Aan het begin van het nieuwe ontwerp werd de meeste tijd besteed aan circuitontwerp en componentselectie, en de PCB lay-out en bedradingsfase werd vaak niet volledig overwogen vanwege een gebrek aan ervaring. Het niet voldoende tijd en moeite besteden aan de PCB-layout- en routeringsfase van het ontwerp kan leiden tot problemen in de fabricagefase of functionele defecten wanneer het ontwerp wordt overgezet van het digitale domein naar de fysieke realiteit. Dus wat is de sleutel tot het ontwerpen van een printplaat die authentiek is, zowel op papier als in fysieke vorm? Laten we eens kijken naar de top vijf ontwerprichtlijnen voor PCB’s om te weten bij het ontwerpen van een produceerbare, functionele PCB.

1 – Verfijn de lay-out van uw componenten

De fase van het plaatsen van componenten van het PCB-layoutproces is zowel een wetenschap als een kunst, en vereist strategische overweging van de primaire componenten die op het bord beschikbaar zijn. Hoewel dit proces een uitdaging kan zijn, bepaalt de manier waarop u de elektronica plaatst hoe gemakkelijk het is om uw bord te vervaardigen en hoe goed het voldoet aan uw oorspronkelijke ontwerpvereisten.

Hoewel er een algemene algemene volgorde is voor het plaatsen van componenten, zoals sequentiële plaatsing van connectoren, PCB-montagecomponenten, stroomcircuits, precisiecircuits, kritieke circuits, enz., zijn er ook enkele specifieke richtlijnen waarmee u rekening moet houden, waaronder:

Oriëntatie – Door ervoor te zorgen dat vergelijkbare componenten in dezelfde richting worden geplaatst, wordt een efficiënt en foutloos lasproces bereikt.

Plaatsing – Plaats geen kleinere componenten achter grotere componenten waar ze kunnen worden aangetast door het solderen van grotere componenten.

Organisatie – Het wordt aanbevolen dat alle componenten voor oppervlaktemontage (SMT) aan dezelfde kant van het bord worden geplaatst en dat alle componenten met doorlopende gaten (TH) bovenop het bord worden geplaatst om montagestappen te minimaliseren.

Een laatste richtlijn voor het ontwerpen van PCB’s: bij het gebruik van componenten met gemengde technologie (doorgaande gaten en componenten voor opbouwmontage), kan de fabrikant aanvullende processen nodig hebben om het bord te monteren, wat uw totale kosten zal verhogen.

Goede oriëntatie van chipcomponenten (links) en slechte oriëntatie van chipcomponenten (rechts)

Goede plaatsing van componenten (links) en slechte plaatsing van componenten (rechts)

Nr. 2 – Juiste plaatsing van stroom, aarding en signaalbedrading

Nadat je de componenten hebt geplaatst, kun je de voeding, aarding en signaalbedrading plaatsen om ervoor te zorgen dat je signaal een schoon, probleemloos pad heeft. Houd in dit stadium van het lay-outproces de volgende richtlijnen in gedachten:

Lokaliseer de voedings- en aardingsvlaklagen

Het wordt altijd aanbevolen om de voedings- en grondvlaklagen in het bord te plaatsen terwijl ze symmetrisch en gecentreerd zijn. Dit helpt voorkomen dat uw printplaat buigt, wat ook van belang is als uw componenten correct zijn geplaatst. Voor het voeden van de IC wordt aanbevolen om voor elke voeding een gemeenschappelijk kanaal te gebruiken, een stevige en stabiele bedradingsbreedte te garanderen en apparaat-naar-apparaat Daisy Chain-voedingsverbindingen te vermijden.

Signaalkabels zijn aangesloten via kabels

Sluit vervolgens de signaalleiding aan volgens het ontwerp in het schema. Het wordt aanbevolen om altijd het kortst mogelijke pad en het directe pad tussen componenten te nemen. Als uw componenten zonder voorspanning horizontaal moeten worden geplaatst, is het raadzaam om de componenten van het bord in principe horizontaal te bedraden waar ze uit de draad komen en ze vervolgens verticaal te bedraden nadat ze uit de draad komen. Dit houdt het onderdeel in horizontale positie terwijl het soldeer tijdens het lassen migreert. Zoals weergegeven in de bovenste helft van de onderstaande afbeelding. De signaalbedrading die in het onderste deel van de afbeelding wordt getoond, kan leiden tot afbuiging van de componenten als het soldeer tijdens het lassen vloeit.

