Dominando o design de PCB: estratégias, diretrizes e práticas recomendadas

O PCB é análogo ao esqueleto e ao sistema nervoso dos circuitos eletrônicos, desempenhando um papel fundamental nos projetos de engenharia eletrônica. No entanto, muitos indivíduos não têm compreensão ou possuem conhecimento insuficiente sobre o design de PCB.

Durante meus anos de universidade, desenvolvi um interesse particular em projetos de placas de circuito e circuitos de hardware, e estudei esses assuntos diligentemente. Na época, eu acreditava que conseguir um emprego envolvendo design auxiliado por computador (CAD) em um escritório após a formatura seria o ideal. Depois de me formar, consegui um cargo em uma empresa de eletrônicos em Guangzhou, onde trabalhei como engenheiro de PCB. Inicialmente, eu precisava ser bem versado em diversas tarefas, incluindo desenho esquemático, seleção de componentes, layout de PCB, soldagem de protótipo, depuração, criação de lista de materiais (BOM) e preparação de instruções de trabalho. Essa experiência marcou o início da minha jornada na indústria eletrônica.

O papel crucial dos diagramas esquemáticos no design de PCB

Embora um bom diagrama esquemático não possa garantir um bom roteamento, um roteamento de qualidade começa com um bom esquema. Ao criar um esquemático, é necessária uma consideração minuciosa, com atenção cuidadosa ao fluxo de sinal de todo o circuito. Um fluxo de sinal suave e constante da esquerda para a direita no esquema deve se traduzir em um fluxo de sinal igualmente bom no PCB. É aconselhável fornecer o máximo de informações úteis possível no esquema.

Em algumas situações, quando os engenheiros de projeto de circuitos não estão disponíveis, os clientes podem solicitar nossa assistência para solucionar problemas nos circuitos. Projetistas, técnicos e engenheiros envolvidos nesse trabalho geralmente são gratos, assim como nós. Além de informações comuns, como designadores de referência, consumo de energia e tolerância, que outras informações devem ser incluídas no esquema elétrico? As sugestões a seguir podem transformar um esquema elétrico comum em um esquema de alta qualidade: inclua formas de onda, informações mecânicas sobre a carcaça, comprimentos das linhas impressas, áreas em branco; indique quais componentes devem ser colocados na placa de circuito impresso; forneça informações de ajuste, faixas de valores dos componentes, informações sobre dissipação de calor, linhas impressas de impedância controlada , anotações, descrições concisas da função do circuito e muito mais.

Diretrizes para colaboração eficaz no design de PCB

Se você não projetou a rota sozinho, é essencial alocar tempo suficiente para revisar meticulosamente o trabalho do designer da rota. Nesta conjuntura, uma pequena precaução pode superar uma centena de soluções. Não presuma que o indivíduo que está encaminhando pode compreender suas idéias. Suas opiniões e orientações são cruciais nos estágios iniciais do processo de design de rotas. Quanto mais informações você fornecer e mais envolvido estiver durante todo o processo de roteamento, melhor será o PCB resultante. Estabelecer um ponto de conclusão provisório para o projetista de rotas – revisando rapidamente o progresso da rota de acordo com a rota desejada – pode evitar que a rota se desvie do curso, minimizando assim a probabilidade de retrabalho.

As instruções para o engenheiro de roteamento devem incluir: uma breve descrição da função do circuito, um esquema de PCB indicando as localizações de entradas e saídas, informações de empilhamento de PCB (por exemplo, espessura da placa, número de camadas, informações detalhadas sobre cada camada de sinal e aterramento). plano – potência, terra, sinal analógico, sinal digital e sinal de RF); quais sinais cada camada requer; requisitos de posicionamento para componentes críticos; localizações exatas dos componentes do bypass; quais linhas impressas são críticas; quais linhas requerem impressão de impedância controlada; quais linhas exigem comprimentos correspondentes; dimensões dos componentes; quais linhas impressas precisam ser mantidas separadas (ou próximas); quais linhas precisam ser mantidas separadas (ou próximas); quais componentes precisam ser mantidos separados (ou próximos); quais componentes precisam ser colocados em cima do PCB e quais precisam ser colocados embaixo. Nunca reclame por fornecer muita informação a outras pessoas – é pouca? Sim; É demais? Não.

Aprendendo com os erros: a importância da colocação de componentes em projetos complexos de PCB

Cerca de 10 anos atrás, projetei uma placa de circuito multicamadas para montagem em superfície – ambos os lados da placa tinham componentes. A placa foi fixada em uma caixa de alumínio banhada a ouro com muitos parafusos (devido aos requisitos muito rígidos de resistência ao choque). Pinos para alimentação polarizada foram fornecidos através da placa. Este era um dispositivo muito complexo. Alguns componentes da placa foram usados ​​para testes de configuração (SAT). No entanto, eu especifiquei claramente a localização desses componentes. Você consegue adivinhar onde todos esses componentes foram instalados? Isso mesmo, eles foram instalados na parte inferior da placa. Quando o engenheiro e o técnico do produto tiveram que desmontar todo o dispositivo, concluir a configuração e depois remontá-lo, eles não ficaram satisfeitos. Não cometi esse erro novamente desde então.

Melhorando a eficiência do PCB por meio de layout de circuito estratégico

Assim como nos PCBs, a posição determina tudo. Onde um circuito é colocado em uma PCB, onde seus elementos de circuito específicos são instalados e quais outros circuitos são adjacentes a ele são cruciais.

