Het ontwerpen van een PCB-layout is een belangrijke stap in de productie van printplaten. Een redelijke PCB-layout is bevorderlijk voor het beheersen van de productiekosten en het garanderen van een hoge betrouwbaarheid. Een onredelijke PCB-layout daarentegen kan niet voldoen aan de maakbaarheid, waardoor de PCB-functionaliteit wordt beperkt of zelfs diverse problemen veroorzaakt, zoals circuitstoringen, die de productiekosten verhogen en de productietijd vertragen. Tegenwoordig stellen mensen steeds hogere eisen aan elektronische apparaten en worden PCB's steeds complexer en compacter. Een kleine PCB moet meerdere functies vervullen, wat ongetwijfeld grotere uitdagingen met zich meebrengt voor het ontwerpen van PCB-layouts. Er zijn een aantal aspecten waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerpen van PCB-layouts. In dit artikel hebben we het ontwerpproces van PCB-layouts uitgelegd, de belangrijkste aspecten opgesomd die tijdens het ontwerp in overweging moeten worden genomen, en enkele veelvoorkomende problemen die moeten worden vermeden. Laten we verder lezen.
Wat zijn de stappen voor het ontwerpen van een PCB-layout?
Het creëren van een functionele printplaat (PCB) vereist zorgvuldige planning en uitvoering in vele fasen. Het is een gezamenlijke inspanning van elektrotechnici, werktuigbouwkundigen, PCB-ontwerpers en fabrikanten. Hier is een meer diepgaande blik op het end-to-end PCB-ontwerpproces:
- Maak het schematische diagram.
Het schema legt het elektronische circuit conceptueel vast en brengt het in kaart. PCB-componenten Zoals weerstanden, condensatoren, geïntegreerde schakelingen en hun onderlinge verbindingen, ongeacht de fysieke lay-out. Schematische vastlegsoftware wordt gebruikt om het schema voor PCB-ontwerp te digitaliseren.
- Selecteer de bordopstelling.
Dit heeft betrekking op de gelaagdheid en samenstelling van de PCB zelf. Factoren zoals het aantal lagen, diëlektrische materialen, de koperdikte en de spoorbreedte hebben invloed op parameters zoals impedantie, die de signaalintegriteit beïnvloeden. De stackup moet compatibel zijn met de prestatievereisten van het circuit.
- Schets ontwerpvoorschriften en productievereisten.
PCB-fabricage heeft strenge normen die zijn vastgesteld door organisaties zoals IPCDeze omvatten minimale spoorafstand, gatgrootte, maskeroverlay en meer. Een PCB-partner die goed op de hoogte is van deze specificaties, helpt fouten of defecte printplaten te voorkomen.
- Componenten en voetafdrukken rangschikken.
Met het schema als leidraad begint de PCB-layout met het plaatsen van de componentvoetafdrukken en het toewijzen van referentie-aanduidingen. Plaatsingsrichtlijnen helpen elektrische ruis en interferentie te minimaliseren. Componentgegevensbladen bieden details die nodig zijn voor positionering en oriëntatie.
- Boor gaten voor via's en pennen.
Via's zorgen voor verticale verbindingen tussen lagen. Veel dubbelzijdige flexibele circuits vereisen doorgemetalliseerde gaten. De afmetingen en locaties van de gaten zijn gespecificeerd.
- Sluit de sporen voor de geleiders aan.
Sporen zijn de koperen leidingen die de geleidende paden tussen verschillende componenten vormen volgens de schematische lay-out. Autoroutingtools helpen hierbij, maar vaak is handmatige routing vereist.
- Integreer testpunten, labels en markeringen.
Testpunten vergemakkelijken het testen en oplossen van problemen. Identificaties, polariteitsmarkeringen, versienummers en andere tekstuele informatie worden meestal toegevoegd door middel van zeefdruk of gravering.
- Controleer ontwerpregels en genereer productiebestanden.
De voltooide printplaatlayout ondergaat een laatste controle op eventuele overtredingen van de ontwerpregels. Vervolgens worden de fabricage- en assemblagebestanden gegenereerd, met alle benodigde PCB-productiegegevens.
Zodra het ontwerp volledig is gedefinieerd, gaat de PCB verder naar de fabricagefase, waar de elektronische blauwdruk wordt omgezet in een fysieke printplaat die klaar is om te worden gevuld met componenten. Het hele proces vereist nauwe samenwerking tussen vele disciplines.
