Воплощение ваших электронных идей в жизнь начинается с чертежа печатной платы, который является процессом преобразования вашего проекта схемы в макет, который может быть использован для создания реальных плат. Для новичков или тех, кто хочет улучшить свои навыки, это руководство проведет вас через все важные шаги в том, как нарисовать печатную плату.
Шаг 1: Начните со схемы
Рисование схемы печатной платы начинается с хорошей схемы. Схема на самом деле является диаграммой, иллюстрирующей, как все компоненты в вашей схеме соединены или соединены между собой электрически. Ее также можно интерпретировать как карту компоновки вашего чертежа печатной платы.
Используйте программное обеспечение для захвата схем: начните с создания схемы с помощью программного обеспечения для проектирования печатных плат, например Altium Designer, Eagle или KiCad. Это инструменты, которые позволяют вам набросать схему, разместить компоненты и правильно их соединить.
Дважды проверьте соединения: убедитесь, что все соединения в вашей схеме верны. Любые ошибки здесь отразятся на чертеже вашей печатной платы, и это может привести к неработоспособности платы.
Дополнительная литература: Как разработать схему печатной платы?
Шаг 2: Определите схему платы
Как только ваша схема будет готова, следующая задача, которую вам нужно выполнить, — это установить вид границы для вашей печатной платы. На этом этапе нам нужно определить размер и форму платы.
Установите размеры доски: определите форму и размер вашей печатной платы в соответствии с пространством, которое обычно доступно в конечном продукте. Теперь в вашем программном обеспечении для проектирования используйте механический слой и нарисуйте контур платы.
Рассмотрите монтаж и корпус: также убедитесь, что вы рассмотрели сквозные отверстия для стоек и разъемов, а также другие функции, которые должны быть размещены в коробке. Контур платы должен включать все эти функции, чтобы избежать некоторых из этих проблем во время строительства.
Изображение из Altium
Шаг 3: Разместите компоненты
Теперь, когда контур платы установлен, пришло время разместить компоненты на печатной плате. Этот шаг всегда считается важным, поскольку ориентация компонентов серьезно влияет на функциональность и технологичность платы.
Импорт компонентов из схемы: большинство программ для проектирования печатных плат предоставляют возможность автоматического переноса компонентов из схемы в макет печатной платы. Это может гарантировать, что все компоненты правильно расположены и промаркированы.
Стратегическое размещение: размещайте компоненты в соответствии с направлением цепи, что также имеет решающее значение. Например, размещайте разъемы по краям платы и старайтесь размещать силовые компоненты близко друг к другу. В то время как чувствительные компоненты следует размещать вдали от областей с высоким уровнем шума.
Оптимизация маршрутизации: организуйте компоненты для достижения коротких и простых путей между компонентами. Это может помочь избежать таких проблем, как перекрестные помехи, и сделать сигналы более надежными.
Шаг 4: Прокладка трасс
Маршрутизация дорожек является критически важным этапом в чертеже печатной платы, который касается соединения частей вашей печатной платы с медными дорожками. Нам нужно очень внимательно отнестись к этому этапу, поскольку он в значительной степени определяет электрические характеристики плат.
Route Power & Ground Trace: Обычно мы сначала делаем маршрутизацию питания и заземления. Для тех печатных плат, которые должны работать с большими токами, необходимы более широкие дорожки.
Маршрутизация сигнальных дорожек: Следующим шагом будет маршрутизация сигнальных дорожек. Они должны быть проложены максимально коротко и прямо, чтобы уменьшить как сопротивление, так и индуктивность.
Правильно используйте переходные отверстия: бывают случаи, когда два или более слоев печатной платы имеют дорожки, которые необходимо связать, этого можно добиться только с помощью переходных отверстий. Хотя они необходимы, их нужно применять правильно. Слишком много переходных отверстий может добавить новый вид сопротивления и сделать производственный процесс более сложным.
Соблюдайте правила проектирования: проектировщики печатных плат должны следовать правилам проектирования, предоставленным производителями, которые могут включать минимальную ширину токопроводящих дорожек, расстояние между ними и размер переходных отверстий.
