PCB Tasarımında Uzmanlaşmak: Stratejiler, Yönergeler ve En İyi Uygulamalar

PCB, elektronik devrelerin iskeletine ve sinir sistemine benzer ve elektronik mühendisliği projelerinde çok önemli bir rol oynar. Ancak birçok kişi PCB tasarımı konusunda bilgi sahibi değil veya yetersiz bilgiye sahip.

Üniversite yıllarımda devre kartı ve donanım devre tasarımı konularına özel bir ilgim oluştu ve bu konuları titizlikle çalıştım. O zamanlar mezun olduktan sonra ofis ortamında bilgisayar destekli tasarım (CAD) içeren bir iş bulmanın ideal olacağına inanıyordum. Mezun olduktan sonra Guangzhou'daki bir elektronik şirketinde PCB mühendisi olarak çalıştığım bir pozisyona başarıyla girdim. Başlangıçta şematik çizim, bileşen seçimi, PCB düzeni, prototip lehimleme, hata ayıklama, malzeme listesi (BOM) oluşturma ve iş talimatı hazırlama dahil olmak üzere çeşitli görevlerde çok bilgili olmam gerekiyordu. Bu deneyim elektronik sektöründeki yolculuğumun başlangıcı oldu.

PCB Tasarımında Şematik Diyagramların Önemli Rolü

İyi bir şematik diyagram iyi bir yönlendirmeyi garanti edemezken, kaliteli yönlendirme iyi bir şematik ile başlar. Bir şematik oluştururken, tüm devrenin sinyal akışına dikkat edilerek kapsamlı bir değerlendirme yapılması gerekir. Şematikte soldan sağa düzgün ve istikrarlı bir sinyal akışı, PCB'de de benzer şekilde iyi bir sinyal akışına dönüşmelidir. Şematikte mümkün olduğunca çok yararlı bilginin sağlanması tavsiye edilir.

Devre tasarım mühendislerinin müsait olmadığı zamanlarda, müşteriler devre sorunlarının çözümünde yardımımızı isteyebilirler. Bu işte çalışan tasarımcılar, teknisyenler ve mühendisler genellikle minnettardır, biz de öyle. Referans tanımlayıcıları, güç tüketimi ve tolerans gibi genel bilgilere ek olarak, şemaya başka hangi bilgiler dahil edilmelidir? Aşağıdaki öneriler, sıradan bir şemayı birinci sınıf bir şemaya dönüştürebilir: dalga biçimleri, gövdeyle ilgili mekanik bilgiler, baskılı hat uzunlukları, boş alanlar; PCB üzerine hangi bileşenlerin yerleştirilmesi gerektiğini belirtin; ayar bilgileri, bileşen değer aralıkları, ısı dağılımı bilgileri sağlayın. kontrollü empedans Baskılı çizgiler, açıklamalar, kısa devre işlem tanımları ve daha fazlası.

PCB Tasarımında Etkili İşbirliği Yönergeleri

Eğer yönlendirmeyi kendiniz tasarlamadıysanız, yönlendirme tasarımcısının çalışmasını titizlikle gözden geçirmek için yeterli zaman ayırmanız önemlidir. Bu noktada küçük bir önlem yüzlerce çareye ağır basabilir. Yönlendiren kişinin fikirlerinizi anlayabileceğini varsaymayın. Yönlendirme tasarım sürecinin ilk aşamalarında görüşleriniz ve rehberliğiniz çok önemlidir. Ne kadar çok bilgi sağlarsanız ve yönlendirme sürecine ne kadar dahil olursanız, ortaya çıkan PCB o kadar iyi olur. Yönlendirme tasarımcısı için geçici bir tamamlanma noktası oluşturmak (istediğiniz yönlendirmeye göre yönlendirmenin ilerleyişini hızlı bir şekilde gözden geçirmek), yönlendirmenin rotadan sapmasını önleyebilir ve böylece yeniden çalışma olasılığını en aza indirebilir.

