Spring naar:

• Basisstappen voor PCB-ontwerp
• Ontwerpdocumentatie
• Overwegingen voor PCB-lay-out en ontwerp
• Het belang van testen
• Problemen met de lay-out van PCB's oplossen met CAD
• Een PCB-leverancier kiezen

Het ontwerpen van de lay-out van uw printplaat is cruciaal voor het creëren van een betrouwbaar, kosteneffectief bord. Hoewel circuitontwerp en componentselectie ook essentieel zijn, moet u er altijd voor zorgen dat u voldoende tijd overhoudt voor de lay-out van de PCB. Er komt veel kijken bij het bepalen van het optimale ontwerp van de PCB-lay-out, vooral omdat de boards van vandaag complexer, compacter en lichter worden. De groeiende populariteit van flexibele PCB's bemoeilijkt het proces ook.

Als u geen rekening houdt met belangrijke overwegingen bij de lay-out van PCB's, kunt u eindigen met een ontwerp dat niet goed vertaalt naar de echte wereld. Een ontoereikende lay-out kan leiden tot verschillende problemen, zoals elektromagnetische interferentie, conflicten van componenten aan weerszijden van het bord, beperkte functionaliteit van het bord en zelfs totale uitval van het bord. En als u de lay-out de eerste keer niet goed krijgt, moet u deze opnieuw bewerken, wat kan leiden tot productievertragingen en extra kosten.

Dus, wat zijn de ontwerpregels en overwegingen van de PCB-lay-out waarmee u rekening moet houden? Laten we eens kijken naar de stappen van het ontwerp van de PCB-lay-out en enkele van de belangrijkste overwegingen voor elke fase identificeren. Natuurlijk zijn er nog andere overwegingen waarmee u rekening moet houden, maar dit zijn enkele van de meest kritische aspecten van het ontwerp van de PCB-layout waarvan u op de hoogte moet zijn.

Basisstappen voor PCB-ontwerp

PCB-ontwerp speelt een rol in elke stap van het productieproces van printplaten, vanaf het moment dat u weet dat u een PCB nodig heeft tot de uiteindelijke productie. Het basisontwerpproces omvat zes stappen.

1. Concept

Na het identificeren van de behoefte aan een PCB, is de volgende stap het bepalen van het definitieve concept van het bord. Deze eerste fase omvat het definiëren van de functies die de PCB zal hebben en uitvoeren, de kenmerken, de onderlinge verbinding met andere circuits, de plaatsing in het eindproduct en de geschatte afmetingen. Houd ook rekening met het geschatte temperatuurbereik waarin het bord zal werken en eventuele andere milieuproblemen.

2. Schematisch

De volgende fase is het tekenen van het schakelschema op basis van het uiteindelijke concept. Dit diagram bevat alle informatie die nodig is om de elektrische componenten van het bord naar behoren te laten functioneren, evenals details zoals componentnamen, waarde, classificatie en onderdeelnummers van de fabrikant.

Terwijl u uw schema maakt, maakt u uw stuklijst. Deze stuklijst bevat informatie over alle componenten die u nodig heeft voor uw printplaat. Houd deze twee documenten altijd up-to-date.

3. Blokdiagram op bordniveau

Vervolgens voltooit u een blokschema op bordniveau, een tekening die de uiteindelijke afmetingen van de PCB beschrijft. Markeer gebieden die voor elk blok zijn aangewezen, secties van componenten die om elektrische redenen of vanwege beperkingen zijn aangesloten. Door gerelateerde componenten bij elkaar te houden, kunt u uw sporen kort houden.

4. Componentplaatsing

De volgende stap is de plaatsing van de componenten, die bepaalt waar u elk element op het bord plaatst. Vaak kunt u verschillende rondes van verfijning van de plaatsing van componenten doorlopen.

5. First Pass-routering

Bepaal vervolgens de routering en de routeringsprioriteit voor het circuit.

6. Testen

Nadat u het ontwerp hebt voltooid, moet u een reeks tests uitvoeren om ervoor te zorgen dat het aan al uw behoeften voldoet. Als dat zo is, is het ontwerp klaar. Zo niet, dan ga je terug naar de fasen waarin je aanpassingen moet maken.

