Al començament del nou disseny, la major part del temps es dedicava al disseny de circuits i a la selecció de components, així com a PCB el disseny i l’etapa de cablejat sovint no es consideraven exhaustivament per manca d’experiència. El fet de no dedicar prou temps i esforç a la distribució de PCB i a la fase d’encaminament del disseny pot provocar problemes en la fase de fabricació o defectes funcionals quan es transita el disseny del domini digital a la realitat física. Quina és la clau per dissenyar una placa de circuit que sigui autèntica tant en paper com en forma física? Explorem les cinc principals directrius de disseny de PCB per conèixer quan dissenyem un PCB fabricable i funcional.

1 – Afineu el disseny del component

La fase de col·locació de components del procés de disseny de PCB és alhora una ciència i un art, que requereixen una consideració estratègica dels components principals disponibles al tauler. Tot i que aquest procés pot ser un desafiament, la manera com col·loqueu l’electrònica determinarà la facilitat de fabricació del tauler i el compliment adequat dels vostres requisits de disseny originals.

Tot i que hi ha un ordre general general per a la col·locació de components, com ara la col·locació seqüencial de connectors, components de muntatge de PCB, circuits de potència, circuits de precisió, circuits crítics, etc., també hi ha algunes directrius específiques a tenir en compte, incloses:

Orientació: assegurar-se que els components similars es posicionin en la mateixa direcció ajudarà a aconseguir un procés de soldadura eficient i sense errors.

Col·locació: eviteu col·locar components més petits darrere de components més grans on es puguin veure afectats per la soldadura de components més grans.

Organització: es recomana col·locar tots els components de muntatge superficial (SMT) al mateix costat del tauler i col·locar tots els components del forat passant (TH) a la part superior del tauler per minimitzar els passos de muntatge.

Una última pauta de disseny de PCB: quan s’utilitzen components de tecnologia mixta (components de forat passant i de muntatge superficial), el fabricant pot requerir processos addicionals per muntar la placa, cosa que s’afegirà al cost total.

Bona orientació del component del xip (esquerra) i mala orientació del component del xip (dreta)

Col·locació de components bona (esquerra) i col·locació incorrecta de components (dreta)

Núm. 2 – Col·locació adequada de l’alimentació, la posada a terra i el cablejat del senyal

Després de col·locar els components, podeu col·locar la font d’alimentació, la connexió a terra i el cablejat del senyal per assegurar-vos que el senyal tingui un camí net i sense problemes. En aquesta etapa del procés de disseny, tingueu en compte les directrius següents:

Localitzeu la capa d’alimentació i el pla de terra

Sempre es recomana col·locar les capes del subministrament elèctric i del pla de terra a l’interior de la placa mentre siguin simètriques i centrades. Això ajuda a evitar que la placa de circuit es dobli, cosa que també importa si els components es col·loquen correctament. Per alimentar l’IC, es recomana utilitzar un canal comú per a cada font d’alimentació, assegurar una amplada de cablejat ferma i estable i evitar les connexions d’alimentació de la cadena Daisy de dispositiu a dispositiu.

Els cables de senyal es connecten mitjançant cables

A continuació, connecteu la línia de senyal segons el disseny del diagrama esquemàtic. Es recomana agafar sempre el camí més curt i directe entre els components. Si els vostres components han de situar-se horitzontalment sense biaix, es recomana connectar bàsicament els components de la placa horitzontalment on surten del cable i, posteriorment, connectar-los verticalment després de sortir del cable. Això mantindrà el component en posició horitzontal mentre la soldadura migra durant la soldadura. Com es mostra a la meitat superior de la figura següent. El cablejat del senyal que es mostra a la part inferior de la figura pot provocar una deflexió dels components mentre la soldadura flueix durant la soldadura.

