All’inizio del nuovo progetto, la maggior parte del tempo è stata dedicata alla progettazione del circuito e alla selezione dei componenti, e PCB la fase di layout e cablaggio spesso non è stata considerata in modo completo a causa della mancanza di esperienza. L’incapacità di dedicare tempo e sforzi sufficienti al layout del PCB e alla fase di instradamento del progetto può causare problemi nella fase di produzione o difetti funzionali quando il progetto passa dal dominio digitale alla realtà fisica. Quindi qual è la chiave per progettare un circuito stampato autentico sia sulla carta che nella forma fisica? Esploriamo le prime cinque linee guida per la progettazione di PCB da sapere quando si progetta un PCB funzionale e producibile.

1 – Metti a punto il layout dei tuoi componenti

La fase di posizionamento dei componenti del processo di layout del PCB è sia una scienza che un’arte, che richiede una considerazione strategica dei componenti primari disponibili sulla scheda. Sebbene questo processo possa essere impegnativo, il modo in cui posizioni l’elettronica determinerà quanto sia facile produrre la tua scheda e quanto bene soddisfi i tuoi requisiti di progettazione originali.

Sebbene esista un ordine generale generale per il posizionamento dei componenti, come il posizionamento sequenziale di connettori, componenti di montaggio su PCB, circuiti di alimentazione, circuiti di precisione, circuiti critici, ecc., Ci sono anche alcune linee guida specifiche da tenere a mente, tra cui:

Orientamento: garantire che componenti simili siano posizionati nella stessa direzione aiuterà a ottenere un processo di saldatura efficiente e privo di errori.

Posizionamento – Evitare di posizionare componenti più piccoli dietro componenti più grandi dove potrebbero essere influenzati dalla saldatura di componenti più grandi.

Organizzazione – Si consiglia di posizionare tutti i componenti a montaggio superficiale (SMT) sullo stesso lato della scheda e che tutti i componenti a foro passante (TH) siano posizionati sopra la scheda per ridurre al minimo le fasi di assemblaggio.

Un’ultima linea guida per la progettazione del PCB: quando si utilizzano componenti a tecnologia mista (componenti a foro passante e a montaggio superficiale), il produttore potrebbe richiedere processi aggiuntivi per assemblare la scheda, il che si aggiungerà al costo complessivo.

Buon orientamento del componente del chip (a sinistra) e cattivo orientamento del componente del chip (a destra)

Buon posizionamento dei componenti (a sinistra) e cattivo posizionamento dei componenti (a destra)

N. 2 – Corretto posizionamento del cablaggio di alimentazione, messa a terra e segnale

Dopo aver posizionato i componenti, è possibile posizionare l’alimentatore, la messa a terra e il cablaggio del segnale per garantire che il segnale abbia un percorso pulito e senza problemi. In questa fase del processo di layout, tieni a mente le seguenti linee guida:

Individuare l’alimentatore e gli strati del piano di messa a terra

Si consiglia sempre di posizionare gli strati dell’alimentatore e del piano di massa all’interno della scheda pur essendo simmetrici e centrati. Questo aiuta a prevenire la piegatura del circuito, il che è importante anche se i componenti sono posizionati correttamente. Per alimentare il circuito integrato, si consiglia di utilizzare un canale comune per ciascun alimentatore, garantire una larghezza di cablaggio stabile e stabile ed evitare collegamenti di alimentazione a catena da dispositivo a dispositivo.

I cavi di segnale sono collegati tramite cavi

Quindi, collegare la linea del segnale secondo il progetto nel diagramma schematico. Si consiglia di prendere sempre il percorso più breve possibile e il percorso diretto tra i componenti. Se i tuoi componenti devono essere posizionati orizzontalmente senza polarizzazione, si consiglia di cablare i componenti della scheda orizzontalmente nel punto in cui escono dal filo e quindi cablarli verticalmente dopo che sono usciti dal filo. Ciò manterrà il componente in posizione orizzontale mentre la saldatura migra durante la saldatura. Come mostrato nella metà superiore della figura sottostante. Il cablaggio del segnale mostrato nella parte inferiore della figura può causare la deflessione dei componenti mentre la saldatura scorre durante la saldatura.

