Проектирование компоновки печатной платы является ключевым этапом в производстве печатных плат. Разумная компоновка печатной платы способствует контролю стоимости производства и обеспечению высокой надежности. Напротив, неразумная компоновка печатной платы не может соответствовать технологичности, что ограничивает функциональность печатной платы или даже вызывает множество проблем, таких как сбои в работе цепей, которые увеличивают стоимость производства и задерживают время производства. В настоящее время люди предъявляют все более высокие требования к электронным устройствам, а используемые печатные платы становятся все более сложными и компактными. Небольшая печатная плата должна выполнять несколько функций, что, несомненно, создает большие проблемы для проектирования компоновки печатной платы. И есть ряд аспектов, которые следует учитывать при проектировании компоновки печатной платы. В этой статье мы объяснили процесс проектирования компоновки печатной платы, перечислили наиболее важные аспекты, которые следует учитывать при проектировании, а также некоторые распространенные проблемы, которых следует избегать. Давайте читать дальше.
Каковы этапы проектирования топологии печатной платы?
Создание функциональной печатной платы (ПП) требует тщательного планирования и выполнения на многих этапах. Это совместная работа инженеров-электриков, инженеров-механиков, проектировщиков ПП и производителей. Ниже приведен более подробный взгляд на процесс проектирования ПП от начала до конца:
- Разработать принципиальную схему.
Схема концептуально отображает электронную цепь, показывая компоненты печатной платы, такие как резисторы, конденсаторы, интегральные схемы и их соединения, без учета физического расположения. Для оцифровки схемы и ее последующего проектирования печатной платы используется программное обеспечение для создания схем.
- Выберите расположение досок.
Это относится к слоистости и составу самой печатной платы. Такие факторы, как количество слоев, диэлектрические материалы, толщина меди и ширина дорожки влияют на такие параметры, как импеданс, который влияет на целостность сигнала. Стек должен быть совместим с требованиями к производительности схемы.
- Опишите правила проектирования и требования к производству.
Производство печатных плат регулируется строгими стандартами, установленными такими организациями, как IPC . Эти стандарты охватывают минимальное расстояние между дорожками, размер отверстий, наложение масок и многое другое. Сотрудничество с партнером по производству печатных плат, хорошо знакомым с этими спецификациями, помогает избежать ошибок или бракованных плат.
- Расположите компоненты и посадочные места.
Используя схему в качестве руководства, компоновка печатной платы начинается с размещения компонентов и назначения ссылочных обозначений. Руководства по размещению помогают минимизировать электрические шумы и помехи. Технические описания компонентов содержат сведения, необходимые для позиционирования и ориентации.
- Включите отверстия для переходных отверстий и штифтов.
Переходные отверстия обеспечивают вертикальные соединения между слоями. Многие двухсторонние гибкие схемы требуют металлизированных сквозных отверстий. Размеры и расположение отверстий указаны.
- Подключите дорожки к проводникам.
Дорожки — это медные линии, которые образуют проводящие пути между различными компонентами в соответствии со схемой. Инструменты автоматической трассировки помогают в этом, но часто требуется ручная трассировка.
- Интегрируйте контрольные точки, этикетки и маркировки.
Контрольные точки облегчают тестирование и устранение неисправностей. Идентификаторы, маркировка полярности, номера версий и другая текстовая информация добавляются, как правило, шелкографией или гравировкой.
- Проверка правил проектирования и создание производственных файлов.
Готовая разводка платы проходит финальную проверку на предмет нарушений правил проектирования. Затем выводятся файлы изготовления и сборки, содержащие все необходимые данные для изготовления печатной платы.
После того, как дизайн полностью определен, печатная плата переходит к этапу изготовления, где электронный чертеж преобразуется в физическую плату, готовую к заполнению компонентами. Весь процесс требует тесного сотрудничества между многими дисциплинами.
