Na początku nowego projektu większość czasu spędzano na projektowaniu obwodów i doborze komponentów, a PCB etap planowania i okablowania często nie był rozpatrywany kompleksowo ze względu na brak doświadczenia. Niepoświęcenie wystarczającej ilości czasu i wysiłku na rozplanowanie PCB i fazę trasowania projektu może skutkować problemami na etapie produkcji lub wadami funkcjonalnymi, gdy projekt przechodzi z domeny cyfrowej do fizycznej rzeczywistości. Jaki jest więc klucz do zaprojektowania płytki drukowanej, która jest autentyczna zarówno na papierze, jak iw formie fizycznej? Przyjrzyjmy się pięciu najważniejszym wskazówkom dotyczącym projektowania PCB, które należy znać, projektując wykonalną, funkcjonalną płytkę drukowaną.

1 – Dostosuj układ komponentów

Faza umieszczania komponentów w procesie układania PCB jest zarówno nauką, jak i sztuką, wymagającą strategicznego rozważenia podstawowych komponentów dostępnych na płycie. Chociaż proces ten może być trudny, sposób rozmieszczenia elektroniki określi, jak łatwo jest wyprodukować płytkę i jak dobrze spełnia ona oryginalne wymagania projektowe.

Chociaż istnieje ogólna ogólna kolejność rozmieszczania elementów, takich jak sekwencyjne rozmieszczenie złączy, elementy montażowe PCB, obwody mocy, obwody precyzyjne, obwody krytyczne itp., należy również pamiętać o pewnych szczegółowych wytycznych, w tym:

Orientacja — Zapewnienie, że podobne elementy są ustawione w tym samym kierunku, pomoże osiągnąć wydajny i bezbłędny proces spawania.

Umiejscowienie – Unikaj umieszczania mniejszych elementów za większymi elementami, gdzie może mieć na nie wpływ lutowanie większych elementów.

Organizacja — Zaleca się, aby wszystkie komponenty do montażu powierzchniowego (SMT) były umieszczone po tej samej stronie płyty, a wszystkie komponenty z otworami przelotowymi (TH) na górze płyty, aby zminimalizować etapy montażu.

Jedna ostateczna wytyczna dotycząca projektowania płytek drukowanych — w przypadku korzystania z mieszanych elementów technologicznych (elementy przelotowe i do montażu powierzchniowego) producent może wymagać dodatkowych procesów montażu płytki, co zwiększy całkowity koszt.

Dobra orientacja wióra (po lewej) i zła orientacja wióra (po prawej)

Dobre rozmieszczenie komponentów (po lewej) i złe rozmieszczenie komponentów (po prawej)

Nr 2 – Prawidłowe rozmieszczenie przewodów zasilających, uziemiających i sygnałowych

Po umieszczeniu komponentów możesz umieścić zasilacz, uziemienie i okablowanie sygnałowe, aby zapewnić czystą i bezproblemową ścieżkę sygnału. Na tym etapie procesu tworzenia układu pamiętaj o następujących wskazówkach:

Zlokalizuj warstwy zasilacza i płaszczyzny uziemienia

Zawsze zaleca się, aby warstwy zasilacza i płaszczyzny uziemienia były umieszczone wewnątrz płytki symetrycznie i wyśrodkowane. Pomaga to zapobiegać wyginaniu się płytki drukowanej, co ma również znaczenie, jeśli elementy są prawidłowo ustawione. Do zasilania układu scalonego zaleca się używanie wspólnego kanału dla każdego zasilacza, zapewnienie stabilnej i stabilnej szerokości okablowania oraz unikanie połączeń szeregowych między urządzeniami.

Kable sygnałowe są połączone kablami

Następnie podłącz linię sygnałową zgodnie z projektem na schemacie ideowym. Zaleca się, aby zawsze obierać najkrótszą możliwą ścieżkę i bezpośrednią ścieżkę między komponentami. Jeśli twoje komponenty muszą być ustawione poziomo bez odchylenia, zaleca się, aby w zasadzie okablować komponenty płytki poziomo, gdy wychodzą z drutu, a następnie podłączyć je pionowo po wyjściu z drutu. Utrzyma to element w pozycji poziomej, gdy lut będzie migrował podczas spawania. Jak pokazano w górnej połowie rysunku poniżej. Okablowanie sygnałowe pokazane w dolnej części rysunku może powodować ugięcie elementu podczas przepływu lutowia podczas spawania.

