6 Πρακτικές Συμβουλές Σχεδιασμού PCB για να Αποφύγετε το 90% των Κατασκευαστικών Παγίδων! Ακόμη και οι Αρχάριοι Μπορούν να Ξεκινήσουν Γρήγορα

Όταν σχεδιάζουν κυκλώματα, πολλοί άνθρωποι επικεντρώνουν όλη τους την ενέργεια στα σχηματικά διαγράμματα και την επιλογή εξαρτημάτων, ολοκληρώνοντας βιαστικά τη διάταξη PCB και το στάδιο δρομολόγησης. Το αποτέλεσμα; Είτε συχνά σφάλματα κατά την παραγωγή στο εργοστάσιο, είτε δυσλειτουργία της πλακέτας κυκλώματος μετά από σύντομο χρονικό διάστημα χρήσης—υπερθέρμανση, παρεμβολές σήματος, κακός συγκόλληση—αυτά τα προβλήματα μπορούν πραγματικά να αποφευχθούν εκ των προτέρων μέσω επιστημονικού σχεδιασμού. Σήμερα, θα αναλύσουμε τις βασικές τεχνικές σχεδιασμού PCB για να σας βοηθήσουμε να δημιουργήσετε γρήγορα κατασκευάσιμες, λειτουργικά σταθερές πλακέτες κυκλωμάτων!

I. Τοποθέτηση Εξαρτημάτων: Περισσότερο από την Τακτοποίηση, την Ευκολία της Συγκόλλησης και τη Χρηστικότητα

Η τοποθέτηση εξαρτημάτων είναι το θεμέλιο του σχεδιασμού PCB, που απαιτεί τόσο την τήρηση της λογικής του κυκλώματος όσο και τη συμβατότητα με τις διαδικασίες παραγωγής. Πολλοί αρχάριοι επιδιώκουν μόνο μια "τακτοποιημένη εμφάνιση", παραμελώντας τις πραγματικές απαιτήσεις συγκόλλησης και συναρμολόγησης.

Ενοποιημένος Προσανατολισμός Εξοικονομεί Χρόνο

Η τοποθέτηση παρόμοιων εξαρτημάτων όπως αντιστάσεις και πυκνωτές προς την ίδια κατεύθυνση μειώνει την ανάγκη για συχνές ρυθμίσεις γωνίας από το μηχάνημα κατά τη συγκόλληση, βελτιώνοντας την απόδοση και μειώνοντας την πιθανότητα ψυχρών συγκολλήσεων και εσφαλμένης συγκόλλησης. Εξαρτήματα διαφορετικών μεγεθών δεν πρέπει να παρεμποδίζουν το ένα το άλλο.

Αποφύγετε την τοποθέτηση μικρών εξαρτημάτων απευθείας κάτω ή πίσω από μεγάλα εξαρτήματα. Διαφορετικά, κατά τη συγκόλληση του μεγάλου εξαρτήματος, το μικρό εξάρτημα θα παρεμποδιστεί, δημιουργώντας μια "περιοχή σκιάς" που εμποδίζει τη συγκόλληση.

Απλοποιήστε τη συναρμολόγηση κατηγοριοποιώντας τα εξαρτήματα.
Προσπαθήστε να τοποθετήσετε εξαρτήματα επιφανειακής στήριξης (SMT) στην ίδια πλευρά της πλακέτας κυκλώματος και να συγκεντρώσετε τα εξαρτήματα διαμπερούς οπής (TH) στην κορυφή. Αυτό αποφεύγει την επανειλημμένη αναστροφή κατά τη συναρμολόγηση στο εργοστάσιο, μειώνοντας το κόστος παραγωγής. Εάν πρέπει να χρησιμοποιηθούν δύο τύποι εξαρτημάτων μαζί, εξετάστε εκ των προτέρων το πρόσθετο κόστος της διαδικασίας συναρμολόγησης.

II. Σχεδιασμός Ιχνών: Οι Διαδρομές Ισχύος, Γείωσης και Σήματος Πρέπει να Είναι Επιμελείς.

Μετά την τοποθέτηση των εξαρτημάτων, σχεδιάστε τη δρομολόγηση των ιχνών ισχύος, γείωσης και σήματος, καθώς αυτό επηρεάζει άμεσα τη σταθερότητα του κυκλώματος. Πολλά προβλήματα παρεμβολών σήματος και αστάθειας ισχύος προέρχονται από προβλήματα δρομολόγησης.

Επίπεδα Ισχύος και Γείωσης σε Εσωτερικά Επίπεδα.
Τοποθετήστε τα επίπεδα ισχύος και γείωσης μέσα στην πλακέτα κυκλώματος, διατηρώντας τη συμμετρία και την κεντρική θέση. Αυτό αποτρέπει την κάμψη της πλακέτας κυκλώματος και επιτρέπει την πιο ακριβή τοποθέτηση εξαρτημάτων. Κατά την τροφοδοσία τσιπ, χρησιμοποιήστε παχύτερα ίχνη και αποφύγετε τις συνδέσεις αλυσίδας (σύνδεση εξαρτημάτων σε σειρά) για να αποτρέψετε την αστάθεια τάσης.

