Κατά την έναρξη ενός νέου σχεδιασμού, ο περισσότερος χρόνος δαπανάται στο σχεδιασμό κυκλωμάτων και την επιλογή των εξαρτημάτων.συχνά δεν δίνεται επαρκής προσοχή.
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.
Ας εξερευνήσουμε τις 6 βασικές κατευθυντήριες γραμμές σχεδιασμού PCB που πρέπει να γνωρίζετε όταν σχεδιάζετε ένα κατασκευαστικό,λειτουργικό και αξιόπιστο PCB.
Προσαρμόστε τη διάταξη των εξαρτημάτων σας
Η φάση τοποθέτησης των εξαρτημάτων της διαδικασίας διάταξης PCB είναι τόσο επιστήμη όσο και τέχνη και απαιτεί στρατηγική εξέταση των κύριων εξαρτημάτων που είναι διαθέσιμα στην πλακέτα.Ενώ η διαδικασία μπορεί να είναι δύσκολη, ο τρόπος με τον οποίο τοποθετείτε τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα θα καθορίσει πόσο εύκολο είναι να κατασκευαστεί η πλακέτα σας και πόσο καλά πληροί τις αρχικές απαιτήσεις σχεδιασμού σας.
Ενώ υπάρχει μια γενική γενική σειρά τοποθέτησης των εξαρτημάτων, όπως η τοποθέτηση συνδέσμων, συσκευές τοποθέτησης πλατφόρμας κυκλώματος εκτυπωμένου, κυκλώματα ισχύος, κυκλώματα ακρίβειας, κρίσιμα κυκλώματα, κλπ.,υπάρχουν επίσης ειδικές κατευθυντήριες γραμμές που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη,
συμπεριλαμβανομένων:
- Προσανατολισμός - Η εξασφάλιση της τοποθέτησης παρόμοιων εξαρτημάτων στην ίδια κατεύθυνση θα συμβάλει στην επίτευξη αποτελεσματικής και χωρίς σφάλματα διαδικασίας συγκόλλησης.
- Τοποθέτηση - Να αποφεύγεται η τοποθέτηση μικρότερων εξαρτημάτων πίσω από μεγαλύτερα εξαρτήματα, όπου το μικρότερο στοιχείο μπορεί να επηρεαστεί από τη συγκόλληση του μεγαλύτερου μέρους και να προκαλέσει προβλήματα τοποθέτησης.
- 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.
Μια τελευταία κατευθυντήρια γραμμή σχεδιασμού PCB που πρέπει να σημειωθεί - όταν χρησιμοποιούνται συστατικά μικτής τεχνολογίας (συστατικά διάτρησης και επιφανειακής τοποθέτησης), ο κατασκευαστής μπορεί να απαιτήσει πρόσθετες διαδικασίες για την συναρμολόγηση της πλακέτας,που θα αυξήσει το συνολικό σας κόστος.
Καλός προσανατολισμός του συστατικού του τσιπ (αριστερά) και ελαττωματικός προσανατολισμός του συστατικού του τσιπ (δεξιά).
Καλή τοποθέτηση στοιχείων (αριστερά) και κακή τοποθέτηση στοιχείων (δεξιά)
Κανονικά τοποθετημένα ίχνη ισχύος, εδάφους και σήματος
Μόλις τοποθετηθούν τα εξαρτήματά σας, μπορείτε να τοποθετήσετε την ενέργεια, το έδαφος και τα σήματα για να διασφαλίσετε ότι τα σήματα σας έχουν μια καθαρή, χωρίς προβλήματα διαδρομή για να ταξιδέψουν.Να θυμάστε μερικές κατευθυντήριες γραμμές:
▶ 1) Τοποθετήστε τα στρώματα ισχύος και εδάφους
Συνιστάται πάντα να τοποθετείτε τα στρώματα ισχύος και εδάφους στο εσωτερικό της σανίδας, διατηρώντας τα συμμετρικά και στο κέντρο.που είναι επίσης σημαντικό για τα εξαρτήματα σας να τοποθετηθούν σωστά.