Zalecane okablowanie (strzałki wskazują kierunek przepływu lutowia)

Niezalecane okablowanie (strzałki wskazują kierunek przepływu lutu)

Określ szerokość sieci

Twój projekt może wymagać różnych sieci, które będą przenosić różne prądy, co określi wymaganą szerokość sieci. Biorąc pod uwagę to podstawowe wymaganie, zaleca się zapewnienie szerokości 0.010” (10 mil) dla niskoprądowych sygnałów analogowych i cyfrowych. Gdy prąd linii przekracza 0.3 ampera, należy go poszerzyć. Oto darmowy kalkulator szerokości linii, który ułatwia proces konwersji.

Numer trzy. – Skuteczna kwarantanna

Prawdopodobnie doświadczyłeś, jak duże skoki napięcia i prądu w obwodach zasilania mogą zakłócać obwody sterowania prądem niskiego napięcia. Aby zminimalizować takie problemy z zakłóceniami, postępuj zgodnie z następującymi wytycznymi:

Izolacja – Upewnij się, że każde źródło zasilania jest oddzielone od źródła zasilania i źródła sterowania. Jeśli musisz połączyć je ze sobą na płytce drukowanej, upewnij się, że znajduje się ona jak najbliżej końca ścieżki zasilania.

Układ – Jeśli umieściłeś płaszczyznę uziemienia w warstwie środkowej, upewnij się, że umieściłeś małą ścieżkę impedancji, aby zmniejszyć ryzyko zakłóceń w obwodzie zasilania i pomóc chronić sygnał sterujący. Te same wytyczne mogą być przestrzegane, aby oddzielić cyfrowe i analogowe.

Sprzężenie – Aby zredukować sprzężenie pojemnościowe z powodu umieszczenia dużych płaszczyzn uziemienia i okablowania nad i pod nimi, spróbuj symulować krzyżowanie uziemienia tylko przez analogowe linie sygnałowe.

Przykłady izolacji komponentów (cyfrowe i analogowe)

Nr 4 – Rozwiąż problem z ciepłem

Czy kiedykolwiek miałeś pogorszenie wydajności obwodu lub nawet uszkodzenie płytki drukowanej z powodu problemów z ciepłem? Ponieważ nie bierze się pod uwagę rozpraszania ciepła, wielu projektantów nękało wiele problemów. Oto kilka wskazówek, o których należy pamiętać, aby rozwiązać problemy z rozpraszaniem ciepła:

Zidentyfikuj kłopotliwe komponenty

Pierwszym krokiem jest zastanowienie się, które komponenty będą odprowadzać najwięcej ciepła z płyty. Można to zrobić, najpierw odnajdując poziom „oporności termicznej” w arkuszu danych elementu, a następnie postępując zgodnie z sugerowanymi wytycznymi dotyczącymi przenoszenia wytworzonego ciepła. Oczywiście możesz dodać grzejniki i wentylatory chłodzące, aby komponenty były chłodne, i pamiętaj, aby kluczowe komponenty trzymać z dala od źródeł wysokiej temperatury.

Dodaj poduszki na gorące powietrze

Dodanie wkładek na gorące powietrze jest bardzo przydatne w przypadku płytek drukowanych, które można fabrykować, są one niezbędne w przypadku komponentów o wysokiej zawartości miedzi i zastosowań lutowania falowego na wielowarstwowych płytkach drukowanych. Ze względu na trudności w utrzymaniu temperatury procesu, zawsze zaleca się stosowanie nakładek z gorącym powietrzem na elementach z otworami przelotowymi, aby maksymalnie uprościć proces spawania poprzez spowolnienie tempa rozpraszania ciepła na sworzniach elementów.

Zgodnie z ogólną zasadą, zawsze podłączaj dowolny otwór przelotowy lub otwór przelotowy podłączony do ziemi lub płaszczyzny zasilania za pomocą poduszki z gorącym powietrzem. Oprócz wkładek na gorące powietrze można również dodać krople łez w miejscu linii łączącej podkładki, aby zapewnić dodatkowe wsparcie folii miedzianej/metalowej. Pomoże to zmniejszyć naprężenia mechaniczne i termiczne.

Typowe połączenie poduszki na gorące powietrze

Nauka o poduszkach na gorące powietrze:

Wielu inżynierów odpowiedzialnych za proces lub SMT w fabryce często napotyka spontaniczną energię elektryczną, taką jak wady płyty elektrycznej, takie jak spontaniczne opróżnianie, odwilżanie lub zwilżanie na zimno. Bez względu na to, jak zmienić warunki procesu lub temperaturę pieca do spawania rozpływowego, jak dostosować, istnieje pewna proporcja cyny, której nie można spawać. Co się do cholery dzieje?

