Στην αρχή του νέου σχεδιασμού, ο περισσότερος χρόνος αφιερώθηκε στη σχεδίαση κυκλώματος και στην επιλογή εξαρτημάτων, και PCB Το στάδιο της διάταξης και της καλωδίωσης συχνά δεν εξετάστηκε ολοκληρωμένα λόγω έλλειψης εμπειρίας. Η αδυναμία να αφιερώσετε αρκετό χρόνο και προσπάθεια στη διάταξη PCB και στη φάση δρομολόγησης του σχεδιασμού μπορεί να οδηγήσει σε προβλήματα στο στάδιο της κατασκευής ή λειτουργικά ελαττώματα όταν ο σχεδιασμός μεταβαίνει από τον ψηφιακό τομέα στη φυσική πραγματικότητα. Ποιο είναι λοιπόν το κλειδί για το σχεδιασμό μιας πλακέτας κυκλώματος που είναι αυθεντική τόσο σε χαρτί όσο και σε φυσική μορφή; Ας εξερευνήσουμε τις πέντε κορυφαίες οδηγίες σχεδιασμού PCB που πρέπει να γνωρίζετε όταν σχεδιάζετε ένα κατασκευασμένο, λειτουργικό PCB.

1 – Συντονίστε τη διάταξη των στοιχείων σας

Η φάση τοποθέτησης εξαρτημάτων της διαδικασίας διάταξης PCB είναι τόσο επιστήμη όσο και τέχνη, απαιτώντας στρατηγική εξέταση των κύριων στοιχείων που είναι διαθέσιμα στον πίνακα. Παρόλο που αυτή η διαδικασία μπορεί να είναι δύσκολη, ο τρόπος τοποθέτησης των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων θα καθορίσει πόσο εύκολο είναι να κατασκευάσετε τον πίνακα και πόσο καλά πληροί τις αρχικές απαιτήσεις σχεδιασμού.

Παρόλο που υπάρχει μια γενική γενική εντολή για τοποθέτηση εξαρτημάτων, όπως διαδοχική τοποθέτηση συνδετήρων, εξαρτήματα στερέωσης PCB, κυκλώματα ισχύος, κυκλώματα ακριβείας, κρίσιμα κυκλώματα κ.λπ., υπάρχουν επίσης ορισμένες συγκεκριμένες οδηγίες που πρέπει να έχετε υπόψη, όπως:

Προσανατολισμός-Η διασφάλιση ότι παρόμοια εξαρτήματα τοποθετούνται στην ίδια κατεύθυνση θα βοηθήσει στην επίτευξη μιας αποτελεσματικής και χωρίς σφάλματα διαδικασίας συγκόλλησης.

Τοποθέτηση – Αποφύγετε την τοποθέτηση μικρότερων εξαρτημάτων πίσω από μεγαλύτερα εξαρτήματα, όπου ενδέχεται να επηρεαστούν από τη συγκόλληση μεγαλύτερων εξαρτημάτων.

Οργάνωση-Συνιστάται η τοποθέτηση όλων των εξαρτημάτων επιφανειακής τοποθέτησης (SMT) στην ίδια πλευρά της πλακέτας και όλα τα εξαρτήματα διαμπερών οπών (TH) στην κορυφή της σανίδας για ελαχιστοποίηση των βημάτων συναρμολόγησης.

Μια τελική οδηγία σχεδίασης PCB-όταν χρησιμοποιείτε εξαρτήματα μικτής τεχνολογίας (εξαρτήματα διαμπερούς και επιφανειακής τοποθέτησης), ο κατασκευαστής μπορεί να απαιτήσει πρόσθετες διαδικασίες για τη συναρμολόγηση της σανίδας, οι οποίες θα αυξήσουν το συνολικό σας κόστος.

