Что такое печатный проводник
печатный проводник
17 печатный проводник: Одна полоска в проводящем рисунке печатной платы.
14. Печатный проводник
Одна проводящая полоска или площадка в проводящем рисунке
Смотреть что такое «печатный проводник» в других словарях:
печатный проводник — Одна полоска в проводящем рисунке печатной платы. [ГОСТ Р 53386 2009] печатный проводник Одна проводящая полоска или площадка в проводящем рисунке. [ГОСТ 20406 75] Тематики платы печатные EN conductor FR conducteur … Справочник технического переводчика
ПЕЧАТНЫЙ ПРОВОДНИК — участок металлизир. слоя, нанесённого на изоляц. основание печатной платы, эквивалентный обычному монтажному проводу и осуществляющий электрич. соединение элементов в соответствии с электрич. схемой. П. п. получают разл. методами (травлением… … Большой энциклопедический политехнический словарь
технологический печатный проводник — Печатный проводник, соединяющий разобщенные участки проводящего рисунка печатной платы, разрываемой и (или) удаляемой после электрохимического осаждения. [ГОСТ 20406 75] Тематики платы печатные EN technological conductor FR conducteur… … Справочник технического переводчика
утопленный печатный проводник — Печатный проводник, внешняя поверхность которого находится в одной плоскости с материалом основания печатной платы. [ГОСТ 20406 75] Тематики платы печатные EN flush conductor FR conducteur affleurant … Справочник технического переводчика
Технологический печатный проводник — 33. Технологический печатный проводник E. Technological conductor F. Conducteur technologique Печатный проводник, соединяющий разобщенные участки проводящего рисунка печатной платы, разрываемой и (или) удаляемой после электрохимического осаждения … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Утопленный печатный проводник — 32. Утопленный печатный проводник E. Flush conductor F. Conducteur affleurant Печатный проводник, внешняя поверхность которого находится в одной плоскости с материалом основания печатной платы Источник: ГОСТ 20406 75: Платы печатные. Термины и… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ 20406-75: Платы печатные. Термины и определения — Терминология ГОСТ 20406 75: Платы печатные. Термины и определения оригинал документа: 12. Аддитивный процесс Процесс получения проводящих рисунков, заключающийся в избирательном осаждении проводникового материала на нефольгированный материал… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ Р 53386-2009: Платы печатные. Термины и определения — Терминология ГОСТ Р 53386 2009: Платы печатные. Термины и определения оригинал документа: 93 аддитивный процесс изготовления печатной платы: Процесс изготовления проводящего рисунка печатной платы избирательным осаждением проводникового материала … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
прочность печатной платы к токовой нагрузке — … Справочник технического переводчика
прочность — 3.19 прочность : Свойство затвердевшего строительного раствора, не разрушаясь воспринимать различные виды нагрузок и воздействий. [ГОСТ 4.233 86, приложение 2] Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Чертеж печатной платы
Габаритные размеры печатной платы, координаты и диаметры отверстий на чертеже платы указывают одним из следующих способов:
– соответственно требованиям ГОСТ 2.307-68 с помощью размерных и выносных линий;
– нанесением координатной сетки в прямоугольной или полярной системе координат;
– комбинированным способом с помощью размерных и выносных линий и координатной сетки в прямоугольной или полярной системе координат.
За нуль (начало координат) в прямоугольной системе координат на главном виде печатной платы принимают:
– центр крайнего нижнего левого отверстия на поверхности платы, в том числе и технологического (рис. 3.3, а);
– левый нижний угол печатной платы (рис. 3.3, б);
– левую нижнюю точку, образуемую линиями построения (рис. 3.3, в);
– центр круглой платы в прямоугольной системе координат (рис. 3.3, г).
Рис. 3.3. Варианты задания нуля печатной платы в прямоугольной системе координат: а – центр крайнего левого нижнего отверстия; б – левый нижний угол; в – левая нижняя точка, образованная линиями построения; г – центр круглой печатной платы
Координатную сетку наносят тонкими сплошными линиями. Основной шаг координатной сетки должен составлять 2,50 мм. Используя шаг координатной сетки меньше основного, необходимо использовать шаг 1,25; 0,625 мм.
