Gli ingegneri di PCB ti insegnano passo dopo passo come disporre un PCB perfetto

Quando si inizia una nuova progettazione, la maggior parte del tempo viene speso per la progettazione del circuito e la selezione dei componenti.spesso viene data una considerazione insufficiente.

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.

Quindi qual è la chiave per progettare una scheda che sia autentica su carta e in forma fisica? Esploriamo le prime 6 linee guida per la progettazione di PCB che devi sapere quando progetti una scheda fabbricabile,PCB funzionali e affidabili.

Aggiustare il layout dei componenti

La fase di posizionamento dei componenti del processo di layout del PCB è sia una scienza che un'arte e richiede una considerazione strategica dei principali componenti disponibili sulla scheda.Mentre il processo può essere impegnativo, il modo in cui si posizionano i componenti elettronici determinerà quanto sia facile la fabbricazione della scheda e quanto soddisfi i requisiti di progettazione originali.

Mentre vi è un ordine generale generale di posizionamento dei componenti, come il posizionamento di connettori, dispositivi di montaggio di schede di circuito stampato, circuiti di alimentazione, circuiti di precisione, circuiti critici, ecc.,vi sono anche linee guida specifiche da tenere a mente,

compresi:

• Orientazione: assicurarsi che componenti simili siano posizionati nella stessa direzione contribuirà a ottenere un processo di saldatura efficiente e privo di errori.
• Posizionamento - Evitare di posizionare componenti più piccoli dietro componenti più grandi in cui il componente più piccolo può essere influenzato dalla saldatura del componente più grande e causare problemi di montaggio.
• 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.

Un'ultima linea guida per la progettazione dei circuiti stampati da tenere in considerazione: quando si utilizzano componenti di tecnologia mista (componenti a foratura e componenti di montaggio superficiale), il produttore può richiedere processi aggiuntivi per assemblare la scheda,che aumenterà il costo complessivo.

Buono orientamento del componente del chip (a sinistra) e difettoso orientamento del componente del chip (a destra).

Buono posizionamento dei componenti (sinistra) e cattivo posizionamento dei componenti (destra)

Posizionare correttamente le tracce di alimentazione, terra e segnale

Una volta posizionati i componenti, potete posizionare le tracce di potenza, terra e segnale per assicurarvi che i segnali abbiano un percorso pulito e senza problemi.Tenete a mente alcune linee guida:

▶ 1) Posizionare gli strati di potenza e di terra
Si consiglia sempre di posizionare gli strati di potenza e di piano di terra all'interno della tavola mantenendoli simmetrici e centrati.che è anche importante per i vostri componenti di essere posizionati correttamente.

Per alimentare l'IC, si raccomanda di utilizzare canali comuni per ogni alimentazione, garantire larghezze di traccia forti e stabili ed evitare connessioni di alimentazione a catena di margherita da componente a componente.

▶ 2) Connessione di routing del cavo del segnale
Si consiglia di utilizzare sempre i percorsi più brevi possibili e di indirizzare direttamente i componenti.

Se i componenti devono essere posizionati in direzione orizzontale senza alcuna deviazione, si raccomanda che i componenti della scheda di circuito siano orientati fondamentalmente orizzontalmente,e poi in direzione verticale dopo che le tracce sono in direzione.

In questo modo, i componenti saranno fissati in direzione orizzontale mentre la saldatura migra durante la saldatura.Il modello di routing del segnale nella metà inferiore della figura seguente può causare la deviazione dei componenti come il flusso di saldatura durante la saldatura.

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)

Non raccomandato (freccia indica la direzione del flusso di saldatura)

▶ 3) Definire la larghezza della rete

Il vostro progetto può richiedere diverse reti che porteranno una varietà di correnti, che determineranno la larghezza della rete richiesta.Si raccomanda una larghezza di 10 millimetri per segnali analogici e digitali a bassa corrente.Quando la tua linea disegna più di 0,3 ampere, dovrebbe essere allargata.