Για την τροφοδοσία του διαλειτουργικού συστήματος, συνιστάται να χρησιμοποιούνται κοινά κανάλια για κάθε τροφοδοσία, να εξασφαλίζεται ισχυρό και σταθερό πλάτος ίχνη και να αποφεύγονται οι συνδέσεις ηλεκτρικής ενέργειας με αλυσίδα από συστατικό σε συστατικό.
▶ 2) Σύνδεση δρομολόγησης καλωδίου σήματος
Στη συνέχεια, συνδέστε τις γραμμές σήματος όπως φαίνεται στο σχήμα.
Εάν τα εξαρτήματα σας πρέπει να τοποθετηθούν σε οριζόντια κατεύθυνση χωρίς καμία απόκλιση, συνιστάται τα εξαρτήματα στην πλακέτα κυκλώματος να διακινούνται βασικά οριζόντια,και στη συνέχεια κατακόρυφα διαδρομή μετά από τα ίχνη διαδρομή.
Με αυτόν τον τρόπο, τα εξαρτήματα θα στερεωθούν στην οριζόντια κατεύθυνση καθώς η συγκόλληση μεταναστεύει κατά τη διάρκεια της συγκόλλησης.Το μοτίβο δρομολόγησης του σήματος στο κάτω μισό του παρακάτω σχήματος μπορεί να προκαλέσει εκτροπή του συστατικού καθώς η συγκόλληση ρέει κατά την συγκόλληση.
建议的布线方式 (箭头指示)
Δεν συνιστάται η διαδρομή (το βέλος δείχνει την κατεύθυνση ροής της συγκόλλησης)
▶ 3) Ορίστε το πλάτος του δικτύου
Το σχεδιασμό σας μπορεί να απαιτεί διαφορετικά δίχτυα που θα μεταφέρουν μια ποικιλία ρεύματος, το οποίο θα καθορίσει το απαιτούμενο πλάτος του δικτύου.Συνιστάται πλάτος 010' (10mil) για αναλογικά και ψηφιακά σήματα χαμηλού ρεύματοςΌταν η γραμμή σας τραβάει πάνω από 0,3 αμπεριαλούς, θα πρέπει να διευρυθεί.
Αποτελεσματική απομόνωση
Μπορεί να έχετε βιώσει πως τα μεγάλα σφαιρίδια τάσης και ρεύματος στα κυκλώματα ισχύος σας μπορούν να παρεμβαίνουν στα κυκλώματα ελέγχου ρεύματος χαμηλής τάσης.Ακολουθήστε αυτές τις οδηγίες:
- Απομόνωση - Βεβαιωθείτε ότι η ενέργεια και το πεδίο ελέγχου διατηρούνται ξεχωριστά για κάθε πηγή ενέργειας.Βεβαιωθείτε ότι είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στο τέλος της τροχιάς ενέργειας..
- Τοποθέτηση - Εάν έχετε τοποθετήσει ένα επίπεδο εδάφους στο μεσαίο στρώμα, βεβαιωθείτε ότι τοποθετείτε ένα μικρό μονοπάτι αντίστασης για να μειώσετε τον κίνδυνο οποιασδήποτε παρεμβολής του κυκλώματος ισχύος και να βοηθήσετε στην προστασία των σημάτων ελέγχου.Οι ίδιες κατευθυντήριες γραμμές μπορούν να ακολουθηθούν για να κρατήσει το ψηφιακό και το αναλογικό σας διαχωρισμένα.
- Σύνδεση - Για να μειωθεί η χωρητική σύνδεση λόγω της τοποθέτησης ενός μεγάλου επιπέδου εδάφους και των οδικών γραμμών πάνω και κάτω από αυτό, δοκιμάστε να διασχίζετε αναλογικά εδάφη μόνο με αναλογικές γραμμές σήματος.