Рис. 3.4. Варианты нанесения линий координатной сетки: а – с нанесением каждой линии с выделением пятой; б – с выделением через один; в – без нанесения на поле чертежа сетки
Для уменьшения частоты сетки допускается наносить линии сетки через одну (см. рис. 3.4, б). При этом в технических требованиях пишут: «Линии сетки нанесены через одну». Если частота линий сетки большая, то можно выделить каждую пятуюили десятую линии, увеличивая их толщину до половины толщины контурных линий (см. рис. 3.4, а).
Координатную сетку наносят или на все поле чертежа платы, или на часть его поверхности. Линии координатной сетки можно не наносить на изображение, а их нумерацию указывают черточками по контуру платы или ниже его (см. рис.3.4, в).
Чертежи печатных плат выполняют в натуральную величину, или с увеличенным масштабом 2:1, 4:1, 5:1,10:1; преимущество отдается четной кратности.
Монтажные и переходные (контактные) отверстия
Печатные платы в общем случае содержат значительное количество монтажных и переходных (контактных) металлизированных и неметаллизированных отверстий. Монтажные отверстия предназначены для соединения выводов навесных элементов (резисторов, транзисторов, микросхем и др.) с печатной платой, а также для любого подсоединения к проводящему рисунку. В каждое монтажное отверстие платы устанавливают только один вывод навесного элемента.
Переходные (контактные) отверстия предназначены для соединения проводников, расположенных с двух сторон (или двух слоев) печатной платы. На сторонах металлизированных отверстий платы осаждается проводящий материал.
Диаметры монтажных, переходных металлизированных и не металлизированных отверстий требуется выбирать из ряда от 0,4 до 3,0 мм с шагом 0,1 мм за исключением диаметра 1,9 мм. При этом учитывают диаметры выводов навесных элементов.
Центры всех отверстий должны быть расположены в узлах координатной сетки.
Используя навесные элементы с шагом выводов, не четным шагу координатной сетки, требуется в узле сетки разместить одно из отверстий как основное. Остальные отверстия размещают соответственно рабочим чертежам элемента.
Необходимость зенковки отверстий определяется конструктивным заданием и методом изготовления. Круглые отверстия, которые имеют зенковки и крутые контактные площадки с круглыми отверстиями (в том числе с зенковкой), следует изображать одним кругом (рис. 3.5). Их формы и размеры определяют на поле чертежа.
Рис. 3.5. Изображение отверстий: а – кругом; б – со штриховкой; в – с зачернением; г – с зачернением и меткой в середине
Для упрощения графики чертежа платы все отверстия показывают с одинаковым диаметром; но с разным рисунком в середине (табл. 3.1).
Графические элементы чертежа платы
Сведения об отверстиях (условное обозначение, диаметры отверстия и зенковки, наличие металлизации и количество отверстий) рекомендуется объединять в таблицу, заполняя ее в меру увеличения размеров отверстий (табл. 3.2).
Параметры отверстий платы
Положения центров монтажных отверстий задают одним из следующих способов:
– нанесением выносных и размерных линий (рис. 3.6, а);
– нумерацией отверстий и указанием их координат по оси x и y (рис. 3.6, б);
– по координатной сетке.
Рис. 3.6. Задание положения центров отверстий: а – выносными и размерными линиями, мм; б – нумерацией отверстий с занесением номеров в таблицу координат
Проводники и контактные площадки
Печатные проводники –это участки токопроводящего покрытия, нанесенного на изоляционную основу, эквивалентные обычному монтажному проводу. Форма, длина, ширина и размещение печатных проводников могут быть произвольными в зависимости от схемы и конструкции платы.
Печатные проводники изображают отрезками линий, совпадающими с линиями координатной сетки, или расположенными под углом, кратным 15º.
Проводники шириной меньше 2,5 мм изображают одной сплошной линией, а больше 2,5 мм –двумя линиями со штриховкой под углом 45°или зачернением.
Печатные проводники требуется выполнять одинаковой ширины на всем протяжении; в узких местах проводники сужают до минимально допустимого значения на возможно меньшей длине. Проводники шириной больше 5 мм выполняют в виде экранов.
С целью упрощения чертежа платы допускается изображать проводники любой ширины одной утолщенной линией. При этом в технических требованиях указывают действительную ширину проводников (рис. 3.7, а).