Cablaggio consigliato (le frecce indicano la direzione del flusso di saldatura)

Cablaggio sconsigliato (le frecce indicano la direzione del flusso di saldatura)

Definisci la larghezza della rete

Il tuo progetto potrebbe richiedere diverse reti che trasporteranno varie correnti, che determineranno la larghezza di rete richiesta. Considerando questo requisito di base, si consiglia di fornire larghezze di 0.010 “(10mil) per segnali analogici e digitali a bassa corrente. Quando la corrente di linea supera 0.3 ampere, dovrebbe essere ampliata. Ecco un calcolatore di larghezza della linea gratuito per semplificare il processo di conversione.

Numero tre. – Quarantena efficace

Probabilmente hai sperimentato come grandi picchi di tensione e corrente nei circuiti di alimentazione possono interferire con i circuiti di controllo della corrente a bassa tensione. Per ridurre al minimo tali problemi di interferenza, seguire le seguenti linee guida:

Isolamento: assicurarsi che ogni fonte di alimentazione sia tenuta separata dalla fonte di alimentazione e dalla fonte di controllo. Se è necessario collegarli insieme nel PCB, assicurarsi che sia il più vicino possibile alla fine del percorso di alimentazione.

Layout – Se hai posizionato un piano di massa nello strato intermedio, assicurati di posizionare un piccolo percorso di impedenza per ridurre il rischio di qualsiasi interferenza del circuito di alimentazione e aiutare a proteggere il segnale di controllo. Le stesse linee guida possono essere seguite per mantenere separati il ​​tuo digitale e analogico.

Accoppiamento – Per ridurre l’accoppiamento capacitivo dovuto al posizionamento di grandi piani di massa e cablaggio sopra e sotto di essi, provare a simulare l’attraversamento della terra solo tramite linee di segnale analogiche.

Isolamento dei componenti Esempi (digitali e analogici)

No.4 – Risolvi il problema del calore

Hai mai avuto un degrado delle prestazioni del circuito o persino danni alla scheda del circuito a causa di problemi di calore? Poiché non si tiene conto della dissipazione del calore, ci sono stati molti problemi che affliggono molti progettisti. Ecco alcune linee guida da tenere a mente per aiutare a risolvere i problemi di dissipazione del calore:

Identificare i componenti problematici

Il primo passo è iniziare a pensare a quali componenti dissiperanno più calore dalla scheda. Questo può essere fatto trovando prima il livello di “resistenza termica” nella scheda tecnica del componente e poi seguendo le linee guida suggerite per trasferire il calore generato. Naturalmente, puoi aggiungere radiatori e ventole di raffreddamento per mantenere i componenti al fresco e ricordarti di tenere i componenti critici lontani da fonti di calore elevate.

Aggiungi cuscinetti ad aria calda

L’aggiunta di cuscinetti ad aria calda è molto utile per i circuiti stampati fabbricabili, sono essenziali per componenti ad alto contenuto di rame e applicazioni di saldatura ad onda su circuiti stampati multistrato. A causa della difficoltà di mantenere la temperatura di processo, si consiglia sempre di utilizzare tamponi ad aria calda sui componenti a foro passante per rendere il processo di saldatura il più semplice possibile rallentando la velocità di dissipazione del calore ai perni dei componenti.

Come regola generale, collegare sempre qualsiasi foro passante o foro passante collegato alla terra o al piano di alimentazione utilizzando un cuscinetto ad aria calda. Oltre ai cuscinetti ad aria calda, è anche possibile aggiungere gocce a strappo nella posizione della linea di collegamento del cuscinetto per fornire ulteriore supporto in rame/metallo. Ciò contribuirà a ridurre lo stress meccanico e termico.

Tipico collegamento a cuscino d’aria calda

Scienza del cuscinetto ad aria calda:

Molti ingegneri responsabili di Processo o SMT in una fabbrica incontrano spesso energia elettrica spontanea, come difetti della scheda elettrica come vuoto spontaneo, deumidificazione o bagnatura a freddo. Non importa come modificare le condizioni di processo o come regolare la temperatura del forno di saldatura a riflusso, c’è una certa proporzione di stagno che non può essere saldata. Che diavolo sta succedendo qui?