Τα ίχνη σήματος πρέπει να είναι "σύντομα και ευθεία". Τα ίχνη σήματος μεταξύ των εξαρτημάτων πρέπει να ακολουθούν τη συντομότερη δυνατή διαδρομή. Οι άμεσες συνδέσεις είναι προτιμότερες από τις καμπύλες. Εάν ένα εξάρτημα πρέπει να στερεωθεί οριζόντια, τρέξτε το ίχνος οριζόντια για μικρή απόσταση πριν στρίψετε κάθετα. Αυτό αποτρέπει τη ροή της κόλλησης κατά τη συγκόλληση από το να προκαλέσει κακή ευθυγράμμιση των εξαρτημάτων. αντίθετα, η εκτέλεση του ίχνους κάθετα πρώτα μπορεί να προκαλέσει την κλίση του εξαρτήματος.

Το πλάτος του ίχνους πρέπει να ακολουθεί το ρεύμα. Για συνηθισμένα σήματα χαμηλού ρεύματος (όπως ψηφιακά και αναλογικά σήματα), ένα ίχνος πλάτους 0,010 ιντσών (10mil) είναι αρκετό. Εάν το ρεύμα υπερβαίνει τα 0,3 αμπέρ, το πλάτος του ίχνους πρέπει να αυξηθεί. όσο υψηλότερο είναι το ρεύμα, τόσο μεγαλύτερο πρέπει να είναι το ίχνος για να αποφευχθεί η υπερθέρμανση και το κάψιμο.

III. Σχεδιασμός Απομόνωσης: Ψηφιακά, Αναλογικά και Τροφοδοτικά Πρέπει να Είναι Ξεχωριστά.

Τα κυκλώματα τροφοδοσίας υψηλής τάσης, υψηλού ρεύματος μπορούν εύκολα να παρεμβαίνουν σε ευαίσθητα κυκλώματα ελέγχου ή αναλογικά κυκλώματα, οδηγώντας στο πρόβλημα "jitter σήματος" που αντιμετωπίζουν πολλοί. Η σωστή απομόνωση μειώνει σημαντικά τις παρεμβολές.

Η Γείωση Ισχύος και η Γείωση Ελέγχου Πρέπει να Είναι Ξεχωριστές. Η γείωση ισχύος και η γείωση ελέγχου κάθε τροφοδοτικού πρέπει να δρομολογούνται ξεχωριστά, όχι αναμεμειγμένα. Εάν είναι απαραίτητη μια σύνδεση, θα πρέπει να γίνει μόνο στο τέλος της διαδρομής ισχύος για να αποφευχθεί η αγωγιμότητα παρεμβολών. Αυστηρή Απομόνωση Ψηφιακών και Αναλογικών Κυκλωμάτων

Εάν η πλακέτα κυκλώματος περιέχει ψηφιακά κυκλώματα (όπως μικροελεγκτές) και αναλογικά κυκλώματα (όπως αισθητήρες), θα πρέπει να διατάσσονται ξεχωριστά και θα πρέπει να παρέχονται κατάλληλες διαδρομές σύνθετης αντίστασης για το επίπεδο γείωσης του ενδιάμεσου στρώματος. Τα αναλογικά σήματα πρέπει να ταξιδεύουν μόνο στο αναλογικό έδαφος και δεν πρέπει να διασταυρώνονται με το ψηφιακό έδαφος για να μειωθούν οι παρεμβολές χωρητικής σύζευξης.

IV. Διασπορά Θερμότητας: Μην Αφήνετε τη Θερμότητα να Καταστρέψει την Πλακέτα Κυκλώματος σας

Πολλές πλακέτες κυκλωμάτων παρουσιάζουν υποβάθμιση απόδοσης ή ακόμη και καίγονται μετά από μια περίοδο χρήσης, πιθανότατα λόγω ανεπαρκούς απαγωγής θερμότητας. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τα εξαρτήματα ισχύος, όπου η συσσώρευση θερμότητας μπορεί να επηρεάσει σοβαρά τη διάρκεια ζωής τους.

Προσδιορίστε τους "Γίγαντες Θερμότητας"

Ελέγξτε το δελτίο δεδομένων του εξαρτήματος για την παράμετρο θερμικής αντίστασης (TRT). Τα χαμηλότερα αποτελέσματα TRT οδηγούν σε καλύτερη απαγωγή θερμότητας. Κρατήστε τα εξαρτήματα υψηλής ισχύος (όπως τρανζίστορ και τσιπ ισχύος) μακριά από ευαίσθητα εξαρτήματα και προσθέστε ψύκτρες ή μικρούς ανεμιστήρες εάν είναι απαραίτητο.

Τα Hot Air Pads είναι το Κλειδί

Τα εξαρτήματα διαμπερούς οπής πρέπει να χρησιμοποιούν hot air pads. Αυτά επιβραδύνουν την απαγωγή θερμότητας των ακίδων, εξασφαλίζοντας επαρκή θερμοκρασία κατά τη συγκόλληση και αποτρέποντας τις ψυχρές συγκολλήσεις. Επιπλέον, η προσθήκη "teardrop" pads στα σημεία σύνδεσης μεταξύ των pads και των ιχνών ενισχύει την υποστήριξη φύλλου χαλκού και μειώνει τη θερμική και μηχανική καταπόνηση.

