Penkios PCB projektavimo gairės, kurių PCB dizaineriai turi išmokti

Naujo dizaino pradžioje dauguma laiko buvo skirta grandinių projektavimui ir komponentų parinkimui, ir PCB išdėstymas ir elektros instaliacijos etapas dažnai nebuvo vertinamas išsamiai, nes trūko patirties. Jei neskiriate pakankamai laiko ir pastangų PCB išdėstymui ir projektavimo etapui, gali kilti problemų gamybos etape arba funkcinių defektų, kai dizainas perkeliamas iš skaitmeninės srities į fizinę realybę. Taigi, kas yra svarbiausia kuriant plokštę, kuri yra autentiška tiek popieriuje, tiek fizine forma? Panagrinėkime penkias populiariausias PCB projektavimo gaires, kurias reikia žinoti kuriant gaminamą, funkcionalią PCB.

ipcb

1 – Tiksliai sureguliuokite komponentų išdėstymą

PCB išdėstymo proceso komponentų išdėstymo etapas yra ir mokslas, ir menas, reikalaujantis strategiškai apsvarstyti pagrindinius plokštėje esančius komponentus. Nors šis procesas gali būti sudėtingas, elektronikos išdėstymo būdas nustatys, kaip lengva pagaminti plokštę ir kaip ji atitinka jūsų pradinius dizaino reikalavimus.

Nors yra bendra sudedamųjų dalių išdėstymo tvarka, pvz., Nuoseklus jungčių, PCB tvirtinimo komponentų, maitinimo grandinių, tiksliųjų grandinių, kritinių grandinių ir kt. Išdėstymas, taip pat reikia atsižvelgti į kai kurias konkrečias gaires, įskaitant:

Orientacija-Užtikrinti, kad panašūs komponentai būtų išdėstyti ta pačia kryptimi, padės pasiekti efektyvų ir be klaidų suvirinimo procesą.

Įdėjimas – stenkitės nedėti mažesnių komponentų už didesnių komponentų, kur juos gali paveikti didesnių komponentų litavimas.

Organizavimas-Rekomenduojama, kad visi paviršiaus tvirtinimo (SMT) komponentai būtų dedami toje pačioje plokštės pusėje, o visi per skylę (TH) esantys komponentai-ant plokštės viršaus, kad būtų kuo mažiau surinkimo žingsnių.

Viena paskutinė PCB projektavimo gairė-kai naudojate mišrios technologijos komponentus (per skylę ir ant paviršiaus montuojamus komponentus), gamintojas gali reikalauti papildomų procesų plokštės surinkimui, o tai padidins jūsų bendrąsias išlaidas.

Gera mikroschemų komponentų orientacija (kairėje) ir bloga mikroschemų komponentų orientacija (dešinėje)

Geras komponentų išdėstymas (kairėje) ir blogas komponentų išdėstymas (dešinėje)

Nr. 2 – Tinkamas maitinimo, įžeminimo ir signalinių laidų išdėstymas

Įdėję komponentus, galite įdėti maitinimo šaltinį, įžeminimą ir signalo laidus, kad užtikrintumėte, jog jūsų signalas yra švarus ir be problemų. Šiame išdėstymo proceso etape nepamirškite šių gairių:

Raskite maitinimo šaltinio ir įžeminimo plokštumos sluoksnius

Visada rekomenduojama, kad maitinimo šaltinis ir įžeminimo plokštės būtų dedamos plokštės viduje simetriškai ir centre. Tai padeda išvengti plokštės lenkimo, o tai taip pat svarbu, jei komponentai yra teisingai išdėstyti. Maitinant IC rekomenduojama kiekvienam maitinimo šaltiniui naudoti bendrą kanalą, užtikrinti tvirtą ir stabilų laidų plotį ir vengti „Daisy“ grandinės maitinimo jungčių tarp įrenginių.

Signaliniai kabeliai yra prijungti per kabelius

Tada prijunkite signalo liniją pagal schemos schemą. Rekomenduojama visada eiti trumpiausiu įmanomu keliu ir tiesioginiu keliu tarp komponentų. Jei jūsų sudedamosios dalys turi būti išdėstytos horizontaliai be šališkumo, rekomenduojama plokštės komponentus iš esmės prijungti horizontaliai ten, kur jie išeina iš laido, ir tada, kai jie išeina iš laido, vertikaliai. Dėl to komponentas bus horizontalioje padėtyje, kai lydmetalis migruoja suvirinimo metu. Kaip parodyta paveikslo viršutinėje pusėje. Signalo laidai, pavaizduoti apatinėje paveikslo dalyje, gali sukelti komponento deformaciją, kai suvirinimo metu teka lydmetalis.

