[Обмен опытом] Инженеры ПКБ учат вас шаг за шагом, как разложить идеальный ПКБ

При запуске нового дизайна большая часть времени уходит на проектирование цепей и выбор компонентов.часто не уделяется достаточно внимания.

Failure to provide sufficient time and energy for the design during the PCB layout and routing phase may result in problems during the manufacturing phase or functional defects when the design is transformed from the digital realm into physical reality.

Итак, что является ключом к разработке доски, которая является подлинной на бумаге и в физическом виде? Давайте рассмотрим 6 основных рекомендаций по проектированию печатных плат, которые вам нужно знать при разработке изготовительной,функциональные и надежные ПКБ.

Настроить макет компонента

Фаза размещения компонентов процесса планировки ПКБ является одновременно наукой и искусством и требует стратегического рассмотрения основных компонентов, доступных на доске.Хотя процесс может быть сложным, то, как вы разместите электронные компоненты, будет определять, насколько легко изготовить вашу доску и насколько она соответствует вашим первоначальным требованиям к конструкции.

Хотя существует общий общий порядок размещения компонентов, таких как размещение разъемов, устройств для монтажа печатных плат, энергетических цепей, точных цепей, критических цепей и т. д.,Есть также конкретные рекомендации, которые следует учитывать.

в том числе:

• Ориентация - обеспечение того, чтобы аналогичные компоненты были расположены в одном направлении, поможет достичь эффективного и безошибочного процесса сварки.
• Размещение - Избегайте размещения меньших компонентов позади больших компонентов, где меньший компонент может быть затронут сваркой большего компонента и вызвать проблемы с монтажом.
• Organization - It is recommended that all surface mount (SMT) components be placed on the same side of the board and all through-hole (TH) components be placed on the top of the board to minimize assembly steps.

Следует отметить еще одно руководство по проектированию печатных плат - при использовании компонентов смешанной технологии (компоненты проходного отверстия и поверхностного монтажа) производитель может потребовать дополнительных процессов для сборки платы,что увеличит ваши общие расходы.

Хорошая ориентация компонента микросхемы (слева) и неправильная ориентация компонента микросхемы (справа).

Хорошее расположение компонента (слева) и плохое расположение компонента (справа)

Правильно разместить питание, наземные и сигнальные следы

После того, как ваши компоненты размещены, вы можете разместить следующие свои энергии, земли, и сигнальных следов, чтобы гарантировать ваши сигналы имеют чистый, беспроблемный путь для путешествия.Помните о некоторых рекомендациях.:

▶ 1) Установка силовых и наземных планов
Всегда рекомендуется размещать пласты электропитания и заземления внутри доски, сохраняя их симметрично и в центре.что также важно для ваших компонентов, чтобы быть правильно расположены.

Для питания ИС рекомендуется использовать общие каналы для каждого источника питания, обеспечивать сильную и стабильную ширину трассы и избегать связей с питанием от компонента к компоненту.

▶ 2) Подключение кабеля сигнальной связи
Затем соедините сигнальные линии, как показано на схеме. Рекомендуется всегда использовать самые короткие пути и прямые маршруты между компонентами.

Если ваши компоненты должны быть размещены в горизонтальном направлении без каких-либо отклонений, рекомендуется, чтобы компоненты на плате схемы были направлены в основном горизонтально,и затем вертикально направлены после того, как следы направлены.

Таким образом, компоненты будут закреплены в горизонтальном направлении по мере миграции сварки во время сварки.Схема маршрутизации сигнала в нижней половине рисунка ниже может вызвать отклонение компонента, поскольку сплав течет во время сварки.

建议的布线方式 (箭头指示) 建议的布线方式 (箭头指示) 建议的布线方式 (箭头指示) 建议的布线方式 (箭头指示)

Не рекомендуется маршрутизация (стрелка указывает направление потока сварки)

▶ 3) Определите ширину сети

Ваша конструкция может потребовать различных сетей, которые будут переносить различные токи, которые определят необходимую ширину сети.Для аналоговых и цифровых сигналов низкого тока рекомендуется ширина 10 миллиметров.Если вы используете более 0,3 ампера, вы должны расширить его.