Παράδειγμα απομόνωσης συστατικών (ψηφιακό και αναλογικό)
Λύση προβλημάτων θερμότητας
Έχετε βιώσει ποτέ θερμικά προβλήματα που οδήγησαν σε μειωμένη απόδοση κυκλώματος ή ακόμη και ζημιά στο πλαίσιό του;Πολλά προβλήματα έχουν συμβεί που ανησυχούν πολλούς σχεδιαστέςΕδώ είναι μερικές συμβουλές που πρέπει να έχετε κατά νου για να βοηθήσετε στην επίλυση των προβλημάτων ψύξης:
▶ 1) Αναγνωρίστε τα προβληματικά στοιχεία
Το πρώτο βήμα είναι να αρχίσετε να εξετάζετε ποια στοιχεία θα εξαλείψουν τη μεγαλύτερη θερμότητα από την επιφάνεια.Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με την πρώτη εύρεση της βαθμολογίας "θερμική αντίσταση" στο δελτίο δεδομένων του στοιχείουΦυσικά, μπορούν να προστεθούν απορροφητήρες θερμότητας και ανεμιστήρες ψύξης για να διατηρηθούν χαμηλές οι θερμοκρασίες των εξαρτημάτων,και να θυμάστε επίσης να κρατάτε τα κρίσιμα στοιχεία μακριά από πηγές υψηλής θερμότητας.
▶ 2) Προσθέστε θερμόπανο
Η προσθήκη υδραερίων είναι χρήσιμη για την παραγωγή κατασκευαστικών πλακών και είναι κρίσιμη για εφαρμογές συγκόλλησης κυμάτων σε συστατικά με υψηλή περιεκτικότητα σε χαλκό και πλαίσια πολυεπίπεδων.Δεδομένου ότι είναι δύσκολο να διατηρηθεί η θερμοκρασία της διαδικασίας, συνιστάται πάντα η χρήση θερμών αεραγωγών σε εξαρτήματα με διάτρηση για να γίνει η διαδικασία συγκόλλησης όσο το δυνατόν ευκολότερη, επιβραδύνοντας τον ρυθμό διάχυσης θερμότητας στις καρφίτσες των εξαρτημάτων.
Ως γενική οδηγία, χρησιμοποιήστε πάντα συνδέσεις θερμού αέρα για οποιεσδήποτε οδούς ή οδούς που συνδέονται με ένα επίπεδο εδάφους ή ισχύος.Μπορείτε επίσης να προσθέσετε δακρυγόνα όπου τα pads συνδέονται με τα καλώδια για να παρέχουν πρόσθετη χαλκό φύλλο / μεταλλική υποστήριξηΑυτό θα βοηθήσει στη μείωση της μηχανικής και θερμικής πίεσης.
Τυπική μέθοδος σύνδεσης πάγκου συγκόλλησης θερμού αέρα
Επιστήμη για τα πακέτα συγκόλλησης με θερμό αέρα
Οι μηχανικοί που είναι υπεύθυνοι για την τεχνολογία της διαδικασίας ή της SMT σε πολλά εργοστάσια αντιμετωπίζουν συχνά προβλήματα όπως το άδειο συγκόλλημα, η αποβρύθμιση ή η ψυχρή συγκόλληση των συστατικών των πλακών κυκλωμάτων.Ανεξάρτητα από το πώς οι συνθήκες της διαδικασίας αλλάζουν ή η θερμοκρασία του φούρνου επανεξέτασης ρυθμίζεταιΘα υπάρξει πάντα ένα ορισμένο ποσοστό αποτυχίας.
Αφήνοντας στην άκρη το πρόβλημα της οξείδωσης των συστατικών και των κυκλωτικών πλακών, αφού ερευνήσουμε την αιτία,Διαπιστώσαμε ότι ένας μεγάλος αριθμός τέτοιου κακής συγκόλλησης στην πραγματικότητα προέρχεται από την έλλειψη σχεδιασμού διάταξης της πλακέτας κυκλώματοςΤο πιο συνηθισμένο είναι ότι ορισμένα πόδια συγκόλλησης του εξαρτήματος συνδέονται με μια μεγάλη περιοχή χαλκού,προκαλώντας την κακή συγκόλληση των ποδιών συγκόλλησης αυτών των εξαρτημάτων μετά την επαναπροσόλυσηΟρισμένα εξαρτήματα που συγκολλούνται με το χέρι μπορεί επίσης να υποφέρουν από προβλήματα ψευδούς συγκόλλησης ή υπερσυσκόλλησης λόγω παρόμοιων καταστάσεων και μερικά μπορεί ακόμη και να προκαλέσουν ζημιά συγκόλλησης εξαρτημάτων λόγω υπερβολικής θέρμανσης.