Ontwerpdocumentatie

Terwijl u bezig bent met het maken van uw PCB, ontwikkelt u tal van documenten. Deze documenten omvatten:

• De hardware maattekeningen: Beschrijft de grootte van het kale bord
• Het schema: Brengt de elektrische kenmerken van het bord in kaart
• De stuklijst: Beschrijft de componenten die nodig zijn voor het project
• Het lay-outbestand: Beschrijft de basislay-out van de print
• Het bestand voor het plaatsen van componenten: Beschrijft de locatie van de afzonderlijke componenten.
• De montagetekeningen en instructies: Legt uit hoe je het bord in elkaar zet
• De gebruikershandleidingen: Hoewel ze niet vereist zijn, zijn ze handig om aanvullende informatie aan de gebruiker te verstrekken
• De Gerber-bestandenset: De verzameling uitvoerbestanden van de lay-out die de PCB-fabrikant zal gebruiken om de PCB te maken

Overwegingen bij het ontwerpen van printplaten

Er is veel te overwegen met betrekking tot de lay-out en het ontwerp van PCB's. Sommige overwegingen gelden voor het hele proces, andere zijn specifiek voor bepaalde stappen. Hier zijn zeven relevante factoren om in gedachten te houden.

Vraag een gratis offerte aan

1. Bordbeperkingen

De eerste beperkingen waar u naar moet kijken, zijn die van het kale bord. Enkele van deze basisbeperkingen zijn de grootte en de vorm van het bord.

U moet ervoor zorgen dat u voldoende bordoppervlak heeft voor het circuit. De grootte van het eindproduct, de functionaliteit die het bord moet bieden en andere factoren bepalen hoe groot het bord moet zijn. Elektronische producten en de printplaten die ze bevatten, worden steeds kleiner. Schat voordat je met het ontwerpproces begint de grootte van het bord in. Als u niet genoeg ruimte heeft voor alle functionaliteit die nodig is met een meer rechttoe rechtaan ontwerp, moet u wellicht een ontwerp met meerdere lagen of een high-density interconnect (HDI) gebruiken.

De standaard printplaat is rechthoekig. Dit blijft, overweldigend, de meest voorkomende vorm voor PCB's. Het is echter mogelijk om borden in andere vormen te maken. PCB-ontwerpers doen dit meestal vanwege de beperkte afmetingen of het gebruik in producten met een onregelmatige vorm.

Een andere kritische overweging is het aantal lagen dat u nodig heeft, welke vermogensniveaus en ontwerpcomplexiteit u zullen helpen beslissen. Het is het beste om er vroeg in het ontwerpproces van de lay-out achter te komen hoeveel u er nodig heeft. Het toevoegen van meer lagen kan de productiekosten verhogen, maar stelt u in staat om meer tracks op te nemen. Dit kan nodig zijn voor complexere borden met geavanceerde functionaliteit.

Gebruik ten minste twee via's om laagovergangen te maken voor alle paden met hoge stroomsterkte. Het gebruik van meerdere via's bij laagovergangen verhoogt de betrouwbaarheid, verbetert de thermische geleidbaarheid en vermindert inductieve en resistieve verliezen.

2. Productieprocessen

Je moet ook rekening houden met de productieprocessen die je wilt gebruiken om het bord te produceren. Verschillende methoden hebben verschillende beperkingen en beperkingen. U moet referentiegaten of -punten gebruiken die werken met het productieproces op het bord. Zorg er altijd voor dat er geen onderdelen in de gaten zitten.

Houd ook rekening met de montagemethode van het bord. Verschillende benaderingen kunnen vereisen dat u verschillende delen van het bord open laat. Het gebruik van meerdere technologietypes, zoals componenten voor zowel doorgaande gaten als oppervlaktemontage, kan de kosten van uw boards verhogen, maar kan in sommige gevallen noodzakelijk zijn.

Neem altijd contact op met uw fabrikant om er zeker van te zijn dat deze over de mogelijkheden beschikt om het type bord te produceren dat u nodig heeft. Sommigen zijn bijvoorbeeld niet in staat om platen met veel lagen te vervaardigen — of platen die een flexibel ontwerp gebruiken.

3. Materialen en componenten

Overweeg tijdens de lay-outfase de materialen en componenten die u voor uw bord wilt gebruiken. U moet er eerst voor zorgen dat de gewenste items toegankelijk zijn. Sommige materialen en onderdelen zijn moeilijk te vinden, terwijl andere zo duur zijn dat ze onbetaalbaar zijn. Verschillende componenten en materialen kunnen ook verschillende ontwerpbehoeften hebben.

Neem de tijd om ervoor te zorgen dat je de optimale materialen en componenten voor je board hebt gekozen, en ook dat je een board hebt ontworpen dat inspeelt op de sterke punten van die items.

