В начале работы над новым дизайном большая часть времени была потрачена на проектирование схем и выбор компонентов, а печатная плата этапы компоновки и электромонтажа часто не рассматривались всесторонне из-за отсутствия опыта. Неспособность уделить достаточно времени и усилий компоновке печатной платы и этапу трассировки проекта может привести к проблемам на этапе производства или к функциональным дефектам, когда дизайн переходит из цифровой области в физическую реальность. Так что же является ключом к созданию печатной платы, подлинной как на бумаге, так и на физическом носителе? Давайте рассмотрим пять основных рекомендаций по проектированию печатных плат, которые необходимо знать при разработке производимой функциональной печатной платы.

1 – Точная настройка компоновки компонентов

Этап размещения компонентов в процессе компоновки печатной платы – это одновременно наука и искусство, требующее стратегического рассмотрения основных компонентов, имеющихся на плате. Хотя этот процесс может быть сложным, от того, как вы разместите электронику, будет зависеть, насколько легко будет изготовить вашу плату и насколько хорошо она будет соответствовать вашим первоначальным требованиям к дизайну.

Хотя существует общий порядок размещения компонентов, такой как последовательное размещение разъемов, компонентов для монтажа на печатной плате, силовых цепей, прецизионных цепей, критических цепей и т. Д., Следует также помнить о некоторых конкретных рекомендациях, в том числе:

Ориентация – обеспечение того, чтобы аналогичные компоненты располагались в одном направлении, поможет добиться эффективного и безошибочного процесса сварки.

Размещение – Избегайте размещения более мелких компонентов за более крупными компонентами, где на них может повлиять пайка более крупных компонентов.

Организация – рекомендуется, чтобы все компоненты для поверхностного монтажа (SMT) располагались на одной стороне платы, а все компоненты со сквозными отверстиями (TH) располагались сверху платы, чтобы минимизировать количество этапов сборки.

Одно последнее руководство по проектированию печатной платы – при использовании компонентов смешанной технологии (компоненты для сквозного монтажа и поверхностного монтажа) производитель может потребовать дополнительных процессов для сборки платы, что увеличит ваши общие расходы.

Хорошая ориентация компонентов стружки (слева) и плохая ориентация компонентов стружки (справа)

Хорошее размещение компонентов (слева) и плохое размещение компонентов (справа)

№2 – Правильное размещение силовой, заземляющей и сигнальной проводки

После размещения компонентов вы можете разместить источник питания, заземление и сигнальную проводку, чтобы обеспечить чистый и беспроблемный путь сигнала. На этом этапе процесса макета помните следующие рекомендации:

Найдите слои источника питания и заземления.

Всегда рекомендуется размещать слои источника питания и заземления внутри платы, оставаясь симметричным и центрированным. Это помогает предотвратить изгиб вашей печатной платы, что также имеет значение, если ваши компоненты расположены правильно. Для питания ИС рекомендуется использовать общий канал для каждого источника питания, обеспечить прочную и стабильную ширину разводки и избегать соединений между устройствами в гирляндной цепи питания.

Сигнальные кабели подключаются через кабели.

Затем подключите сигнальную линию согласно схеме на принципиальной схеме. Рекомендуется всегда выбирать кратчайший путь и прямой путь между компонентами. Если ваши компоненты необходимо расположить горизонтально без смещения, рекомендуется в основном соединять компоненты платы горизонтально, где они выходят из провода, а затем вертикально соединять их после того, как они выходят из провода. Это позволит удерживать компонент в горизонтальном положении, поскольку припой перемещается во время сварки. Как показано в верхней половине рисунка ниже. Сигнальная проводка, показанная в нижней части рисунка, может вызвать прогиб компонентов, поскольку припой течет во время сварки.

Рекомендуемая схема подключения (стрелки указывают направление потока припоя)

Нерекомендуемая проводка (стрелки указывают направление потока припоя)

Определить ширину сети

Для вашего проекта могут потребоваться разные сети, которые будут пропускать разные токи, что определит требуемую ширину сети. Учитывая это основное требование, рекомендуется обеспечить ширину 0.010 дюйма (10 мил) для слаботочных аналоговых и цифровых сигналов. Когда ток в вашей линии превышает 0.3 ампера, его следует расширить. Вот бесплатный калькулятор ширины линии, который упростит процесс преобразования.

Номер три. – Эффективный карантин

Вы, наверное, испытали, как большие скачки напряжения и тока в цепях питания могут мешать работе ваших цепей управления током низкого напряжения. Чтобы свести к минимуму такие проблемы с помехами, следуйте следующим рекомендациям:

Изоляция – убедитесь, что каждый источник питания отделен от источника питания и источника управления. Если вам необходимо соединить их вместе на печатной плате, убедитесь, что они расположены как можно ближе к концу пути питания.

Компоновка – если вы разместили заземляющий слой на среднем слое, обязательно разместите путь с небольшим импедансом, чтобы снизить риск любых помех силовой цепи и защитить ваш управляющий сигнал. Этим же рекомендациям можно следовать, чтобы разделить цифровое и аналоговое устройства.

Связь – чтобы уменьшить емкостную связь из-за размещения больших плоскостей заземления и проводки над и под ними, попробуйте имитировать перекрестное заземление только через линии аналоговых сигналов.