Τυπική Μέθοδος Σύνδεσης Hot Air Pad

V. Hot Air Pads: Ένα "Μαγικό Εργαλείο" για Ελαττώματα Συγκόλλησης

Πολλοί αρχάριοι δεν γνωρίζουν τη λειτουργία των hot air pads, με αποτέλεσμα ανοιχτά κυκλώματα, ψυχρές συγκολλήσεις και κακές συγκολλήσεις, οι οποίες δεν μπορούν να επιλυθούν με την επανειλημμένη ρύθμιση της θερμοκρασίας του φούρνου. Η βασική αιτία του προβλήματος έγκειται στον σχεδιασμό της καλωδίωσης.

Μεγάλες περιοχές χαλκού ισχύος ή γείωσης θερμαίνονται αργά και διαχέουν τη θερμότητα γρήγορα. Εάν οι ακροδέκτες συγκόλλησης μικρών εξαρτημάτων (όπως αντιστάσεις και πυκνωτές συσκευασίας 0402) συνδέονται απευθείας με μεγάλο φύλλο χαλκού, η θερμοκρασία δεν θα φτάσει στο σημείο τήξης της κόλλησης κατά τη συγκόλληση, με αποτέλεσμα μια ψυχρή συγκόλληση. Κατά τη χειροκίνητη συγκόλληση, η θερμότητα μεταφέρεται γρήγορα, αποτρέποντας επίσης την επιτυχή συγκόλληση.

Η αρχή των hot air pads είναι απλή: η σύνδεση των pads σε μια μεγάλη περιοχή φύλλου χαλκού μέσω αρκετών λεπτών λωρίδων χαλκού εξασφαλίζει ηλεκτρική αγωγιμότητα, μειώνοντας παράλληλα την περιοχή απαγωγής θερμότητας. Αυτό επιτρέπει στα pads να διατηρούν επαρκή θερμοκρασία κατά τη συγκόλληση, διασφαλίζοντας ότι η κόλληση προσκολλάται σταθερά στα pads.

VI. Έλεγχος Σχεδιασμού: Μην τσιγκουνεύεστε το Τελικό Βήμα

Μετά την ολοκλήρωση του σχεδιασμού, εκτελέστε πάντα έναν διπλό έλεγχο. Διαφορετικά, ακόμη και μικρά σφάλματα μπορούν να καταστήσουν ολόκληρη την πλακέτα κυκλώματος άχρηστη.

Πρώτον, εκτελέστε "ελέγχους κανόνων": Χρησιμοποιήστε τις λειτουργίες Electrical Rule Check (ERC) και Design Rule Check (DRC) στο λογισμικό σχεδιασμού για να ελέγξετε το πλάτος των ιχνών, την απόσταση, τα βραχυκυκλώματα, τα μη δρομολογημένα δίκτυα κ.λπ., για να διασφαλίσετε τη συμμόρφωση με τις απαιτήσεις κατασκευής.

Δεύτερον, επαληθεύστε σήμα προς σήμα: Από το σχηματικό διάγραμμα στο PCB, ελέγξτε τη σύνδεση κάθε γραμμής σήματος για να αποφύγετε παραλείψεις ή σφάλματα. Χρησιμοποιήστε τη λειτουργία θωράκισης του λογισμικού για να επιβεβαιώσετε ότι η διάταξη ταιριάζει με το σχηματικό διάγραμμα.

Συμπέρασμα

Ο σχεδιασμός PCB μπορεί να φαίνεται περίπλοκος, αλλά ο πυρήνας του περιστρέφεται γύρω από την "κατασκευασιμότητα" και τη "σταθερότητα". Η σωστή τοποθέτηση εξαρτημάτων, η διασφάλιση κοντών και φαρδιών ιχνών, η εφαρμογή καλής απομόνωσης και απαγωγής θερμότητας, η αποτελεσματική χρήση hot air pads και, τέλος, η διεξαγωγή διεξοδικού ελέγχου—αυτά τα έξι βήματα θα σας βοηθήσουν να αποφύγετε τις περισσότερες παγίδες.

Οι αρχάριοι δεν χρειάζεται να προσπαθούν για την τελειότητα στην αρχή. Κατακτήστε πρώτα αυτές τις θεμελιώδεις δεξιότητες και, στη συνέχεια, βελτιστοποιήστε τις σε συνδυασμό με πραγματικά έργα. Θα μπορείτε γρήγορα να σχεδιάσετε πλακέτες κυκλωμάτων υψηλής ποιότητας. Θυμηθείτε, ο καλός σχεδιασμός PCB όχι μόνο μειώνει το κόστος παραγωγής, αλλά κάνει επίσης την απόδοση του κυκλώματος πιο σταθερή και παρατείνει τη διάρκεια ζωής του.