Na začiatku nového dizajnu bola väčšina času strávená návrhom obvodov a výberom komponentov a PCB etapa usporiadania a zapojenia sa často nepovažovala za komplexnú kvôli nedostatku skúseností. Neschopnosť venovať dostatok času a úsilia fáze rozloženia a smerovania DPS návrhu môže mať za následok problémy vo výrobnej fáze alebo funkčné chyby pri prechode návrhu z digitálnej domény do fyzickej reality. Čo je teda kľúčom k navrhnutiu dosky plošných spojov, ktorá je autentická na papieri aj vo fyzickej forme? Pozrime sa na päť najlepších pokynov pre návrh DPS, ktoré by ste mali vedieť pri navrhovaní vyrobiteľného a funkčného DPS.

1 – Dolaďte rozloženie svojich komponentov

Fáza umiestnenia súčiastok procesu rozloženia DPS je veda aj umenie, ktoré si vyžaduje strategické zváženie primárnych komponentov dostupných na doske. Aj keď môže byť tento proces náročný, spôsob umiestnenia elektroniky určí, ako ľahko sa doska vyrobí a ako dobre splní vaše pôvodné požiadavky na dizajn.

Aj keď existuje všeobecný všeobecný poriadok pre umiestnenie komponentov, ako je postupné umiestnenie konektorov, súčiastok pre montáž na DPS, výkonových obvodov, presných obvodov, kritických obvodov atď., Je potrebné mať na pamäti aj niektoré konkrétne pokyny vrátane:

Orientácia-zaistenie umiestnenia podobných komponentov v rovnakom smere pomôže dosiahnuť efektívny a bezchybný proces zvárania.

Umiestnenie – Neumiestňujte menšie súčiastky za väčšie súčiastky, kde môžu byť ovplyvnené spájkovaním väčších súčiastok.

Organizácia-Odporúča sa, aby boli všetky súčiastky na povrchovú montáž (SMT) umiestnené na rovnakú stranu dosky a všetky komponenty s priechodným otvorom (TH) umiestnené na vrch dosky, aby sa minimalizovali kroky montáže.

Jedna konečná príručka návrhu DPS-pri použití komponentov zmiešanej technológie (súčiastky s otvorom a na povrchovú montáž) môže výrobca pri montáži dosky požadovať ďalšie postupy, čo zvýši vaše celkové náklady.

Dobrá orientácia komponentov čipu (vľavo) a zlá orientácia komponentov čipu (vpravo)

Dobré umiestnenie komponentov (vľavo) a zlé umiestnenie komponentov (vpravo)

Č. 2 – Správne umiestnenie napájacieho, uzemňovacieho a signálneho vedenia

Po umiestnení komponentov potom môžete umiestniť napájací zdroj, uzemnenie a signálne vedenie, aby ste zaistili čistú a bezproblémovú cestu pre váš signál. V tejto fáze procesu rozloženia majte na pamäti nasledujúce pokyny:

Nájdite vrstvy napájacieho zdroja a uzemňovacej roviny

Vždy sa odporúča, aby vrstvy napájacieho zdroja a základnej dosky boli umiestnené na doske symetricky a vycentrované. To pomáha zabrániť ohýbaniu dosky plošných spojov, čo je dôležité aj vtedy, ak sú vaše súčiastky umiestnené správne. Na napájanie integrovaného obvodu sa odporúča použiť spoločný kanál pre každé napájanie, zaistiť pevnú a stabilnú šírku zapojenia a vyhnúť sa reťazovému prepojeniu zariadení medzi zariadeniami.

Signálne káble sú prepojené káblami

Ďalej pripojte signálne vedenie podľa návrhu v schematickom diagrame. Odporúča sa vždy vybrať najkratšiu možnú cestu a priamu cestu medzi komponentmi. Ak je potrebné, aby boli vaše súčiastky umiestnené vodorovne bez predpojatosti, odporúča sa, aby ste súčiastky dosky v zásade prepojili vodorovne tam, kde vychádzajú z drôtu, a potom ich zvisle zapojte potom, čo z drôtu vyjdú. Pri migrácii spájky počas zvárania to udrží komponent v horizontálnej polohe. Ako je znázornené v hornej polovici obrázku nižšie. Signálne vedenie zobrazené v spodnej časti obrázku môže spôsobiť vychýlenie súčiastky pri prúdení spájky počas zvárania.

