בתחילת העיצוב החדש, רוב הזמן הושקע בתכנון מעגלים ובחירת רכיבים, וכן PCB שלב הפריסה והחיווט לא נחשב לעתים קרובות באופן מקיף בגלל חוסר ניסיון. אי הקפדה של זמן ומאמץ מספיק לפריסת ה- PCB ולשלב ניתוב העיצוב עלולה לגרום לבעיות בשלב הייצור או ליקויים תפקודיים כאשר העיצוב עובר מהתחום הדיגיטלי למציאות הפיזית. אז מהו המפתח לעיצוב לוח מעגלים שהוא אותנטי הן על הנייר והן בצורה הפיזית? בואו נחקור את חמשת קווי ההנחיות המובילים לעיצוב PCB שיש לדעת בעת עיצוב PCB ייצור ופונקציונלי.

1 – כוונן את פריסת הרכיבים שלך

שלב מיקום הרכיבים של תהליך פריסת ה- PCB הוא מדע ואמנות, הדורש התייחסות אסטרטגית למרכיבים העיקריים הקיימים בלוח. אמנם תהליך זה עשוי להיות מאתגר, אך אופן הצבת האלקטרוניקה יקבע כמה קל לייצר את הלוח שלך ועד כמה הוא עומד בדרישות העיצוב המקוריות שלך.

אמנם קיים צו כללי למיקום רכיבים, כגון מיקום רציף של מחברים, רכיבי הרכבה של PCB, מעגלי חשמל, מעגלים מדויקים, מעגלים קריטיים וכו ‘, אך יש לזכור גם כמה הנחיות ספציפיות, כולל:

התמצאות-הקפדה על רכיבים דומים ממוקמים באותו כיוון תעזור להשיג תהליך ריתוך יעיל וללא שגיאות.

מיקום – הימנע מהצבת רכיבים קטנים מאחורי רכיבים גדולים יותר היכן שהם עלולים להיות מושפעים מהלחמה של רכיבים גדולים יותר.

ארגון-מומלץ להניח את כל רכיבי הרכבה על פני השטח (SMT) באותו צד של הלוח ולהניח את כל רכיבי החור (TH) על גבי הלוח כדי למזער את שלבי ההרכבה.

קו מנחה אחרון לעיצוב PCB-בעת שימוש ברכיבים טכנולוגיים מעורבים (רכיבים דרך חור והרכבה על פני השטח), היצרן עשוי לדרוש תהליכים נוספים להרכבת הלוח, מה שיוסיף לעלות הכוללת שלך.

כיוון רכיב שבבים טוב (משמאל) וכיוון רכיב שבב גרוע (מימין)

מיקום רכיבים טוב (משמאל) ומיקום רכיב גרוע (מימין)

מס ‘2 – מיקום נכון של חשמל, הארקה וחיווט אותות

לאחר הצבת הרכיבים, תוכל למקם את אספקת החשמל, הארקה וחיווט האות כדי להבטיח שלאותך יש נתיב נקי וללא בעיות. בשלב זה של תהליך הפריסה, זכור את ההנחיות הבאות:

אתר את אספקת החשמל ושכבות המטוס הארקה

תמיד מומלץ להניח את אספקת החשמל ושכבות המטוס הקרקע בתוך הלוח כשהן סימטריות ומרכזיות. זה עוזר למנוע מלוח המעגלים שלך להתכופף, וזה משנה גם אם הרכיבים שלך ממוקמים כראוי. להפעלת ה- IC, מומלץ להשתמש בערוץ משותף עבור כל ספק כוח, להבטיח רוחב חיווט יציב ויציב ולהימנע מחיבורי שרשרת דייזי ממכשיר למכשיר.

כבלי האות מחוברים באמצעות כבלים

לאחר מכן, חבר את קו האות לפי העיצוב בתרשים הסכימטי. מומלץ תמיד ללכת בדרך הקצרה ביותר ובדרך ישירה בין רכיבים. אם צריך למקם את הרכיבים בצורה אופקית ללא הטיה, מומלץ בעצם לחבר את רכיבי הלוח בצורה אופקית במקום שהם יוצאים מהחוט ולאחר מכן לחבר אותם אנכית לאחר שהם יוצאים מהחוט. זה יחזיק את הרכיב במיקום אופקי כאשר הלחמה נודדת במהלך הריתוך. כפי שמוצג במחצית העליונה של האיור שלהלן. חיווט האות המוצג בחלק התחתון של הדמות עלול לגרום להסטת רכיבים כאשר הלחמה זורמת במהלך הריתוך.