Ключевые соображения по проектированию компоновки печатной платы
Размер и форма голой доски
Первое, что следует учитывать при проектировании печатной платы, — это размер, форма и количество слоев платы. Размер платы часто определяется размером конечного электронного изделия, а размер площади определяет, можно ли разместить все необходимые электронные компоненты. Если места недостаточно, можно рассмотреть многослойную или HDI-схему . Поэтому крайне важно оценить размер платы до начала проектирования. Второе — это форма печатной платы. В большинстве случаев они прямоугольные, но есть и такие изделия, которые требуют использования печатных плат неправильной формы, что также сильно влияет на размещение компонентов. Последнее — это количество слоев печатной платы. С одной стороны, многослойная печатная плата позволяет реализовывать более сложные проекты и расширять функциональность, но добавление еще одного слоя увеличит себестоимость производства, поэтому необходимо определить количество слоев на раннем этапе проектирования.
Производственные процессы
Еще одним важным моментом является производственный процесс изготовления печатной платы. Различные методы производства накладывают различные ограничения на проектирование, включая метод сборки печатной платы, который также необходимо учитывать. Различные технологии сборки, такие как SMT и THT, потребуют от вас проектирования печатной платы различными способами. Самое важное — подтвердить у производителя, что он способен изготовить необходимую вам печатную плату и обладает необходимыми навыками и опытом для реализации вашего проекта.
Материалы и Компоненты
В процессе проектирования необходимо учитывать используемые материалы и доступность компонентов на рынке. Некоторые детали трудно найти, что требует времени и больших затрат. Рекомендуется использовать более распространенные компоненты для замены. Поэтому разработчик печатных плат должен обладать опытом и знаниями во всей отрасли сборки печатных плат. Компания MOKO располагает профессиональной командой по проектированию печатных плат и закупке компонентов. Наши профессиональные знания и полная цепочка закупок позволяют нам выбирать наиболее подходящие материалы и компоненты для проектов клиентов и предоставлять наиболее надежные решения по проектированию печатных плат в рамках бюджета заказчика. Кроме того, вы можете ознакомиться с нашей другой статьей в блоге, чтобы узнать больше о материалах для печатных плат: https://www.mokotechnology.com/pcb-material/
Размещение компонентов
Проектирование печатной платы должно учитывать порядок размещения компонентов. Правильная организация позиций компонентов может сократить требуемые этапы сборки, повысить эффективность и снизить затраты. Наш рекомендуемый порядок размещения: разъемы, силовые цепи, прецизионные цепи, критические цепи и, наконец, остальные компоненты. Кроме того, следует также отметить, что чрезмерное рассеивание тепла от печатной платы может ухудшить производительность. При проектировании компоновки печатной платы учитывайте, какие компоненты будут рассеивать больше всего тепла, держите критические компоненты подальше от высоконагревающихся компонентов, а затем рассмотрите возможность добавления радиаторов и охлаждающих вентиляторов для снижения температуры компонентов. Если имеется несколько компонентов, которые выделяют тепло, эти компоненты необходимо распределить по разным местам, и они не могут быть сосредоточены в одном месте. С другой стороны, также необходимо учитывать направление размещения компонентов. Как правило, рекомендуется размещать аналогичные компоненты в одном направлении, что способствует повышению эффективности сварки и уменьшению ошибок. Следует отметить, что детали не следует размещать на стороне пайки печатной платы, а следует размещать за металлизированными деталями сквозных отверстий.
Плоскости питания и заземления
Силовые и заземляющие плоскости всегда должны находиться внутри платы и должны быть центрированы и симметричны, что является основным правилом при проектировании печатной платы. Потому что такая конструкция может предотвратить изгиб печатной платы, который заставляет компоненты смещаться из своего первоначального положения. Разумное размещение силового заземления и управляющего заземления может уменьшить помехи высокого напряжения в цепи. Нам необходимо максимально разделить заземляющие плоскости каждого силового каскада, а если это неизбежно, по крайней мере убедиться, что они расположены в конце пути питания.