A parte il problema dell’ossidazione dei componenti e dei circuiti stampati, indagare sul suo ritorno dopo che una parte molto grande del problema di saldatura esistente deriva in realtà dal design del cablaggio (layout) del circuito stampato è mancante, e uno dei più comuni è sui componenti di un alcuni piedini di saldatura collegati al foglio di rame di un’ampia area, questi componenti dopo i piedini di saldatura per saldatura a riflusso, Alcuni componenti saldati a mano possono anche causare falsi problemi di saldatura o rivestimento a causa di situazioni simili, e alcuni addirittura non riescono a saldare i componenti a causa del riscaldamento troppo lungo.

Il PCB generale nella progettazione del circuito spesso necessita di posare un’ampia area di lamina di rame come alimentazione (Vcc, Vdd o Vss) e terra (GND, Ground). Queste grandi aree di lamina di rame sono solitamente collegate direttamente ad alcuni circuiti di controllo (ICS) e pin di componenti elettronici.

Sfortunatamente, se vogliamo riscaldare queste grandi aree di lamina di rame alla temperatura dello stagno fuso, di solito ci vuole più tempo rispetto ai singoli pad (il riscaldamento è più lento) e la dissipazione del calore è più veloce. Quando un’estremità di un cablaggio in lamina di rame così grande è collegata a piccoli componenti come una piccola resistenza e una piccola capacità, e l’altra estremità no, è facile che si verifichino problemi di saldatura a causa dell’incoerenza dello stagno di fusione e del tempo di solidificazione; Se la curva di temperatura della saldatura a riflusso non è regolata bene e il tempo di preriscaldamento è insufficiente, i piedini di saldatura di questi componenti collegati in una grande lamina di rame possono facilmente causare il problema della saldatura virtuale perché non possono raggiungere la temperatura dello stagno di fusione.

Durante la saldatura a mano, i giunti di saldatura dei componenti collegati a grandi fogli di rame si dissiperanno troppo rapidamente per essere completati entro il tempo richiesto. I difetti più comuni sono la saldatura e la saldatura virtuale, dove la saldatura è saldata solo al pin del componente e non collegata al pad del circuito. Dall’aspetto, l’intero giunto di saldatura formerà una palla; Inoltre, l’operatore per saldare i piedini di saldatura sul circuito e aumentare costantemente la temperatura del saldatore, o riscaldare per troppo tempo, in modo che i componenti superino la temperatura di resistenza al calore e si danneggino senza saperlo. Come mostrato nella figura sotto.

Poiché conosciamo il punto problematico, possiamo risolvere il problema. In generale, è necessario il cosiddetto design del rilievo termico per risolvere il problema di saldatura causato dai piedini di saldatura di elementi di collegamento in lamina di rame di grandi dimensioni. Come mostrato nella figura sottostante, il cablaggio a sinistra non utilizza il pad ad aria calda, mentre il cablaggio a destra ha adottato il collegamento a pad ad aria calda. Si può vedere che ci sono solo poche piccole linee nell’area di contatto tra il pad e la grande lamina di rame, che possono limitare notevolmente la perdita di temperatura sul pad e ottenere un migliore effetto di saldatura.

N. 5 – Controlla il tuo lavoro

È facile sentirsi sopraffatti alla fine di un progetto di design quando sbuffi e sbuffi tutti i pezzi insieme. Pertanto, il doppio o il triplo controllo dello sforzo di progettazione in questa fase può fare la differenza tra il successo e il fallimento della produzione.

Per aiutare a completare il processo di controllo della qualità, ti consigliamo sempre di iniziare con un controllo elettrico delle regole (ERC) e un controllo delle regole di progettazione (DRC) per verificare che il tuo progetto soddisfi pienamente tutte le regole e i vincoli. Con entrambi i sistemi, è possibile controllare facilmente le larghezze di gioco, le larghezze delle linee, le impostazioni di produzione comuni, i requisiti di alta velocità e i cortocircuiti.

Quando l’ERC e il DRC producono risultati privi di errori, si consiglia di controllare il cablaggio di ciascun segnale, dallo schema al PCB, una linea di segnale alla volta per assicurarsi di non perdere alcuna informazione. Inoltre, utilizza le capacità di rilevamento e mascheramento del tuo strumento di progettazione per assicurarti che il materiale del layout del PCB corrisponda al tuo schema.