4. Bestelling voor plaatsing van componenten

Een van de meest fundamentele ontwerprichtlijnen voor PCB's betreft de volgorde waarin u componenten op het bord plaatst. De aanbevolen volgorde is connectoren, dan stroomcircuits, dan precisiecircuits, dan kritische circuits en dan de rest van de elementen. Vermogensniveaus, ruisgevoeligheid, generatie en routeringscapaciteit beïnvloeden ook de routeringsprioriteit voor een circuit.

5. Oriëntatie

Probeer bij het plaatsen van componenten die op elkaar lijken in dezelfde richting te oriënteren. Dit maakt het soldeerproces efficiënter en helpt voorkomen dat er fouten optreden.

6. Plaatsing

Probeer geen onderdelen aan de soldeerzijde van de PCB te plaatsen die achter geplateerde doorlopende delen komen te zitten.

7. Organisatie

Door uw componenten logisch te organiseren, kunt u het aantal benodigde montagestappen verminderen, de efficiëntie verhogen en de kosten verlagen. Probeer al je componenten voor oppervlaktemontage aan één kant van het bord te plaatsen en al je doorlopende componenten aan de bovenkant.

Overwegingen voor voeding, aarde en signaaltracering

De bovenstaande tips waren gericht op de plaatsing van PCB-componenten. Om die componenten naar wens te laten werken, moet u ook de stroom-, massa- en signaalsporen routeren. Als u deze stap efficiënt voltooit, zorgt u ervoor dat uw signalen een betrouwbaar pad hebben om te reizen om uw bord goed te laten functioneren. Hier zijn vijf factoren om in gedachten te houden.

1. Stroom- en grondvlakken

Een fundamentele ontwerpregel voor PCB-lay-out is om uw stroom- en grondvlakken intern binnen uw bord te houden. Ze moeten ook gecentreerd en symmetrisch zijn om buigen en draaien van je board te voorkomen. Buigen kan ertoe leiden dat componenten uit positie raken en mogelijk het bord beschadigen. Andere aanbevelingen zijn onder meer het gebruik van gemeenschappelijke rails voor elke voeding, om ervoor te zorgen dat u betrouwbare, uitgebreide traceringen hebt en om het creëren van serieschakelingen om componenten te verbinden te vermijden.

Hoogspanning in stroomcircuits kan interfereren met laagspannings- en stroomregelcircuits. U kunt de plaatsing van uw stroom- en stuuraarde gebruiken om deze interferentie te minimaliseren. Probeer uw gronden voor elke voedingsfase gescheiden te houden. Als je er een paar bij elkaar moet plaatsen, zorg er dan voor dat ze aan het einde van je voorraadpad zijn. Als je grondvlak zich in de middelste laag van je bord bevindt, voeg dan een pad met kleine impedantie toe om interferentie van het stroomcircuit te voorkomen.

U moet ook uw digitale en analoge aarding op dezelfde manier gescheiden houden. Probeer alleen analoge lijnen uw analoge aarde te laten kruisen om capacitieve koppeling te verminderen.

2. Spoorontwerp

Deze stap omvat ook het aansluiten van signaalsporen volgens uw schema. U wilt altijd dat uw sporen zo kort en direct mogelijk zijn. Als u horizontale tracering aan de ene kant van de PCB heeft, plaats dan verticale traceringen aan de andere kant.

Je board kan meerdere netten nodig hebben met verschillende stromingen, wat de netto breedte zal bepalen die je nodig hebt. Het gebruik van een traceerbreedtecalculator kan helpen bij deze stap. Dunne sporen kunnen maar zoveel stroom voeren. Tracks met een dikte van 0,010″ inch of 10 mils kunnen slechts een stroomsterkte van ongeveer één ampère aan, terwijl een track van 250 mils dik wel 15 ampère kan dragen bij een temperatuurstijging van 30 graden Celsius.

3. Pad en gatafmetingen

U moet ook vroeg in het PCB-ontwerpproces de afmetingen van het kussen en de gaten bepalen. Naarmate de grootte van de pads en gaten kleiner wordt, wordt het belangrijker om de juiste pad-tot-gat-verhouding te krijgen. Het is vooral van cruciaal belang bij het werken met via-gaten. De fabrikant van de kale PCB kan mogelijk richtlijnen geven over de normen en de beeldverhouding die ze nodig hebben.

