0,5 0,5 0,1

 

Формулы для расчёта

Расчет допустимой величины изгиба по IPC ведется для каждой из сторон по формуле:
Rl=L*B/100%
Rw=W*B/100%
где
L и W – длина и ширина печатной платы соответственно, мм
B – коэффициент допустимой деформации печатной платы (для плат с поверхностным монтажом он равен 0,75%; для всех остальных – 1,5%)
Расчет допустимой величины скручивания по IPC рассчитывается по формуле:
R=2D*B/100%,
где
D – диагональ печатной платы

Расчет допустимых величин деформаций конкретной печатной платы

В качестве примера рассчитаем допустимые величины изгиба-кручения для двухслойной печатной платы (материал основания – FR4) с компонентами поверхностного монтажа толщиной 1,5 мм и размерами L=250 мм (длина), W=160 мм (ширина) по требованиям отечественного стандарта ГОСТ 23752-79 и стандарта IPC-A-610F. Диагональ платы D=296,8 мм.

ГОСТ 23752-79

Для двухслойной печатной платы толщиной 1,5 мм и материалом основания FR4 (стеклоткань) из таблицы 1 выберем допустимую величину деформации на каждые 100 мм равную 0,8. Тогда:
Rl=2,50*0,8=2 мм (допустимая величина изгиба печатной платы в длину)
Rw=1,60*0,8=1,28 мм (допустимая величина изгиба печатной платы в ширину)
R=2,968*0,8=2,37 мм (допустимая величина деформации кручения печатной платы)

IPC-A-610F

Rl=250*0,75%/100%=1,88 мм (допустимая величина изгиба печатной платы в длину)
Rw=160*0,75%/100%=1,2 мм (допустимая величина изгиба печатной платы в ширину)
R=2*296,8*0,75%/100%=4,45 мм (допустимая величина деформации кручения печатной платы)

Баланс меди

Величина изгиба-кручения печатной платы зависит от разных факторов, однако далеко не последнюю роль здесь играет «распределение меди по слоям».
И здесь мы вплотную подходим к влиянию распределения меди по слоям (балансу меди) и симметричной структуры (стека) печатных плат.
Не вдаваясь в физику данного процесса стоит уяснить как аксиому тот факт, что существенный перевес меди на одной из сторон приведет к деформации – изгибу кручению (нарушению плоскостности) печатной платы, которая может выйти за допустимую, установленную стандартом величину со всеми вытекающими производственными особенностями (например, возникнут сложности с автоматической установкой компонентов или сложностями размещения печатной платы внутри корпуса).

Там, где есть возможность и нет особых требований к конструкции нужно стремиться использовать четное количество слоев с симметричной структурой (стеком) и одинаковым распределением меди по слоям.

Именно поэтому уважающие себя производители печатных плат считают правилом хорошего тона при вероятности выхода за допустимые пределы сообщить об этом заказчику до того, как запустить платы в производство, чтобы конструктор, разработавший плату согласовал повышенную величину изгиба кручения, либо принял меры по снижению вероятности его возникновения (обеспечение баланса меди по слоям). И если вас интересует данный вопрос, а информация по нему отсутствует, то можно проявить инициативу и задать его производителю.

pcbdesigner.ru
Оцените автора
Сайт разработчика печатных плат