Не допускается резких перегибов, острых углов и переходов. Плавный переход компенсирует разницу в тепловых деформациях фольги и диэлектрика. Радиус закругления в местах сгиба должен быть не меньше 1 мм (рис. 3.7, б).Резкое изменение ширины и острые углы уменьшают прочность сцепления проводника с диэлектриком.
Границы участков платы, которые не допускается занимать печатными проводниками, на чертеже показывают штриховыми линиями (рис. 3.7, в).
Рис. 3.7. Варианты чертежа проводников: а – утолщенными линиями; б – двойными линиями с радиусом закругления не меньше 1 мм; в – комбинированное изображение проводников и указание участка, который должен быть свободным
В широких частях проводника (больше 2,5 мм) необходимо делать точечные, кольцевые или щелеподобные разрывы, которые предотвращают вспучивание фольги вовремя пайки погружением, поскольку эти отверстия обеспечивают выход газов (рис. 3.8).
Рис. 3.8. Изображение проводников шириной больше 5 мм
Печатные проводники не должны иметь бесконтактных разветвлений (рис. 3.9).
Рис. 3.9. Изображение печатных проводников: а – правильное; б – неправильное
Концы печатных проводников (ламели), предназначенные для подключения платы, размещают с учетом удобства использования разъемов (рис. 3.10).
Навесные элементы на печатной плате размещают симметрично (рис. 3.11).
Шероховатость поверхности монтажных неметаллических отверстий должна составлять Rz ≤ 80. Шероховатость поверхности монтажных и переходных металлизированных отверстий Rz ≤ 40.
Рис. 3.10. Размещение концевых контактов: а – правильное; б – неправильное
Рис. 3.11. Размещение навесных элементов: а – рекомендуется; б – не рекомендуется
Все монтажные отверстия для соединения с навесными элементами должны иметь контактные площадки. Это металлизированный участок вокруг монтажного отверстия, который обеспечивает электрическую связь навесных элементов с печатными проводниками. Их форма может быть произвольной – круглой, прямоугольной или близкой к ней. Для создания контактных площадок проводники в местах пайки расширяются на 2,5–3 мм больше диаметра отверстия (рис. 3.12).
Рис. 3.12. Формы монтажных площадок
Круглые контактные площадки с зенковкой можно изображать одним кругом, диаметр которого должен соответствовать минимальному размеру контактной площадки. Диаметр контактных площадок указывают в технических требованиях на чертеже.
Для точного представления размеров групповых контактных площадок их изображение в увеличенном масштабе отдельно выносят на чертеже платы. Если расстояние между соседними контактными площадками невелико, то можно сделать срез (см. рис. 3.12). Центр контактной площадки симметричной формы должен совпадать с центром монтажных отверстий.
Рекомендуется делать плавный переход контактной площадки в проводниках. При этом ось симметрии печатного проводника должна быть касательной контура площадки. Расстояние между краями проводника, контактной площадки, неметаллизированного отверстия и краем платы должно быть не меньше толщины площадки платы.
Запись технических требований на чертеже платы
На чертеже печатной платы указывают ее габаритные размеры, ширину проводников; диаметры и координаты крепежных, технологических и других отверстий, не связанных с печатным монтажом.
На поле чертежа указывают:
– метод изготовления платы;
– технические условия, если не все данные содержатся на чертеже;
– шаг координатной сетки, ширину проводников и расстояние между ними;
– расстояние между контактными площадками; между контактными площадками и проводниками;
– допуски на выполнение проводников, отверстий, особенности конструкции и другие параметры печатной платы.
Технические требования размещают над основной надписью и формулируют и излагают в такой последовательности:
3. Шаг координатной сетки, мм.
4. Конфигурацию проводников выдерживать по координатной сетке с отклонением от чертежа, мм.
5. Допускается округление контактных площадок проводников.
6. Места, обведенные штриховыми линиями, проводниками не занимать.
7. Требования к параметрам элементов платы – согласно конструктивным данным.
9. Расстояние между двумя проводниками, между двумя контактными площадками или проводником и контактной площадкой в свободных местах, мм, в узких, мм.
10. Форма контактных площадок произвольная.
11. Предельные отклонения расстояний между центрами отверстий в узких местах, ± мм, в свободных местах, ± мм.