Een andere belangrijke overweging is de vorm van de printplaten. PCB-voetafdrukken kunnen variëren afhankelijk van het fabricageproces. Golfsolderen vereist doorgaans grotere footprints dan bijvoorbeeld infrarood reflow-solderen.

4. Signaalintegriteit en RF-problemen

Het ontwerp van de printplaatlay-out speelt een cruciale rol bij het waarborgen van de signaalintegriteit en het voorkomen van elektrische problemen zoals interferentie, vaak radiofrequente interferentie of elektromagnetische interferentie genoemd.

Het vermijden van deze problemen heeft veel te maken met hoe u uw sporen routeert. Om signaalproblemen te voorkomen, vermijd het lopen van sporen parallel aan elkaar. Parallelle tracks hebben meer overspraak, wat verschillende problemen kan veroorzaken die moeilijk op te lossen zijn als je de PCB eenmaal hebt gebouwd. Als sporen elkaar moeten kruisen, zorg er dan voor dat ze dit in een rechte hoek doen. Dit vermindert de capaciteit en wederzijdse inductantie tussen de lijnen, waardoor overspraak op zijn beurt afneemt.

Het gebruik van halfgeleidercomponenten die een lage elektromagnetische straling genereren, kan ook helpen bij de signaalintegriteit. Soms hebben andere behoeften echter onderdelen nodig met een hogere elektromagnetische opwekking.

Bij het ontwerpen van een printplaat, elimineer antennes, die elektromagnetische energie kunnen uitstralen, evenals grote lussen van signaal- en grondretourlijnen die hoge frequenties dragen. U moet geïntegreerde schakelingen zorgvuldig plaatsen om korte verbindingslijnen te krijgen.

Het plaatsen van een dicht aardingsraster over de printplaat is een andere essentiële richtlijn voor het ontwerpen van de RF-printplaatlay-out die ervoor zorgt dat de retourleidingen zich dicht bij de signaallijnen bevinden. Hierdoor blijft het effectieve antenneoppervlak relatief klein. In een meerlagig bord kun je dit bereiken met een grondvlak.

5. Thermische problemen

Thermische problemen kunnen van invloed zijn op veel verschillende delen van het ontwerpproces. Grotere borden en borden met een hogere componentdichtheid en hogere verwerkingssnelheden hebben meestal meer warmtegerelateerde problemen. Voor kleinere boards zijn ze misschien geen probleem, maar voor meer geavanceerde boards kunnen ze een grote uitdaging zijn.

Om warmtegerelateerde problemen te voorkomen, moet u de warmte laten ontsnappen. Identificeer eerst componenten die veel warmte genereren. U zou de thermische weerstandsclassificaties van elk onderdeel in de datasheet moeten kunnen vinden. Vervolgens kunt u de aanbevolen richtlijnen volgen om warmte van dat onderdeel af te leiden.

Zorg voor voldoende ruimte rond alle onderdelen die heet kunnen worden. Hoe meer warmte ze creëren, hoe meer ruimte ze nodig hebben om af te koelen. Het is ook van vitaal belang om kritieke componenten niet in de buurt van warmtebronnen te plaatsen.

Idealiter heeft het hele bord dezelfde bedrijfstemperatuur. Gebruik thermisch geleidende vlakken om warmte over een groot gebied af te voeren, wat de snelheid waarmee de temperatuur daalt versnelt door het oppervlak dat wordt gebruikt voor warmteoverdracht te vergroten.

Als thermische problemen aanzienlijk zijn voor uw bord, moet u mogelijk koelventilatoren, koellichamen en thermische reliëfs toevoegen, die van cruciaal belang zijn voor golfsolderen op meerlaagse platen en assemblages met een hoog kopergehalte. U kunt koellichamen maken met behulp van een koellichaampasta, een polymeer gevuld met fijn verdeelde vaste deeltjes. U kunt deze pasta aanbrengen met zeefdruk of stencildruk. Na een droog- of bakproces wordt het gefixeerd en fungeert het als een koellichaam.

Het is altijd raadzaam om thermische reliëfs te gebruiken op doorlopende componenten, waardoor de snelheid waarmee warmte door de componentplaten zakt, wordt vertraagd. Gebruik als algemene regel een thermisch reliëfpatroon wanneer een via of gat wordt aangesloten op een grond- of elektriciteitsvlak. U kunt ook traandruppels gebruiken waar sporen en kussentjes samenkomen om extra ondersteuning te bieden en thermische stress te verminderen.