Pomijając problem utleniania komponentów i płytek drukowanych, zbadaj jego powrót po tym, jak bardzo duża część istniejących wad spawalniczych faktycznie pochodzi z braku projektu okablowania (układu) płytki drukowanej, a jeden z najczęstszych dotyczy komponentów niektóre stopki spawalnicze połączone z blachą miedzianą o dużej powierzchni, te elementy po lutowaniu rozpływowym stopki spawalnicze, Niektóre ręcznie spawane elementy mogą również powodować fałszywe spawanie lub problemy z platerowaniem z powodu podobnych sytuacji, a niektóre nawet nie spawają elementów z powodu zbyt długiego nagrzewania.

Ogólne PCB w projektowaniu obwodów często wymagają ułożenia dużej powierzchni folii miedzianej jako źródła zasilania (Vcc, Vdd lub Vss) i uziemienia (GND, Ground). Te duże obszary folii miedzianej są zwykle bezpośrednio połączone z niektórymi obwodami sterującymi (ICS) i pinami komponentów elektronicznych.

Niestety, jeśli chcemy podgrzać te duże powierzchnie folii miedzianej do temperatury topnienia cyny, zwykle zajmuje to więcej czasu niż pojedyncze podkładki (nagrzewanie jest wolniejsze), a odprowadzanie ciepła jest szybsze. Gdy jeden koniec tak dużego okablowania z folii miedzianej jest podłączony do małych elementów, takich jak mała rezystancja i mała pojemność, a drugi koniec nie jest, łatwo jest spawać problemy ze względu na niespójność topienia cyny i czasu krzepnięcia; Jeśli krzywa temperatury zgrzewania rozpływowego nie jest dobrze wyregulowana, a czas podgrzewania jest niewystarczający, stopki lutownicze tych elementów połączone w dużą folię miedzianą łatwo powodują problem wirtualnego spawania, ponieważ nie mogą osiągnąć temperatury topnienia cyny.

Podczas lutowania ręcznego połączenia lutowane elementów połączonych z dużymi foliami miedzianymi rozproszą się zbyt szybko, aby ukończyć je w wymaganym czasie. Najczęstsze wady to lutowanie i lutowanie wirtualne, gdzie lut jest tylko przyspawany do pinu elementu, a nie połączony z podkładką płytki drukowanej. Z wyglądu całe złącze lutowane utworzy kulkę; Co więcej, operator w celu przyspawania stopek spawalniczych na płytce drukowanej i ciągłego podwyższania temperatury lutownicy lub zbyt długiego grzania, aby elementy przekroczyły temperaturę żaroodporności i uległy uszkodzeniu nie wiedząc o tym. Jak pokazano na poniższym rysunku.

Ponieważ znamy problem, możemy go rozwiązać. Ogólnie rzecz biorąc, potrzebujemy tak zwanej konstrukcji podkładki termicznej, aby rozwiązać problem spawalniczy spowodowany przez zgrzewanie stopek dużych elementów łączących z folii miedzianej. Jak pokazano na poniższym rysunku, okablowanie po lewej stronie nie korzysta z poduszki z gorącym powietrzem, podczas gdy okablowanie po prawej zostało przystosowane do podłączenia poduszki z gorącym powietrzem. Widać, że w obszarze styku podkładki z dużą folią miedzianą jest tylko kilka małych linii, które mogą znacznie ograniczyć utratę temperatury na podkładce i uzyskać lepszy efekt zgrzewania.

Nr 5 – Sprawdź swoją pracę

Łatwo jest poczuć się przytłoczonym pod koniec projektu, kiedy sapiesz i dmuchasz wszystkie elementy razem. Dlatego dwu- i trzykrotne sprawdzanie wysiłków projektowych na tym etapie może oznaczać różnicę między sukcesem a porażką w produkcji.

Aby ułatwić ukończenie procesu kontroli jakości, zawsze zalecamy rozpoczęcie od sprawdzenia reguł elektrycznych (ERC) i sprawdzenia reguł projektowych (DRC), aby sprawdzić, czy projekt w pełni spełnia wszystkie zasady i ograniczenia. W przypadku obu systemów można łatwo sprawdzić szerokość prześwitu, szerokość linii, typowe ustawienia produkcyjne, wymagania dotyczące dużej prędkości i zwarcia.

Gdy ERC i DRC dają wyniki wolne od błędów, zaleca się sprawdzenie okablowania każdego sygnału, od schematu do płytki drukowanej, jedna linia sygnałowa na raz, aby upewnić się, że nie brakuje żadnych informacji. Użyj również funkcji sondowania i maskowania narzędzia projektowego, aby upewnić się, że materiał układu PCB pasuje do schematu.