PCB diseinua nabigatzea: ingeniarientzako praktika onak

PCB baten diseinua bere itxura baino gehiago da. PCB diseinu arrakastatsu batek bere zirkuituak fisikoki antolatzen ditu errendimendu elektroniko optimoa lortzeko, guztiz fabrikagarria den bitartean. Horretarako, osagaien liburutegiak, CAD ezarpenak eta parametroak, osagaien kokapena, bideratzea eta energia banatzeko sarearen (PDN) diseinua behar da. Gainera, diseinu-diseinatzaileek beren lana guztiz dokumentatuta dagoela eta azken produktua nahi duen sistema elektronikoan sartzeko prest dagoela ziurtatu behar dute.

Lan asko dago egiteko, batez ere PCB diseinu-prozesua ezagutzen ez duten ingeniarientzat. Lan-fluxu honekin laguntzeko, gomendagarria da PCB diseinu-gidalerroen multzo osoa izatea erreferentzia gisa. Industria eta enpresa estandarrek diseinuaren xehetasunak aginduko dituzte, baina diseinu-jarraibideak ezinbestekoak dira ingeniariei PCB garapen-prozesuan hasieratik amaierara nabigatzen laguntzeko. Hona hemen PCB diseinuaren diseinuaren oinarrizko jarraibide batzuk, zure PCB garatzeko gida formulatzeko erabil daitezkeenak.

PCB diseinua hasi aurretik

Diseinu-prozesua hasi aurretik hainbat ataza zuzendu behar dira diseinu arrakastatsua bermatzeko. Lehenengo lanetako bat erabiliko den PCB aztarna liburutegia ezartzea da.

Zure PCB diseinu liburutegia eraikitzean, funtsezkoa da industriako estandarrak (adibidez, IPC) edo fabrikatzailearen zehaztapenak erabiltzea paketeen tamaina eta dimentsioetarako. Hala ere, eskakizun pertsonalek, konpainiak edo teknikoek zenbait piezaren aldakuntzak ere eman ditzakete. Adibidez, RF diseinuetako paketeek diseinu digital estandarrak baino pad tamaina txikiagoak eska ditzakete. Hona hemen zure PCB osagaien aztarna liburutegia eraikitzeko jarraibide gehigarri batzuk:

• Ziurtatu eraikitzen dituzun liburutegiko osagaiek pad-ereduen tamaina onargarriak dituztela osagaiaren estandarrekin bat datozen tarteekin.
• PCB aztarnek beharrezko elementu guztiak izan behar dituzte, hala nola piezen eskemak, serigrafia-markak eta erreferentzia-izendatzaileak.
• Arau on bat da zure fabrikatzaileak diseinatzen ari zaren piezak eraiki ditzakeela ziurtatzea azken diseinura bidali aurretik.

Beste aukera bat kanpoko CAD liburutegi hornitzaileen PCB aztarnak erabiltzea da. Piezen fabrikatzaileek aldez aurretik beren osagaiak eraikitzen dituzte zure diseinu sistemarako, eta tresna batzuek arakatzaileak dituzte pieza horiek eroso deskargatzeko.

PCB eskema eta geruzaren pilaketa

PCB diseinua hasi aurretik, diseinatzaile mekanikoekin lan egin behar duzu eskema forma ona lortzeko. Diseinu-faktoreak geroago alda daitezkeen arren, edozein aldaketak zirkuituaren birdiseinu garrantzitsua behartu dezake forma berriari egokitzeko. Gainera, CAD tresna gehienek diseinu mekanikoko sistemetatik inportatutako datuak onartuko dituzte, zure lana erraztuz. Hala ere, inportatutako datuekin ere, PCBaren eskema zuzena dela eta zure diseinurako beharrezkoak diren CAD elementu guztiak dituela ziurtatu behar duzu, hala nola, kanpo-guneak.

Geruzen pilaketa ere osatu behar da diseinua hasi aurretik. Berriz ere, hauek geroago alda daitezke, baina dauden zirkuituetan izan dezakeen eraginak zure diseinu-egutegia eta aurrekontua eten ditzake. Geruzen pilaketa ere doitu behar da zure diseinu espezifikorako, inpedantzia-kontrolatutako bideratzea eta beste seinale-osotasun-eskakizun batzuk lortzeko geruzen konfigurazio zuzena bermatzeko. PCB materiala aukeratzea ere funtsezkoa da etapa honetan, materialaren propietate fisikoetan oinarritutako trazadura-zabalera egokiak eta beste diseinu-kalkulu batzuk egin ahal izateko. Propietate horien artean daude konstante dielektrikoa, isolamendu-kalitatea, hezetasun-xurgapen-tasa eta disipazio-faktorea.