Καλός προσανατολισμός εξαρτήματος τσιπ (αριστερά) και κακός προσανατολισμός εξαρτήματος τσιπ (δεξιά)

Καλή τοποθέτηση εξαρτημάτων (αριστερά) και κακή τοποθέτηση εξαρτημάτων (δεξιά)

Νο. 2 – Σωστή τοποθέτηση της καλωδίωσης ισχύος, γείωσης και σήματος

Αφού τοποθετήσετε τα εξαρτήματα, μπορείτε στη συνέχεια να τοποθετήσετε την τροφοδοσία, τη γείωση και την καλωδίωση σήματος για να διασφαλίσετε ότι το σήμα σας έχει μια καθαρή, απρόσκοπτη διαδρομή. Σε αυτό το στάδιο της διαδικασίας διάταξης, λάβετε υπόψη τις ακόλουθες οδηγίες:

Εντοπίστε τα επίπεδα τροφοδοσίας και επιπέδου γείωσης

Συνιστάται πάντα να τοποθετούνται τα στρώματα τροφοδοσίας και επιπέδου γείωσης μέσα στον πίνακα ενώ είναι συμμετρικά και κεντραρισμένα. Αυτό βοηθά στην αποφυγή κάμψης της πλακέτας κυκλώματος, κάτι που έχει επίσης σημασία εάν τα εξαρτήματά σας είναι τοποθετημένα σωστά. Για την τροφοδοσία του IC, συνιστάται η χρήση ενός κοινού καναλιού για κάθε τροφοδοσία, η εξασφάλιση σταθερού και σταθερού πλάτους καλωδίωσης και η αποφυγή συνδέσεων τροφοδοσίας αλυσίδας Daisy από συσκευή σε συσκευή.

Τα καλώδια σήματος συνδέονται μέσω καλωδίων

Στη συνέχεια, συνδέστε τη γραμμή σήματος σύμφωνα με το σχέδιο στο σχηματικό διάγραμμα. Συνιστάται να ακολουθείτε πάντα τη συντομότερη δυνατή διαδρομή και άμεση διαδρομή μεταξύ των εξαρτημάτων. Εάν τα εξαρτήματά σας πρέπει να τοποθετηθούν οριζόντια χωρίς προκατάληψη, συνιστάται να συνδέσετε βασικά τα εξαρτήματα της πλακέτας οριζόντια όπου βγαίνουν από το σύρμα και στη συνέχεια να τα καλωδίσετε κάθετα αφού βγουν από το σύρμα. Αυτό θα κρατήσει το εξάρτημα σε οριζόντια θέση καθώς η συγκόλληση μεταναστεύει κατά τη συγκόλληση. Όπως φαίνεται στο πάνω μισό του παρακάτω σχήματος. Η καλωδίωση σήματος που εμφανίζεται στο κάτω μέρος του σχήματος μπορεί να προκαλέσει εκτροπή του εξαρτήματος καθώς η συγκόλληση ρέει κατά τη συγκόλληση.

Συνιστώμενη καλωδίωση (τα βέλη υποδεικνύουν κατεύθυνση ροής συγκόλλησης)

Μη προτεινόμενη καλωδίωση (τα βέλη υποδεικνύουν κατεύθυνση ροής συγκόλλησης)

Ορισμός πλάτους δικτύου

Ο σχεδιασμός σας μπορεί να απαιτεί διαφορετικά δίκτυα που θα μεταφέρουν διάφορα ρεύματα, τα οποία θα καθορίσουν το απαιτούμενο πλάτος δικτύου. Λαμβάνοντας υπόψη αυτή τη βασική απαίτηση, συνιστάται να παρέχετε πλάτη 0.010 “(10mil) για αναλογικά και ψηφιακά σήματα χαμηλού ρεύματος. Όταν το ρεύμα γραμμής υπερβαίνει τα 0.3 αμπέρ, θα πρέπει να διευρυνθεί. Ακολουθεί ένας δωρεάν υπολογιστής πλάτους γραμμής για να διευκολύνετε τη διαδικασία μετατροπής.

Νούμερο τρία. – Αποτελεσματική καραντίνα

Πιθανότατα έχετε βιώσει πώς οι αυξήσεις τάσης και ρεύματος στα κυκλώματα τροφοδοσίας μπορούν να επηρεάσουν τα κυκλώματα ελέγχου ρεύματος χαμηλής τάσης. Για να ελαχιστοποιήσετε τέτοια προβλήματα παρεμβολής, ακολουθήστε τις ακόλουθες οδηγίες:

Απομόνωση – Βεβαιωθείτε ότι κάθε πηγή ισχύος διατηρείται χωριστά από την πηγή ισχύος και την πηγή ελέγχου. Εάν πρέπει να τα συνδέσετε μαζί στο PCB, βεβαιωθείτε ότι είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στο τέλος της διαδρομής τροφοδοσίας.