Normalmente, as posições das entradas, saídas e fontes de alimentação são pré-determinadas, mas os circuitos entre elas exigem alguma “criatividade”. É por isso que prestar atenção aos detalhes do roteamento produzirá retornos significativos. Começando pela posição dos componentes principais, considere o circuito específico e todo o PCB. Especificar as posições dos principais componentes e dos caminhos do sinal desde o início ajuda a garantir que o projeto atinja os objetivos operacionais esperados. Acertar o design na primeira vez pode reduzir custos e estresse — e encurtar o ciclo de desenvolvimento.

Além disso, vamos discutir esses “pads especiais” na PCB:

Primeiro, almofada em forma de lágrima A lágrima é uma conexão em forma de gota entre uma almofada e um condutor ou entre um condutor e uma via. O objetivo de definir a lágrima é evitar que o ponto de contato entre o condutor e a almofada ou o condutor e a via se desconecte quando a placa de circuito for submetida a uma grande força externa, e também para deixar a placa de circuito PCB mais bonita. A função da lágrima é evitar que a largura da linha de sinal se estreite repentinamente, o que pode tornar a conexão entre o roteamento e o pad componente mais suave e resolver o problema de fácil quebra da conexão entre o pad e o roteamento.

1. Na soldagem, pode proteger a almofada e evitar que ela caia durante múltiplas soldas.
2. Aumente a confiabilidade da conexão (para evitar rachaduras causadas por gravação irregular e deslocamento de vias na produção)
3. Impedância suave, reduz a mudança brusca de impedância No projeto de PCB, a fim de tornar a almofada mais robusta e evitar que a almofada se desconecte do condutor durante a fabricação da placa mecânica, uma zona de transição é frequentemente disposta entre a almofada e o condutor, em forma de uma lágrima, por isso muitas vezes chamada de lágrima (lágrimas).

Em segundo lugar, o dente de descarga. Este componente é chamado de dente de descarga, centelhador ou centelhador. O centelhador é um par de triângulos com ângulos agudos apontando um para o outro, com as pontas dos triângulos espaçadas de um máximo de 10 milésimos de polegada (mils) a um mínimo de 6 milésimos de polegada (mils). Um triângulo é aterrado e o outro é conectado à linha de sinal. Este triângulo não é um componente, mas sim feito de camadas de folha de cobre usadas no processo de roteamento da placa de circuito impresso (PCB). Esses triângulos precisam ser colocados na camada superior (lado dos componentes) da PCB e não podem ser cobertos por máscara de solda.

1. Durante o teste de surto de fontes de alimentação chaveadas ou teste de ESD, alta tensão será gerada em ambas as extremidades do indutor de modo comum, causando arco voltaico. Se a distância até aos componentes circundantes for próxima, poderá danificar os componentes circundantes. Portanto, um tubo de descarga ou varistor pode ser conectado em paralelo nas suas duas extremidades para limitar a sua tensão e, assim, desempenhar um papel na extinção do arco. Embora a colocação de um filtro de linha seja eficaz, é relativamente cara.
2. Outra forma é adicionar um dente de descarga em ambas as extremidades do indutor de modo comum no projeto da PCB, de modo que o indutor descarregue através das duas extremidades pontiagudas do dente de descarga, evitando a descarga por outros caminhos, minimizando assim o impacto no ambiente circundante e subsequente. componentes de estágio.

As lacunas de descarga não requerem custos adicionais, basta desenhá-las no PCB ao desenhar a placa, mas é importante observar que esta forma de lacuna de descarga é uma lacuna de descarga em forma de ar e só pode ser usada em ambientes onde a ESD ocorre ocasionalmente. Se usado em ambientes onde a ESD ocorre com frequência, os depósitos de carbono se acumularão nos dois pontos do triângulo devido à descarga frequente, eventualmente causando um curto-circuito no intervalo de descarga e causando um curto-circuito permanente da linha de sinal para o terra, resultando em uma falha do sistema.

Na verdade, há muitas alegrias no design de PCBs, mas somente praticando você terá um conhecimento profundo. Se os amigos tiverem alguma opinião sobre o design de PCB depois de ler este artigo, eles podem entrar em contato conosco para troca.

Para o planejamento da produção, também é útil comparar este tópico com a seleção de materiais para PCB e a comparação do acabamento superficial antes de finalizar o pacote de fabricação ou montagem.

Decisões de projeto, do esboço à liberação para fabricação.

A intenção esquemática, o posicionamento, o roteamento e os arquivos de fabricação exportados respondem a perguntas diferentes. Use a fase de projeto e a restrição física para identificar as verificações relevantes.

Conclusão

O design da PCB é crucial na eletrônica, formando o núcleo do circuito. No entanto, a compreensão é muitas vezes limitada. Esquemas completos, detalhando formas de onda, mecânica e posicionamentos, sustentam o roteamento de qualidade. Revisão rigorosa, comunicação clara e especificação antecipada de caminho/componente evitam problemas, garantem satisfação e otimizam a eficiência. Almofadas especializadas (lágrimas, dentes de descarga) aumentam a confiabilidade, evitando o desprendimento e mitigando a alta tensão. Experiência e compartilhamento de conhecimento são essenciais para dominar o design de PCB.