Примеры изоляции компонентов (цифровой и аналоговый)

№4 – Решить тепловую проблему

Были ли у вас когда-нибудь ухудшение характеристик схемы или даже повреждение печатной платы из-за проблем с нагревом? Поскольку не учитывается рассеивание тепла, многие дизайнеры сталкиваются с множеством проблем. Вот несколько рекомендаций, которые следует помнить, чтобы решить проблемы с отводом тепла:

Определите проблемные компоненты

Первый шаг – подумать о том, какие компоненты будут рассеивать больше тепла от платы. Это можно сделать, сначала определив уровень «термического сопротивления» в технических характеристиках компонента, а затем следуя предлагаемым рекомендациям по передаче выделяемого тепла. Конечно, вы можете добавить радиаторы и охлаждающие вентиляторы, чтобы компоненты оставались прохладными, и не забывайте держать критически важные компоненты вдали от источников сильного тепла.

Добавить подушечки для горячего воздуха

Добавление контактных площадок горячего воздуха очень полезно для сборных печатных плат, они необходимы для компонентов с высоким содержанием меди и пайки волной припоя на многослойных печатных платах. Из-за сложности поддержания температуры процесса всегда рекомендуется использовать прокладки горячего воздуха на компонентах со сквозными отверстиями, чтобы максимально упростить процесс сварки за счет снижения скорости рассеивания тепла на штырях компонентов.

Как правило, всегда подключайте любое сквозное отверстие или сквозное отверстие, подключенное к заземлению или силовой плате, с помощью подушки горячего воздуха. В дополнение к подушкам с горячим воздухом вы также можете добавить слезоточивые капли в месте линии соединения подушек, чтобы обеспечить дополнительную опору из медной фольги / металла. Это поможет снизить механическое и термическое напряжение.

Типичное подключение подушки горячего воздуха

Наука о подушках с горячим воздухом:

Многие инженеры, отвечающие за процессы или SMT на заводе, часто сталкиваются со спонтанной электрической энергией, например с дефектами электрических плат, такими как самопроизвольное опорожнение, осушение или холодное увлажнение. Независимо от того, как изменить условия процесса или температуру сварочной печи оплавлением, как отрегулировать, есть определенная доля олова, которую нельзя сварить. Что, черт возьми, здесь происходит?

Помимо проблемы окисления компонентов и печатных плат, исследуйте ее возврат после того, как очень большая часть существующего сварочного дефекта на самом деле происходит из-за отсутствия конструкции проводки (компоновки) печатной платы, и одна из наиболее распространенных проблем связана с компонентами некоторые сварочные ножки, соединенные с медным листом большой площади, эти компоненты после пайки оплавлением, сварочные ножки, Некоторые компоненты, сваренные вручную, также могут вызывать проблемы с ложной сваркой или покрытием из-за аналогичных ситуаций, а некоторые даже не могут сваривать компоненты из-за слишком длительного нагрева.

Обычно на печатной плате в схемотехнике часто требуется проложить большую площадь из медной фольги в качестве источника питания (Vcc, Vdd или Vss) и заземления (GND, Ground). Эти большие участки медной фольги обычно напрямую подключаются к некоторым схемам управления (ICS) и контактам электронных компонентов.

К сожалению, если мы хотим нагреть эти большие площади медной фольги до температуры плавления олова, это обычно занимает больше времени, чем отдельные прокладки (нагрев происходит медленнее), а теплоотвод происходит быстрее. Когда один конец такой большой проводки из медной фольги соединен с небольшими компонентами, такими как малое сопротивление и малая емкость, а другой конец – нет, возникают проблемы при сварке из-за несоответствия плавления олова и времени затвердевания; Если температурная кривая сварки оплавлением плохо отрегулирована, а время предварительного нагрева недостаточно, паяные ножки этих компонентов, соединенных в большую медную фольгу, легко могут вызвать проблему виртуальной сварки, поскольку они не могут достичь температуры плавления олова.

Во время ручной пайки паяные соединения компонентов, соединенных с большой медной фольгой, рассасываются слишком быстро, чтобы завершить их за требуемое время. Наиболее распространенными дефектами являются пайка и виртуальная пайка, когда припой приваривается только к контакту компонента, а не к контактной площадке печатной платы. По внешнему виду все паяное соединение будет образовывать шар; Более того, оператор для того, чтобы приварить сварочные ножки к печатной плате, постоянно увеличивает температуру паяльника или слишком долго нагревает, так что компоненты превышают температуру термостойкости и повреждаются, не зная об этом. Как показано на рисунке ниже.

Поскольку мы знаем проблемный момент, мы можем решить проблему. Как правило, для решения проблемы сварки, вызванной сварочными ножками больших соединительных элементов из медной фольги, нам требуется так называемая конструкция термовыключателя. Как показано на рисунке ниже, проводка слева не использует подушку горячего воздуха, в то время как проводка справа использует подключение подушки горячего воздуха. Видно, что в зоне контакта между площадкой и большой медной фольгой есть только несколько мелких линий, что может значительно ограничить потерю температуры на подушке и добиться лучшего сварочного эффекта.

№ 5 – Проверьте свою работу

Легко почувствовать себя подавленным в конце дизайн-проекта, когда вы фыркаете и складываете все вместе. Следовательно, двойная и тройная проверка ваших проектных усилий на этом этапе может означать разницу между производственным успехом и неудачей.

Чтобы завершить процесс контроля качества, мы всегда рекомендуем начинать с проверки электрических правил (ERC) и проверки правил проектирования (DRC), чтобы убедиться, что ваш проект полностью соответствует всем правилам и ограничениям. С помощью обеих систем вы можете легко проверить ширину зазоров, ширину линий, общие производственные настройки, требования к высокой скорости и короткое замыкание.

Когда ваши ERC и DRC дают безошибочные результаты, рекомендуется проверять проводку каждого сигнала, от схемы до печатной платы, по одной сигнальной линии за раз, чтобы убедиться, что вы не упускаете какую-либо информацию. Кроме того, используйте возможности вашего инструмента проектирования и маскирования, чтобы убедиться, что материал макета печатной платы соответствует вашей схеме.