Σε γενικές γραμμές, ο σχεδιασμός κυκλωμάτων PCB απαιτεί συχνά την τοποθέτηση μεγάλης έκτασης χαλκού για να χρησιμεύσει ως τροφοδοσία (Vcc, Vdd ή Vss) και γή (GND, Ground).Αυτές οι μεγάλες περιοχές χαλκού είναι γενικά απευθείας συνδεδεμένες με τις καρφίτσες ορισμένων κυκλωμάτων ελέγχου (IC) και ηλεκτρονικών εξαρτημάτων.
Δυστυχώς, αν θέλουμε να θερμάνουμε αυτές τις μεγάλες περιοχές χαλκού με φύλλο σε θερμοκρασία λιωμένου κασσίτερου, συνήθως χρειάζεται περισσότερο χρόνο (δηλαδή, η θέρμανση θα είναι πιο αργή) από ανεξάρτητες πλάκες,Και η ζέστη θα εξαφανιστεί πιο γρήγορα.Όταν το ένα άκρο μιας τέτοιας μεγάλης έκτασης καλωδίωσης χαλκού είναι συνδεδεμένο με μικρά συστατικά όπως μικρές αντίστασεις και μικροί πυκνωτές, αλλά το άλλο άκρο δεν είναι,Τα προβλήματα συγκόλλησης μπορεί εύκολα να προκύψουν λόγω ασυνεπής τήξης κασσίτερου και χρόνων στερεώσεως.. Εάν η καμπύλη θερμοκρασίας συγκόλλησης με επανεισαγωγή δεν ρυθμίζεται καλά και ο χρόνος προθέρμανσης είναι ανεπαρκής,τα πόδια συγκόλλησης αυτών των εξαρτημάτων που συνδέονται με το μεγάλο χαλκό φύλλο θα αποτύχει εύκολα να φτάσει τη θερμοκρασία τήξης κασσίτερου, προκαλώντας ένα εικονικό πρόβλημα συγκόλλησης.
Κατά τη διάρκεια της χειροποίητης συγκόλλησης, τα πόδια συγκόλλησης αυτών των εξαρτημάτων που συνδέονται με μεγάλα κομμάτια χαλκού χαλκού εξαλείφουν τη θερμότητα πολύ γρήγορα και δεν μπορούν να ολοκληρωθούν εντός του καθορισμένου χρόνου.Τα πιο συνηθισμένα ανεπιθύμητα φαινόμενα είναι η υπερφυσική συγκόλληση και η ψευδή συγκόλληση.Η συγκόλληση γίνεται μόνο με συγκόλληση στα πόδια συγκόλλησης των εξαρτημάτων, αλλά όχι με σύνδεση με τα πλαίσια της πλακέτας κυκλώματος.Μια πιο σοβαρή κατάσταση είναι όταν ο χειριστής αυξάνει συνεχώς τη θερμοκρασία του σιδηρουργικού σιδηρού για να συγκολλήσει τα πόδια συγκόλλησης στην πλακέτα κυκλώματος, ή θερμαίνεται για μεγάλο χρονικό διάστημα, προκαλώντας το στοιχείο να υπερβαίνει την θερμοανθεκτική θερμοκρασία και να υποστεί βλάβη χωρίς να το συνειδητοποιήσει.
Συσκευή συγκόλλησης κάλυψης、Κρύο συγκόλλημα、άδειος συγκόλλησης
Τώρα που ξέρουμε το πρόβλημα, μπορούμε να βρούμε μια λύση.Θα απαιτήσουμε τη χρήση του λεγόμενου σχεδιασμού θερμικής ανακούφισης pad για να λύσουμε αυτό το είδος του προβλήματος συγκόλλησης που προκαλείται από τα πόδια συγκόλλησης μεγάλων συστατικών σύνδεσης χαλκούΌπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα, η καλωδίωση στα αριστερά δεν χρησιμοποιεί θερμό αέρα, ενώ η καλωδίωση στα δεξιά έχει χρησιμοποιήσει θερμό αέρα για τη σύνδεση.Υπάρχουν μόνο λίγες μικρές γραμμές που έχουν απομείνει στην περιοχή επαφής μεταξύ του pad και το μεγάλο χαλκό φύλλο, η οποία μπορεί να περιορίσει σημαντικά την απώλεια θερμοκρασίας στο πάτωμα και να επιτύχει καλύτερα αποτελέσματα συγκόλλησης.