Belangrijke overwegingen bij het ontwerpen van PCB-layouts
De grootte en vorm van een kale plaat
Het eerste waar u rekening mee moet houden bij het ontwerpen van een PCB-layout is de grootte, vorm en het aantal lagen van de kale printplaat. De grootte van de kale printplaat wordt vaak bepaald door de grootte van het uiteindelijke elektronische product, en de grootte van de oppervlakte bepaalt of alle benodigde elektronische componenten kunnen worden geplaatst. Als er onvoldoende ruimte is, kunt u overwegen om een meerlaags of HDI-ontwerpHet is daarom cruciaal om de grootte van de printplaat in te schatten voordat u met het ontwerp begint. Ten tweede is er de vorm van de printplaat. In de meeste gevallen zijn deze rechthoekig, maar er zijn ook producten waarvoor onregelmatig gevormde printplaten nodig zijn, wat ook een grote impact heeft op de plaatsing van componenten. Ten derde is er het aantal lagen van de printplaat. Enerzijds is er een meerlaagse printplaat kunnen we complexere ontwerpen maken en rijkere functies toevoegen, maar het toevoegen van een extra laag zal de productiekosten verhogen. Daarom moeten we dit al vroeg in het ontwerpproces bepalen. specifieke lagen.
Productieprocessen
Het productieproces voor de PCB is een andere belangrijke overweging. Verschillende productiemethoden brengen verschillende ontwerpbeperkingen met zich mee, waaronder de PCB-assemblagemethode, waarmee ook rekening moet worden gehouden. Verschillende assemblagetechnologieën, zoals SMT en THT vereist dat u de PCB op verschillende manieren ontwerpt. Het belangrijkste is om bij de fabrikant na te gaan of zij de PCB die u nodig hebt, kunnen produceren en of zij de vaardigheden en expertise bezitten die nodig zijn om uw ontwerp te implementeren.
Materialen en componenten
Tijdens het ontwerpproces is het noodzakelijk om rekening te houden met de gebruikte materialen en of de componenten nog steeds op de markt circuleren. Sommige onderdelen zijn moeilijk te vinden en tijdrovend en duur. Het is aan te raden om ter vervanging meer gangbare componenten te gebruiken. Daarom moet de PCB-ontwerper ervaring en kennis hebben van de gehele PCB-assemblagebranche. MOKO beschikt over een professioneel team voor PCB-ontwerp en -inkoop. Onze professionele kennis en complete inkoopketen stellen ons in staat om de meest geschikte materialen en componenten voor de projecten van onze klanten te selecteren en het meest betrouwbare PCB-ontwerp te leveren binnen het budget van de klant. Bekijk daarnaast onze andere blog voor meer informatie over PCB-materialen: https://www.mokotechnology.com/pcb-material/
Componentplaatsing
Bij het ontwerpen van een PCB moet rekening worden gehouden met de volgorde van de plaatsing van de componenten. Een goede plaatsing van de componenten kan het aantal benodigde assemblagestappen verminderen, de efficiëntie verbeteren en de kosten verlagen. Onze aanbevolen plaatsingsvolgorde is: connectoren, stroomcircuits, precisiecircuits, kritische circuits en tot slot de overige componenten. Daarnaast moeten we er rekening mee houden dat overmatige warmteafvoer van de PCB de prestaties kan verslechteren. Houd bij het ontwerpen van de PCB-layout rekening met welke componenten de meeste warmte afvoeren, houd kritische componenten uit de buurt van componenten die snel warm worden en overweeg vervolgens het toevoegen van koellichamen en koelventilatoren om de componenttemperatuur te verlagen. Als er meerdere componenten zijn die warmte genereren, moeten deze componenten over verschillende locaties worden verdeeld en kunnen ze niet op één locatie worden geconcentreerd. Aan de andere kant moet ook rekening worden gehouden met de plaatsingsrichting van de componenten. Over het algemeen wordt aanbevolen om vergelijkbare componenten in dezelfde richting te plaatsen, wat de lasefficiëntie verbetert en fouten vermindert. De onderdelen moeten niet aan de soldeerzijde van de PCB worden geplaatst, maar achter de geplateerde through-hole-onderdelen.
Kracht- en grondvlakken
Voedings- en aardingsvlakken moeten altijd binnen de printplaat blijven en gecentreerd en symmetrisch zijn, wat een basisrichtlijn is voor het ontwerpen van PCB-layouts. Dit ontwerp voorkomt namelijk dat de printplaat buigt, waardoor componenten van hun oorspronkelijke positie verschuiven. Een redelijke plaatsing van de voedings- en besturingsaarding kan de interferentie van hoge spanning in het circuit verminderen. We moeten de aardingsvlakken van elke eindtrap zoveel mogelijk scheiden en, indien onvermijdelijk, er in ieder geval voor zorgen dat ze zich aan het einde van het voedingspad bevinden.
