11 trin til at designe et printkort

Design af et printkort er en gentagelig proces: du går fra et færdigt kredsløb, via skematisk registrering og layout, til de produktionsfiler, som en fabrik har brug for. At følge trinnene i den rette rækkefølge og ikke springe verifikationen over til sidst er det, der adskiller et printkort, der virker første gang, fra et, der kommer tilbage med problemer. Denne guide beskriver de 11 trin til at designe et printkort , grupperet i fire faser, med de praktiske detaljer og design-til-fremstilling-vaner, der gør resultatet rent faktisk muligt at bygge.

Fase 1 — Definer hvad du bygger (trin 1-2)

Før software åbnes, har du brug for en klar og fastlagt idé om kredsløbet. Denne fase forhindrer den dyreste form for omarbejde: at opdage et grundlæggende designproblem efter layout.

Trin 1: Færdiggør kredsløbet

Udarbejd det komplette elektriske design, hver funktionsblok, komponenterne, strømkravene og hvordan delene er forbundet. Hvor opførslen er usikker, verificér den først på et breadboard eller i en simulator, så du ikke overgiver en ubevist idé til kobber. Jo renere konceptet er her, jo mere gnidningsløst går alting nedstrøms.

Trin 2: Vælg din designsoftware

Vælg et EDA-værktøj, der passer til dit projekt og din erfaring. Begyndere starter ofte med EasyEDA eller KiCad; professionelt arbejde kan bruge større pakker. Det, der betyder noget, er et værktøj, der tager dig hele vejen fra skematisk til produktionsfiler, så sørg for, at det kan eksportere standard Gerber-, bore-, BOM- og pick-and-place-output.

Fase 2 — Registrer designet (trin 3-4)

Nu oversætter du kredsløbet til de formelle repræsentationer, som softwaren bruger: skematikken og de fodspor, der forbinder det med fysiske dele.

Trin 3: Indfang skemaet

Tegn kredsløbet i skematisk editor, placer komponenterne og forbind dem med ledninger eller netmærkater. Arranger det, så det læses logisk, og grupper relaterede kredsløb; et pænt skematisk diagram er langt nemmere at fejlfinde og gennemgå. Dette diagram er den sandhedskilde, som layoutet genereres ud fra.

Trin 4: Tildel og bekræft fodspor

Hvert skematisk symbol skal have et fysisk fodaftryk, det jordmønster, som delen rent faktisk lodder til. Tildel hver enkelt, og verificer den mod producentens datablad, da et forkert fodaftryk er en af ​​de mest almindelige årsager til, at et første printkort fejler. Kontroller pad-størrelser, afstand, vinkel og pin-nummerering. Korrekte fodaftryk betaler sig også senere under printkortmontering , hvor uensartede jordmønstre forårsager placerings- og loddefejl.

Fase 3 — Læg tavlen ud (trin 5-9)

Dette er kernen i printkortdesign, at forvandle skemaet til et fysisk printkort. Det er her, det meste af den tekniske vurdering findes.

Trin 5: Definer brættets omrids og opbygning

Indstil printkortets størrelse og form, så det passer til dets kabinet, og bestem derefter antallet af lag og stack-up. Antallet af lag afhænger af kompleksitet og routingtæthed, og for printkort med kontrolleret impedans er stack-up et bevidst designvalg, et område, der er direkte forbundet med højhastigheds-printkortproduktion . Bekræft, at stack-up'en er noget, din producent kan bygge.

Trin 6: Indstil designreglerne

Før placering eller fræsning skal du definere reglerne: minimum sporbredde, frihøjde, via-størrelse og ringformet ring. Indstil dem, så de matcher din producents reelle muligheder, så editoren styrer dig mod et bræt, der kan bygges, fra starten. Regler, der er sat op på forhånd, forhindrer overtrædelser, der ellers ville hobe sig op under fræsningen.

Trin 7: Placer komponenterne

Arranger delene på printpladen. God placering udfører det meste af arbejdet i et godt layout: grupper relaterede komponenter, hold højhastigheds- og følsomme signaler korte, placer stik og monteringshuller, hvor det mekaniske design kræver det, og giv plads til ren routing. Den tid, der investeres her, betales mange gange tilbage under routingen.