חיווט מומלץ (חיצים מציינים כיוון זרימת הלחמה)

חיווט לא מומלץ (חיצים מציינים כיוון זרימת הלחמה)

הגדר את רוחב הרשת

העיצוב שלך עשוי לדרוש רשתות שונות אשר ישאו זרמים שונים, אשר יקבעו את רוחב הרשת הנדרש. בהתחשב בדרישה בסיסית זו, מומלץ לספק רוחב של 0.010 אינץ ‘(10mil) לאותות אנלוגיים ודיגיטליים בזרם נמוך. כאשר זרם הקו שלך עולה על 0.3 אמפר, יש להרחיב אותו. להלן מחשבון רוחב קו חופשי כדי להקל על תהליך ההמרה.

מספר שלוש. – הסגר יעיל

סביר להניח שחווית כיצד קפיצי מתח וזרם גדולים במעגלי אספקת החשמל יכולים להפריע למעגלי בקרת הזרם במתח נמוך שלך. כדי למזער בעיות הפרעה כאלה, פעל לפי ההנחיות הבאות:

בידוד – ודא שכל מקור חשמל נשמר בנפרד ממקור החשמל וממקור הבקרה. אם עליך לחבר אותם יחד במעגל הלוח, וודא שהוא קרוב ככל האפשר לסוף נתיב החשמל.

פריסה – אם הנחת מטוס קרקע בשכבה האמצעית, הקפד להציב שביל עכבה קטן כדי להפחית את הסיכון להפרעות במעגל החשמל ולעזור בהגנה על אות הבקרה שלך. ניתן לעקוב אחר אותן הנחיות כדי לשמור על הפרדה בין הדיגיטל והאנלוגי.

צימוד – כדי להפחית צימוד קיבולי עקב הצבת מטוסים קרקעיים גדולים וחיווט מעליהם ומתחתיהם, נסה לחצות סימול קרקע רק באמצעות קווי אותות אנלוגיים.

דוגמאות לבידוד רכיבים (דיגיטאלי ואנלוגי)

No.4 – לפתור את בעיית החום

האם אי פעם חלה ירידה בביצועי המעגל או אפילו פגיעה במעגל בגלל בעיות חום? מכיוון שאין שום התייחסות לפיזור החום, היו בעיות רבות שהטרידו מעצבים רבים. להלן מספר קווים מנחים שכדאי לזכור כדי לסייע בפתרון בעיות פיזור חום:

זיהוי רכיבים בעייתיים

השלב הראשון הוא להתחיל לחשוב אילו רכיבים יפיצו הכי הרבה חום מהלוח. ניתן לעשות זאת על ידי מציאת תחילה את רמת “ההתנגדות התרמית” בדף הנתונים של הרכיב ולאחר מכן עקוב אחר ההנחיות המוצעות להעברת החום שנוצר. כמובן שאתה יכול להוסיף רדיאטורים ומאווררי קירור כדי לשמור על רכיבים קרירים, ולזכור להרחיק רכיבים קריטיים מכל מקורות חום גבוהים.

הוסף כריות אוויר חם

התוספת של כריות אוויר חם שימושית מאוד ללוחות מעגל מיוצרים, הם חיוניים לרכיבי תכולת נחושת גבוהה ויישומי הלחמת גל על ​​גבי מעגלים רב שכבתיים. בגלל הקושי לשמור על טמפרטורת התהליך, תמיד מומלץ להשתמש ברפידות אוויר חם על רכיבים דרך חור כדי להפוך את תהליך הריתוך לפשוט ככל האפשר על ידי האטת קצב פיזור החום בסיכות הרכיבים.

ככלל, חבר תמיד כל חור דרך או חור המחובר לאדמה או למטוס הכוח באמצעות כרית אוויר חם. בנוסף לרפידות אוויר חם, ניתן להוסיף טיפות דמעה במיקום קו החיבור של המשטח כדי לספק תמיכת רדיד נחושת/מתכת נוספת. זה יעזור להפחית מתח מכני ותרמי.

חיבור כרית אוויר חם אופייני

מדעי כרית אוויר חם:

מהנדסים רבים האחראים על Process או SMT במפעל נתקלים לעתים קרובות באנרגיה חשמלית ספונטנית, כגון פגמים בלוח חשמל כגון ריק ספונטני, הרטבה או הרטבה קרה. לא משנה כיצד לשנות את תנאי התהליך או לשנות את טמפרטורת ריתוך התנור כיצד להתאים, יש חלק מסוים של פח שלא ניתן לרתך. מה לעזאזל קורה פה?