Шаг 5: Добавьте этикетки и шелкографию
Шелкографический слой — это то место, где вы найдете текст, символы и метки, которые вы хотите вытравить на печатных платах. Этот слой дает важные данные при сборке и устранении ошибок. На этом этапе
Компоненты маркировки: Обязательно напечатайте условное обозначение каждого компонента на печатной плате (каким бы мелким ни был текст, рекомендуется сделать его понятным и легко читаемым, например, R1, C1 и т. д.). Это помогает при сборке деталей, поскольку можно увидеть конкретную маркировку детали и знать, где она находится.
Добавьте маркировку полярности: для таких компонентов, как диоды, конденсаторы и светодиоды, добавьте знаки полярности, указывающие правильную сторону компонента.
Примечание: Не допускайте попадания шелкографии на контактные площадки и дорожки, чтобы предотвратить их закрытие припоем или возникновение помех.
Шаг 6: Выполните проверку правил проектирования (DRC)
Перед завершением чертежа печатной платы запустите проверку правил проектирования (DRC) в инструменте проектирования печатных плат. DRC проверяет вашу схему на соответствие производственным требованиям и уведомляет, где дорожки накладываются друг на друга, где зазоры недостаточны или где есть неподключенные штырьки.
В дополнение к автоматизированной проверке выполните ручную проверку, чтобы проверить, не пропущены ли какие-либо проблемы. Обратите особое внимание на такие области, как силовые и заземляющие плоскости.
Шаг 7: Создание файлов Gerber
После того, как вы сделали чертеж печатной платы и тщательно проверили ее на наличие ошибок, следующим шагом будет разработка Герберские файлы. Файлы Gerber используются в отрасли как рекомендуемый тип файла для производства печатных плат производителями. Они содержат все данные, необходимые для создания файлов медных слоев, шелкографии, паяльной маски и файлов сверления.
Файлы для отдельных слоев: создайте файл Gerber для каждого слоя печатной платы: верхний и нижний медный слой, шелкография, паяльная маска и контур.
Файл для сверления: как всегда, не забудьте создать файл для сверления Excellon, который будет использоваться для сверления отверстий под переходные отверстия, контактные площадки и места крепления.
Проверка перед отправкой: после завершения работы и перед отправкой файлов производителю необходимо проверить все файлы в программе просмотра Gerber, чтобы убедиться, что вы создали то, что планировали.
Часто задаваемые вопросы о чертежах печатных плат
Какое программное обеспечение следует использовать для рисования печатной платы?
Некоторые популярные программы для проектирования печатных плат включают Altium Designer, Eagle и KiCad, каждая из которых имеет различные функции. Например, KiCad бесплатен и прост в использовании, в то время как Altium Designer предпочитают профессионалы из-за его расширенных функций.
Чтобы помочь вам выбрать подходящее программное обеспечение для проектирования печатных плат, прочтите: 8 ведущих программ для проектирования печатных плат: комплексное сравнение.
Как при проектировании печатной платы определить правильную ширину дорожек?
Это зависит от тока, который должны выдерживать дорожки, и приемлемого падения напряжения. Чтобы определить подходящую ширину дорожки, вы также можете воспользоваться онлайн-калькуляторами.
Как я могу гарантировать, что мою конструкцию печатной платы можно будет изготовить?
Обеспечьте технологичность, придерживаясь правил и рекомендаций, установленных производителем, а также размещая компоненты и используя как можно меньше переходных отверстий. Кроме того, сделайте прототип вашего проекта, чтобы выявить ошибки, если таковые имеются.
Как избежать проблем с целостностью сигнала на чертеже печатной платы?
Чтобы минимизировать проблемы с целостностью сигнала, проектировщики печатных плат должны делать дорожки максимально короткими и избегать острых углов в маршрутизации дорожки. Между тем, правильное использование методов заземления также важно. Для высокоскоростных сигналов рассмотрите возможность использования заземляющих плоскостей и дорожки с контролируемым импедансом.
Дополнительная литература: Обеспечение целостности сигнала на печатной плате: ключевые факторы, советы по проектированию и методы тестирования
Каков наилучший способ подачи питания в конструкцию печатной платы?
Для маршрутизации питания используйте более широкие дорожки или полигоны для обработки более высоких токов. В многослойных платах может быть полезно использовать отдельные плоскости питания для разных напряжений. Сделайте трассы питания короткими и используйте развязывающие конденсаторы возле Интегральных схем.