Rekomenduojama elektros instaliacija (rodyklės rodo litavimo srauto kryptį)

Nerekomenduojami laidai (rodyklės rodo litavimo srauto kryptį)

Nustatykite tinklo plotį

Jūsų dizainui gali prireikti skirtingų tinklų, kurie perduos įvairias sroves, o tai lems reikiamą tinklo plotį. Atsižvelgiant į šį pagrindinį reikalavimą, rekomenduojama numatyti 0.010 colių (10 milimetrų) pločio silpnos srovės analoginiams ir skaitmeniniams signalams. Kai jūsų srovės srovė viršija 0.3 amperus, ji turėtų būti išplėsta. Čia yra nemokama eilutės pločio skaičiuoklė, kuri palengvins konversijos procesą.

Trečias numeris. – Efektyvus karantinas

Tikriausiai esate patyrę, kaip dideli įtampos ir srovės šuoliai maitinimo grandinėse gali trukdyti jūsų žemos įtampos srovės valdymo grandinėms. Norėdami sumažinti tokių trukdžių problemas, vadovaukitės šiomis gairėmis:

Izoliacija – įsitikinkite, kad kiekvienas maitinimo šaltinis yra atskirai nuo maitinimo šaltinio ir valdymo šaltinio. Jei turite juos prijungti prie PCB, įsitikinkite, kad jis yra kuo arčiau maitinimo kelio pabaigos.

Išdėstymas – jei viduriniame sluoksnyje įdėjote įžeminimo plokštumą, būtinai padėkite mažą varžos taką, kad sumažintumėte bet kokių maitinimo grandinės trikdžių riziką ir padėtumėte apsaugoti valdymo signalą. Tų pačių gairių galima laikytis, kad skaitmeninis ir analoginis būtų atskirti.

Sujungimas – Norėdami sumažinti talpinę jungtį dėl didelių įžeminimo plokštumų ir laidų išdėstymo virš jų ir po jais, pabandykite imituoti žemę tik per analogines signalo linijas.

Komponentų izoliacijos pavyzdžiai (skaitmeninis ir analoginis)

Nr.4 – išspręskite šilumos problemą

Ar kada nors dėl šilumos problemų pablogėjote grandinės veikimą ar net sugadinote plokštę? Kadangi nėra šilumos išsklaidymo atlygis, būta daug problemų kamuojančios daug dizainerių. Štai keletas gairių, kurių reikia nepamiršti, kad padėtų išspręsti šilumos išsklaidymo problemas:

Nustatykite varginančius komponentus

Pirmiausia reikia pradėti galvoti apie tai, kurie komponentai iš plokštės išsklaidys daugiausiai šilumos. Tai galima padaryti pirmiausia suradus „šiluminės varžos“ lygį komponento duomenų lape ir tada laikantis siūlomų gairių, kaip perduoti susidarančią šilumą. Žinoma, galite pridėti radiatorių ir aušinimo ventiliatorių, kad komponentai būtų vėsūs, ir nepamirškite, kad svarbiausi komponentai būtų atokiau nuo bet kokio didelio šilumos šaltinio.

Pridėkite karšto oro pagalvėles

Karšto oro pagalvėlių pridėjimas yra labai naudingas gaminamoms plokštėms, jos yra būtinos didelio vario kiekio komponentams ir bangų litavimo programoms daugiasluoksnėse plokštėse. Kadangi sunku palaikyti proceso temperatūrą, visada rekomenduojama naudoti karšto oro pagalvėles ant skylių turinčių komponentų, kad suvirinimo procesas būtų kuo paprastesnis ir sulėtėtų šilumos išsiskyrimo greitis prie komponentų kaiščių.

Paprastai bet kokią skylę ar skylę, prijungtą prie žemės ar maitinimo plokštumos, visada prijunkite naudodami karšto oro pagalvę. Be karšto oro pagalvėlių, padėklų prijungimo linijos vietoje taip pat galite pridėti ašarų lašų, ​​kad suteiktumėte papildomą vario folijos/metalo atramą. Tai padės sumažinti mechaninį ir terminį įtempį.

Įprasta karšto oro pagalvėlių jungtis

Karšto oro pagalvėlių mokslas:

Daugelis inžinierių, atsakingų už procesą ar SMT gamykloje, dažnai susiduria su spontaniška elektros energija, pavyzdžiui, elektros plokštės defektais, tokiais kaip savaiminis tuščias, drėkinimas ar šaltas drėkinimas. Nesvarbu, kaip pakeisti proceso sąlygas ar pakartotinio suvirinimo krosnies temperatūrą, kaip sureguliuoti, tam tikra alavo dalis negali būti suvirinta. Kas per velnias čia vyksta?