Διάταξη – Εάν έχετε τοποθετήσει ένα επίπεδο γείωσης στο μεσαίο στρώμα, φροντίστε να τοποθετήσετε μια μικρή διαδρομή σύνθετης αντίστασης για να μειώσετε τον κίνδυνο τυχόν παρεμβολών κυκλώματος ισχύος και να προστατεύσετε το σήμα ελέγχου σας. Μπορείτε να ακολουθήσετε τις ίδιες οδηγίες για να διατηρήσετε την ψηφιακή και την αναλογική σας ξεχωριστή.

Σύζευξη – Για να μειώσετε τη χωρητική σύζευξη λόγω τοποθέτησης μεγάλων επιπέδων γείωσης και καλωδίωσης πάνω και κάτω από αυτά, προσπαθήστε να διασχίσετε τη προσομοίωση του εδάφους μόνο μέσω αναλογικών γραμμών σήματος.

Παραδείγματα απομόνωσης συστατικού (ψηφιακό και αναλογικό)

Νο.4 – Λύστε το πρόβλημα θερμότητας

Είχατε ποτέ υποβάθμιση της απόδοσης του κυκλώματος ή ακόμη και ζημιά στην πλακέτα κυκλώματος λόγω προβλημάτων θερμότητας; Επειδή δεν λαμβάνεται υπόψη η διάχυση θερμότητας, υπήρξαν πολλά προβλήματα που ταλαιπωρούσαν πολλούς σχεδιαστές. Ακολουθούν ορισμένες οδηγίες που πρέπει να έχετε κατά νου για να βοηθήσετε στην επίλυση προβλημάτων διάχυσης θερμότητας:

Προσδιορίστε τα ενοχλητικά συστατικά

Το πρώτο βήμα είναι να αρχίσετε να σκέφτεστε ποια εξαρτήματα θα διαλύσουν τη μεγαλύτερη θερμότητα από τον πίνακα. Αυτό μπορεί να γίνει αν πρώτα βρεθεί το επίπεδο “θερμικής αντίστασης” στο φύλλο δεδομένων του εξαρτήματος και στη συνέχεια ακολουθήσει τις προτεινόμενες οδηγίες για τη μεταφορά της παραγόμενης θερμότητας. Φυσικά, μπορείτε να προσθέσετε καλοριφέρ και ανεμιστήρες ψύξης για να διατηρήσετε τα εξαρτήματα δροσερά και να θυμάστε να κρατάτε τα κρίσιμα εξαρτήματα μακριά από τυχόν πηγές υψηλής θερμότητας.

Προσθέστε τακάκια θερμού αέρα

Η προσθήκη μαξιλαριών θερμού αέρα είναι πολύ χρήσιμη για κατασκευασμένες πλακέτες κυκλωμάτων, είναι απαραίτητες για εξαρτήματα υψηλής περιεκτικότητας σε χαλκό και εφαρμογές συγκόλλησης κυμάτων σε πλακέτες κυκλωμάτων πολλαπλών στρωμάτων. Λόγω της δυσκολίας διατήρησης της θερμοκρασίας της διαδικασίας, συνιστάται πάντοτε η χρήση μαξιλαριών θερμού αέρα σε εξαρτήματα διαμπερών οπών για να γίνει η διαδικασία συγκόλλησης όσο το δυνατόν πιο απλή επιβραδύνοντας τον ρυθμό διάχυσης της θερμότητας στις ακίδες των εξαρτημάτων.

Κατά γενικό κανόνα, συνδέετε πάντα οποιαδήποτε διαμπερή ή διαμπερή οπή που συνδέεται με το έδαφος ή το επίπεδο ισχύος χρησιμοποιώντας ένα μαξιλάρι θερμού αέρα. Εκτός από τα μαξιλάρια θερμού αέρα, μπορείτε επίσης να προσθέσετε σταγόνες δακρύων στη θέση της γραμμής σύνδεσης του μαξιλαριού για να παρέχετε επιπλέον στήριξη από φύλλο χαλκού/μέταλλο. Αυτό θα βοηθήσει στη μείωση της μηχανικής και θερμικής καταπόνησης.