Trin 8: Før forbindelserne

Forbind delene med kobberspor, og dimensioner hvert spor til den strøm, det fører, og den impedans, det har brug for. Styr signalintegriteten ved at holde kritiske spor korte og give dem rene returveje. Routing er hvor omhyggelig placering enten gør arbejdet nemt eller, hvis det er forhastet, gør det smertefuldt.

Trin 9: Tilføj kobberstøbninger, høvle og silketryk

Tilføj jord- og effektplaner eller kobberstøbninger for at skabe lavimpedans returveje og reducere støj, og tilføj derefter silketryk, referencebetegnelser, polaritetsmærker og etiketter, der gør det muligt at samle og servicere printpladen. Disse sidste detaljer påvirker både ydeevne og fremstillingsevne kraftigt.

Fase 4 — Bekræft og frigiv (trin 10-11)

Designet ser færdigt ud, men det frigives ikke, før det har bestået sine kontroller og produceret rene outputfiler.

Trin 10: Kør DRC og ERC

Kør designregeltjekket (DRC) for at sammenligne printkortet med dine regler, spor for tæt på hinanden, afstande for små, ikke-routede forbindelser, vias der bryder reglerne, og ret alle rapporterede overtrædelser. Kør også det elektriske regeltjek (ERC) på skemaet igen. En ren DRC og ERC er din sidste og billigste mulighed for at opdage fejl, før du går i gang med fabrikationen.

Trin 11: Generer produktionsoutputtet

Eksporter de filer, som fabrikken har brug for: Gerber-filer til hvert lag, en NC-borefil og, til samling, en stykliste og en pick-and-place-fil. Inkluder de parametre, som standardfilerne ikke registrerer, pladetykkelse, kobbervægt, loddemaske- og silketrykfarver, overfladefinish og impedanskrav. Med rene output i hånden er du klar til at bestille via PCB-fremstilling.

Design med henblik på fremstilling fra starten

Den største forbedring, de fleste designere kan foretage, er at tænke på fremstillingsevne hele vejen igennem, ikke kun i trin 11. En printplade kan bestå alle elektriske kontroller og stadig være svær eller dyr at bygge.

Byg produktionsevne ind i hver fase

• I layout, efterlad tilstrækkelig afstand mellem delene til placering og inspektion, og undgå funktioner, der er finere, end din fabrikant kan fremstille pålideligt.
• Til montering, tilføj referencepunkter, hold tilstrækkelige afstande, og paneliser fornuftigt, så printkortet løber problemfrit gennem en SMT-linje.
• Til termiske designs, planlæg hvordan varmen forlader printkortet; højeffektkredsløb kan have brug for et substrat, der er egnet til metalkernesamling.
• For volumen, design med produktion i tankerne, så de samme filer skaleres ind højvolumen PCB samling uden omlægning.

En praktisk måde at sikre dette på er en designgennemgang fra producenten, før du forpligter dig. En gratis DFM-gennemgang kontrollerer dine filer i forhold til en reel proces og markerer problemer, marginale frigange, borestørrelser nær en grænse, manglende data, mens de stadig er billige at reparere.

Praktiske tips, der redder et re-spin

De fleste anden versioner af et printkort eksisterer på grund af et lille sæt undgåelige overseelser. At indarbejde disse vaner i din proces sparer både tid og omkostningerne ved endnu en produktionsrunde.

Før du ruter

• Dobbelttjek hvert fodaftryk mod databladet, og vær særlig opmærksom på ben 1 og stikkets retning.
• Tilføj afkoblingskondensatorer tæt på hver IC's strømstik; at mangle dem er en klassisk årsag til ustabil opførsel.
• Bekræft stikkenes køn og pinouts i forhold til de dele, de passer til.

Mens du ruter

• Størr effekt- og jordspor i forhold til den strøm, de faktisk fører.
• Giv højhastigheds- og følsomme signaler korte veje og rene returveje – disciplinen bag højhastigheds-PCB-fremstilling.
• Hold en passende afstand til de aktuelle spændinger og fremstillingsprocessen.

Før du slipper

• Ret alle DRC- og ERC-punkter, ikke kun de åbenlyse.
• Kør en produktionsevnekontrol, f.eks. en gratis DFM-gennemgang, før du bestiller.
• Genlæs silketrykket for referencebetegnelser, polaritetsmærker og pin-1-indikatorer.

