Stăpânirea proiectării PCB: Strategii, îndrumări și cele mai bune practici

PCB-ul este analog cu scheletul și sistemul nervos al circuitelor electronice, jucând un rol esențial în proiectele de inginerie electronică. Cu toate acestea, multor persoane le lipsesc înțelegerea sau posedă cunoștințe insuficiente cu privire la proiectarea PCB-urilor.

În anii de facultate, am dezvoltat un interes deosebit pentru proiectarea plăcilor de circuite și a circuitelor hardware și am studiat aceste materii cu sârguință. La acea vreme, credeam că obținerea unui loc de muncă în domeniul proiectării asistate de calculator (CAD) într-un birou după absolvire ar fi ideală. După absolvire, am obținut cu succes un post la o companie de electronice din Guangzhou, unde am lucrat ca inginer PCB. Inițial, a trebuit să fiu versat în diverse sarcini, inclusiv desenarea schemelor, selecția componentelor, amplasarea PCB-urilor, lipirea prototipurilor, depanarea, crearea listei de materiale (BOM) și pregătirea instrucțiunilor de lucru. Această experiență a marcat începutul călătoriei mele în industria electronică.

Rolul crucial al diagramelor schematice în proiectarea PCB-urilor

Deși o diagramă schematică bună nu poate garanta o rutare bună, rutarea de calitate începe cu o schemă bună. Atunci când se creează o schemă, este necesară o analiză amănunțită, acordându-se o atenție deosebită fluxului de semnal al întregului circuit. Un flux de semnal lin și constant de la stânga la dreapta în schemă ar trebui să se traducă într-un flux de semnal la fel de bun pe PCB. Este recomandabil să se furnizeze cât mai multe informații utile posibil în schemă.

Uneori, când inginerii de proiectare a circuitelor nu sunt disponibili, clienții pot solicita asistența noastră pentru rezolvarea problemelor legate de circuite. Proiectanții, tehnicienii și inginerii implicați în această activitate sunt adesea recunoscători, la fel ca și noi. Pe lângă informațiile comune, cum ar fi desemnatorii de referință, consumul de energie și toleranța, ce alte informații ar trebui incluse în schemă? Următoarele sugestii pot transforma o schemă obișnuită într-una de primă clasă: includeți forme de undă, informații mecanice privind carcasa, lungimile liniilor imprimate, zonele goale; indicați ce componente ar trebui plasate pe PCB; furnizați informații de ajustare, intervale de valori ale componentelor, informații despre disiparea căldurii, linii imprimate cu impedanță controlată , adnotări, descrieri concise ale acțiunilor circuitului și multe altele.

Linii directoare pentru o colaborare eficientă în proiectarea PCB-urilor

Dacă nu ați proiectat rutarea singur, este esențial să alocați suficient timp pentru a revizui meticulos munca proiectantului de rutare. În acest moment, o mică precauție poate fi mai importantă decât o sută de remedii. Nu presupuneți că persoana responsabilă de rutare vă poate înțelege ideile. Opiniile și îndrumările dumneavoastră sunt cele mai importante în etapele inițiale ale procesului de proiectare a rutării. Cu cât oferiți mai multe informații și cu cât sunteți mai implicat pe parcursul procesului de rutare, cu atât PCB-ul rezultat va fi mai bun. Stabilirea unui punct de finalizare provizoriu pentru proiectantul de rutare - revizuirea rapidă a progresului rutării în funcție de rutarea dorită - poate preveni abaterea de la curs, reducând astfel la minimum probabilitatea relucărilor.