12. Предельные отклонения расстояний между центрами контактных площадок в группе, ± мм.
7 правил проектирования печатных плат
Приветствую! В процессе обсуждения статьи товарища KSVl была озвучена необходимость небольшого пособия по проектированию печатных плат. Очень часто на хабре я вижу статьи в стиле «5 правил оформления кода» или «5 шагов к успешному проекту», то есть очень удобные собрания тезисов по определенной теме. К сожалению подобных статей по разработке электроники мало и это плохо…
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.
Наверняка найдутся люди, которые скажут: «Да и так ведь работает, зачем что-то менять?». И вот тут увы, я не готов тратить силы и переубеждать вас. Одни хотят все делать хорошо, качественно и надежно, другим же не дано понять этого желания.
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 №3 — паразитная индуктивность. Этот момент к базовым вряд ли уже относится, но знать про него надо. Чем меньше сечение проводника, тем больше его индуктивность. То есть любой проводник на самом деле не просто «кусок меди», это составной компонент из активного сопротивления, индуктивности и паразитной емкости. Если эти параметры слишком высоки, то они начинают негативно отражаться на работе схемы. Чаще они проявляются частотах больше 10 МГц, например, при работе с SPI.
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.
Конечно это идеальный случай и иногда не получится его реализовать без удорожания платы, поэтому тут решение за вами. Порой «супер» надежность и не нужна, тут важно найти для своей задачи золотую середину между стоимостью и качеством.
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:
1) Обычные физика и электротехника. Данные в них разнятся из-за различных методик измерений и прочего, но наиболее реалистичная цифра для сухого воздуха составляет 2 кВ/мм. Тут многие испугаются цифры и подумают: «У меня же нет таких напряжений» и это будет ошибкой. Данное значение характерно лишь для сухого воздуха, который встретить в реальных условиях удается редко. И тут цифры уже куда скромнее, например, при влажности 100% напряжение пробоя воздуха составляет всего 250 В/мм! А еще на значение напряжения пробоя влияет запыленность воздуха и платы, а так же атмосферное давление (кривая и закон Пашена).
2) Стандарт IPC-2221, ссылку на который я давал в начале. Интересует нас таблица 6-1, которая выглядит вот так:
Как видите в таблице для большое количество значений даже для нашего конкретного случая 301-500В. Если посмотрим, то увидим значение 0.25 мм для закрытых проводников на внутренних слоях, то есть в «идеальных» условиях без доступа пыли, грязи и влаги. Если устройство будет работать где-то в горах и проводник находится на внешних слоях (все проводники в случае 2-х слойной платы) на высоте до 3000 метров, то там минимальный зазор уже 2,5 мм, то есть в 10 раза больше. Если же мы эксплуатируем устройство на большей высоте, то зазор необходим уже в 12.5 мм! Стоит сделать замечание — такой большой зазор требуется если наша плата не покрыта защитными составами, например, лаком или компаундом. Как только появляется защитное покрытие, то мы видим уже более адекватные значения: 0.8 и 1.5 мм.
Поэтому в «хорошем» примере по мимо обеспечения зазора 0.8 мм, необходимо так же покрыть плату защитных составом, например, лаком после завершения монтажа устройства, его отмывки и сушки. В противном случае необходимо увеличить зазор!
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 плохого спросите вы, ведь зазоры на плате есть, их можно сделать и 1,5 мм. Дело в том, что даже если сделать зазор 2 мм, то этого будет недостаточным для обеспечения изоляции. Самым «слабым» местом должно быть расстояние между выводами управления реле (1-2) и выводами силовыми (3-8). Так же надо учитывать, что пробой может быть не только между проводниками на одном слое, но и на разных — насквозь плату через стеклотекстолит.
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.
Те, кому данного материала мало — предлагаю ознакомиться со стандартами IPC по диагонали, сильно вчитываться смысла нет, а так же прочитать начальный курс «черной магии» от Говарда Джонса. В ней разобраны и физические принципы проектирования, а так же приводится множество рекомендаций по проектированию стандартных цепей и интерфейсов. Это раньше высокоскоростные цифровые цепи были чем-то магическим и возвышенным, но сегодня на дворе 2018 и с ними сталкиваются даже совсем новички, например, при подключение датчиков и памяти по SPI или дисплеев.