Мобильное ведущее usb hid-устройство на базе платформы Arduino micro

РАСЧЁТ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПАРАМЕТРОВ ПРОЕКТИРУЕМОГО ПРИБОРА
6.1 Проектирование печатного модуля
После изучения особенностей и технологии создания печатных плат можно перейти к её проектированию. Инженеры, как правило, уделяют самое пристальное внимание к схемам, новейшим компонентами и коду как важным составляющим электронного проекта, но иногда критически важной частью электроники – компоновкой печатной платы – пренебрегают. Плохая компоновка печатной платы может вызвать проблемы в работоспособности и надежности устройства.
В ходе проектирования необходимо выбрать точность изготовления печатных плат, которая зависит от комплекса технологических характеристик и с практической точки зрения определяет основные параметры элементов печатной платы. Класс точности печатной платы определяет минимальные значения основных размеров конструктивных элементов, таких как ширина проводника, расстояния между центрами двух проводников (контактных площадок), ширина гарантийного пояска металлизации контактной площадки и др. В таблице 1 представлены значения основных размеров конструктивных элементов, которые определены в ГОСТ 23751-86.
Таблица 1 – Классы точности печатных плат

Параметр		Класс точности
	2	3	4	5
Мин. ширина проводника, t, мм	0,45	0,25	0,15	0,10
Мин. расстояние между центрами проводников, S, мм	0,45	0,25	0,15	0,10
Мин. ширина гарантийного пояска, B, мм	0,20	0,10	0,05	0,025
Отношение диаметра мин. отверстия к толщине ПП (𝛾)	1:2,5	1:3	1:4	1:5

Печатные платы 1 и 2 классов точности наиболее просты в исполнении, надежны в эксплуатации и имеют минимальную стоимость, 3 класса – требуют использования высококачественных материалов, более точного инструмента и оборудования, 4 и 5 классов – специальных материалов, прецизионного оборудования, особых условий для изготовления.
Для проектируемого устройства была выбрана двусторонняя печатная плата. Преимущество двусторонних печатных плат заключается в наличии двух проводящих слоев, что позволяет плотнее компоновать элементы и увеличивает трассировочную способность печатной платы. Недостаток двусторонних плат – сложность обеспечения электрических переходов между сторонами платы. Для достижения этой цели используются проволочные перемычки, заклепки и пайка выводов элементов с обеих сторон. У печатных плат с металлизированными отверстиями увеличивается прочность крепления электронных компонентов, при этом возможность высокой плотности монтажа вместе с хорошей трассировочной способностью сохраняются. Именно двусторонние печатные платы с металлизированными отверстиями пользуются наибольшей популярностью в изготовлении радиоэлектронных устройств [26]. Двусторонняя печатная плата позволит на одной стороне расположить все необходимые компоненты, а на другой – дисплейный модуль.
Проводники на печатной плате будут соответствовать 4 классу точности, так как на ней присутствуют компоненты, которые имеют ширину контактных площадок до 0,25 мм, то есть, при ширине проводника больше ширины контактных площадок невозможно будет провести трассировку печатной платы.
Для правильной трассировки печатной платы необходимо выбрать ширину проводников, которые будут соединять между собой компоненты устройства. Например, для цепей питания, которые пропускают через себя ток большой величины, ширина проводников должна быть шире, чем все остальные.
На рисунке 6.1 изображены правила трассировки для цепей питания.

Рисунок 6.1 – Правила для цепей питания
В оставшихся случаях, для сигнальных цепей, данные значения будут отличаться в меньшую сторону. На рисунке 6.2 представлены значения ширины проводников для сигнальных цепей печатной платы, данных значений будет достаточно, чтобы предотвратить такие проблемы, как падения напряжения и нагрев проводника.

Рисунок 6.2 – Правила для сигнальных линий
В соответствии с ГОСТ 10317-79, основной шаг координатной сетки может составлять 2,5 мм, 1,25 мм, 0,625 мм, а также 0,5 мм. В рамках проектирования данной печатной платы применялся шаг 0,625 мм, поскольку для печатной платы таких размеров этот шаг считается наиболее приемлемым.
В рамках курсового проекта для печатной платы был выбран комбинированный позитивный метод (полуаддитивный метод) изготовления. Для изготовления плат по полуаддитивной технологии в том числе используются фольгированные диэлектрики. В отличии от субтрактивного метода, при производстве полуаддитивным методом толщина применяемой фольги значительно меньше. В современных технологических процессах изготовления печатных плат с применением полуаддитивных методов используется фольга толщиной 18,12,9 и 5 мкм. Дальнейшее формирование рисунка проводников происходит, как и при аддитивных методах, путем гальванического осаждения меди с применением фотошаблонов [27].
В настоящее время, в большинстве случаев изготовления двухслойных печатных плат используется комбинированный позитивный метод, среди достоинств можно выделить, что в нём могут использоваться металлизированные отверстия, есть возможность создания элементов печатного рисунка с высокой точностью, а также ряд других преимуществ, поэтому, в рамках проектирования печатной платы был выбран именно этот метод изготовления.