Освоение проектирования печатных плат: стратегии, рекомендации и лучшие практики

Печатная плата аналогична скелету и нервной системе электронных схем и играет ключевую роль в проектах электронной инженерии. Однако многие люди не понимают или обладают недостаточными знаниями в области проектирования печатных плат.

Во время учебы в университете у меня появился особый интерес к проектированию печатных плат и аппаратных схем, и я усердно изучал эти предметы. В то время я считал, что после окончания учебы было бы идеально получить работу, связанную с компьютерным проектированием (САПР) в офисе. После окончания учебы я успешно получил должность в электронной компании в Гуанчжоу, где работал инженером по печатным платам. Первоначально мне приходилось хорошо разбираться в различных задачах, включая чертежи схем, выбор компонентов, разводку печатной платы, пайку прототипов, отладку, создание спецификации (BOM) и подготовку рабочих инструкций. Этот опыт положил начало моему пути в электронной промышленности.

Решающая роль принципиальных схем в проектировании печатных плат

Хотя хорошая принципиальная схема не может гарантировать хорошую разводку, качественная разводка начинается с хорошей схемы. При создании схемы требуется тщательное рассмотрение, уделяя особое внимание потоку сигналов во всей схеме. Плавный и устойчивый поток сигналов слева направо на схеме должен привести к такому же хорошему потоку сигналов на печатной плате. В схеме желательно предоставить как можно больше полезной информации.

Иногда, когда инженеры-разработчики схем недоступны, клиенты могут обратиться к нам за помощью в решении проблем, связанных со схемами. Разработчики, техники и инженеры, занимающиеся этой работой, часто выражают свою признательность, как и мы. Помимо общей информации, такой как обозначения компонентов, потребляемая мощность и допуски, какая еще информация должна быть включена в схему? Следующие рекомендации могут превратить обычную схему в первоклассную: включите осциллограммы, механическую информацию о корпусе, длину печатных линий, пустые области; укажите, какие компоненты следует разместить на печатной плате; предоставьте информацию о регулировке, диапазонах значений компонентов, информации о теплоотводе, печатных линиях с контролируемым импедансом , аннотации, краткое описание работы схемы и многое другое.

Рекомендации по эффективному сотрудничеству при проектировании печатных плат

Если вы не разрабатывали маршрутизацию самостоятельно, важно выделить достаточно времени для тщательного анализа работы разработчика маршрутизации. На этом этапе небольшая предосторожность может перевесить сотню лекарств. Не думайте, что человек, направляющий маршрут, сможет уловить ваши идеи. Ваше мнение и рекомендации наиболее важны на начальных этапах процесса проектирования маршрутизации. Чем больше информации вы предоставите и чем больше вы будете участвовать в процессе разводки, тем лучше будет конечная печатная плата. Установление предварительной точки завершения для проектировщика маршрута — быстрый просмотр хода выполнения маршрута в соответствии с желаемым маршрутом — может предотвратить отклонение маршрута от курса, тем самым сводя к минимуму вероятность переделки.

Инструкции для инженера по разводке должны включать: краткое описание функции схемы, схему печатной платы с указанием расположения входов и выходов, информацию о компоновке печатной платы (например, толщину платы, количество слоев, подробную информацию о каждом сигнальном слое и заземлении). плоскость — питание, земля, аналоговый сигнал, цифровой сигнал и радиочастотный сигнал); какие сигналы требуются каждому уровню; требования к размещению критически важных компонентов; точное расположение компонентов байпаса; какие напечатанные строки являются критическими; какие линии требуют печати с контролируемым импедансом; какие строки требуют одинаковой длины; размеры компонентов; какие печатные строки нужно держать отдельно (или близко друг к другу); какие линии нужно держать отдельно (или близко друг к другу); какие компоненты нужно держать отдельно (или близко друг к другу); какие компоненты необходимо разместить сверху печатной платы, а какие снизу. Никогда не жалуйтесь на то, что предоставляете другим слишком много информации. Не слишком ли мало? Да; Это слишком много? Нет.

Учимся на ошибках: важность размещения компонентов в сложных конструкциях печатных плат

Около 10 лет назад я разработал многослойную плату для поверхностного монтажа — компоненты были расположены на обеих сторонах платы. Плата была закреплена в позолоченном алюминиевом корпусе с помощью множества винтов (из-за очень жестких требований к ударопрочности). На плате были предусмотрены контакты для подачи смещения. Это было очень сложное устройство. Некоторые компоненты на плате использовались для тестирования настроек (SAT). Однако я четко указал расположение этих компонентов. Сможете ли вы догадаться, где были установлены все эти компоненты? Правильно, они были установлены в нижней части платы. Когда технологу и инженеру-технологу пришлось разбирать все устройство, завершать настройку, а затем снова собирать его, они были недовольны. С тех пор я больше не совершал этой ошибки.

