Изгиб-кручение печатных плат

Деформация изгиба-кручения печатной платы Проектирование печатных плат

Предыстория или очевидная взаимосвязь стека печатной платы с величиной деформации

Как деформация печатной платы зависит от структуры слоев? Почему надо стремиться выбирать структуру с четным количеством проводящих слоев?

Ответы на данные вопросы носят технологический характер.

Виды деформаций печатных плат

В процессе эксплуатации, печатные платы, как элементы конструкции, испытывают на себе воздействие внешних сил. Результаты их взаимодействия могут приводить к короблению.

Коробление — деформация, приводящая к нарушению геометрической формы печатной платы, в результате воздействия внешних сил.

Частными случаями данной деформации являются 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

Рассмотренные виды деформаций могут привести к ненадежности конструкции. Поэтому величина изгиба-кручения печатной платы строго регламентируется стандартами.

Стандарты нормирующие величину изгиба-кручения печатных плат

Следуя требованиям данных документов, отклонение от идеальной плоскостности должно лежать в определенных пределах. Данные значения называются допустимыми величинами деформаций печатных плат.

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.

Например, длина печатной платы равна 355 мм. Тогда нормированная допустимая величина деформации для соответствующей толщины 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

 

Формула для расчёта величины изгиб-кручение печатной платы

Расчет допустимой величины деформации изгиба печатной платы

Согласно IPC ведется для каждой из сторон по формулам:

  1. Rl=L*B/100%;
  2. Rw=W*B/100%;

где

  • L и W – длина и ширина печатной платы (мм);
  • B – коэффициент допустимой деформации печатной платы.

Для плат с поверхностным монтажом B равен 0,75%; для всех остальных – 1,5%.

Расчет допустимой величины скручивания печатной платы

Согласно IPC рассчитывается по формуле:

R=2D*B/100%;

где

D – диагональ печатной платы

Пример расчета допустимых величин деформаций печатной платы

В качестве примера рассчитаем допустимые величины изгиба-кручения для двухслойной печатной платы:

  • количество проводящих слоев печатной платы – 2;
  • материал основания – FR4;
  • толщина печатной платы 1,5 мм;
  • длина (L) – 250 мм;
  • ширина (W) – 160 мм;
  • диагональ платы (D) – 296,8 мм;
  • на плате установлены компоненты поверхностного (SMD) монтажа

Расчет проведем согласно методике отечественного стандарта ГОСТ 23752-79 и рекомендациям стандарта IPC-A-610F.

ГОСТ 23752-79

Из таблицы 1 выберем допустимую величину деформации на каждые 100 мм равную 0,8.

Тогда:

  1. Rl=2,50*0,8=2 мм (допустимая величина изгиба печатной платы в длину);
  2. Rw=1,60*0,8=1,28 мм (допустимая величина изгиба печатной платы в ширину);
  3. R=2,968*0,8=2,37 мм (допустимая величина деформации кручения печатной платы);

IPC-A-610F

  1. Rl=250*0,75%/100%=1,88 мм (допустимая величина изгиба печатной платы в длину);
  2. Rw=160*0,75%/100%=1,2 мм (допустимая величина изгиба печатной платы в ширину);
  3. 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 (баланс меди).

При проектировании печатных плат, чтобы снизить вероятность деформаций стоит придерживаться двух основных правил:

  1. во-первых, необходимо стараться соблюдать баланс меди по слоям;
  2. во-вторых, стремиться к симметричной структуре печатных плат.

Нарушение указанных правил приведет к существенному перевесу меди на одной из сторон. В свою очередь, неравномерное распределение проводящего слоя приведет к деформации изгиба-кручения печатной платы. В результате нарушение плоскостности печатной платы может выйти за допустимую, установленную стандартом величину. Всё это в конечном итоге скажется на качестве сборки электронного узла. Например, возникнут сложности с автоматической установкой компонентов или с размещением печатной платы внутри корпуса.

Когда особые требования к конструкции печатной платы отсутствуют нужно стремиться к равномерному распределением меди по слоям.

Именно поэтому уважающие себя производители считают правилом хорошего тона проверять баланс меди печатных плат. А при вероятности выхода за допустимые пределы сообщать об этом заказчику. Данная проверка должна осуществляться до запуска плат в производство. Дабы конструктор, разработавший плату согласовал повышенную величину изгиба кручения печатной платы. Либо принял меры по снижению вероятных деформаций печатных плат. Если вас интересует данный вопрос, а обратная связь от производителя отсутствует — можно проявить инициативу и задать его производителю.

pcbdesigner.ru
Оцените автора
Сайт разработчика печатных плат