Τυπική σύνδεση μαξιλαριού θερμού αέρα

Επιστήμη μαξιλαριών θερμού αέρα:

Πολλοί μηχανικοί που είναι υπεύθυνοι για τη διαδικασία ή την SMT σε ένα εργοστάσιο αντιμετωπίζουν συχνά αυθόρμητη ηλεκτρική ενέργεια, όπως ελαττώματα της ηλεκτρικής πλακέτας όπως αυτόματη άδεια, απομάκρυνση ή κρύο διαβροχή. Ανεξάρτητα από τον τρόπο αλλαγής των συνθηκών διεργασίας ή επαναρροής της θερμοκρασίας του κλιβάνου συγκόλλησης, πώς να προσαρμοστεί, υπάρχει ένα συγκεκριμένο ποσοστό κασσίτερου που δεν μπορεί να συγκολληθεί. Τι στο διαολο συμβαινει εδω?

Εκτός από το πρόβλημα της οξείδωσης των εξαρτημάτων και των πινάκων κυκλωμάτων, διερευνήστε την επιστροφή του αφού ένα πολύ μεγάλο μέρος του υπάρχοντος κακού συγκόλλησης προέρχεται στην πραγματικότητα από τη σχεδίαση καλωδίωσης (διάταξης) της πλακέτας κυκλώματος που λείπει και ένα από τα πιο συνηθισμένα είναι στα εξαρτήματα ενός ορισμένα πόδια συγκόλλησης που συνδέονται με το φύλλο χαλκού μεγάλης έκτασης, τα συστατικά αυτά μετά από επανατοξωτική συγκόλληση συγκόλλησης ποδιών συγκόλλησης, Ορισμένα εξαρτήματα που συγκολλούνται με το χέρι μπορεί επίσης να προκαλέσουν ψευδή προβλήματα συγκόλλησης ή επένδυσης λόγω παρόμοιων καταστάσεων, ενώ μερικά ακόμη αποτυγχάνουν να συγκολλήσουν τα εξαρτήματα λόγω πολύ μεγάλης θέρμανσης.

Το γενικό PCB στο σχεδιασμό του κυκλώματος συχνά χρειάζεται να τοποθετήσει μια μεγάλη επιφάνεια από φύλλο χαλκού ως τροφοδοτικό (Vcc, Vdd ή Vss) και Ground (GND, Ground). Αυτές οι μεγάλες επιφάνειες από φύλλο χαλκού συνδέονται συνήθως άμεσα με ορισμένα κυκλώματα ελέγχου (ICS) και ακίδες ηλεκτρονικών εξαρτημάτων.

Δυστυχώς, αν θέλουμε να θερμάνουμε αυτές τις μεγάλες επιφάνειες φύλλου αλουμινόχαρτου στη θερμοκρασία του κασσίτερου τήξης, συνήθως χρειάζεται περισσότερος χρόνος από τα επιμέρους επιθέματα (η θέρμανση είναι πιο αργή) και η διάχυση της θερμότητας είναι ταχύτερη. Όταν το ένα άκρο μιας τόσο μεγάλης καλωδίωσης από φύλλο χαλκού συνδέεται με μικρά εξαρτήματα όπως μικρή αντίσταση και μικρή χωρητικότητα, και το άλλο άκρο δεν είναι, είναι εύκολο να συγκολληθούν προβλήματα λόγω της ασυνέπειας τήξης του κασσίτερου και του χρόνου στερεοποίησης. Εάν η καμπύλη θερμοκρασίας της συγκόλλησης επαναροής δεν ρυθμιστεί καλά και ο χρόνος προθέρμανσης είναι ανεπαρκής, τα πόδια συγκόλλησης αυτών των εξαρτημάτων που συνδέονται σε μεγάλο φύλλο χαλκού είναι εύκολο να προκαλέσουν το πρόβλημα της εικονικής συγκόλλησης επειδή δεν μπορούν να φτάσουν τη θερμοκρασία του κασσίτερου τήξης.