Het belang van testen

Tijdens het PCB-ontwerpproces, evenals de rest van het PCB-fabricageproces, moet u uw werk voortdurend controleren. Door problemen vroeg op te sporen, wordt de impact ervan geminimaliseerd en de kosten voor het oplossen ervan verlaagd.

Twee veelvoorkomende tests die u moet uitvoeren, zijn de controle van de elektrische regels en de controle van de ontwerpregels. Deze tests zullen u helpen bij het oplossen van veel van de grotere problemen die u kunt tegenkomen.

Zodra u zonder problemen uw ERC- en DRC-tests kunt doorstaan, moet u de routering van elk signaal controleren en uw bord in detail met uw schema vergelijken.

Problemen met het ontwerp van PCB-lay-out oplossen met CAD

Tegenwoordig gebruiken de meeste PCB-ontwerpers geavanceerde CAD-softwaresystemen (Computer Aided Design) om hun PCB's te maken. Evenzo gebruiken fabrikanten computerondersteunde productiesoftware. Het gebruik van deze systemen kan u helpen bij het oplossen van veel van de lay-outproblemen die u kunt tegenkomen. Enkele voordelen van het gebruik van deze softwaresystemen zijn:

• Eenvoudige, semi-geautomatiseerde ontwerpprocessen: Met CAD-programma's kunt u componenten slepen en neerzetten waar u ze nodig hebt in uw ontwerp. Veel systemen zullen zelfs de sporen voor u creëren, waarna u naar behoefte componenten kunt verplaatsen, toevoegen of verwijderen of omleiden. Deze aanpak kan de efficiëntie en nauwkeurigheid van uw ontwerpproces verhogen.
• Ontwerpvalidatie: Voordat u uw ontwerp naar de productiefase stuurt, kunt u het testen met behulp van een CAD-systeem om uw toleranties, compatibiliteit, plaatsing van componenten en andere aspecten te verifiëren. Veel systemen kunnen zelfs basisfouten in realtime opvangen, waardoor hun impact wordt geminimaliseerd of geëlimineerd.
• Genereren van productiebestanden: U kunt Gerber-bestanden en andere bestandsindelingen genereren die u mogelijk met een CAD-systeem naar de fabrikant moet sturen. Door deze bestanden rechtstreeks vanuit de ontwerpsoftware te maken, kunnen ze hun nauwkeurigheid vergroten en zorgen voor een soepele overgang naar de productiefase.
• Documentatie: U kunt deze systemen ook gebruiken om gedetailleerde documentatie te genereren en op te slaan met betrekking tot het gebruik van componenten, foutrapporten, ontwerpstatus, versiebeheer en meer, wat kan helpen bij toekomstige projecten.
• Regel maken: Met sommige van deze programma's kunt u aangepaste regelsets maken en opslaan, die u kunt delen met ontwerpers om de functionaliteit van de software te verbeteren.
• Sjabloon maken: U kunt zelfs sjablonen maken voor gebruik in toekomstige projecten. Als je eenmaal een ontwerp hebt gemaakt, kun je het opslaan en hergebruiken als sjabloon voor andere projecten.
• Verhoogde efficiëntie en lagere kosten: Door computerondersteund ontwerp in uw activiteiten op te nemen, kunt u de efficiëntie en nauwkeurigheid van uw ontwerpproces verbeteren, wat de totale kosten verlaagt.

Een PCB-leverancier kiezen

Printplaten nodig? Millennium Circuits Limited is uw go-to-bron. We hebben een reeks PCB-mogelijkheden die zeker aan de behoeften van uw project zullen voldoen, en we zijn trots op onze uitstekende klantenservice. We bieden zowel binnenlandse als offshore PCB-mogelijkheden, zodat we meerdere financieringsopties en snelle doorlooptijden kunnen bieden. Welke oplossing u ook kiest, u kunt erop vertrouwen dat u alleen PCB-producten van de hoogste kwaliteit ontvangt.

Voor meer informatie over onze PCB-services en hoe deze uw bedrijf kunnen helpen, kunt u een offerte aanvragen door uw projectinformatie op te geven, inclusief een Gerber-bestand. We bieden ook een gratis ontwerpcheck aan via onze website, zodat u zeker weet dat uw ontwerp klaar is voor productie. Neem voor meer informatie over MCL en onze vele mogelijkheden contact met ons op, vraag een offerte aan of ga vandaag nog verder met het verkennen van onze website.

Vraag een gratis offerte aan