Эффективная изоляция

Возможно, вы уже видели, как высокое напряжение и высокий ток в ваших электросетевых цепях могут мешать вашим низковольтным цепям управления током.Следуйте этим рекомендациям:

• Изоляция - Убедитесь, что питание и управление поля держатся отдельно для каждого источника питания.Убедитесь, что он как можно ближе к концу энергетического пути..
• Размещение - Если вы разместили наземную плоскость в среднем слое, обязательно разместите небольшой путь импеданса, чтобы уменьшить риск возникновения помех в электросетевой цепи и помочь защитить сигналы управления.Эти же рекомендации можно следовать, чтобы держать ваши цифровые и аналоговые отдельно.
• Сцепление - Чтобы уменьшить емкостное сцепление из-за размещения большой земной плоскости и прохождения следов над ней и под ней, попробуйте пересекать аналоговые основания только с аналоговыми линиями сигнала.

Пример изоляции компонентов (цифровой и аналоговый)

Решение проблем с теплом

Вы когда-нибудь испытывали тепловые проблемы, которые приводили к снижению производительности цепи или даже повреждению платы?Было много проблем, которые беспокоили многих дизайнеров.Вот несколько советов, которые помогут решить проблемы с охлаждением:

▶ 1) Определите проблемы
Первый шаг - начать рассматривать, какие компоненты будут рассеивать больше всего тепла с доски.Это может быть достигнуто, сначала найдя рейтинг "теплового сопротивления" в листе данных компонентаКонечно, для сохранения низкой температуры компонентов могут быть добавлены теплоотводы и охлаждающие вентиляторы.и также помните, чтобы держать критические компоненты подальше от любых источников высокого тепла.

▶ 2) Добавьте подушку с горячим воздухом
Добавление подушек с горячим воздухом полезно для производства изготовляемых пластин, и они имеют решающее значение для применения волновой сварки на компонентах с высоким содержанием меди и многослойных пластин.Поскольку трудно поддерживать температуру процесса, всегда рекомендуется использовать подушки с горячим воздухом на проходных компонентах, чтобы сделать процесс сварки как можно проще, замедляя скорость рассеивания тепла на штифтах компонента.

В качестве общего правила всегда используйте подключения к воздушным подушкам для любых проводов или проводов, которые подключены к наземной или силовой плоскости.Вы также можете добавить слёзные капли, где подушки подключаются к проводам, чтобы обеспечить дополнительную медную фольгу / металлическую поддержкуЭто поможет уменьшить механическое и тепловое напряжение.

Типичный способ подключения папки для сварки горячим воздухом

Наука о сварных подушках на горячем воздухе

Инженеры, отвечающие за технологию процессов или SMT во многих заводах, часто сталкиваются с такими проблемами, как пустота сварки, обезвоживание или холодная сварка компонентов платы.Независимо от того, как изменяются условия процесса или регулируется температура перекачки печи, всегда будет определенный уровень сбоя оловянного оборудования.

Оставляя в стороне проблему окисления компонентов и платок, после изучения причины,мы обнаружили, что большое количество таких плохих сварки на самом деле происходит от отсутствия макета дизайн платыСамое распространенное заключается в том, что определенные сварные ноги компонента соединены с большой площадью меди,вызывая плохое сварка сварных ног этих компонентов после повторного сваркиНекоторые компоненты, сварные вручную, также могут страдать от ошибочной сварки или проблем с пересваркой из-за аналогичных ситуаций, а некоторые даже могут вызвать повреждение сварки компонентов из-за чрезмерного нагрева.

В целом, проектирование печатных плат часто требует укладки большой площади медной фольги, чтобы служить источником питания (Vcc, Vdd или Vss) и заземлением (GND, Ground).Эти большие площади меди обычно напрямую соединены с булавками некоторых контур управления (IC) и электронных компонентов.