Aanbevolen bedrading (pijlen geven de stroomrichting van het soldeer aan)

Niet-aanbevolen bedrading (pijlen geven de richting van de soldeerstroom aan)

Definieer netwerkbreedte

Uw ontwerp kan verschillende netwerken vereisen die verschillende stromen zullen voeren, wat de vereiste netwerkbreedte zal bepalen. Gezien deze basisvereiste, wordt aanbevolen om een ​​breedte van 0.010” (10 mil) te voorzien voor analoge en digitale signalen met een lage stroomsterkte. Wanneer uw lijnstroom hoger is dan 0.3 ampère, moet deze worden verbreed. Hier is een gratis regelbreedtecalculator om het conversieproces eenvoudig te maken.

Nummer drie. – Effectieve quarantaine

U hebt waarschijnlijk ervaren hoe grote spannings- en stroompieken in voedingscircuits uw laagspanningsstroomregelcircuits kunnen verstoren. Volg de volgende richtlijnen om dergelijke interferentieproblemen te minimaliseren:

Isolatie – Zorg ervoor dat elke stroombron gescheiden wordt gehouden van de stroombron en besturingsbron. Als u ze in de printplaat met elkaar moet verbinden, zorg er dan voor dat deze zo dicht mogelijk bij het einde van het stroompad is.

Lay-out – Als u een aardingsvlak in de middelste laag hebt geplaatst, zorg er dan voor dat u een pad met een kleine impedantie plaatst om het risico op interferentie van het stroomcircuit te verminderen en uw stuursignaal te beschermen. Dezelfde richtlijnen kunnen worden gevolgd om uw digitale en analoge gescheiden te houden.

Koppeling – Om capacitieve koppeling te verminderen door het plaatsen van grote aardvlakken en bedrading erboven en eronder, probeer de aarde alleen te simuleren via analoge signaallijnen.

Componentisolatie Voorbeelden (digitaal en analoog)

No.4 – Los het hitteprobleem op

Heeft u ooit te maken gehad met verslechtering van de prestaties van het circuit of zelfs schade aan de printplaat als gevolg van hitteproblemen? Omdat er geen rekening wordt gehouden met warmteafvoer, zijn er veel problemen geweest waarmee veel ontwerpers te kampen hebben. Hier zijn enkele richtlijnen waarmee u rekening moet houden om problemen met warmteafvoer op te lossen:

Identificeer lastige componenten

De eerste stap is om na te denken over welke componenten de meeste warmte van het bord zullen afvoeren. Dit kan worden gedaan door eerst het niveau van de “thermische weerstand” te vinden in het gegevensblad van het onderdeel en vervolgens de voorgestelde richtlijnen te volgen om de gegenereerde warmte over te dragen. Natuurlijk kunt u radiatoren en koelventilatoren toevoegen om componenten koel te houden, en vergeet niet om kritieke componenten uit de buurt van hoge warmtebronnen te houden.

Voeg heteluchtkussens toe

De toevoeging van heteluchtkussens is erg handig voor fabriceerbare printplaten, ze zijn essentieel voor componenten met een hoog kopergehalte en golfsoldeertoepassingen op meerlaagse printplaten. Vanwege de moeilijkheid om de procestemperatuur te handhaven, wordt het altijd aanbevolen om heteluchtkussens op doorlopende componenten te gebruiken om het lasproces zo eenvoudig mogelijk te maken door de snelheid van warmteafvoer bij de pinnen van de componenten te vertragen.

Als algemene regel sluit u altijd een doorgaand gat of doorgaand gat aan dat is verbonden met de grond of het elektriciteitsvlak met behulp van een heteluchtkussen. Naast heteluchtkussens kunt u ter plaatse van de padaansluitleiding ook traandruppels toevoegen voor extra koperfolie/metaalondersteuning. Dit helpt mechanische en thermische belasting te verminderen.

Typische aansluiting voor heteluchtkussen

Hete lucht pad wetenschap:

Veel ingenieurs die verantwoordelijk zijn voor Process of SMT in een fabriek hebben vaak te maken met spontane elektrische energie, zoals defecten aan elektrische printplaten zoals spontaan leegmaken, ontvochtigen of koud bevochtigen. Het maakt niet uit hoe de procesomstandigheden of de temperatuur van de reflow-lasoven moeten worden gewijzigd, er is een bepaald deel van het tin dat niet kan worden gelast. Wat is hier aan de hand?

