در ابتدای طراحی جدید ، بیشتر زمان صرف طراحی مدار و انتخاب قطعات می شد PCB مرحله چیدمان و سیم کشی اغلب به دلیل عدم تجربه به طور جامع مورد توجه قرار نگرفت. عدم اختصاص زمان و تلاش کافی برای چیدمان PCB و فاز مسیریابی طرح می تواند منجر به ایجاد مشکل در مرحله تولید یا نقص عملکردی هنگام انتقال طرح از حوزه دیجیتال به واقعیت فیزیکی شود. بنابراین کلید طراحی برد مدار معتبر چه روی کاغذ و چه در فرم فیزیکی چیست؟ بیایید پنج دستورالعمل اصلی طراحی PCB را بررسی کنیم تا هنگام طراحی یک PCB قابل تولید و کاربردی بدانیم.

1 – طرح کامپوننت خود را دقیق تنظیم کنید

مرحله قرار دادن اجزاء فرآیند چیدمان PCB هم یک علم است و هم یک هنر ، که مستلزم توجه استراتژیک به اجزای اصلی موجود در صفحه است. در حالی که این فرآیند می تواند چالش برانگیز باشد ، نحوه قرار دادن وسایل الکترونیکی تعیین می کند که ساخت برد شما چقدر آسان است و چقدر مطابق با الزامات اصلی طراحی شما است.

در حالی که یک دستور کلی برای قرار دادن قطعات وجود دارد ، مانند قرار دادن پی در پی اتصالات ، قطعات نصب PCB ، مدارهای قدرت ، مدارهای دقیق ، مدارهای بحرانی و غیره ، برخی از دستورالعمل های خاص نیز باید در نظر گرفته شوند ، از جمله:

جهت گیری-اطمینان از قرار گرفتن اجزای مشابه در یک جهت به دستیابی به یک فرآیند جوشکاری کارآمد و بدون خطا کمک می کند.

قرار دادن – از قرار دادن اجزای کوچکتر در پشت قطعات بزرگتر که ممکن است تحت تأثیر لحیم کاری قطعات بزرگتر قرار گیرند ، اجتناب کنید.

سازماندهی-توصیه می شود که همه اجزای نصب سطح (SMT) در یک طرف تخته و همه اجزای حفره دار (TH) در بالای تخته قرار گیرند تا مراحل مونتاژ به حداقل برسد.

یک دستورالعمل نهایی طراحی PCB-هنگام استفاده از اجزای فناوری مخلوط (قطعات از طریق سوراخ و سطح) ، ممکن است سازنده برای مونتاژ برد نیاز به فرایندهای اضافی داشته باشد که هزینه کلی شما را افزایش می دهد.

جهت قطعات تراشه خوب (چپ) و جهت قطعات تراشه بد (راست)

قرار دادن اجزای خوب (چپ) و قرار دادن اجزای بد (راست)

شماره 2 – محل مناسب سیم کشی برق ، زمین و سیگنال

پس از قرار دادن قطعات ، می توانید منبع تغذیه ، اتصال زمین و سیم کشی سیگنال را قرار دهید تا مطمئن شوید که سیگنال شما دارای یک مسیر تمیز و بدون مشکل است. در این مرحله از فرآیند طرح بندی ، دستورالعمل های زیر را در نظر داشته باشید:

لایه های منبع تغذیه و سطح زمین را تعیین کنید

همیشه توصیه می شود که منبع تغذیه و لایه های سطح زمین در حالی که متقارن و مرکز هستند در داخل برد قرار داده شوند. این به جلوگیری از خم شدن برد مدار شما کمک می کند ، که این امر در صورتی که اجزای شما به درستی قرار گرفته باشند نیز اهمیت دارد. برای تغذیه IC ، توصیه می شود از یک کانال مشترک برای هر منبع تغذیه استفاده کنید ، از عرض سیم کشی محکم و پایدار اطمینان حاصل کنید و از اتصالات برق زنجیره ای دیزی دستگاه به دستگاه خودداری کنید.

کابل های سیگنال از طریق کابل ها متصل می شوند

بعد ، خط سیگنال را مطابق طرح در نمودار شماتیک وصل کنید. توصیه می شود همیشه کوتاهترین مسیر ممکن و مسیر مستقیم بین اجزا را طی کنید. اگر اجزای شما نیاز به افقی بدون تعصب دارند ، توصیه می شود که اساساً اجزای تخته را به صورت افقی در جایی که از سیم خارج می شوند سیم کشی کرده و بعد از بیرون آمدن از سیم آنها را به صورت عمودی سیم کشی کنید. این امر باعث می شود که قطعه در حین جوشکاری جوش بخورد ، در حالت افقی قرار گیرد. همانطور که در نیمه بالایی شکل زیر نشان داده شده است. سیم کشی سیگنال نشان داده شده در قسمت پایین شکل ممکن است باعث انحراف اجزاء به عنوان جریان لحیم کاری در طول جوشکاری شود.