מלבד הרכיבים ובעיית החמצון של המעגלים, חקור את חזרתו לאחר שחלק גדול מאוד מריתוך הריתוך הקיים אכן נובע מעיצוב החיווט (פריסה) של הלוח חסר, ואחד הנפוצים ביותר הוא על רכיבי רגלי ריתוך מסוימות המחוברות לגיליון הנחושת של שטח גדול, רכיבים אלה לאחר הלחמה מחודשת של רגל ריתוך ריתוך, חלק מהרכיבים המרותכים ביד עלולים לגרום גם לבעיות ריתוך שווא או חיפוי עקב מצבים דומים, וחלקם אף לא מצליחים לרתך את הרכיבים בגלל חימום ארוך מדי.

PCB כללי בעיצוב המעגל לעתים קרובות צריך להניח שטח גדול של רדיד נחושת כאספקת חשמל (Vcc, Vdd או Vss) וקרקע (GND, Ground). אזורים גדולים אלה של רדיד נחושת מחוברים בדרך כלל ישירות למעגלי בקרה מסוימים (ICS) ולסיכות של רכיבים אלקטרוניים.

לרוע המזל, אם ברצוננו לחמם שטחים גדולים אלה של רדיד נחושת לטמפרטורה של פח נמס, בדרך כלל זה לוקח יותר זמן מרפידות בודדות (החימום איטי יותר), ופיזור החום מהיר יותר. כאשר קצה אחד של חיווט בנייר נחושת כה גדול מחובר לרכיבים קטנים כגון התנגדות קטנה וקיבולת קטנה, והקצה השני אינו, קל לרתך בעיות בגלל חוסר העקביות של פח ההיתוך וזמן ההתמצקות; אם עקומת הטמפרטורה של ריתוך ההזרמה אינה מותאמת היטב וזמן החימום המוקדם אינו מספיק, רגלי ההלחמה של רכיבים אלה המחוברים בנייר נחושת גדול גורמים לבעיה של ריתוך וירטואלי מכיוון שהם אינם יכולים להגיע לטמפרטורת הפח הנמס.

במהלך הלחמה ידנית, מפרקי ההלחמה של רכיבים המחוברים לניירות נחושת גדולים יתפוגגו מהר מדי להשלמה בתוך הזמן הנדרש. הפגמים השכיחים ביותר הם הלחמה והלחמה וירטואלית, כאשר הלחמה מרותכת רק לפין הרכיב ואינה מחוברת לרפידת הלוח. מההופעה, כל מפרק ההלחמה יהווה כדור; יתרה מכך, המפעיל על מנת לרתך את רגלי הריתוך על לוח המעגלים ולהעלות ללא הרף את הטמפרטורה של מגהץ הלחמה, או חימום זמן רב מדי, כך שהרכיבים יחרגו מטמפרטורת עמידות החום והנזק מבלי לדעת זאת. כפי שמוצג באיור להלן.

מכיוון שאנו מכירים את נקודת הבעיה, אנו יכולים לפתור את הבעיה. באופן כללי, אנו דורשים את מה שנקרא עיצוב כרית ההקלה התרמית כדי לפתור את בעיית הריתוך הנגרמת על ידי רגלי הריתוך של אלמנטים מחוברי רדיד נחושת גדול. כפי שמוצג באיור להלן, החיווט בצד שמאל אינו משתמש בכרית אוויר חם, בעוד שהחיווט מימין אימץ חיבור כרית אוויר חם. ניתן לראות כי יש רק כמה קווים קטנים באזור המגע בין המשטח לנייר נחושת גדול, שיכולים להגביל מאוד את אובדן הטמפרטורה בכרית ולהשיג אפקט ריתוך טוב יותר.

מס ‘5 – בדוק את עבודתך

קל להרגיש המום בסיום פרויקט עיצוב כשאתה מנדנד ומנפח את כל החלקים ביחד. לכן, בדיקה כפולה ומשולשת של מאמץ העיצוב שלך בשלב זה יכולה להיות ההבדל בין הצלחה בייצור לכישלון.

כדי לסייע בהשלמת תהליך בקרת האיכות, אנו תמיד ממליצים שתתחיל בבדיקת כללים חשמליים (ERC) ובבדיקת חוקי עיצוב (DRC) כדי לוודא שהעיצוב שלך עומד במלואו בכל הכללים והאילוצים. עם שתי המערכות, תוכל לבדוק בקלות את רוחבי המרווח, רוחבי הקווים, הגדרות הייצור הנפוצות, דרישות מהירות גבוהה וקצרים.

כאשר ה- ERC וה- DRC שלך מניבים תוצאות ללא שגיאות, מומלץ לבדוק את החיווט של כל אות, מסכימה ל- PCB, קו אות אחד בכל פעם כדי לוודא שלא חסר לך מידע. כמו כן, השתמש ביכולות הבדיקה והמיסוך של כלי העיצוב שלך כדי להבטיח שחומר פריסת ה- PCB שלך תואם לסכימה שלך.