Освоєння дизайну друкованих плат: стратегії, рекомендації та найкращі практики

PCB є аналогом скелета та нервової системи електронних схем, відіграючи ключову роль у проектах електронної інженерії. Однак багато людей не розуміють або не мають достатніх знань щодо проектування друкованої плати.

Під час навчання в університеті я особливо зацікавився проектуванням друкованих плат і апаратних схем, і я старанно вивчав ці предмети. У той час я вважав, що отримати роботу, пов’язану з системою автоматизованого проектування (САПР), в офісі після закінчення навчання було б ідеальним. Після закінчення навчання я успішно отримав посаду в електронній компанії в Гуанчжоу, де я працював інженером з друкованих плат. Спочатку я повинен був добре розбиратися в різних завданнях, включаючи схематичне креслення, вибір компонентів, макет друкованої плати, спаювання прототипу, налагодження, створення специфікації матеріалів (BOM) і підготовку робочих інструкцій. Цей досвід ознаменував початок моєї подорожі в електронній промисловості.

Вирішальна роль принципових схем у проектуванні друкованих плат

Хоча хороша принципова схема не може гарантувати хорошу маршрутизацію, якісна маршрутизація починається з хорошої схеми. При створенні схеми необхідно ретельно проаналізувати її, звернувши особливу увагу на потік сигналу всієї схеми. Плавний і постійний потік сигналу зліва направо на схемі повинен перетворюватися на такий же хороший потік сигналу на друкованій платі. На схемі бажано надати якомога більше корисної інформації.

Часом, коли інженери-схемотехніки недоступні, клієнти можуть звернутися до нас за допомогою у вирішенні проблем зі схемами. Проектувальники, техніки та інженери, задіяні в цій роботі, часто вдячні, як і ми. Окрім загальної інформації, такої як позначення позицій, споживання енергії та допуски, яку ще інформацію слід включити до схеми? Наступні пропозиції можуть зробити звичайну схему першокласною: включіть форми хвиль, механічну інформацію щодо корпусу, довжину друкованих ліній, порожні області; вкажіть, які компоненти слід розмістити на друкованій платі; надайте інформацію про налаштування, діапазони значень компонентів, інформацію про тепловиділення, друковані лінії контрольованого імпедансу , анотації, стислий опис дій схеми тощо.

Рекомендації щодо ефективної співпраці в проектуванні друкованих плат

Якщо ви не розробляли маршрут самостійно, важливо виділити достатньо часу, щоб ретельно переглянути роботу дизайнера маршруту. У цей момент невелика обережність може переважити сотню засобів. Не вважайте, що особа, яка здійснює маршрутизацію, може зрозуміти ваші ідеї. Ваша думка та вказівки є найважливішими на початкових етапах процесу розробки маршруту. Чим більше інформації ви надаєте та чим більше ви берете участь у процесі маршрутизації, тим кращою буде кінцева друкована плата. Встановлення попередньої точки завершення для розробника маршрутів — швидкий перегляд прогресу маршрутизації відповідно до бажаної маршрутизації — може запобігти відхиленню маршрутизації від курсу, таким чином мінімізуючи ймовірність переробки.

Інструкції для інженера з маршрутизації повинні містити: короткий опис функції схеми, схему друкованої плати із зазначенням розташування входів і виходів, інформацію про розміщення друкованої плати (наприклад, товщину плати, кількість шарів, детальну інформацію про кожен сигнальний шар і заземлення). площина — живлення, земля, аналоговий сигнал, цифровий сигнал і радіочастотний сигнал); які сигнали потрібні кожному шару; вимоги до розміщення критичних компонентів; точне розташування компонентів байпаса; які друковані рядки є критичними; які лінії вимагають друку з контрольованим імпедансом; які лінії вимагають відповідної довжини; розміри компонентів; які друковані рядки потрібно розташувати окремо (або зблизити); які лінії потрібно розташувати (або зблизити); які компоненти потрібно тримати окремо (або близько один до одного); які компоненти потрібно розмістити на друкованій платі, а які – знизу. Ніколи не скаржтеся на те, що надаєте занадто багато інформації іншим — чи це занадто мало? так; Це занадто? немає

Вчимося на помилках: важливість розміщення компонентів у складних конструкціях друкованих плат

Близько 10 років тому я розробив багатошарову друковану плату для поверхневого монтажу — обидві сторони плати мали компоненти. Плата була закріплена в позолоченому алюмінієвому корпусі за допомогою багатьох гвинтів (через дуже суворі вимоги до ударостійкості). Крізь плату були передбачені шпильки для зсуву. Це був дуже складний пристрій. Деякі компоненти на платі використовувалися для тестування налаштувань (SAT). Однак я чітко вказав розташування цих компонентів. Чи можете ви здогадатися, де всі ці компоненти були встановлені? Правильно, вони були встановлені на нижній частині плати. Коли інженеру та техніку довелося розібрати весь пристрій, завершити налаштування, а потім знову зібрати його, вони були незадоволені. Відтоді я більше не робив цієї помилки.

Підвищення ефективності друкованої плати за допомогою стратегічної схеми схеми

Як і в друкованих платах, позиція визначає все. Вирішальне значення має місце розміщення схеми на друкованій платі, де встановлені її конкретні елементи схеми та які інші схеми примикають до неї.