Instrucțiunile pentru inginerul de rutare ar trebui să includă: o scurtă descriere a funcției circuitului, o schemă PCB care să indice locațiile intrărilor și ieșirilor, informații despre stivuirea PCB-ului (de exemplu, grosimea plăcii, numărul de straturi, informații detaliate despre fiecare strat de semnal și planul de masă - alimentare, masă, semnal analogic, semnal digital și semnal RF); ce semnale necesită fiecare strat; cerințe de plasare pentru componentele critice; locațiile exacte ale componentelor de bypass; ce linii imprimate sunt critice; ce linii necesită imprimare cu impedanță controlată; ce linii necesită lungimi potrivite; dimensiunile componentelor; ce linii imprimate trebuie ținute separate (sau apropiate); ce linii trebuie ținute separate (sau apropiate); ce componente trebuie ținute separate (sau apropiate); ce componente trebuie plasate deasupra PCB-ului și care trebuie plasate dedesubt. Nu vă plângeți niciodată că oferiți prea multe informații altora - Este prea puțin? Da; Este prea mult? Nu.

Învățând din greșeli: Importanța plasării componentelor în proiectele complexe de PCB

Acum aproximativ 10 ani, am proiectat o placă de circuit cu montare suprafață multistrat - ambele părți ale plăcii aveau componente. Placa era fixată într-o carcasă de aluminiu placată cu aur cu multe șuruburi (datorită cerințelor foarte stricte de rezistență la șocuri). Pinii pentru alimentarea prin polarizare erau prevăzuți prin placă. Acesta era un dispozitiv foarte complex. Unele componente de pe placă au fost folosite pentru testarea setărilor (SAT). Cu toate acestea, specificasem clar locațiile acestor componente. Puteți ghici unde au fost instalate toate aceste componente? Exact, au fost instalate pe partea inferioară a plăcii. Când inginerul de produs și tehnicianul au trebuit să demonteze întregul dispozitiv, să finalizeze setările și apoi să îl reasambleze, nu au fost mulțumiți. Nu am mai făcut această greșeală de atunci.

Îmbunătățirea eficienței PCB prin amplasarea strategică a circuitelor

La fel ca în cazul PCB-urilor, poziția determină totul. Locul în care este plasat un circuit pe un PCB, unde sunt instalate elementele sale specifice de circuit și ce alte circuite sunt adiacente acestuia sunt toate cruciale.

De obicei, pozițiile intrărilor, ieșirilor și surselor de alimentare sunt predeterminate, dar circuitele dintre ele necesită o anumită „creativitate”. De aceea, acordarea atenției detaliilor de rutare va aduce beneficii semnificative. Pornind de la poziția componentelor cheie, luați în considerare circuitul specific și întregul PCB. Specificarea pozițiilor componentelor cheie și a căilor de semnal de la început ajută la asigurarea faptului că proiectarea atinge obiectivele operaționale așteptate. Realizarea corectă a designului de la prima încercare poate reduce costurile și stresul - și poate scurta ciclul de dezvoltare.

În plus, haideți să discutăm despre acele „plachete speciale” de pe PCB:

În primul rând, placa de tip lacrimă. Picătura de tip lacrimă este o conexiune între o placă de tip pad și un conductor sau între un conductor și o conexiune via. Scopul utilizării picăturii de tip lacrimă este de a preveni deconectarea punctului de contact dintre conductor și pad sau dintre conductor și conexiune via atunci când placa de circuit este supusă unei forțe externe uriașe și, de asemenea, de a face placa de circuit PCB să arate mai frumos. Funcția picăturii de tip lacrimă este de a preveni îngustarea bruscă a lățimii liniei de semnal, ceea ce poate face conexiunea dintre rutare și placa componentei mai lină și poate rezolva problema ruperii ușoare a conexiunii dintre pad și rutare.

1. La sudare, poate proteja plăcuța și poate preveni căderea acesteia în timpul sudurilor multiple.
2. Îmbunătățiți fiabilitatea conexiunii (pentru a evita fisurile cauzate de gravarea neuniformă și decalajul viaelor în producție)
3. Impedanță netedă, reducerea schimbărilor bruște de impedanță. În proiectarea PCB-urilor, pentru a face pad-ul mai robust și a preveni deconectarea acestuia de la conductor în timpul fabricării plăcii mecanice, se amenajează adesea o zonă de tranziție între pad și conductor, în formă de lacrimă, de unde și numele de lacrimă (Teardrops).