Yönlendirme mühendisi için talimatlar şunları içermelidir: devre fonksiyonunun kısa bir açıklaması, giriş ve çıkışların konumlarını gösteren bir PCB şeması, PCB yığın bilgisi (örneğin, kart kalınlığı, katman sayısı, her sinyal katmanı ve zemin hakkında ayrıntılı bilgi) düzlem—güç, toprak, analog sinyal, dijital sinyal ve RF sinyali); her katmanın ihtiyaç duyduğu sinyaller; kritik bileşenler için yerleştirme gereksinimleri; baypas bileşenlerinin kesin konumları; hangi basılı satırların kritik olduğu; hangi satırların kontrollü empedans baskısı gerektirdiği; hangi çizgiler eşleşen uzunluklara ihtiyaç duyar; bileşen boyutları; hangi basılı satırların ayrı (veya birbirine yakın) tutulması gerektiği; hangi hatların ayrı (veya birbirine yakın) tutulması gerektiği; hangi bileşenlerin ayrı (veya birbirine yakın) tutulması gerektiği; Hangi bileşenlerin PCB'nin üstüne, hangilerinin altına yerleştirilmesi gerektiği. Başkalarına çok fazla bilgi vermekten asla şikayet etmeyin; çok mu az? Evet; Çok mu fazla? HAYIR.

Hatalardan Ders Alma: Karmaşık PCB Tasarımlarında Bileşen Yerleştirmenin Önemi

Yaklaşık 10 yıl önce çok katmanlı, yüzeye monte bir devre kartı tasarladım; kartın her iki tarafında da bileşenler vardı. Kart, çok sayıda vidayla (çok sıkı şok direnci gereklilikleri nedeniyle) altın kaplamalı alüminyum bir muhafazaya sabitlendi. Tahtanın içinden önyargılı besleme için pimler sağlandı. Bu çok karmaşık bir cihazdı. Kart üzerindeki bazı bileşenler ayar (SAT) testi için kullanıldı. Ancak bu bileşenlerin yerlerini açıkça belirtmiştim. Bu bileşenlerin hepsinin nereye kurulduğunu tahmin edebilir misiniz? Doğru, tahtanın altına yerleştirildiler. Ürün mühendisi ve teknisyenin tüm cihazı sökmesi, ayarları tamamlaması ve ardından yeniden monte etmesi gerektiğinden memnun olmadılar. O günden sonra bir daha bu hatayı yapmadım.

Stratejik Devre Düzeni Yoluyla PCB Verimliliğinin Artırılması

Tıpkı PCB'lerde olduğu gibi konum her şeyi belirler. Bir devrenin PCB üzerinde nereye yerleştirildiği, özel devre elemanlarının nereye takıldığı ve ona bitişik diğer devrelerin tümü çok önemlidir.

Genellikle girişlerin, çıkışların ve güç kaynaklarının konumları önceden belirlenir ancak aralarındaki devreler biraz "yaratıcılık" gerektirir. Bu nedenle yönlendirme detaylarına dikkat etmek önemli getiriler sağlayacaktır. Anahtar bileşenlerin konumundan başlayarak, belirli devreyi ve PCB'nin tamamını göz önünde bulundurun. Anahtar bileşenlerin konumlarının ve sinyal yollarının baştan belirtilmesi, tasarımın beklenen operasyonel hedeflere ulaşmasını sağlamaya yardımcı olur. Tasarımın ilk seferde doğru yapılması maliyetleri ve stresi azaltabilir ve geliştirme döngüsünü kısaltabilir.

Ek olarak PCB üzerindeki “özel pedleri” tartışalım:

Birincisi, gözyaşı yastığı Gözyaşı damlası, bir ped ile bir iletken arasında veya bir iletken ile bir yol arasında bir damla bağlantıdır. Gözyaşı ayarlamanın amacı, devre kartı çok büyük bir dış kuvvete maruz kaldığında iletken ile ped veya iletken ile via arasındaki temas noktasının bağlantısının kesilmesini önlemek ve ayrıca PCB devre kartının daha güzel görünmesini sağlamaktır. Gözyaşı damlasının işlevi, sinyal hattı genişliğinin aniden daralmasını önlemektir; bu, yönlendirme ile bileşen pedi arasındaki bağlantıyı daha pürüzsüz hale getirebilir ve ped ile yönlendirme arasındaki bağlantının kolay kopması problemini çözebilir.