Зазвичай положення входів, виходів і джерел живлення заздалегідь визначені, але схеми між ними вимагають певної «креативності». Ось чому увага до деталей маршруту принесе значні прибутки. Виходячи з положення ключових компонентів, розглянемо конкретну схему і всю друковану плату. Зазначення положення ключових компонентів і шляхів сигналу з самого початку допомагає переконатися, що проект досягає очікуваних робочих цілей. Правильний дизайн з першого разу може зменшити витрати та стрес, а також скоротити цикл розробки.

Крім того, давайте обговоримо ці «спеціальні колодки» на друкованій платі:

По-перше, краплеподібний контакт. Краплеподібний контакт — це краплинне з’єднання між контактним майданчиком і провідником або між провідником і отвором. Мета встановлення краплі полягає в тому, щоб запобігти роз'єднанню точки контакту між провідником і контактною площадкою або провідником і отвором, коли друкована плата піддається величезній зовнішній силі, а також зробити друковану плату більш красивою. Функція краплі полягає в тому, щоб запобігти раптовому звуженню ширини сигнальної лінії, що може зробити з’єднання між маршрутизацією та компонентною площадкою більш гладким і вирішити проблему легкого розриву з’єднання між майданчиком і маршрутизацією.

1. Під час зварювання він може захистити прокладку та запобігти падінню прокладки під час кількох зварювальних швів.
2. Підвищення надійності з'єднання (щоб уникнути тріщин, викликаних нерівномірним травленням і зміщенням переходів під час виробництва)
3. Плавний імпеданс, зменшує різку зміну імпедансу У конструкції друкованої плати, щоб зробити контактну площадку більш міцною та запобігти її від’єднанню від провідника під час виготовлення механічної плати, між контактною площадкою та провідником часто встановлюють перехідну зону, яка має форму сльоза, тому її часто називають сльозою (Teardrops).

По-друге, розрядний зубець. Ця річ називається розрядним зубцем, розрядним проміжком або іскровим проміжком. Іскровий проміжок являє собою пару трикутників з гострими кутами, спрямованими один до одного, причому кінчики трикутників розташовані на відстані від максимум 10 міл до мінімум 6 міл. Один трикутник заземлений, а інший підключений до сигнальної лінії. Цей трикутник не є компонентом, а виготовлений з шарів мідної фольги, що використовуються в процесі трасування друкованої плати. Ці трикутники потрібно розміщувати на верхньому шарі (з боку компонента) друкованої плати і не можна покривати припоєм.

1. Під час випробування імпульсних джерел живлення на імпульсні перенапруги або випробування на електростатичний розлад висока напруга буде генеруватися на обох кінцях синфазного індуктора, що спричинить виникнення дуги. Якщо відстань до навколишніх компонентів є малою, це може пошкодити навколишні компоненти. Тому розрядну трубку або варістор можна з’єднати паралельно на двох кінцях, щоб обмежити її напругу і, таким чином, зіграти роль у гасінні дуги. Хоча встановлення фільтра перенапруг є ефективним, воно відносно дороге.
2. Інший спосіб полягає в тому, щоб додати розрядний зубець на обох кінцях синфазного індуктора в конструкції друкованої плати, щоб індуктор розряджався через два загострені кінці розрядного зубця, уникаючи розряду через інші шляхи, таким чином мінімізуючи вплив на оточуючі та наступні -компоненти сцени.

Розрядні проміжки не вимагають додаткових витрат, просто намалюйте їх на друкованій платі під час креслення плати, але важливо зазначити, що ця форма розрядного проміжку є повітряним розрядним проміжком і може використовуватися лише в середовищах, де час від часу виникає електростатичний розряд. Якщо використовується в середовищах, де часто виникає електростатичний розряд, вуглецеві відкладення будуть накопичуватися в двох точках трикутника через часті розряди, що зрештою спричинить коротке замикання на розрядному проміжку та спричинить постійне коротке замикання сигнальної лінії на землю, що призведе до системний збій.

Насправді, у проектуванні друкованих плат є багато радості, але лише практикуючись, ви отримаєте глибоке розуміння. Якщо після прочитання цієї статті друзі мають якісь почуття щодо дизайну друкованої плати, вони можуть зв’язатися з нами для обміну.

Для планування виробництва також корисно порівняти цю тему з вибором матеріалу друкованої плати та порівнянням обробки поверхні, перш ніж остаточно визначитися з пакетом виготовлення або складання.

Висновок

Конструкція друкованої плати має вирішальне значення в електроніці, утворюючи ядро ​​схеми. Однак розуміння часто обмежене. Ретельні схеми, деталізовані форми хвиль, механіка та розміщення лежать в основі якісної маршрутизації. Ретельний аналіз, чітке спілкування та рання специфікація шляху/компонента запобігають проблемам, забезпечують задоволення та оптимізують ефективність. Спеціальні накладки (сльози, розрядні зуби) підвищують надійність, запобігаючи від’єднанню та пом’якшуючи високу напругу. Досвід і обмін знаннями є ключовими для опанування дизайну друкованих плат.