Odporúčané zapojenie (šípky označujú smer toku spájky)

Neodporúčané zapojenie (šípky označujú smer toku spájky)

Definujte šírku siete

Váš návrh môže vyžadovať rôzne siete, ktoré budú prenášať rôzne prúdy, čo určí požadovanú šírku siete. Vzhľadom na túto základnú požiadavku sa odporúča poskytnúť šírku 0.010 “(10 mil.) Pre analógové a digitálne signály nízkeho prúdu. Keď prúd vašej linky prekročí 0.3 ampéra, mal by byť rozšírený. Tu je bezplatná kalkulačka šírky riadka, ktorá uľahčuje proces prevodu.

Číslo tri. – Účinná karanténa

Pravdepodobne ste zažili, ako veľké napäťové a prúdové špičky v napájacích obvodoch môžu interferovať s vašimi obvodmi riadenia nízkeho napätia. Na minimalizáciu týchto problémov s rušením dodržiavajte nasledujúce pokyny:

Izolácia – Zaistite, aby bol každý zdroj energie oddelený od zdroja napájania a riadiaceho zdroja. Ak ich musíte spojiť dohromady v doske plošných spojov, uistite sa, že je čo najbližšie ku koncu cesty napájania.

Rozloženie – Ak ste do strednej vrstvy umiestnili uzemňovaciu rovinu, umiestnite malú impedančnú cestu, aby ste znížili riziko rušenia elektrického obvodu a pomohli chrániť váš riadiaci signál. Rovnaké pokyny je možné použiť aj na oddelenie digitálneho a analógového signálu.

Spojka – Aby ste znížili kapacitnú väzbu v dôsledku umiestnenia veľkých uzemňovacích rovín a káblov nad a pod nimi, pokúste sa simulovať zem iba cez analógové signálne vedenia.

Príklady izolácie komponentov (digitálne a analógové)

Č. 4 – Vyriešte problém s teplom

Mali ste niekedy zhoršenie výkonu obvodu alebo dokonca poškodenie obvodovej dosky v dôsledku problémov s teplom? Pretože sa neberie do úvahy odvod tepla, mnoho návrhárov trápilo mnoho problémov. Tu je niekoľko rád, ktoré by ste mali mať na pamäti pri riešení problémov s odvodom tepla:

Identifikujte problematické komponenty

Prvým krokom je začať premýšľať o tom, ktoré komponenty budú z dosky odvádzať najviac tepla. To sa dá dosiahnuť najskôr nájdením úrovne „tepelného odporu“ v technickom liste komponentu a následným dodržaním navrhovaných pokynov na prenos generovaného tepla. Samozrejme môžete pridať chladiče a chladiace ventilátory, aby boli komponenty chladné, a pamätajte na to, aby ste kritické komponenty nedostali do blízkosti vysokých zdrojov tepla.

Pridajte teplovzdušné podložky

Pridanie teplovzdušných podložiek je veľmi užitočné pre výrobné dosky plošných spojov, sú nevyhnutné pre súčiastky s vysokým obsahom medi a aplikácie spájkovania vlnou na viacvrstvových doskách s plošnými spojmi. Vzhľadom na obtiažnosť udržiavania teploty procesu sa vždy odporúča používať teplovzdušné podložky na diely s priechodným otvorom, aby bol proces zvárania čo najjednoduchší spomalením rýchlosti rozptylu tepla na kolíkoch komponentov.

Ako všeobecné pravidlo platí, že vždy prepojte akýkoľvek priechodný alebo priechodný otvor spojený so zemou alebo silovým rovinou pomocou teplovzdušnej podložky. Okrem teplovzdušných podložiek môžete do miesta pripojenia linky podložiek pridať aj slzné kvapky, aby ste poskytli dodatočnú medenú fóliu/kovovú oporu. To pomôže znížiť mechanické a tepelné napätie.

Typické pripojenie teplovzdušnej podložky

Veda o teplovzdušných podložkách:

Mnoho inžinierov zodpovedných za proces alebo SMT v továrni sa často stretáva so spontánnou elektrickou energiou, ako sú chyby elektrickej dosky, ako je spontánne vyprázdnenie, odmáčanie alebo studené zmáčanie. Bez ohľadu na to, ako zmeniť podmienky procesu alebo teplotu taviacej zváracej pece prispôsobiť, určitý podiel cínu nemožno zvárať. Čo sa to tu do pekla deje?