К сожалению, если мы хотим нагреть эти большие площади медной фольги до температуры расплавленного олова, это обычно занимает больше времени (то есть нагрев будет медленнее), чем независимые подушки,и тепло рассеется быстрее.Когда один конец такой большой площади медной фольги проводки подключен к небольшим компонентам, таким как небольшие резисторы и небольшие конденсаторы, но другой конец не подключен,проблемы сварки могут легко возникнуть из-за непоследовательного времени плавления и затвердевания оловаЕсли кривая температуры повторного сварки не регулируется должным образом и время предварительного нагрева недостаточно,Лепильные ножки этих компонентов, соединенных с большой медной фольгой, легко не достигнут температуры плавления олова., вызывая виртуальную проблему сварки.

При ручной сварке сварные ножки этих компонентов, соединенные с большими кусками медной фольги, слишком быстро рассеивают тепло и не могут быть завершены в течение указанного времени.Наиболее распространенными нежелательными явлениями являются переварка и ложное сваркаПо внешнему виду, весь сварный соединение будет формировать форму шара.Более серьезная ситуация, когда оператор постоянно повышает температуру паяльного железа, чтобы сварка паяльных ног к схеме, или нагревается слишком долго, в результате чего компонент превышает термостойкую температуру и повреждается, не осознавая этого.

Сплав для покрытия、 холодная сварка 、Соль пустая

Теперь, когда мы знаем проблему, мы можем найти решение.мы будем требовать использования так называемой конструкции тепловой рельефной подкладки для решения этого типа проблемы сварки, вызванной сварными ногами больших медной фольги соединительных компонентовКак показано на рисунке ниже, проволока слева не использует подушки горячего воздуха, в то время как проволока справа использует подушки горячего воздуха для подключения.Есть только несколько небольших линий, оставшихся в зоне контакта между прокладкой и большой медной фольгой, что может значительно ограничить потерю температуры на подложке и достичь лучших результатов сварки.

Сравнение с использованием терморельефной подкладки (подкладки для сварки горячим воздухом)

Проверь свою работу.

Когда все элементы соединяются для изготовления, легко перегрузиться в конце проекта дизайна, только чтобы обнаружить проблемы.Так что двойная и тройная проверка вашей работы дизайна на этом этапе может означать разницу между успехом производства или неудачей.

Чтобы помочь с процессом контроля качества,мы всегда рекомендуем вам начать с проверки электрических правил (ERC) и проверки правил проектирования (DRC), чтобы убедиться, что ваш дизайн полностью соответствует всем правилам и ограничениямИспользуя обе системы, вы можете легко проверить ширины пробелов, ширины линий, общие производственные настройки, требования высокой скорости, короткие цепи и многое другое.

Когда ваши ERC и DRC дают результаты без ошибок, рекомендуется проверить маршрутизацию каждого сигнала, от схемы до PCB,одна сигнальная линия за раз, чтобы тщательно подтвердить, что вы не пропустили никакой информацииТакже используйте возможности зондирования и маскировки вашего инструмента проектирования, чтобы убедиться, что материалы пластинки PCB соответствуют вашей схеме.

Проверьте дизайн, ПКБ и правила ограничения

Заключение

Топ-5 рекомендаций по проектированию ПКБ, которые должен знать каждый конструктор ПКБ.Вы скоро будете чувствовать себя комфортно, проектируя функциональные и изготавливаемые платы с высоким качеством печатных плат..

Хорошие методы проектирования ПКБ имеют решающее значение для успеха,и эти правила проектирования обеспечивают основу для создания и укрепления практического опыта непрерывного улучшения во всех практиках проектирования.

==============================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================

Заявление об авторском праве: авторское право на информацию в этой статье принадлежит оригинальному автору и не представляет мнения этой платформы.Если имеются авторские права и ошибки в информацииПожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы исправить или удалить его.