Особенности проектирования печатных плат для установки разъемов в торцевой паз

Вводные данные

Печатная плата: многослойная структура, III класс надежности.
Причина исследования:  при монтаже высокочастотных торцевых разъемов типа MMCX наблюдаются трудности с установкой в паз печатной платы на полную глубину.

Исследование

Цель: определение причин возникновения трудностей при установке разъема в  посадочное место на плате и методов их устранения на этапе проектирования дизайна печатной платы.

1. Согласно предоставленной конструкторской документации (КД) размер паза в ширину должен составлять 3,42 мм.  По результатам измерений действительный размер паза в ширину занижен и лежит в пределах 3,39..3,41 мм.  Согласно внутренним правилам заказчика на составление  КД,  отклонения размеров даются только в большую сторону,  (т.е. на готовой печатной плате ширина паза должна быть больше либо равной заданному значению 3,42 мм). 
2. Согласно КД заказчика на печатной плате необходимо выполнить пазы с прямыми внутренними углами (90^о). На предоставленной для исследования печатной плате в углах пазов выполнены закругления радиусом порядка 0,5 мм.

Заключение

1. В конструкторской документации на предоставленные для исследования многослойные печатные платы  требования к точности по выполнению контура печатной платы явно не указаны. Фрезеровка контура выполнена с нормированным для фрезеровочного оборудования отклонением  ±0,15мм.
Максимальное значение действительного отклонения размера паза в ширину составляет 0,03мм.
Разъемы MMCX также имеют допуск на точность посадочных размеров с отклонением в пределах ±0,05мм.  Наибольший предельный посадочный размер разъема составляет 3,45мм. Наименьший действительный размер паза в ширину составляет 3,39мм. Разница этих значений - наибольший натяг - составляет 0,06мм. По этой причине разъемы туго (с натягом)  устанавливаются в посадочное место

2. Требования КД по формированию внутренних прямых углов в пазах печатной платы не учитывают технологических особенностей изготовления подобных конструктивных элементов. По этой причине разъем не может быть установлен на полную глубину.

Теоретическая часть

Часть 1

Наименьшее нормированное отклонение, обеспечиваемое при обработке контура печатных плат методом фрезеровки, составляет ±0,10мм. Более высокая точность соблюдения размеров, недостижима  в виду технологических ограничений, накладываемых фрезеровочным оборудованием.

Необходимо учитывать, что указанное значение отклонения  ±0,10мм  является максимальным нормированным и реальное значение отклонения обычно меньше этого значения. Результаты измерений подтверждают это утверждение,  отклонения находятся в пределах 0,01…0,03мм.

При  обработке контура печатной платы методом фрезеровки обеспечить  отклонение размеров только в большую или только в меньшую сторону невозможно. Причина та же - технологические ограничения используемого оборудования.

Если возникает необходимость получить на печатной плате высечку определенного размера с отклонением только в большую сторону, необходимо откорректировать дизайн с учетом технологических возможностей производства.

Пример. Нормированное отклонение на производстве составляет ±0,10мм.  На печатной плате необходимо высечь паз шириной 3,42мм с предельными отклонениями +0,10/-0,00мм. Для этого в дизайне печатной платы необходимо выполнить контур паза с размером по ширине равным 3,52мм. При этом необходимо указать, что отклонение размера для этого паза должно быть минимальным. Таким образом, на готовой плате этот паз будет иметь размеры, лежащие в диапазон 3,42…3,62мм. Как правило, на изготовленной печатной плате отклонения  минимальны и реальный размер  близок к заданному в дизайне.

Часть 2

При использовании способа обработки контура фрезеровкой невозможно обеспечить любые внутренние углы, так как торцевая фреза имеет конечный диаметр. По этой причине любой внутренний угол будет иметь закругление, радиус которого равен радиусу фрезы. Минимальное значение диаметра фрезы, используемой для выборки прямых и острых углов, составляет 0,80мм. Фрезы меньшего диаметра на платах толщиной более 1,00мм не используются в виду их недостаточной механической  прочности.

Строго прямой угол в контуре платы можно получить только методом штамповки. Однако изготовление матрицы и пуансона требует значительных капиталовложений. Метод штамповки целесообразно применять только при изготовлении крупных партий печатных плат, и весьма ограничено для многослойных печатных плат ввиду недостаточно ровного края плат.

Для обеспечения возможности установки деталей с прямыми (90^о) углами между плоскостями, в пазы печатной платы  без зазоров между деталью и  контуром платы, применяют технологию углубления. Один из вариантов реализации такой технологии показан на рисунке 1.

Рис.1. Выполнения паза для установки детали с прямыми углами между плоскостями вплотную к контуру платы с использованием отверстий в углах

Зеленый цвет на рисунке – требуемый контур платы, серый – не металлизированные отверстия, розовый   – металлизированные отверстия. Диаметр отверстий и их расположение выбираются так, чтобы гарантированно обеспечить прилегание плоскостей детали к торцу платы. После сверловки таких отверстий в углах пазов исчезают закругления от фрезы, но создаются дополнительные неровности.
Еще один вариант реализации задачи установки детали с прямыми углами между плоскостями в паз – создание дополнительных областей фрезеровки, исключающих возможность неполного прилегания детали  к контуру печатной платы. Пример такой реализации показан на рисунке 2.

Рис.2. Выполнение паза для установки детали с прямыми углами между плоскостями вплотную к контуру платы путем создания дополнительных областей фрезеровки

Рекомендации

Если возникает необходимость  выполнить операции, связанные с обходом технологических ограничений реализации контура платы, достаточно передать чертеж с указанием необходимых требований в компанию «НИИ Компьютерных технологий» и указать на особенности контура платы, которые необходимо реализовать. Специалисты нашей компании подберут наиболее технологичный и удобный способ решения задачи и откорректируют дизайн с учетом технологических возможностей производства.

Тем не менее, эту операцию  можно проделать самостоятельно. Необходимо только предварительно получить рекомендации у специалистов НИИ КТ, т.к. нормы отклонения у разных производителей печатных плат отличаются.