Na začetku nove zasnove je bilo večino časa porabljenega za oblikovanje vezja in izbiro sestavnih delov PCB postavitev in ožičenje pogosto niso bili obravnavani celovito zaradi pomanjkanja izkušenj. Neupoštevanje dovolj časa in napora za postavitev tiskanega vezja in fazo usmerjanja zasnove lahko povzroči težave v fazi proizvodnje ali funkcionalne napake, ko se zasnova preide iz digitalne domene v fizično realnost. Kaj je torej ključ do oblikovanja vezja, ki je verodostojno tako na papirju kot v fizični obliki? Raziščimo prvih pet smernic za oblikovanje tiskanih vezij, ki jih morate poznati pri načrtovanju izdelanega, funkcionalnega tiskanega vezja.

1 – Natančno prilagodite postavitev komponente

Faza postavitve komponent procesa postavitve PCB je znanost in umetnost, ki zahteva strateško upoštevanje primarnih komponent, ki so na voljo na plošči. Čeprav je ta proces lahko izziv, bo način postavitve elektronike določil, kako enostavno je izdelati ploščo in kako dobro ustreza vašim prvotnim oblikovalskim zahtevam.

Čeprav obstaja splošen splošni vrstni red postavitve komponent, na primer zaporedna namestitev priključkov, komponent za montažo na tiskano vezje, napajalna vezja, natančna vezja, kritična vezja itd., Je treba upoštevati tudi nekatere posebne smernice, med drugim:

Usmerjenost-Zagotavljanje, da so podobne komponente nameščene v isti smeri, bo pomagalo doseči učinkovit postopek varjenja brez napak.

Namestitev – Izogibajte se postavljanju manjših sestavnih delov za večjimi sestavnimi deli, na katere lahko vpliva spajkanje večjih komponent.

Organizacija-Priporočljivo je, da se vse komponente za površinsko montažo (SMT) namestijo na isto stran plošče, vse komponente skozi luknje (TH) pa na vrh plošče, da se čim bolj zmanjšajo koraki montaže.

Še zadnja smernica za oblikovanje tiskanih vezij-pri uporabi komponent mešane tehnologije (skozi luknje in komponente za površinsko montažo) lahko proizvajalec zahteva dodatne postopke za sestavljanje plošče, kar bo povečalo vaše skupne stroške.

Dobra usmerjenost komponent čipa (levo) in slaba usmerjenost komponent čipa (desno)

Dobra postavitev komponent (levo) in slaba postavitev komponente (desno)

Št. 2 – Pravilna namestitev napajalnega, ozemljitvenega in signalnega ožičenja

Po namestitvi komponent lahko nato namestite napajalnik, ozemljitev in signalno ožičenje, da zagotovite, da ima vaš signal čisto pot brez težav. Na tej stopnji postopka postavitve upoštevajte naslednje smernice:

Poiščite napajalne in ozemljitvene ravnine

Vedno je priporočljivo, da so napajalni in ozemljitveni sloji nameščeni znotraj plošče, hkrati pa simetrični in centrirani. To preprečuje upogibanje tiskanega vezja, kar je pomembno tudi, če so komponente pravilno nameščene. Za napajanje IC je priporočljivo uporabiti skupni kanal za vsak napajalnik, zagotoviti trdno in stabilno širino ožičenja ter se izogniti napajalnim povezavam Daisy iz naprave v napravo.

Signalni kabli so povezani s kabli

Nato priključite signalni vod v skladu z zasnovo v shematski shemi. Priporočljivo je, da vedno vzamete najkrajšo možno pot in neposredno pot med komponentami. Če je treba vaše komponente vodoravno namestiti brez pristranskosti, je priporočljivo, da v bistvu sestavite dele plošče vodoravno, kjer pridejo iz žice, nato pa jih navpično ožičite, potem ko pridejo iz žice. Tako bo komponenta ostala v vodoravnem položaju, ko spajkanje med varjenjem seli. Kot je prikazano v zgornji polovici spodnje slike. Signalna napeljava, prikazana v spodnjem delu slike, lahko povzroči ukrivljenost komponente med spajkanjem med varjenjem.