1. Kaynak yaparken yastığı koruyabilir ve birden fazla kaynak sırasında yastığın düşmesini önleyebilir.
2. Bağlantının güvenilirliğini artırın (üretim sırasında düzensiz aşındırma ve yolların kaymasından kaynaklanan çatlakları önlemek için)
3. Pürüzsüz empedans, empedansın keskin değişimini azaltır PCB tasarımında, pedi daha sağlam hale getirmek ve mekanik kart yapımı sırasında pedin iletkenden ayrılmasını önlemek için, genellikle ped ile iletken arasında şu şekilde bir geçiş bölgesi düzenlenir: bir gözyaşı damlası, dolayısıyla genellikle gözyaşı damlası (Gözyaşı Damlaları) olarak adlandırılır.

İkincisi, deşarj dişi. Bu şeye deşarj dişi, deşarj aralığı veya kıvılcım aralığı denir. Kıvılcım aralığı, uçları maksimum 10 mil ile minimum 6 mil arasında değişen, birbirine doğru sivri açılarla bakan bir çift üçgenden oluşur. Bir üçgen topraklanır, diğeri sinyal hattına bağlanır. Bu üçgen bir bileşen değil, PCB yönlendirme işleminde kullanılan bakır folyo katmanlarından yapılmıştır. Bu üçgenler PCB'nin üst katmanına (bileşen tarafı) yerleştirilmelidir ve başka bir malzeme ile örtülemez. lehim direnci.

1. Anahtarlamalı güç kaynaklarının dalgalanma testi veya ESD testi sırasında, ortak mod indüktörünün her iki ucunda yüksek voltaj üretilerek ark oluşmasına neden olur. Çevredeki bileşenlere olan mesafenin yakın olması çevredeki bileşenlere zarar verebilir. Bu nedenle, gerilimini sınırlamak için bir deşarj tüpü veya varistör iki ucuna paralel bağlanabilir ve böylece arkın söndürülmesinde rol oynayabilir. Aşırı gerilim koruyucu yerleştirmek etkili olsa da nispeten pahalıdır.
2. Başka bir yol da PCB tasarımında ortak mod indüktörünün her iki ucuna bir boşaltma dişi eklemektir, böylece indüktör boşaltma dişinin iki sivri ucundan boşalır, diğer yollardan boşalmayı önler, böylece çevredeki ve daha sonra meydana gelen etkiyi en aza indirir. -sahne bileşenleri.

Deşarj boşlukları ek maliyet gerektirmez, sadece devre kartını çizerken bunları PCB üzerine çizin, ancak bu deşarj boşluğu biçiminin hava şeklinde bir deşarj boşluğu olduğunu ve yalnızca ESD'nin ara sıra meydana geldiği ortamlarda kullanılabileceğini unutmamak önemlidir. ESD'nin sık sık meydana geldiği ortamlarda kullanıldığında, sık deşarj nedeniyle üçgenin iki noktasında karbon birikintileri birikerek deşarj aralığında kısa devreye neden olur ve sinyal hattının toprağa kalıcı kısa devre yapmasına neden olur. bir sistem arızası.

Aslında PCB tasarımının pek çok zevki vardır, ancak yalnızca pratik yaparak derin bir anlayışa sahip olursunuz. Bu yazıyı okuduktan sonra PCB tasarımı konusunda fikri olan arkadaşlar varsa değişim için bizimle iletişime geçebilirler.

Üretim planlaması açısından, bu konuyu aşağıdakilerle karşılaştırmak da faydalı olacaktır. PCB malzeme seçimi hem de yüzey kalitesi karşılaştırması İmalat veya montaj paketini sonlandırmadan önce.

Sonuç

PCB tasarımı elektronikte çok önemlidir ve devrenin çekirdeğini oluşturur. Ancak anlayış genellikle sınırlıdır. Kapsamlı şemalar, ayrıntılı dalga formları, mekanikler ve yerleşimler kaliteli yönlendirmeyi destekler. Titiz inceleme, net iletişim ve erken yol/bileşen spesifikasyonu sorunları önler, memnuniyeti sağlar ve verimliliği optimize eder. Özel pedler (gözyaşı damlaları, deşarj dişleri) ayrılmayı önleyerek ve yüksek voltajı azaltarak güvenilirliği artırır. Deneyim ve bilgi paylaşımı PCB tasarımında uzmanlaşmanın anahtarıdır.