Σύγκριση με χρήση θερμικής θέρμανσης (πακέτο συγκόλλησης θερμού αέρα)
Έλεγξε τη δουλειά σου.
Όταν όλα τα κομμάτια συνδυάζονται για την κατασκευή, είναι εύκολο να κατακλύζεστε στο τέλος ενός σχεδιαστικού έργου μόνο για να ανακαλύψετε προβλήματα.Έτσι διπλός και τριπλός έλεγχος της εργασίας σχεδιασμού σας σε αυτό το στάδιο μπορεί να σημαίνει τη διαφορά μεταξύ της επιτυχίας της κατασκευής ή της αποτυχίας.
Για να βοηθήσει με τη διαδικασία ελέγχου ποιότητας,Συνιστούμε πάντα να ξεκινήσετε με έλεγχο ηλεκτρικών κανόνων (ERC) και έλεγχο κανόνων σχεδιασμού (DRC) για να επαληθεύσετε ότι το σχέδιο σας πληροί πλήρως όλους τους κανόνες και τους περιορισμούςΧρησιμοποιώντας και τα δύο συστήματα, μπορείτε εύκολα να επιθεωρήσετε το πλάτος των κενών, το πλάτος των γραμμών, τις κοινές ρυθμίσεις παραγωγής, τις απαιτήσεις υψηλής ταχύτητας, τα μικρά κυκλώματα και πολλά άλλα.
Όταν το ERC και το DRC σας παράγουν αποτελέσματα χωρίς σφάλματα, συνιστάται να ελέγξετε τη διαδρομή κάθε σήματος, από το σχήμα μέχρι το PCB,μία γραμμή σήματος κάθε φορά για να επιβεβαιώσετε προσεκτικά ότι δεν έχετε χάσει καμία πληροφορίαΕπίσης, χρησιμοποιήστε τις δυνατότητες ανίχνευσης και κάλυψης του εργαλείου σχεδιασμού σας για να βεβαιωθείτε ότι τα υλικά διάταξης PCB σας ταιριάζουν με το σχέδιο σας.
Ελέγξτε διπλά τον σχεδιασμό, τα PCB και τους κανόνες περιορισμού
Συμπεράσματα
Οι κορυφαίες 5 κατευθυντήριες γραμμές σχεδιασμού PCB που κάθε σχεδιαστής PCB πρέπει να γνωρίζει.Σύντομα θα είστε άνετοι σχεδιάζοντας λειτουργικές και κατασκευαστικές πλακέτες κυκλωμάτων και θα έχετε μια πραγματικά υψηλής ποιότητας εκτυπωμένη πλακέτα κυκλωμάτων.
Οι καλές πρακτικές σχεδιασμού PCB είναι κρίσιμες για την επιτυχία,και αυτοί οι κανόνες σχεδιασμού παρέχουν τη βάση για την οικοδόμηση και την εδραίωση της πρακτικής εμπειρίας της συνεχούς βελτίωσης σε όλες τις πρακτικές σχεδιασμού.
Επικεφαλής του Πανεπιστημίου του Λονδίνου
Δήλωση πνευματικής ιδιοκτησίας: Τα πνευματικά δικαιώματα των πληροφοριών σε αυτό το άρθρο ανήκουν στον αρχικό συγγραφέα και δεν αντιπροσωπεύουν τις απόψεις αυτής της πλατφόρμας.Εάν υπάρχουν λάθη πνευματικής ιδιοκτησίας και πληροφοριών, επικοινωνήστε μαζί μας για να το διορθώσετε ή να το διαγράψετε.
Το μήνυμά σας πρέπει να αποτελείται από 20-3.000 χαρακτήρες!
