Компоновка печатной платы — 6 важных моментов, которые следует учитывать при проектировании печатной платы

Знаете ли вы, что почти каждая электронная схема включает макет печатной платы? В эпоху Интернета вещей спрос и сложность печатных плат продолжают расти с каждым днем. Проектирование печатной платы может быть пугающим, особенно с учетом размещения нескольких электронных компонентов и оптимальной трассировки в ограниченном пространстве. Чтобы сделать все правильно с первого раза, крайне важно знать, как работать с разводкой печатной платы.

В этой статье обсуждаются шесть основных моментов, которые необходимо учитывать при проектировании печатной платы, включая выбор материала и компонентов, размещение компонентов, компоновку печатной платы, типы переходных отверстий печатной платы, проблемы с питанием, тепловые характеристики и ограничения платы.

1. Материал и компоненты

Вы должны учитывать материал и компоненты, которые вы планируете использовать для печати, в соответствующих деталях; вы должны сначала определить функции, которые должна будет выполнять печатная плата, приблизительный размер конечного продукта, взаимосвязь печатной платы с другими схемами и, конечно же, ее размещение в продукте.

Некоторые материалы могут работать при экстремальных температурах; другие могут выйти из строя и привести к короткому замыканию. По этой причине помните о рабочей температуре конечного продукта в зависимости от материала и компонентов, которые вы выбираете для своей печатной платы.

Наконец, учитывайте стоимость и доступность материалов. Если вы соглашаетесь на труднодоступные материалы, их поиск может быть дорогим и трудоемким, что в конечном итоге задержит сборку вашей печатной платы. Рассмотрите возможность выбора поставщика печатных плат, который может поддерживать стабильные поставки необходимых компонентов для вашей печатной платы. Другие области, которые следует учитывать, включают запасные части, ремонт и замену.

2. Размещение компонентов на печатной плате

Размещение компонентов на доске требует большого количества навыков решения проблем и творческого подхода. Поскольку у каждого свой взгляд на дизайн, размещение вашего компонента будет отличаться от чьей-то еще идеи.

Рассмотрим производство печатной платы, потому что это конечная цель. Например, компоненты-единомышленники, такие как транзисторы, при размещении должны быть обращены в одном направлении для упрощения установки и проверки производителем.

Учитывайте размер и высоту отдельного компонента. Некоторые компоненты будут больше других, и при размещении рядом друг с другом на печатной плате могут появиться неровные выступы. Некоторые более высокие детали могут блокировать более короткие элементы, и когда плата проходит через паяльную печь для гравировки деталей на плате, она может вернуться с плохо соединенными паяными соединениями. Всегда учитывайте высоту и ширину компонентов на плате — детали с одинаковыми размерами можно размещать по направлению к одной стороне платы, чтобы волна пайки достигала меньших деталей, не блокируя их.

Оставьте место для маршрутизации. Если вы разместите компоненты слишком близко друг к другу, вы окажетесь вне досягаемости, когда начнете трассировку. Интегральные схемы, например, имеют множество контактов, которые нужно соединить вокруг платы. Чтобы не допустить нехватки места и повторного перескакивания макета, оставьте достаточно места для компонентов, которые требуют подключения большого количества контактов, чтобы упростить процесс.

3. Стек компоновки печатной платы

Стек печатных плат образует основу всей печатной платы. Он включает в себя размещение изоляционных слоев и медных слоев. Стек включает в себя различные слои внутри печатной платы и позволяет установить волновые сопротивления для каждого слоя. Чем больше слоев на печатной плате, тем дороже она становится.

Печатные платы состоят из слоев различных материалов, ламинированных вместе с помощью клея. Верхний слой — это шелкография, которая добавляет на доску другие индикаторы, такие как буквы и символы. Нижний слой — FR4, придает плате жесткость и толщину. Следующим слоем является медный слой, за которым следует паяльная маска, придающая печатной плате характерный зеленый цвет. Оптимальный многослойный стек минимизирует излучение и внешний шум. Это также позволяет улучшить электромагнитную совместимость вашей конструкции, удерживает стоимость в рамках бюджета и обеспечивает эффективность технологии производства.

4. Компоновка печатной платы с помощью типов

PCB Via обеспечивает взаимосвязь между различными слоями платы. Переходные отверстия могут соединять дорожки, контактные площадки и другие проводящие элементы и обеспечивать путь для передачи электрической и тепловой энергии от одного слоя к другому. Поскольку мы просверливаем отверстия в плате для создания переходных отверстий, вы должны учитывать расположение и размер каждого отверстия относительно других компонентов печатной платы. Для повышения эффективности производственного процесса желательно, чтобы все переходные отверстия на плате были одинакового размера.