Priporočeno ožičenje (puščice označujejo smer toka spajkanja)

Ne priporočeno ožičenje (puščice označujejo smer toka spajkanja)

Določite širino omrežja

Vaša zasnova lahko zahteva različna omrežja, ki bodo nosila različne tokove, kar bo določilo zahtevano širino omrežja. Glede na to osnovno zahtevo je priporočljivo zagotoviti širino 0.010 “(10mil) za nizkotokovne analogne in digitalne signale. Ko vaš linijski tok preseže 0.3 ampera, ga je treba razširiti. Tukaj je brezplačen kalkulator širine črte, ki olajša postopek pretvorbe.

Številka tri. – Učinkovita karantena

Verjetno ste že doživeli, kako lahko veliki napetostni in tokovni skoki v napajalnih tokokrogih vplivajo na vaša nizkonapetostna tokokroga. Da bi zmanjšali tovrstne motnje, upoštevajte naslednja navodila:

Izolacija – Poskrbite, da bo vsak vir napajanja ločen od vira napajanja in vira upravljanja. Če jih morate povezati v tiskano vezje, se prepričajte, da je čim bližje koncu napajalne poti.

Postavitev – Če ste ozemljitveno ravnino postavili v srednji sloj, ne pozabite postaviti majhne impedančne poti, da zmanjšate tveganje motenj v močnostnem tokokrogu in zaščitite nadzorni signal. Iste smernice lahko uporabite za ločevanje digitalnega in analognega.

Priključitev – Če želite zmanjšati kapacitivno sklopko zaradi postavitve velikih ozemljitvenih ravnin in ožičenja nad in pod njimi, poskusite križati simulacijo tal samo prek analognih signalnih vodov.

Primeri izolacije komponent (digitalni in analogni)

Št. 4 – Rešite problem toplote

Ali ste zaradi težav s toploto kdaj imeli poslabšanje delovanja vezja ali celo poškodbo vezja? Ker se ne upošteva odvajanje toplote, je bilo pri številnih oblikovalcih veliko težav. Tukaj je nekaj smernic, ki jih morate upoštevati pri reševanju težav z odvajanjem toplote:

Prepoznajte moteče komponente

Prvi korak je, da začnete razmišljati o tem, katere komponente bodo odvajale največ toplote iz plošče. To lahko storite tako, da najprej v podatkovnem listu komponente ugotovite stopnjo “toplotne upornosti” in nato sledite predlaganim smernicam za prenos proizvedene toplote. Seveda lahko dodate radiatorje in hladilne ventilatorje, da ohranite komponente hladne, in ne pozabite, da kritične komponente hranite stran od virov visoke toplote.

Dodajte blazinice za vroč zrak

Dodatek vročih zračnih blazin je zelo uporaben za izdelana vezja, bistvene so za komponente z visoko vsebnostjo bakra in za spajkanje valov na večplastnih vezjih. Zaradi težav pri vzdrževanju procesne temperature je vedno priporočljivo uporabiti blazinice z vročim zrakom na sestavnih delih skozi luknjo, da se postopek varjenja čim bolj poenostavi z upočasnitvijo hitrosti odvajanja toplote na zatičih komponent.

Splošno pravilo je, da vse vdolbinice ali luknje, povezane s tlemi ali ravnino napajanja, vedno povežete z vročo zračno blazino. Poleg blazinic z vročim zrakom lahko na mestu priključnega voda blazinice dodate tudi solze, da zagotovite dodatno bakreno folijo/kovinsko oporo. To bo pomagalo zmanjšati mehanske in toplotne obremenitve.

Tipična povezava z vročim zrakom

Znanost o vročih zračnih blazinicah:

Mnogi inženirji, zadolženi za proces ali SMT v tovarni, se pogosto srečujejo s spontano električno energijo, na primer z napakami na električni plošči, kot so spontano prazno, razvlaževanje ali hladno močenje. Ne glede na to, kako spremeniti pogoje postopka ali kako ponovno prilagoditi temperaturo varilne peči, določen delež kositra ni mogoče variti. Kaj za vraga se tukaj dogaja?