În al doilea rând, dinte de descărcare. Acest element se numește dinte de descărcare, spațiu de descărcare sau spațiu de eclatoare. Spațiul de eclatoare este format dintr-o pereche de triunghiuri cu unghiuri ascuțite îndreptate unul spre celălalt, cu vârfurile triunghiurilor distanțate de maximum 10 mils la minimum 6 mils. Un triunghi este legat la masă, iar celălalt este conectat la linia de semnal. Acest triunghi nu este o componentă, ci este realizat din straturi de folie de cupru utilizate în procesul de rutare a PCB-urilor. Aceste triunghiuri trebuie plasate pe stratul superior (partea componentei) a PCB-ului și nu pot fi acoperite cu rezistanță la lipire.

1. În timpul testării la supratensiune a surselor de alimentare în comutație sau a testării ESD, se va genera o tensiune ridicată la ambele capete ale inductorului de mod comun, provocând formarea unui arc electric. Dacă distanța față de componentele din jur este mică, acestea pot fi deteriorate. Prin urmare, un tub de descărcare sau un varistor poate fi conectat în paralel la cele două capete ale sale pentru a limita tensiunea și, astfel, a juca un rol în stingerea arcului. Deși instalarea unui protector de supratensiune este eficientă, este relativ costisitoare.
2. O altă modalitate este de a adăuga un dinte de descărcare la ambele capete ale inductorului de mod comun în designul PCB, astfel încât inductorul să se descarce prin cele două capete ascuțite ale dintelui de descărcare, evitând descărcarea pe alte căi, reducând astfel la minimum impactul asupra componentelor din jur și a celor din etapele ulterioare.

Spațiile de descărcare nu necesită costuri suplimentare, este suficient să le desenați pe PCB atunci când desenați placa, dar este important de reținut că această formă de spațiu de descărcare este un spațiu de descărcare în formă de aer și poate fi utilizată doar în medii în care ESD apare ocazional. Dacă este utilizată în medii în care ESD apare frecvent, depozitele de carbon se vor acumula în cele două puncte ale triunghiului din cauza descărcărilor frecvente, provocând în cele din urmă un scurtcircuit pe spațiul de descărcare și provocând un scurtcircuit permanent al liniei de semnal la masă, rezultând o defecțiune a sistemului.

De fapt, există multe bucurii în proiectarea PCB-urilor, dar numai prin practică vei dobândi o înțelegere profundă. Dacă prietenii au vreo părere despre proiectarea PCB-urilor după ce au citit acest articol, ne pot contacta pentru un schimb.

Pentru planificarea producției, este utilă și compararea acestui subiect cu selecția materialelor PCB și compararea finisajelor de suprafață înainte de finalizarea pachetului de fabricație sau asamblare.

Decizii de proiectare de la schemă până la lansarea în producție

Intenția schemei, plasarea, rutarea și fișierele de fabricație exportate răspund la diferite întrebări. Folosiți etapa de proiectare și constrângerea fizică pentru a identifica verificările relevante.

Concluzie

Proiectarea PCB-urilor este crucială în electronică, formând nucleul circuitului. Cu toate acestea, înțelegerea este adesea limitată. Schemele detaliate, care detaliază formele de undă, mecanica și plasarea acestora, stau la baza rutării de calitate. Revizuirea riguroasă, comunicarea clară și specificarea timpurie a căii/componentelor previn problemele, asigură satisfacția și optimizează eficiența. Pad-urile specializate (lacrimi, dinți de descărcare) sporesc fiabilitatea prin prevenirea desprinderii și atenuarea tensiunii înalte. Experiența și schimbul de cunoștințe sunt esențiale pentru stăpânirea proiectării PCB-urilor.