Išskyrus komponentų ir grandinių plokščių oksidacijos problemą, ištirkite jos grįžimą po to, kai labai didelė esamo suvirinimo bloko dalis iš tikrųjų atsiranda dėl to, kad trūksta plokštės laidų (išdėstymo) konstrukcijos, o viena iš dažniausiai pasitaikančių yra tam tikros suvirinimo kojos, prijungtos prie didelio ploto vario lakšto, šie komponentai po litavimo suvirinimo suvirinimo pėdų, Kai kurios rankomis suvirintos sudedamosios dalys taip pat gali sukelti klaidingų suvirinimo ar uždengimo problemų dėl panašių situacijų, o kai kurios net nesugeba suvirinti komponentų dėl per ilgo kaitinimo.

Bendros grandinės konstrukcijos PCB dažnai reikia uždėti didelį vario folijos plotą kaip maitinimo šaltinį (Vcc, Vdd arba Vss) ir įžeminimą (GND, Ground). Šie dideli vario folijos plotai paprastai yra tiesiogiai prijungti prie kai kurių valdymo grandinių (ICS) ir elektroninių komponentų kaiščių.

Deja, jei norime šiuos didelius vario folijos plotus įkaitinti iki tirpstančios skardos temperatūros, tai paprastai užtrunka ilgiau nei atskiros trinkelės (kaitinimas yra lėtesnis), o šiluma išsisklaido greičiau. Kai vienas tokios didelės varinės folijos laidų galas yra prijungtas prie mažų komponentų, tokių kaip mažas pasipriešinimas ir maža talpa, o kitas galas nėra, tai lengva suvirinti problemas dėl lydymosi alavo ir kietėjimo laiko nenuoseklumo; Jei pakartotinio suvirinimo temperatūros kreivė nėra tinkamai sureguliuota ir nepakanka įkaitimo laiko, šių komponentų lydmetalio pėdos, sujungtos į didelę vario foliją, gali lengvai sukelti virtualaus suvirinimo problemą, nes jos negali pasiekti lydymosi skardos temperatūros.

Litavimo rankomis metu komponentų, sujungtų su didelėmis varinėmis folijomis, lydmetalio jungtys išsisklaidys per greitai, kad būtų užbaigtos per reikiamą laiką. Dažniausi defektai yra litavimas ir virtualus litavimas, kai lydmetalis suvirinamas tik prie komponento kaiščio ir nėra prijungtas prie plokštės. Iš išvaizdos visa litavimo jungtis suformuos rutulį; Be to, operatorius, norėdamas suvirinti suvirinimo kojeles ant plokštės ir nuolat didinti lituoklio temperatūrą arba kaitinti per ilgai, kad komponentai viršytų atsparumo karščiui temperatūrą ir žalą to nežinodami. Kaip parodyta paveikslėlyje žemiau.

Kadangi žinome problemos esmę, galime ją išspręsti. Paprastai, norint išspręsti suvirinimo problemą, kurią sukelia didelių vario folijos jungiamųjų elementų suvirinimo kojos, mums reikia vadinamosios „Thermal Relief“ konstrukcijos. Kaip parodyta žemiau esančiame paveikslėlyje, kairėje pusėje esantys laidai nenaudoja karšto oro pagalvėlės, o dešinėje – karšto oro pagalvėlės. Galima pastebėti, kad kontaktinėje srityje tarp trinkelės ir didelės varinės folijos yra tik kelios mažos linijos, kurios gali labai apriboti trinkelės temperatūros praradimą ir pasiekti geresnį suvirinimo efektą.

Nr. 5 – patikrinkite savo darbą

Pasibaigus projektavimo projektui lengva jaustis priblokštam, kai pufuojate ir pučiate visus gabalus. Todėl dvigubas ir trigubas projektavimo pastangų patikrinimas šiame etape gali reikšti skirtumą tarp gamybos sėkmės ir nesėkmės.

Norėdami padėti užbaigti kokybės kontrolės procesą, visada rekomenduojame pradėti nuo elektrinio taisyklių patikrinimo (ERC) ir projektavimo taisyklių patikrinimo (KDR), kad įsitikintumėte, jog jūsų dizainas visiškai atitinka visas taisykles ir apribojimus. Naudodami abi sistemas, galite lengvai patikrinti atstumą, linijų plotį, įprastus gamybos nustatymus, didelės spartos reikalavimus ir trumpąjį jungimą.

Kai jūsų ERC ir KDR rezultatai yra be klaidų, rekomenduojama patikrinti kiekvieno signalo laidus-nuo schemos iki PCB-po vieną signalo liniją, kad įsitikintumėte, jog jums netrūksta jokios informacijos. Taip pat naudokite savo projektavimo įrankio zondavimo ir maskavimo galimybes, kad įsitikintumėte, jog jūsų PCB išdėstymo medžiaga atitinka jūsų schemą.