CAD parametroak eta ezarpenak

Ez da arraroa beren CAD sistemen ezarpen lehenetsiekin lan egiten duten diseinatzaileak aurkitzea. Hala ere, CAD sistema gehienek koloreen, betetze-ereduen, itzalen eta letra-tamainen eta zabaleren gaineko kontrol zabala eskaintzen diete erabiltzaileei. Objektu jakin batzuen bistaratzea ere alda dezakezu, diseinu-elementu bat beste baten gainean jarri, saretak ezarri eta diseinu- eta bideratze-hobespenak zehaztu. Ezarpen hauek zure lanaren eraginkortasuna hobetzeko diseinatuta daude, eta denbora aurrez dezakezu ezarpenak aldez aurretik optimizatuta.

Osagaiak kokatzeko jarraibideak

CAD liburutegiak, PCB eskema eta beste konfigurazio-zereginak amaitutakoan, diseinua has daiteke. Prozesu honen lehen urratsa PCB osagaien aztarnak taula gainean jartzea da. Osagaiak taula gainean jartzeak hiru baldintza nagusi bete behar ditu: zirkuituaren errendimendua, fabrikagarritasuna eta irisgarritasuna.

Zirkuitu Errendimendua

Abiadura handiko zirkuituek euren osagaiak ahalik eta hurbilen jarri behar dituzte seinale bide labur eta zuzenak lortzeko, baina ez dira baldintza hori duten osagai bakarrak. Zirkuitu analogikoak eta potentzia-osagaiak ere jarri behar dira, haien bide sentikorrak edo korronte handikoak ahalik eta laburrenak izan daitezen. Horrek induktantzia murrizten laguntzen du eta seinalearen eta potentziaren osotasuna hobetzen du. Hala ere, kasu batzuetan, baliteke osagai horiek bereizi behar izatea autobusen bideraketa edo isolamendu termikoa egokitzeko.

Fabrikagarritasuna

Produkzio kostuak ahalik eta gehien murrizteko, garrantzitsua da osagaiak ahalik eta errazen fabrikatzeko moduan jartzea. Esate baterako, elkarrengandik hurbilegi dauden osagaiak ezin izango dira automatikoki muntatu edo soldadura prozesu automatizatuekin zaila izan daiteke. Txip altuagoko osagaiek itzal-efektua sortuko dute uhin-soldadura haien aurrean zati txikiagoetan egiten denean, soldadura-konexio txarrak eraginez. Txipetako osagai txikien bi soldadura-plateren arteko kobre desorekatuak beroketa irregularra sortuko du, soldadura-kutxa bat bestearen aurretik urtzea eraginez, beste aldea gora tiratuz.

Erabilerraztasuna

Zirkuitu-plakak eskuz probatu eta berritu behar dira normalean, eta horrek zuzendu behar diren osagaietarako sarbidea eskatzen du. Osagai handiagoek osagai horiek iluntzen badituzte, haien lana denbora gehiago behar da edo ondoko osagaietan kalteak eragin ditzake. Era berean, eskuraezinak diren konektoreek, etengailuek eta beste giza-makina interfazeek zirkuitu plakaren ekoizpena moteldu dezakete.

Printzipio gida nagusi bat diseinua garapen-taulan dauden osagaien oinarrizko plano-ikuspegi batekin hasi behar dela da. Horri esker, plakako zirkuitu-eremu desberdinak nola banatzeko estrategiak asmatuko dituzu seinale analogiko eta digitalak gainjartzea saihesteko.

PCB Diseinu-gidalerroak: osagaiak kokatzea eraginkorrak bideratzea dakar

PCB bideratzeko jarraibideak

Zirkuitu-plaken diseinatzaileentzat, beren zirkuitu-plakak jartzea ezinbestekoa da seinale eta potentzia osotasun optimoa sortzeko. Osagaiak posizio optimoetan jarri behar dira bideratze labur eta zuzena lortzeko. Aldi berean, PCB ezarri behar da sare guztiak guztiz bideratu ahal izateko. Baldintza hauek orekatzea nahiko erronka izan daiteke dentsitate handiko diseinuetan. PCB diseinuaren diseinuaren lehen gidalerroa bideratzeko diseinu-arauak eta mugak ezartzea da.

Diseinu-arauak eta mugak

Teknikoki, diseinu-arauak eta mugak konfiguratzea parametroetan eta ezarpenetan sartu behar da. Hala ere, arau gehienak zuzenean bideratze-bideari aplikatzen zaizkionez, hemen sartzen ditugu. Arauak eta mugak pista-zabalerak eta tarteak kontrolatzeko erabiltzen dira eta sare indibidualetarako, sare-klase deitzen diren sare taldeetarako edo zehaztu gabeko sare guztien ezarpen lehenetsi gisa ezar daitezke. Diseinu-arauak ere erabiltzen dira sare ezberdinetarako zein bide hautatzen diren, bideratze-luzeretarako eta bat datozen luzeretarako, eta zein geruza onartzen diren sare zehatzak bideratzeko eta bideratze-topologiak egiteko. Gainera, diseinu-arauak osagaien tartea, serigrafia-arauak, urruntze mekanikoak eta beste hainbat muga kontrolatzeko erabiltzen dira.