Повышение эффективности печатных плат за счет стратегической компоновки схемы

Как и в случае с печатными платами, положение определяет все. Решающее значение имеет то, где расположена схема на печатной плате, где установлены ее конкретные элементы схемы и какие еще схемы соседствуют с ней.

Обычно положения входов, выходов и блоков питания предопределены, но схемы между ними требуют некоторого «творчества». Вот почему внимание к деталям маршрутизации принесет значительную прибыль. Начиная с позиции ключевых компонентов, рассмотрим конкретную схему и всю печатную плату. Определение положений ключевых компонентов и путей прохождения сигналов с самого начала помогает гарантировать, что проект достигает ожидаемых эксплуатационных целей. Правильное проектирование с первого раза может снизить затраты и стресс, а также сократить цикл разработки.

Кроме того, давайте обсудим эти «специальные площадки» на печатной плате:

Во-первых, каплевидная площадка. Каплевидное соединение представляет собой капельное соединение между контактной площадкой и проводником или между проводником и переходным отверстием. Целью установки капли является предотвращение отсоединения точки контакта между проводником и контактной площадкой или проводником и переходным отверстием, когда печатная плата подвергается огромной внешней силе, а также сделать печатную плату более красивой. Функция капли заключается в предотвращении внезапного сужения ширины сигнальной линии, что может сделать соединение между маршрутизацией и контактной площадкой более плавным и решить проблему легкого разрыва соединения между контактной площадкой и контактной площадкой.

1. При сварке он может защитить подкладку и предотвратить ее падение во время нескольких сварных швов.
2. Повысить надежность соединения (во избежание трещин, вызванных неравномерным травлением и смещением переходных отверстий при производстве)
3. Плавное сопротивление, уменьшение резкого изменения импеданса. В конструкции печатной платы, чтобы сделать контактную площадку более прочной и предотвратить ее отсоединение от проводника во время механического изготовления платы, между контактной площадкой и проводником часто устраивают переходную зону, имеющую форму слезинка, поэтому ее часто называют слезинкой (Teardrops).

Во-вторых, разрядный зазор. Это называется разрядным зазором, разрядным зазором или искровым зазором. Искровой зазор представляет собой пару треугольников с острыми углами, направленных друг к другу, причем вершины треугольников расположены на расстоянии от 10 мил до 6 мил. Один треугольник заземлен, а другой подключен к сигнальной линии. Этот треугольник не является компонентом, а состоит из слоев медной фольги, используемых в процессе трассировки печатной платы. Эти треугольники должны располагаться на верхнем слое (стороне компонента) печатной платы и не могут быть покрыты защитным слоем для припоя.

1. Во время испытаний импульсных источников питания или испытаний на электростатическое напряжение на обоих концах синфазного индуктора генерируется высокое напряжение, вызывающее искрение. Если расстояние до окружающих компонентов близко, это может привести к повреждению окружающих компонентов. Следовательно, разрядную трубку или варистор можно подключить параллельно на двух ее концах, чтобы ограничить ее напряжение и, таким образом, сыграть роль в гашении дуги. Хотя установка сетевого фильтра эффективна, она относительно дорога.
2. Другой способ — добавить разрядный зубец на обоих концах синфазного индуктора в конструкции печатной платы, чтобы индуктор разряжался через два заостренных конца разрядного зубца, избегая разряда по другим путям, тем самым сводя к минимуму воздействие на окружающие и последующие -этапные компоненты.

Разрядные промежутки не требуют дополнительных затрат, просто нарисуйте их на печатной плате при рисовании платы, но важно отметить, что эта форма разрядного промежутка представляет собой разрядный промежуток воздушной формы и может использоваться только в средах, где электростатический разряд возникает время от времени. При использовании в средах, где электростатический разряд возникает часто, отложения углерода будут накапливаться в двух точках треугольника из-за частых разрядов, что в конечном итоге приведет к короткому замыканию разрядного промежутка и необратимому короткому замыканию сигнальной линии на землю, что приведет к системный сбой.

На самом деле, в проектировании печатных плат есть много радостей, но только практикуясь, вы достигнете глубокого понимания. Если после прочтения этой статьи у друзей возникнут какие-либо чувства по поводу конструкции печатной платы, они могут связаться с нами для обмена.

Для планирования производства также полезно сравнить этот вопрос с выбором материалов для печатных плат и сравнением качества обработки поверхности, прежде чем окончательно определиться с комплектацией для изготовления или сборки.

Заключение

Конструкция печатной платы имеет решающее значение в электронике, образуя ядро ​​схемы. Однако понимание часто ограничено. Тщательные схемы с подробным описанием форм сигналов, механики и размещения обеспечивают качественную трассировку. Тщательная проверка, четкая коммуникация и ранняя спецификация пути/компонента предотвращают проблемы, обеспечивают удовлетворенность и оптимизируют эффективность. Специальные накладки (капельки, разрядные зубцы) повышают надежность, предотвращая отсоединение и снижая высокое напряжение. Обмен опытом и знаниями является ключом к освоению дизайна печатных плат.