Cablejat recomanat (les fletxes indiquen la direcció del flux de soldadura)

Cablejat poc recomanable (les fletxes indiquen la direcció del flux de soldadura)

Definiu l’amplada de la xarxa

El vostre disseny pot requerir diferents xarxes que portin diversos corrents, que determinaran l’amplada de xarxa necessària. Tenint en compte aquest requisit bàsic, es recomana proporcionar amplades de 0.010 “(10mil) per a senyals analògics i digitals de baix corrent. Si el vostre corrent de línia supera els 0.3 amperes, s’hauria d’ampliar. Aquí teniu una calculadora d’amplada de línia gratuïta per facilitar el procés de conversió.

Número tres. – Quarantena efectiva

Probablement hàgiu experimentat com les pujades de corrent i tensió grans dels circuits de subministrament d’energia poden interferir amb els circuits de control de corrent de baixa tensió. Per minimitzar aquests problemes d’interferència, seguiu les directrius següents:

Aïllament: assegureu-vos que cada font d’energia es mantingui separada de la font d’energia i la font de control. Si els heu de connectar junts al PCB, assegureu-vos que estigui el més a prop possible del final del recorregut d’alimentació.

Disseny: si heu col·locat un pla de terra a la capa mitjana, assegureu-vos de col·locar un petit camí d’impedància per reduir el risc de qualsevol interferència del circuit de potència i ajudar a protegir el vostre senyal de control. Es poden seguir les mateixes pautes per mantenir el vostre digital i l’analògic separats.

Acoblament: per reduir l’acoblament capacitiu a causa de la col·locació de grans plans de terra i el cablejat per sobre i per sota d’ells, intenteu simular la terra només a través de línies de senyal analògiques.

Exemples d’aïllament de components (digitals i analògics)

Núm. 4 – Resoldre el problema de la calor

Alguna vegada heu tingut degradació del rendiment del circuit o fins i tot danys a la placa de circuits a causa de problemes de calor? Com que no es té en compte la dissipació de calor, hi ha hagut molts problemes que afecten molts dissenyadors. Aquí teniu algunes directrius a tenir en compte per ajudar a resoldre problemes de dissipació de calor:

Identifiqueu components problemàtics

El primer pas és començar a pensar quins components dissiparan més calor de la placa. Això es pot fer cercant primer el nivell de “resistència tèrmica” al full de dades del component i seguint les pautes suggerides per transferir la calor generada. Per descomptat, podeu afegir radiadors i ventiladors de refrigeració per mantenir els components frescos i recordeu de mantenir allunyats els components crítics de qualsevol font de calor elevada.

Afegiu coixinets d’aire calent

L’addició de coixinets d’aire calent és molt útil per a plaques de circuits fabricables, són essencials per a components amb alt contingut de coure i aplicacions de soldadura per ones en plaques de circuits multicapa. A causa de la dificultat de mantenir la temperatura del procés, sempre es recomana utilitzar coixinets d’aire calent en components de forats passants per fer el procés de soldadura el més senzill possible al disminuir la velocitat de dissipació de calor als passadors dels components.

Com a norma general, connecteu sempre qualsevol forat passant o passant connectat a la terra o al pla d’alimentació mitjançant un coixinet d’aire calent. A més de coixinets d’aire calent, també podeu afegir gotes de llàgrima a la ubicació de la línia de connexió de coixinets per proporcionar suport de coure / metall addicional. Això ajudarà a reduir les tensions mecàniques i tèrmiques.

Connexió típica de coixinet d’aire calent

Ciència del coixinet d’aire calent:

Molts enginyers encarregats de Process o SMT en una fàbrica solen trobar-se amb energia elèctrica espontània, com ara defectes de la placa elèctrica, com ara buit espontani, deshumectació o humitació en fred. No importa com canviar les condicions del procés o la temperatura del forn de soldadura per reflux com s’ajusti, hi ha una certa proporció d’estany que no es pot soldar. Què dimonis passa aquí?