Ingen af ​​disse trin er vanskelige, men at springe dem over er den mest almindelige årsag til, at et første bræt kommer tilbage til en revision. Et par minutters kontrol sparer en produktionscyklus.

De 11 trin i et overblik

Ved at arbejde os igennem disse elleve trin i den rette rækkefølge, med fremstillingsevnen i tankerne, opnås et design, som en fabrik kan bygge rent. Du kan læse mere om Highleap Electronics , og hvordan vi tager et færdigt design fra filer til arbejdsplader.

Ofte stillede spørgsmål

Hvad er de vigtigste faser i design af et printkort?

Fire: Definer kredsløbet og vælg software; indfang skemaet og tildel fodaftryk; læg printpladen ud (omrids, regler, placering, routing, støbninger); og verificer og frigiv (DRC/ERC, generer derefter produktionsfiler). De elleve trin falder inden for disse faser.

Hvilket trin forårsager flest fejl på det første printkort?

Tildeling af fodspor (trin 4) er en hyppig synder, fordi et forkert jordmønster betyder, at dele ikke passer eller lodder korrekt. At springe designregelkontrollen over eller forhaste den (trin 10) er en anden almindelig årsag. Verifikation af fodspor og beståelse af DRC forhindrer de fleste fejl.

Skal jeg indstille designregler før routing?

Ja. Indstilling af minimum sporbredde, frihøjde, via-størrelse og ringformet ring foran, tilpasset producentens muligheder, styrer editoren mod et bræt, der kan bygges, og forhindrer ophobning af overtrædelser. Regler, der er fastsat efter routing, betyder omarbejdning af spor.

Hvilke filer producerer trin 11?

Gerber-filer for hvert lag og en NC-borefil til fremstilling, plus en stykliste og en pick-and-place-fil til samling. Angiv også pladetykkelse, kobbervægt, loddemaske- og silketrykfarver, finish og eventuelle impedanskrav.

Hvordan adskiller god placering sig fra god routing?

Placering bestemmer, hvor delene placeres; routing forbinder dem. God placering, gruppering af relaterede dele, korte kritiske signaler og plads til kobber gør routing ligetil. Forhastet placering gør routing vanskelig, uanset hvor dygtig du er, så invester tid i trin 7.

Hvornår skal jeg tænke på fremstillingsevne?

Fra det første trin, ikke kun ved frigivelse. Ved at efterlade plads til montering, undgå funktioner, der er finere end din producent kan bygge, planlægge termiske stier og designe med fokus på volumen overalt forhindres dyre redesigns. En producents DFM-gennemgang før bestilling bekræfter, at designet kan bygges.

Hvad er den mest almindelige årsag til, at en bestyrelse har brug for en anden revision?

Undgåelige overseelser: forkert fodaftryk, manglende afkoblingskondensatorer, forkert stikbensudformning eller ufikserede DRC-elementer. Kontrol af fodaftryk i forhold til datablade, tilføjelse af afkoblingshætter, verificering af stik og løsning af alle DRC- og ERC-elementer før frigivelse forhindrer de fleste re-spins.

Hvor lang tid tager det at designe et printkort?

Det varierer meget med kompleksiteten, fra en eftermiddag for et simpelt bræt til uger for et komplekst et. Skematisk optagelse og routing tager normalt længst tid, og en grundig verifikation før udgivelsen er godt givet ud, fordi det undgår en langt langsommere genstart senere.

Har jeg brug for separat software til diagrammet og layoutet?

Nej. Moderne EDA-værktøjer håndterer både skematisk registrering og printkortlayout i én pakke og eksporterer produktionsfilerne, så ét enkelt værktøj fører dig fra kredsløb til Gerbers. Vælg et, der understøtter dit projekts kompleksitet og eksporterer standardoutput.

Kan jeg springe diagrammet over og lave printpladen direkte?

Det frarådes kraftigt. Skematiske elementer er kilden til den sandhed, som layoutet og netlisten genereres ud fra og kontrolleres i forhold til; hvis man springer det over, fjernes kontrollen af ​​de elektriske regler, og det bliver langt sværere at opdage fejl. Indfang først skematiske elementer, og læg derefter printpladen ud fra dem.