Целостность сигнала и проблемы с радиочастотами
Качество проектирования разводки печатной платы также определяет целостность сигнала печатной платы и то, будет ли она подвержена электромагнитным помехам и другим проблемам. Чтобы избежать проблем с сигналом, проектируйте так, чтобы избегать параллельного расположения дорожек, поскольку параллельные дорожки будут иметь больше перекрестных помех и вызывать различные проблемы. И если дорожки должны пересекаться друг с другом, они должны пересекаться под прямым углом, что снижает емкость и взаимную индуктивность между линиями. Кроме того, если компоненты с более высокой электромагнитной генерацией не требуются, рекомендуется использовать полупроводниковые компоненты, которые производят низкое электромагнитное излучение, что также способствует целостности сигнала.
Распространенные ошибки, которых следует избегать при проектировании печатной платы
Игнорирование сотрудничества с производителями
Распространенное заблуждение, что многие инженеры думают, что достаточно просто предоставить файлы проекта производителю до начала производства. На самом деле, лучше поделиться ими с производителем, когда разрабатывается первый черновик макета печатной платы. Они рассмотрят проект печатной платы в соответствии со своим богатым производственным опытом и найдут проблемы, которые вы не можете найти, чтобы обеспечить технологичность проекта.
Слишком близко к краю
Компоненты не могут располагаться слишком близко к краю печатной платы, и их необходимо размещать на подходящем расстоянии, в противном случае компоненты склонны ломаться из-за слишком близкого расположения к краю. И эту проблему опытные производители часто могут обнаружить, когда получают файлы проекта и просят инженеров внести изменения, например, разместить маршрут по краю, чтобы устранить скрытую опасность.
Игнорировать проверку проекта разводки печатной платы
Если на разработку печатной платы уходит много времени и сил, и вы не можете дождаться начала производственного процесса, то вы ошибаетесь. Проверка проекта печатной платы недопустима, иначе это приведет к серьезным проблемам. Представьте, что вы ждете, пока производство печатных плат начнется, чтобы обнаружить проблему – это отнимет много времени и приведет к значительным экономическим потерям. Поэтому необходимо многократно проверять проект, чтобы убедиться в отсутствии ошибок до начала производства. Мы рекомендуем использовать проверку электрических правил (Electrical Rules Checking , ERC) и проверку правил проектирования (Design Rule Checking). Эти две системы помогут нам проверить соответствие проекта общим производственным требованиям, требованиям высокоскоростной электротехники и другим параметрам, а также выявить потенциальные проблемы на ранней стадии и быстро их исправить.
Усложняет конструкцию печатной платы
Некоторые сложные конструкции следует избегать, насколько это возможно, если это не является необходимым, в противном случае это потребует дополнительного времени и затрат на производство. Например, детали меньшего размера усложнят производство. Если на плате достаточно места для размещения более крупных компонентов, следует выбирать компоненты большего размера, что больше соответствует технологичности продукта. Короче говоря, гораздо лучше потратить больше времени на этапе проектирования, чтобы упростить компоновку и соответствовать функциональным требованиям, что будет полезно для повышения скорости и качества производства.
Объединитесь с поставщиком печатных плат под ключ
В целом, проектирование печатных плат — непростая работа, если вы в этом не разбираетесь, то, возможно, вам стоит обратиться за помощью к поставщику готовых печатных плат. Помимо производства, они также специализируются на проектировании и инжиниринге печатных плат.
Компания MOKO Technology предоставляет комплексные решения для печатных плат, от проектирования до производства, сборки и тестирования. Мы позаботимся обо всем. Наша команда профессиональных инженеров имеет более чем десятилетний опыт работы в индустрии печатных плат, занимаясь проектированием и производством плат для клиентов из различных отраслей. Если вы не уверены в правильности вашего проекта печатной платы, свяжитесь с нами , и наши эксперты оценят его и предложат варианты, пригодные для производства. Вы также можете передать нам разработку проекта печатной платы на аутсорсинг, и мы воплотим вашу идею в продукт в кратчайшие сроки.