سیم کشی توصیه شده (فلش ها جهت جریان لحیم کاری را نشان می دهند)

سیم کشی توصیه نشده (فلش ها جهت جریان لحیم کاری را نشان می دهند)

عرض شبکه را تعریف کنید

طراحی شما ممکن است به شبکه های متفاوتی نیاز داشته باشد که جریانهای مختلفی را حمل کنند ، که عرض شبکه مورد نیاز را تعیین می کند. با توجه به این الزام اساسی ، توصیه می شود برای سیگنالهای آنالوگ و دیجیتال جریان کم ، عرض 0.010 اینچ (10 میلی لیتر) ارائه دهید. هنگامی که جریان خط شما بیش از 0.3 آمپر باشد ، باید گسترده شود. در اینجا یک ماشین حساب عرض خط رایگان برای سهولت فرآیند تبدیل وجود دارد.

شماره سه. – قرنطینه موثر

احتمالاً تجربه کرده اید که چگونه افزایش ولتاژ و جریان زیاد در مدارهای منبع تغذیه می تواند در مدارهای کنترل جریان ولتاژ پایین شما اختلال ایجاد کند. برای به حداقل رساندن چنین مشکلات تداخل ، دستورالعمل های زیر را دنبال کنید:

جداسازی – اطمینان حاصل کنید که هر منبع تغذیه جدا از منبع تغذیه و منبع کنترل نگه داشته شود. اگر باید آنها را در PCB به هم وصل کنید ، مطمئن شوید که تا آنجا که ممکن است به انتهای مسیر تغذیه نزدیک باشد.

چیدمان – اگر سطح زمین را در لایه میانی قرار داده اید ، مطمئن شوید که یک مسیر امپدانس کوچک برای کاهش خطر هرگونه تداخل مدار قدرت و محافظت از سیگنال کنترل خود قرار دهید. همان دستورالعمل ها را می توان رعایت کرد تا دیجیتال و آنالوگ شما جدا باشند.

اتصال – برای کاهش اتصال خازنی به دلیل قرار دادن سطوح بزرگ زمین و سیم کشی در بالا و پایین آنها ، سعی کنید از طریق شبیه سازی زمین فقط از طریق خطوط سیگنال آنالوگ عبور کنید.

نمونه های جداسازی قطعات (دیجیتال و آنالوگ)

شماره 4 – مشکل گرما را حل کنید

آیا تا به حال به دلیل مشکلات حرارتی دچار افت عملکرد مدار یا حتی خرابی برد مدار شده اید؟ از آنجا که هیچ اتفاقی برای اتلاف گرما در نظر گرفته نمی شود ، مشکلات زیادی برای طراحان مختلف ایجاد شده است. در اینجا برخی از دستورالعمل ها برای کمک به حل مشکلات اتلاف گرما در نظر گرفته شده است:

اجزای مشکل ساز را شناسایی کنید

اولین قدم این است که به این فکر کنید که کدام قطعات بیشترین گرما را از صفحه خارج می کنند. این را می توان با یافتن سطح “مقاومت حرارتی” در برگه اطلاعات قطعه و سپس پیروی از دستورالعمل های پیشنهادی برای انتقال گرمای تولید شده انجام داد. البته برای خنک نگه داشتن قطعات می توانید رادیاتور و پنکه خنک کننده اضافه کنید و به یاد داشته باشید که اجزای مهم را از منابع گرمای زیاد دور نگه دارید.

پدهای هوای گرم اضافه کنید

افزودن پد های هوای گرم برای تابلوهای مدار قابل ساخت بسیار مفید است ، آنها برای اجزای دارای محتوای بالای مس و کاربردهای لحیم کاری موج روی بردهای چند لایه ضروری هستند. به دلیل دشواری حفظ دمای فرایند ، همیشه توصیه می شود از پدهای هوای گرم بر روی اجزای سوراخ استفاده کنید تا با کند کردن سرعت اتلاف گرما در پین اجزاء ، تا حد امکان فرآیند جوشکاری را ساده کنید.

به عنوان یک قاعده کلی ، همیشه هر سوراخ یا سوراخی را که به زمین یا هواپیمای برق متصل است با استفاده از یک پد هوای گرم متصل کنید. علاوه بر پدهای هوای گرم ، می توانید قطرات اشک را در محل خط اتصال پد اضافه کنید تا از فویل مس/پشتیبانی فلزی اضافی استفاده کنید. این به کاهش تنش های مکانیکی و حرارتی کمک می کند.

اتصال معمولی پد هوای گرم

علم پد هوای گرم:

بسیاری از مهندسان مسئول فرآیند یا SMT در یک کارخانه اغلب با انرژی الکتریکی خود به خود مواجه می شوند ، مانند نقص های برد الکتریکی مانند خالی شدن خود به خود ، خیس شدن یا مرطوب شدن سرد. مهم نیست که چگونه شرایط فرایند را تغییر دهید یا نحوه تنظیم مجدد کوره جوش را تنظیم کنید ، نسبت خاصی از قلع جوش داده نمی شود. اینجا چه خبره؟

جدا از مشکل اکسیداسیون اجزاء و تابلوهای مدار ، بازگشت آن را بررسی کنید پس از آنکه بخش بزرگی از جوشکاری موجود در واقع از سیم کشی مدار (طرح بندی) خارج شده است و یکی از رایج ترین آنها روی اجزای یک برخی از پایه های جوشکاری متصل به ورق مس در مساحت وسیع ، این اجزاء پس از جوشکاری مجدد جوش پاهای جوشکاری ، برخی از اجزای جوش داده شده با دست نیز ممکن است به دلیل شرایط مشابه باعث ایجاد جوشکاری یا روکش فلزی کاذب شوند و برخی حتی به دلیل گرمایش زیاد در جوشکاری اجزا شکست می خورند.