Signaalintegriteit en RF-problemen
De kwaliteit van het PCB-ontwerp bepaalt ook de signaalintegriteit van de printplaat en of deze onderhevig is aan elektromagnetische interferentie en andere problemen. Om signaalproblemen te voorkomen, dient u bij het ontwerp te vermijden dat sporen parallel aan elkaar lopen, aangezien parallelle sporen meer overspraak veroorzaken en diverse problemen veroorzaken. Als de sporen elkaar moeten kruisen, moeten ze haaks op elkaar staan, wat de capaciteit en wederzijdse inductie tussen de lijnen vermindert. Als componenten met een hogere elektromagnetische stralingsopwekking niet nodig zijn, is het raadzaam om halfgeleidercomponenten te gebruiken die een lage elektromagnetische straling produceren, wat ook de signaalintegriteit ten goede komt.
Veelvoorkomende fouten die u moet vermijden bij het ontwerpen van PCB-layouts
Het negeren van samenwerking met fabrikanten
Het is een veelvoorkomend misverstand dat veel engineers denken dat het prima is om de ontwerpbestanden zomaar aan de fabrikant te geven voordat de productie start. Sterker nog, het is beter om ze al met de fabrikant te delen wanneer de eerste versie van de PCB-layout is ontworpen. Zij zullen het PCB-ontwerp beoordelen op basis van hun uitgebreide productie-ervaring en problemen opsporen die u niet kunt vinden, om zo de maakbaarheid van het ontwerp te garanderen.
Te dicht bij de rand
De componenten mogen niet te dicht bij de rand van de printplaat zitten en moeten op een geschikte afstand worden gehouden, anders is de kans groot dat de componenten te dicht bij de rand breken. Dit probleem komt vaak voor bij ervaren fabrikanten wanneer ze de ontwerpbestanden ontvangen en ingenieurs vragen om wijzigingen aan te brengen, zoals het plaatsen van een route langs de rand om het verborgen gevaar te verhelpen.
Negeer de verificatie van het PCB-layoutontwerp
Als het veel tijd en energie kost om het PCB-ontwerp te voltooien en u niet kunt wachten om het productieproces in te gaan, dan heeft u het mis. De verificatie van het PCB-ontwerp mag niet worden genegeerd, anders leidt dit tot grote problemen. Stelt u zich voor dat u wacht tot de PCB-productie al is begonnen om het probleem te vinden, dan verspilt u veel tijd en brengt u grotere economische verliezen met zich mee. Daarom moeten we het ontwerp meerdere keren verifiëren om er zeker van te zijn dat er geen fouten zijn voordat het in productie kan worden genomen. Wij raden aan om dit te doen. Controle van elektrische regels (ERC) en Design Rule Checking. Met deze twee systemen kunnen we controleren of ontwerpen voldoen aan algemene productievereisten, vereisten voor hoge snelheid en meer. Ook kunnen we mogelijke ontwerpproblemen vroegtijdig identificeren en snel verhelpen.
Maakt PCB-ontwerp ingewikkelder
Sommige complexe ontwerpen moeten zoveel mogelijk worden vermeden, tenzij ze absoluut noodzakelijk zijn. Anders kost de productie extra tijd en kosten. Onderdelen met een te kleine afmeting kunnen bijvoorbeeld de productie bemoeilijken. Als de printplaat voldoende ruimte biedt voor grotere componenten, moeten componenten met een groter formaat worden gekozen, wat beter aansluit bij de maakbaarheid van het product. Kortom, het is veel beter om meer tijd te besteden aan de ontwerpfase om de lay-out te vereenvoudigen en te voldoen aan de functionele eisen, wat de productiesnelheid en -kwaliteit ten goede komt.
Werk samen met een kant-en-klare PCB-leverancier
Al met al is het ontwerpen van PCB-layouts geen eenvoudige klus. Als u er geen ervaring mee hebt, kunt u wellicht hulp inschakelen van een kant-en-klare PCB-leverancier. Naast productie zijn zij ook gespecialiseerd in PCB-ontwerp en -engineering.
MOKO Technology biedt alles-in-één PCB-oplossingen, van PCB-ontwerp tot productie, assemblage en testen. Wij staan voor u klaar. We beschikken over een professioneel engineeringteam met meer dan tien jaar ervaring in de PCB-industrie, dat PCB's ontwerpt en produceert voor klanten uit diverse sectoren. Als u niet zeker weet of uw PCB-ontwerp deugt, neem dan contact met ons op. Direct contact Onze experts beoordelen uw ontwerp en doen suggesties voor de productie. U kunt de PCB-ontwerpservice ook aan ons uitbesteden, zodat wij uw idee zo snel mogelijk kunnen omzetten in een product.