Isolamento efficace

Forse avete sperimentato come grandi picchi di tensione e corrente nei vostri circuiti di alimentazione possano interferire con i circuiti di controllo di corrente a bassa tensione.seguire queste linee guida:

• Isolamento - Assicurarsi che i campi di alimentazione e di controllo siano tenuti separati per ogni fonte di alimentazione.Assicurati che sia il più vicino possibile alla fine del percorso di potenza..
• Posizionamento - Se avete posizionato un piano di terra nello strato centrale, assicuratevi di posizionare un piccolo percorso di impedenza per ridurre il rischio di interferenze del circuito di alimentazione e contribuire a proteggere i segnali di controllo.Le stesse linee guida possono essere seguite per mantenere il vostro digitale e analogo separato.
• Accoppiamento - Per ridurre l'accoppiamento capacitivo dovuto al posizionamento di un grande piano di terra e alle tracce sopra e sotto di esso, provare a attraversare i terreni analogici solo con linee di segnale analogiche.

Esempio di isolamento dei componenti (digitale e analogo)

Risoluzione dei problemi di calore

Avete mai avuto problemi termici che hanno causato una riduzione delle prestazioni del circuito o addirittura danni alla scheda del circuito?Ci sono stati molti problemi che hanno turbato molti progettisti.. Ecco alcuni suggerimenti da tenere a mente per risolvere i problemi di raffreddamento:

▶ 1) Identificare i componenti problematici
Il primo passo è quello di iniziare a considerare quali componenti dissiperanno il maggior calore dalla scheda.Questo può essere realizzato prima di trovare la classificazione di "resistenza termica" nella scheda dati del componenteNaturalmente, possono essere aggiunti dissipatori di calore e ventilatori di raffreddamento per mantenere basse le temperature dei componenti,e ricordate anche di tenere i componenti critici lontani da fonti di calore elevate.

▶ 2) Aggiungere un cuscinetto ad aria calda
L'aggiunta di cuscinetti ad aria calda è utile per la produzione di tavole fabbricabili e sono fondamentali per le applicazioni di saldatura a onde su componenti ad alto contenuto di rame e tavole multilivello.Dato che è difficile mantenere le temperature di processo, si raccomanda sempre di utilizzare cuscinetti ad aria calda sui componenti a foratura per rendere il processo di saldatura il più semplice possibile rallentando la velocità di dissipazione del calore ai perni dei componenti.

Come linea guida generale, utilizzare sempre i collegamenti di compressione dell'aria calda per qualsiasi via o via che sono collegati a un piano di terra o di potenza.si può anche aggiungere le lacrime dove i cuscinetti si collegano ai fili per fornire supporto ulteriore foglio di rame / metalloCiò contribuirà a ridurre lo stress meccanico e termico.

Metodo tipico di connessione del pad di saldatura ad aria calda

Scienza della saldatura ad aria calda

Gli ingegneri responsabili della tecnologia di processo o SMT in molte fabbriche incontrano spesso problemi come il vuoto della saldatura, l'eliminazione dell'umidità o la saldatura a freddo dei componenti dei circuiti stampati.Indipendentemente dal modo in cui vengono modificate le condizioni di processo o la temperatura del forno di reflow viene regolata, ci sarà sempre un certo tasso di guasti di stagno.

Lasciando da parte il problema dell'ossidazione dei componenti e dei circuiti stampati, dopo aver indagato la causa principale,Abbiamo scoperto che un gran numero di tale malata saldatura in realtà deriva dalla mancanza di layout design della scheda di circuitoLa cosa più comune è che alcuni piedi di saldatura del componente sono collegati a una grande area di rame,causando una cattiva saldatura dei piedi di saldatura di questi componenti dopo la saldatura a reflowAlcuni componenti saldati a mano possono anche soffrire di problemi di falsa saldatura o sovrasaldatura a causa di situazioni simili, e alcuni possono persino causare danni alla saldatura dei componenti a causa di un riscaldamento eccessivo.

In generale, la progettazione di circuiti PCB richiede spesso la posa di una grande area di foglio di rame per servire come alimentazione (Vcc, Vdd o Vss) e terra (GND, Ground).Queste grandi aree di foglio di rame sono generalmente collegate direttamente ai pin di alcuni circuiti di controllo (IC) e componenti elettronici.