PCB عمومی در طراحی مدار اغلب نیاز به قرار دادن سطح وسیعی از فویل مس به عنوان منبع تغذیه (Vcc ، Vdd یا Vss) و Ground (GND ، Ground) دارد. این مناطق بزرگ از فویل مسی معمولاً مستقیماً به برخی از مدارهای کنترل (ICS) و پین های قطعات الکترونیکی متصل می شوند.

متأسفانه ، اگر بخواهیم این مناطق بزرگ از فویل مس را تا دمای ذوب قلع گرم کنیم ، معمولاً زمان بیشتری نسبت به پد های فردی طول می کشد (گرمایش کندتر است) و اتلاف گرما سریعتر است. هنگامی که یک سر سیم کشی فویل مسی به اجزای کوچک مانند مقاومت کوچک و خازن کوچک متصل می شود و انتهای دیگر اینگونه نیست ، به دلیل ناهماهنگی ذوب قلع و زمان انجماد ، مشکلات جوشکاری آسان است. اگر منحنی درجه حرارت جوش برگشتی به خوبی تنظیم نشود و زمان پیش گرمایش کافی نباشد ، پایه های لحیم کاری این اجزا که در فویل مس بزرگ متصل شده اند به راحتی می توانند مشکل جوشکاری مجازی را ایجاد کنند زیرا نمی توانند به دمای قلع ذوب برسند.

در حین لحیم کاری دستی ، اتصالات لحیم کاری اجزای متصل به فویل های بزرگ مسی به سرعت از بین می روند تا در زمان مورد نیاز تکمیل شوند. شایع ترین نقص ها لحیم کاری و لحیم کاری مجازی هستند ، جایی که لحیم کاری فقط به پین ​​قطعه جوش داده می شود و به پد برد مدار متصل نمی شود. از ظاهر ، کل اتصال لحیم یک توپ تشکیل می دهد. علاوه بر این ، اپراتور به منظور جوش دادن پای جوش بر روی برد مدار و افزایش مداوم دمای آهن لحیم کاری یا گرمایش برای مدت طولانی ، به طوری که اجزاء از دمای مقاومت در برابر حرارت و آسیب بدون اطلاع از آن فراتر می روند. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.

از آنجا که ما نقطه مشکل را می دانیم ، می توانیم مشکل را حل کنیم. به طور کلی ، ما به اصطلاح طراحی پد Thermal Relief نیاز داریم تا مشکل جوشکاری ناشی از پایه های جوشکاری عناصر اتصال دهنده فویل مس بزرگ را حل کند. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است ، سیم کشی در سمت چپ از پد هوای گرم استفاده نمی کند ، در حالی که سیم کشی در سمت راست از اتصال پد هوای گرم استفاده کرده است. مشاهده می شود که فقط چند خط کوچک در ناحیه تماس بین پد و فویل مس بزرگ وجود دارد که می تواند از دست دادن درجه حرارت روی پد را تا حد زیادی محدود کرده و اثر جوشکاری بهتری را به دست آورد.

شماره 5 – کار خود را بررسی کنید

وقتی تمام قطعات را در هم می آمیزید و پف می کنید به راحتی می توانید در پایان یک پروژه طراحی شده احساس غرق شدن کنید. بنابراین ، بررسی مضاعف تلاش طراحی شما در این مرحله می تواند به معنای تفاوت بین موفقیت و شکست تولید باشد.

برای کمک به تکمیل فرایند کنترل کیفیت ، ما همیشه توصیه می کنیم که با یک بررسی الکتریکی قوانین (ERC) و طراحی قوانین (DRC) شروع کنید تا مطمئن شوید که طرح شما به طور کامل با تمام قوانین و محدودیت ها مطابقت دارد. با هر دو سیستم ، می توانید به راحتی عرض ترخیص ، عرض خط ، تنظیمات معمول تولید ، نیازهای سرعت بالا و اتصال کوتاه را بررسی کنید.

هنگامی که ERC و DRC شما نتایج بدون خطا را نشان می دهند ، توصیه می شود سیم کشی هر سیگنال ، از شماتیک تا PCB ، یک خط سیگنال را در یک زمان بررسی کنید تا مطمئن شوید هیچ اطلاعاتی را از دست نمی دهید. همچنین ، از قابلیت های کاوش و پوشاندن ابزار طراحی خود برای اطمینان از مطابقت طرح بندی مدار چاپی با طرحواره شما استفاده کنید.