Afgezien van het oxidatieprobleem van de componenten en printplaten, onderzoekt u de terugkeer ervan nadat een zeer groot deel van de bestaande lasfout eigenlijk afkomstig is van het ontwerp van de bedrading van de printplaat (lay-out), en een van de meest voorkomende is op de componenten van een bepaalde lasvoeten verbonden met de koperen plaat van een groot gebied, deze componenten na reflow-solderen, lasvoeten, Sommige met de hand gelaste componenten kunnen ook valse las- of bekledingsproblemen veroorzaken als gevolg van vergelijkbare situaties, en sommige kunnen de componenten zelfs niet lassen vanwege te lange verhitting.

Algemene PCB’s in het circuitontwerp moeten vaak een groot gebied van koperfolie leggen als voeding (Vcc, Vdd of Vss) en aarde (GND, aarde). Deze grote stukken koperfolie zijn meestal direct verbonden met sommige regelcircuits (ICS) en pinnen van elektronische componenten.

Helaas, als we deze grote delen van koperfolie willen verwarmen tot de temperatuur van smeltend tin, kost het meestal meer tijd dan individuele pads (het opwarmen is langzamer) en de warmteafvoer is sneller. Wanneer het ene uiteinde van zo’n grote koperfoliebedrading is aangesloten op kleine componenten zoals een kleine weerstand en een kleine capaciteit, en het andere uiteinde niet, is het gemakkelijk om lasproblemen te krijgen vanwege de inconsistentie van het smelten van tin en de stollingstijd; Als de temperatuurcurve van reflow-lassen niet goed is afgesteld en de voorverwarmtijd onvoldoende is, kunnen de soldeervoeten van deze componenten die zijn verbonden in grote koperfolie gemakkelijk het probleem van virtueel lassen veroorzaken, omdat ze de smelttintemperatuur niet kunnen bereiken.

Tijdens handsolderen zullen de soldeerverbindingen van componenten die zijn verbonden met grote koperfolies te snel verdwijnen om binnen de vereiste tijd te voltooien. De meest voorkomende defecten zijn solderen en virtueel solderen, waarbij soldeer alleen aan de pin van het onderdeel wordt gelast en niet aan de pad van de printplaat. Van het uiterlijk zal de hele soldeerverbinding een bal vormen; Wat meer is, de operator om de lasvoeten op de printplaat te lassen en de temperatuur van de soldeerbout constant te verhogen, of te lang te verwarmen, zodat de componenten de hittebestendigheidstemperatuur overschrijden en schade oplopen zonder het te weten. Zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Omdat we het probleempunt kennen, kunnen we het probleem oplossen. Over het algemeen hebben we het zogenaamde Thermal Relief-padontwerp nodig om het lasprobleem op te lossen dat wordt veroorzaakt door de lasvoeten van grote koperfolie-verbindingselementen. Zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding, gebruikt de bedrading aan de linkerkant geen heteluchtkussen, terwijl de bedrading aan de rechterkant een heteluchtkussenaansluiting heeft. Het is te zien dat er slechts een paar kleine lijnen zijn in het contactgebied tussen het kussen en de grote koperfolie, wat het temperatuurverlies op het kussen aanzienlijk kan beperken en een beter laseffect kan bereiken.

Nr. 5 – Controleer je werk

Het is gemakkelijk om je overweldigd te voelen aan het einde van een ontwerpproject als je alle stukjes aan het puffen en puffen bent. Daarom kan het dubbel en driedubbel controleren van uw ontwerpinspanningen in dit stadium het verschil betekenen tussen productiesucces en mislukking.

Om het kwaliteitscontroleproces te helpen voltooien, raden we u altijd aan te beginnen met een elektrische regelcontrole (ERC) en ontwerpregelcontrole (DRC) om te controleren of uw ontwerp volledig aan alle regels en beperkingen voldoet. Met beide systemen kunt u eenvoudig spelingbreedtes, lijnbreedtes, algemene fabricage-instellingen, hoge snelheidsvereisten en kortsluitingen controleren.

Wanneer uw ERC en DRC foutloze resultaten opleveren, is het raadzaam om de bedrading van elk signaal, van schema tot PCB, één signaallijn per keer te controleren om er zeker van te zijn dat u geen informatie mist. Gebruik ook de sondeer- en maskeermogelijkheden van uw ontwerptool om ervoor te zorgen dat uw PCB-lay-outmateriaal overeenkomt met uw schema.