Κατά τη διάρκεια της συγκόλλησης στο χέρι, οι αρμοί συγκόλλησης των εξαρτημάτων που συνδέονται με μεγάλα φύλλα χαλκού θα διαλυθούν πολύ γρήγορα για να ολοκληρωθούν εντός του απαιτούμενου χρόνου. Τα πιο κοινά ελαττώματα είναι η συγκόλληση και η εικονική συγκόλληση, όπου η συγκόλληση συγκολλάται μόνο στον πείρο του εξαρτήματος και δεν συνδέεται με το μαξιλάρι της πλακέτας κυκλώματος. Από την εμφάνιση, ολόκληρος ο σύνδεσμος συγκόλλησης θα σχηματίσει μια μπάλα. Επιπλέον, ο χειριστής προκειμένου να συγκολλήσει τα πόδια συγκόλλησης στην πλακέτα κυκλώματος και να αυξάνει συνεχώς τη θερμοκρασία του συγκολλητικού σιδήρου ή τη θέρμανση για πολύ καιρό, έτσι ώστε τα εξαρτήματα να υπερβαίνουν τη θερμοκρασία και τη ζημιά της αντοχής στη θερμότητα χωρίς να το γνωρίζουν. Όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Αφού γνωρίζουμε το πρόβλημα, μπορούμε να το λύσουμε. Γενικά, απαιτούμε το λεγόμενο σχέδιο μαξιλαριού θερμικής ανακούφισης για να λύσουμε το πρόβλημα συγκόλλησης που προκαλείται από τα πόδια συγκόλλησης μεγάλων συνδετικών στοιχείων από φύλλο χαλκού. Όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, η καλωδίωση στα αριστερά δεν χρησιμοποιεί μαξιλάρι ζεστού αέρα, ενώ η καλωδίωση στα δεξιά έχει υιοθετήσει σύνδεση μαξιλαριού θερμού αέρα. Μπορεί να φανεί ότι υπάρχουν μόνο μερικές μικρές γραμμές στην περιοχή επαφής μεταξύ του μαξιλαριού και του μεγάλου φύλλου χαλκού, οι οποίες μπορούν να περιορίσουν σημαντικά την απώλεια θερμοκρασίας στο τακάκι και να επιτύχουν καλύτερο αποτέλεσμα συγκόλλησης.

Αρ. 5 – Ελέγξτε την εργασία σας

Είναι εύκολο να νιώθετε συντετριμμένοι στο τέλος ενός σχεδίου σχεδίασης όταν χτυπάτε και φουσκώνετε όλα τα κομμάτια μαζί. Επομένως, ο διπλός και ο τριπλός έλεγχος της σχεδιαστικής σας προσπάθειας σε αυτό το στάδιο μπορεί να σημαίνει τη διαφορά μεταξύ επιτυχίας και αποτυχίας κατασκευής.

Για να ολοκληρώσετε τη διαδικασία ελέγχου ποιότητας, συνιστούμε πάντα να ξεκινήσετε με έναν ηλεκτρικό έλεγχο κανόνων (ERC) και να σχεδιάσετε έλεγχο κανόνων (DRC) για να επαληθεύσετε ότι ο σχεδιασμός σας πληροί πλήρως όλους τους κανόνες και τους περιορισμούς. Και με τα δύο συστήματα, μπορείτε εύκολα να ελέγξετε τα πλάτη εκκαθάρισης, τα πλάτη γραμμών, τις κοινές ρυθμίσεις κατασκευής, τις απαιτήσεις υψηλής ταχύτητας και τα βραχυκυκλώματα.

Όταν το ERC και το DRC παράγουν αποτελέσματα χωρίς σφάλματα, συνιστάται να ελέγχετε την καλωδίωση κάθε σήματος, από σχηματική έως PCB, μία γραμμή σήματος κάθε φορά για να βεβαιωθείτε ότι δεν σας λείπουν πληροφορίες. Επίσης, χρησιμοποιήστε τις δυνατότητες ανίχνευσης και απόκρυψης του εργαλείου σχεδίασης για να διασφαλίσετε ότι το υλικό διάταξης PCB σας ταιριάζει με το σχηματικό σας.