Odhliadnuc od problému oxidácie súčiastok a obvodových dosiek, skúmajte jeho návrat po tom, ako veľmi veľká časť existujúceho zlého zvárania skutočne pochádza z toho, že chýba dizajn zapojenia (rozloženia) obvodovej dosky a jeden z najbežnejších je na komponentoch určité zváracie pätky spojené s veľkoplošným medeným plechom, tieto súčasti po pretavení spájkovacími zváracími pätkami, Niektoré ručne zvárané súčiastky môžu v dôsledku podobných situácií spôsobovať aj problémy s falošným zváraním alebo obkladaním a niektoré dokonca zváranie súčiastok kvôli príliš dlhému zahrievaniu nezvládnu.

Obecná doska plošných spojov pri návrhu obvodu často potrebuje položiť veľkú plochu medenej fólie ako zdroj napájania (Vcc, Vdd alebo Vss) a uzemnenie (GND, uzemnenie). Tieto veľké oblasti medenej fólie sú zvyčajne priamo spojené s niektorými riadiacimi obvodmi (ICS) a kolíkmi elektronických súčiastok.

Ak chceme tieto veľké oblasti medenej fólie zahriať na teplotu topenia cínu, bohužiaľ to zvyčajne trvá dlhšie ako jednotlivé podložky (zahrievanie je pomalšie) a odvod tepla je rýchlejší. Keď je jeden koniec tak veľkého vedenia medenej fólie pripojený k malým komponentom, ako je malý odpor a malá kapacita, a druhý koniec nie je, je ľahké problémy so zváraním kvôli nekonzistentnosti času tavenia cínu a času tuhnutia; Ak nie je teplotná krivka zvárania pretavením správne nastavená a doba predhrievania je nedostatočná, spájkovacie nožičky týchto komponentov spojených vo veľkej medenej fólii môžu ľahko spôsobiť problém virtuálneho zvárania, pretože nemôžu dosiahnuť teplotu tavenia cínu.

Pri ručnom spájkovaní sa spájkovacie prvky komponentov spojených s veľkými medenými fóliami rozptýlia príliš rýchlo, aby sa dokončili v požadovanom čase. Najčastejšími chybami sú spájkovanie a virtuálne spájkovanie, kde je spájka privarená iba ku kolíku súčiastky a nie je pripojená k podložke dosky plošných spojov. Zo vzhľadu celý spájkovací spoj vytvorí guľu; Navyše, aby operátor zvaril zváracie pätky na doske s plošnými spojmi a neustále zvyšoval teplotu spájkovačky alebo zahrievania príliš dlho, aby súčasti prekročili teplotu tepelného odporu a poškodenie bez toho, aby o tom vedeli. Ako je znázornené na obrázku nižšie.

Pretože poznáme problémový bod, môžeme ho vyriešiť. Všeobecne platí, že na vyriešenie problému so zváraním spôsobeného zváracími pätkami veľkých spojovacích prvkov z medenej fólie požadujeme takzvaný návrh tepelnej odľahčovacej podložky. Ako je znázornené na obrázku nižšie, zapojenie vľavo nepoužíva teplovzdušnú podložku, zatiaľ čo zapojenie vpravo má pripojenie teplovzdušnej podložky. Je vidieť, že v kontaktnej oblasti medzi podložkou a veľkou medenou fóliou je len niekoľko malých čiar, ktoré môžu výrazne obmedziť stratu teploty na podložke a dosiahnuť lepší zvárací efekt.

Č. 5 – Skontrolujte svoju prácu

Je ľahké cítiť sa ohromený na konci dizajnového projektu, keď hejtujete a nafukujete všetky kúsky dohromady. Preto dvojitá a trojitá kontrola vášho úsilia v tejto fáze môže znamenať rozdiel medzi úspechom a zlyhaním výroby.

Aby ste pomohli dokončiť proces kontroly kvality, vždy odporúčame začať s elektrickou kontrolou pravidiel (ERC) a kontrolou pravidiel návrhu (DRC), aby ste si overili, či váš návrh úplne spĺňa všetky pravidlá a obmedzenia. V oboch systémoch môžete ľahko kontrolovať svetlé šírky, šírky čiar, bežné výrobné nastavenia, požiadavky na vysokú rýchlosť a skraty.

Keď vaše ERC a DRC poskytujú bezchybné výsledky, odporúča sa skontrolovať zapojenie každého signálu, od schematického po PCB, po jednom signálnom vedení, aby ste sa presvedčili, že vám nechýbajú žiadne informácie. Využite tiež možnosti sondovania a maskovania vášho návrhového nástroja, aby ste zaistili, že materiál rozloženia DPS bude zodpovedať vašej schéme.