Seinalearen eta potentziaren osotasuna

Errendimendu eta seinalearen osotasun optimoa lortzeko, PCB diseinu diseinatzaileek zirkuituak bideratzeko baldintza espezifikoak bete behar dituzte. Kasu honetan, diseinu arauek eta murrizketek lagunduko dute, diseinatzaileei bideratze fisikoaren parametroak CAD sistemetan sartzeko aukera emanez bideratzeko. Balio zehatzak PCBaren beharren arabera aldatuko diren arren, diseinatzaileek normalean arauak ezartzen dituzte jarraibide hauek betetzen direla ziurtatzeko:

• Abiadura handiko transmisioetarako ibilbide laburrak eta zuzenak izan behar dira.
• Pista zabalerak, tarteak eta baimendutako geruzak inpedantzia kontrolatua bideratzeko.
• Zehaztutako pista-luzerak eta luzera-perdoiak bat datozen luzera bideratzeko.
• Bikote diferentzialen zabalerak eta tarteak.
• Erlojuak eta kontrolak bezalako seinale sentikorren zabalerak eta tarteak.
• Moten bidez sare ezberdinetarako.
• Pista-zabalerak eta tarteak zirkuitu analogikoetarako.
• Bide-zabalerak eta kobrezko pisuak korronte handiko potentzia-zirkuituetarako.

Gogoratu beharreko beste jarraibide garrantzitsu bat bide analogikoaren eta digitalaren arteko eremuak saihestea da seinale mistoko diseinuetan bideratzerakoan.

Potentzia eraginkorra eta lurreko planoaren jarraibideak

Abiadura handiko diseinu modernoetarako, lurrerako estrategia optimoa askotan lurrerako geruza jarraitu bat edo gehiago erabiltzea da barneko geruzetan. Horrek EMI babes bikaina eskaintzen du eta seinale-bide garbiak bermatzen ditu, eta horrek seinalearen osotasun orokorra hobetuko du. PCB-aren eskema edo ezaugarri bereziengatik lurrerako planoaren etenak gertatzen diren eremuetan, saihestu egin behar da bideratzea plakan dauden lurrerako hutsuneetan. Seinaleentzako itzulera-bide garbi gisa balioko duten lurrerako plano jarraitu eta ondoz ondokorik ez badago, zure diseinuak zarata asko sor dezake. Hona hemen kontuan hartu beharreko potentzia eta lurrerako planoaren jarraibide batzuk:

• Beheko geruzak seinale-geruzen ondoan egon behar dira a batean PCB pilaketa abiadura handiko bideratzearekin. Horrek abiadura handiko bideratzea interferentziatik babesten lagunduko du eta seinalearen itzulera bideetarako erreferentzia-plano ona eskaintzen du.
• Erabili pad termikoak eta kudeatu arretaz hegazkinaren energia eta lurreko konexioak. Kuxin-zerrendaren pad-erradioak nahikoa zabala izan behar du korronte handia eramateko konexio horiek erradiadore gisa jarduteko aukera ezabatuz.
• Planifikatu potentzia-konexioak eta zatitu potentzia-hegazkinak arretaz, PCB osoan konektatutako osagai guztiei energia nahikoa ematen zaiela ziurtatzeko.

Saihestu zirkuitu analogikoak eta digitalak aldi berean bideratzea seinale mistoko diseinuetan

Serigrafia eta PCB probak egiteko jarraibideak

PCBaren diseinua amaitutakoan, diseinua amaitzean zentratu behar da, serigrafia geruza garbituz eta proba puntuak gehituz. Erreferentzia markak, pieza zenbakiak eta bestelako enpresaren informazioa tintaz markatzen dira PCBan serigrafia prozesuaren bidez. Diseinatzaileek normalean "serigrafia inprimaketa" geruza erabiltzen dute beren CAD sisteman marka horiek diseinatzeko.

Serigrafia geruzaren markak irakurgarriak direla ziurtatzeko, diseinatzaileek jarraibide hauek jarraitzen dituzte:

• Lerro-zabalerak ez du 4 mils baino gutxiago izan behar.
• Letra-tamainek ez dute 24 mils baino txikiagoak izan behar.

Osagaien erreferentzia-izendatzaileei izena aldatu behar zaie konpainiaren sareta-ereduaren arabera, zirkuitu plakan pieza zehatzak aurkitzen laguntzeko. Mugitu eta biratu erreferentzia markak erraz irakurtzeko. Sartu polaritatea eta pin bat marka behar denean.

Proba-puntuak funtsezkoak dira ekoizpen masiborako diseinatutako zirkuitu-plaketarako, muntaia automatikoki egiaztatzeko. Diseinuko sare bakoitzak proba-puntu bat izan behar du, lehendik dagoen zulo bidezko pin bat den, bidez edo gainazaleko muntaketa-pantaila gehituta. Proba-puntuak PCBko beste objektu batzuetatik gutxienez 50 milimetrotara egon behar dira, hala nola osagaiak edo padetatik, eta gutxienez 100 milimetrora PCBaren ertzetik. Hala ere, balio hauek hornitzaileen arabera alda daitezke, beraz, ziurtatu fabrikatzailearen proba-puntuaren eskakizunak zein diren egiaztatzea.