A part del problema d’oxidació de components i plaques de circuits, investigueu el seu retorn després que falti una gran part de la soldadura existent a causa del disseny del cablejat (disposició) de la placa de circuit, i un dels més habituals és el dels components d’un determinats peus de soldadura connectats a la làmina de coure d’una àrea gran, aquests components després de soldar per reflux soldar els peus de soldadura, Alguns components soldats a mà també poden causar problemes de soldadura o revestiment falsos a causa de situacions similars, i alguns fins i tot no aconsegueixen soldar els components a causa d’un escalfament massa llarg.

El PCB general en el disseny del circuit sovint necessita col·locar una àmplia superfície de làmina de coure com a font d’alimentació (Vcc, Vdd o Vss) i terra (GND, terra). Aquestes grans àrees de làmina de coure solen estar directament connectades a alguns circuits de control (ICS) i pins de components electrònics.

Malauradament, si volem escalfar aquestes grans àrees de làmina de coure a la temperatura de fondre de l’estany, normalment es necessita més temps que les pastilles individuals (l’escalfament és més lent) i la dissipació de calor és més ràpida. Quan un extrem d’un cablejat tan gran de làmina de coure està connectat a components petits, com ara una resistència petita i una capacitat reduïda, i l’altre extrem no ho és, és fàcil resoldre problemes de soldadura a causa de la inconsistència de la fusió de l’estany i el temps de solidificació; Si la corba de temperatura de la soldadura per reflux no s’ajusta bé i el temps de precalentament és insuficient, els peus de soldadura d’aquests components connectats en una làmina de coure gran són fàcils de provocar el problema de la soldadura virtual perquè no poden assolir la temperatura de l’estany de fusió.

Durant la soldadura manual, les juntes de soldadura dels components connectats a grans làmines de coure es dissiparan massa ràpidament per completar-se dins del temps requerit. Els defectes més comuns són la soldadura i la soldadura virtual, on la soldadura només es solda al passador del component i no es connecta al coixinet de la placa de circuit. A partir de l’aparició, tota la soldadura formarà una bola; A més, l’operari per soldar els peus de soldadura a la placa de circuit i augmentar constantment la temperatura del soldador, o escalfar-se durant massa temps, de manera que els components superin la temperatura de resistència a la calor i es danyin sense saber-ho. Com es mostra a la figura següent.

Com que coneixem el punt del problema, el podem resoldre. En general, necessitem l’anomenat disseny de coixinets de relleu tèrmic per resoldre el problema de soldadura causat pels peus de soldadura dels grans elements de connexió de làmina de coure. Com es mostra a la figura següent, el cablejat de l’esquerra no utilitza coixinet d’aire calent, mentre que el cablejat de la dreta ha adoptat una connexió de coixinet d’aire calent. Es pot veure que només hi ha unes poques línies petites a la zona de contacte entre el coixinet i una làmina de coure gran, que pot limitar en gran mesura la pèrdua de temperatura del coixinet i aconseguir un millor efecte de soldadura.

5: comproveu el vostre treball

És fàcil sentir-se aclaparat al final d’un projecte de disseny quan es respira i esborra totes les peces. Per tant, comprovar el doble i el triple esforç de disseny en aquesta etapa pot significar la diferència entre l’èxit i el fracàs de fabricació.

Per ajudar a completar el procés de control de qualitat, sempre us recomanem que comenceu amb una verificació de regles elèctrica (ERC) i un disseny de verificació de regles (DRC) per verificar que el vostre disseny compleix completament totes les regles i restriccions. Amb els dos sistemes, podeu comprovar fàcilment amplades de joc, amplades de línia, configuracions de fabricació habituals, requisits d’alta velocitat i curtcircuits.

Quan el vostre ERC i DRC produeixen resultats sense errors, es recomana que comproveu el cablejat de cada senyal, des de l’esquema fins a la PCB, una línia de senyal a la vegada per assegurar-vos que no us falti cap informació. A més, utilitzeu les capacitats de sondeig i emmascarament de l’eina de disseny per assegurar-vos que el material de disseny del PCB coincideix amb el vostre esquema.