Purtroppo, se vogliamo riscaldare queste grandi aree di foglio di rame alla temperatura di stagno fuso, di solito ci vuole più tempo (cioè il riscaldamento sarà più lento) rispetto ai pad indipendenti,e il calore si dissiperà più velocemente.Quando un'estremità di un cablaggio di foglio di rame di grande area è collegata a componenti piccoli come piccole resistenze e piccoli condensatori, ma l'altra estremità non lo è,problemi di saldatura possono verificarsi facilmente a causa di tempi di fusione e solidificazione incoerenti dello stagno. se la curva di temperatura di saldatura di ricorrente non è adeguatamente regolata e il tempo di pre riscaldamento è insufficiente,le gambe di saldatura di questi componenti collegati al grande foglio di rame facilmente non raggiungere la temperatura di fusione di stagno, causando un problema di saldatura virtuale.

Durante la saldatura a mano, le gambe di saldatura di questi componenti collegate a grandi pezzi di foglio di rame dissipano il calore troppo rapidamente e non possono essere completate entro il tempo specificato.I fenomeni indesiderati più comuni sono la sovrasaldatura e la falsa saldatura. La saldatura è saldata solo ai piedi di saldatura dei componenti ma non collegata ai pad della scheda di circuito.Una situazione più grave è quando l'operatore aumenta costantemente la temperatura del saldatore per saldare le gambe della saldatrice alla scheda di circuito, o si riscalda troppo a lungo, causando che il componente superi la temperatura resistente al calore e si danneggi senza accorgersi.

saldatura di copertura、soldatura a freddo、saldatura vuota

Ora che conosciamo il problema, possiamo trovare una soluzione.richiederemo l'uso della cosiddetta progettazione pad di sollievo termico per risolvere questo tipo di problema di saldatura causato dai piedi di saldatura di grandi componenti di collegamento foglio di rameCome illustrato nella figura seguente, il cablaggio a sinistra non utilizza le compresse di aria calda, mentre il cablaggio a destra ha utilizzato le compresse di aria calda per la connessione.Ci sono solo poche piccole linee rimaste nella zona di contatto tra il pad e il grande foglio di rame, che può limitare notevolmente la perdita di temperatura sul pad e ottenere migliori risultati di saldatura.

Confronto utilizzando il pad di soldaggio ad aria calda

Controlla il tuo lavoro.

Quando tutti i pezzi vengono assemblati per la produzione, è facile essere sopraffatti alla fine di un progetto di progettazione solo per scoprire i problemi.Quindi un doppio e triplo controllo del vostro lavoro di progettazione in questa fase può significare la differenza tra un successo di produzione o un fallimento.

Per aiutare nel processo di controllo della qualità,raccomandiamo sempre di iniziare con un controllo delle regole elettriche (ERC) e un controllo delle regole di progettazione (DRC) per verificare che il progetto soddisfi pienamente tutte le regole e i vincoliUtilizzando entrambi i sistemi, è possibile ispezionare facilmente la larghezza degli spazi, la larghezza delle linee, le impostazioni di produzione comuni, i requisiti di alta velocità, i cortocircuiti e altro ancora.

Quando l'ERC e il DRC producono risultati privi di errori, si raccomanda di controllare l'invio di ogni segnale, dallo schema al PCB,una linea di segnale alla volta per confermare attentamente che non vi siete persi alcuna informazione. Inoltre, utilizzare le capacità di sondaggio e mascheramento del vostro strumento di progettazione per assicurarsi che i materiali di layout PCB corrispondono al vostro schema.

Doppia verifica della progettazione, dei PCB e delle regole di limitazione

Conclusioni

Le prime 5 linee guida per la progettazione di PCB che ogni progettista di PCB deve conoscere.presto sarete a vostro agio nel progettare circuiti stampati funzionali e fabbricabili e avrete un circuito stampato di alta qualità.

Le buone pratiche di progettazione dei PCB sono fondamentali per il successo,e queste regole di progettazione forniscono la base per costruire e consolidare l'esperienza pratica del miglioramento continuo in tutte le pratiche di progettazione.

Non si può fare nulla di male.

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