Существует три основных типа переходных отверстий:сквозные переходные отверстия, глухие переходные отверстия и скрытые переходные отверстия. Сквозное соединение соединяет два видимых внешних слоя. Слепые отверстия соединяют видимый внешний слой с невидимым внутренним слоем. Скрытые переходы соединяют два скрытых внутренних слоя. Другие типы переходных отверстий включают тепловые переходные отверстия для передачи тепла от верхнего слоя к нижнему или внутреннему слоям и тентовые переходные отверстия, закрытые паяльными масками для предотвращения утечки электрических и тепловых компонентов. Обязательно обсудите возможности типов переходных отверстий, которые вы собираетесь использовать, с вашим поставщиком печатных плат, поскольку разные переходные отверстия имеют разную пропускную способность по току.

5. Проблемы с питанием и температурой

В то время как размещение компонентов имеет решающее значение для дизайна, чтобы заставить эти компоненты работать, вам также необходимо учитывать разводку питания. Плоскости питания и заземления должны быть внутри вашей платы, центрированы и симметричны, чтобы предотвратить скручивание платы или искривление корпусов.

Тепловые проблемы затрагивают более крупные печатные платы с более высокой плотностью и чрезмерной скоростью обработки. Чтобы избежать таких проблем, ваша печатная плата должна рассеивать тепло. При выборе материала определите компоненты, выделяющие много тепла, и найдите способы отвода тепла от них. Поверхностное пространство вокруг деталей, которые быстро нагреваются, является важным фактором при проектировании компоновки, поскольку им потребуется пространство для охлаждения. Вы можете рассмотреть возможность включения радиаторов, охлаждающих вентиляторов и тепловых сбросов. Некоторые места для добавления тепловых резервов включают сквозные отверстия для замедления скорости отвода тепла через слои печатной платы.

Это влияет на целостность сигнала. Вы должны ожидать электрических проблем, таких как электромагнитные помехи в электронных устройствах. Чтобы убедиться, что ваша печатная плата не вызывает таких проблем, избегайте прокладки дорожек параллельно друг другу. Для записей, которые должны пересекаться друг с другом, убедитесь, что они расположены под прямым углом, чтобы свести к минимуму емкость и взаимную индуктивность.

6. Ограничения доски

Во-первых, в зависимости от назначения печатной платы, которую вы проектируете, вы должны учитывать размер и форму платы. Плата является основным компонентом печатной платы, поскольку она содержит все остальные части. Факторы, определяющие размер и форму печатной платы, включают функциональность и размер целевого продукта. Например, для носимых устройств, таких как трекеры активности, требуются гораздо меньшие печатные платы по сравнению с телевизорами.

Для некоторых продуктов требуются печатные платы с большим количеством цепей, чем может вместить плата. В таких ситуациях вам может понадобиться использовать многослойные платы межсоединений высокой плотности (печатные платы HDI), которые позволяют упаковать больше функций на меньшую площадь. Соединения высокой плотности повышают уровень надежности, поскольку они имеют надежное соединение многослойных переходных отверстий. Еще одним преимуществом печатных плат HDI является сокращение времени прохождения электрических сигналов из-за близости компонентов.

Проблемы компоновки печатной платы

Этап сборки печатной платы. Хорошо спроектированная плата помогает избежать проблем с компоновкой печатной платы, таких как недостаточная теплопроводность, недостаточное количество кольцевых колец, отсутствие припойных масок, кислотные ловушки и т. д. Нехватка тепловых элементов возникает, когда дорожки теплового рельефа и связанные с ними медные плоскости неправильно соединены. Отсутствующие маски припоя, скорее всего, возникнут в плотно расположенных платах во время установки ведомости материалов (BOM) печатной платы на плату. Кислотные ловушки могут вызвать обрыв цепи на печатной плате из-за следов отсоединения от назначенных им цепей. Пропущенные попадания сверла вызывают образование кольцевых колец. Крайне важно учитывать при производстве печатных плат; существует высокая вероятность сбоев макета, что может иметь большое значение для негативного влияния на функциональность конечного продукта. Существует несколько правил компоновки печатных плат, чтобы избежать таких проблем, приводящих к потерям, плохим прототипам и потере времени.

Заключение

В этой статье обсуждались различные проблемы, которые следует учитывать при проектировании печатной платы, и некоторые проблемы, которые могут возникнуть из-за плохо спроектированной печатной платы. Некоторые обсуждаемые темы включают размещение компонентов, ограничения платы, компоновку печатных плат, материалы и компоненты, мощность и тепловые эффекты, а также типы переходных отверстий печатных плат.

Чтобы соединить различные компоненты печатной платы, мы печатаем на плате токопроводящие дорожки. Поскольку соединения являются внутренними, сложность общей конструкции значительно снижается. Такие элементы, как интегральные схемы, транзисторы и резисторы, встраиваются в плату с помощью пайки.

Печатные платы имеют решающее значение для функционирования устройств Интернета вещей и видеокарт, материнских плат, сетевых карт, телевизоров, мобильных телефонов, планшетов и многого другого. По мере того, как технологии продолжают развиваться, усложняется и компоновка печатных плат. С учетом сказанного, получение правильного дизайна для производства окупится за счет высококачественной печатной платы. Ваш конечный продукт должен не только надежно работать, как ожидалось, но и оставаться в рамках бюджета. Мы надеемся, что эта статья поможет вам в создании хорошей разводки печатной платы.