Razen oksidacijskega problema komponent in vezja preučite njegovo vračanje, potem ko zelo velik del obstoječe napake pri varjenju dejansko izvira iz manjkajoče izvedbe ožičenja (postavitve) tiskanega vezja, ena najpogostejših pa je na komponentah nekatere varilne noge, povezane z bakreno pločevino velike površine, te komponente po varjenju z varjenjem z varjenjem, varilne noge, Nekatere ročno varjene komponente lahko zaradi podobnih situacij povzročijo tudi težave z varjenjem ali oblogo, nekatere pa zaradi predolgega segrevanja celo ne zvarijo komponent.

Splošno tiskano vezje pri načrtovanju vezja mora pogosto položiti veliko površino bakrene folije kot napajalnik (Vcc, Vdd ali Vss) in ozemljitev (GND, Ground). Ta velika območja bakrene folije so običajno neposredno povezana z nekaterimi krmilnimi vezji (ICS) in zatiči elektronskih komponent.

Na žalost, če želimo te velike površine bakrene folije segreti na temperaturo taljenja kositra, običajno traja več časa kot posamezne blazinice (ogrevanje je počasnejše), odvajanje toplote pa je hitrejše. Ko je en konec tako velikega ožičenja iz bakrene folije povezan z majhnimi komponentami, kot sta majhen upor in majhna kapacitivnost, drugi pa ne, je težave z varjenjem enostavno zaradi nedoslednosti taljenja kositra in časa strjevanja; Če temperaturna krivulja pri varjenju z reflowom ni dobro nastavljena in čas predgretja ni dovolj, lahko spajkalne noge teh komponent, povezanih v veliki bakreni foliji, preprosto povzročijo problem virtualnega varjenja, ker ne morejo doseči temperature talilnega kositra.

Med ročnim spajkanjem se spajkalni spoji sestavnih delov, povezanih z velikimi bakrenimi folijami, prehitro razpršijo, da se zaključijo v zahtevanem času. Najpogostejši napaki sta spajkanje in virtualno spajkanje, pri katerem je spajkanje samo varjeno na zatič komponente in ni povezano z blazinico vezja. Od videza bo celoten spajkalni spoj tvoril kroglo; Še več, upravljavec za varjenje varilnih nog na vezju in nenehno povišanje temperature spajkalnika ali predolgo segrevanje, tako da sestavni deli presežejo temperaturno odpornost in poškodbe, ne da bi se tega zavedali. Kot je prikazano na spodnji sliki.

Ker poznamo problematično točko, jo lahko rešimo. Na splošno potrebujemo tako imenovano oblikovanje blazinic Thermal Relief, da rešimo problem varjenja, ki ga povzročajo varilne noge velikih povezovalnih elementov iz bakrene folije. Kot je prikazano na spodnji sliki, ožičenje na levi strani ne uporablja blazinice za vroč zrak, medtem ko je ožičenje na desni strani povezano z vročim zrakom. Vidimo lahko, da je na stičnem območju med blazinico in veliko bakreno folijo le nekaj majhnih črt, ki lahko močno omejijo izgubo temperature na blazinici in dosežejo boljši učinek varjenja.

Št. 5 – Preverite svoje delo

Ko se na koncu oblikovalskega projekta počutite preobremenjeni, je preprosto, ko vse skupaj mešate in napihujete. Zato lahko dvojno in trojno preverjanje vaših oblikovalskih prizadevanj na tej stopnji pomeni razliko med uspehom in neuspehom proizvodnje.

Za lažji zaključek postopka nadzora kakovosti vam vedno priporočamo, da začnete z električnim preverjanjem pravil (ERC) in preverjanjem pravil za načrtovanje (DRC), da preverite, ali vaša zasnova v celoti ustreza vsem pravilom in omejitvam. Pri obeh sistemih lahko preprosto preverite širine zračnosti, širine linij, skupne proizvodne nastavitve, zahteve glede visoke hitrosti in kratke stike.

Ko vaši ERC in DRC prinašajo rezultate brez napak, je priporočljivo, da preverite ožičenje vsakega signala, od shematskega do tiskanega vezja, po eno signalno linijo naenkrat, da se prepričate, da ne manjka nobena informacija. Uporabite tudi možnosti sondiranja in prikrivanja orodja za oblikovanje, da zagotovite, da se material postavitve tiskanega vezja ujema s shemo.