PCB-lay-out-6 Belangrijke dingen om te overwegen bij het ontwerpen van uw PCB

Wist u dat bijna elk elektronisch circuit een PCB-layout bevat? In dit tijdperk van het internet der dingen blijft de vraag naar en de complexiteit van PCB's elke dag groeien. Het ontwerpen van een PCB kan intimiderend zijn, vooral omdat verschillende elektronische componenten en optimale routering in een krappe ruimte worden geplaatst. Het is cruciaal om je weg te vinden in een PCB-layout om het de eerste keer goed te doen.

In dit artikel worden de zes essentiële dingen besproken waarmee u rekening moet houden bij het ontwerpen van uw PCB, waaronder een keuze van materiaal en componenten, plaatsing van componenten, PCB-stack-up, PCB-via-types, stroomvoorziening, thermische problemen en bordbeperkingen.

1. Materiaal en componenten

U moet rekening houden met het materiaal en de componenten die u voor uw afdruk wilt gebruiken op de relevante details; u moet eerst de functies definiëren die de PCB moet uitvoeren, de geschatte grootte van het eindproduct, de onderlinge verbinding van de PCB met andere circuits en natuurlijk de plaatsing in het product.

Sommige materialen kunnen in extreme temperaturen werken; andere kunnen falen en leiden tot kortsluiting. Houd daarom rekening met de werktemperatuur van het eindproduct met betrekking tot het materiaal en de componenten die u kiest voor uw printplaat.

Overweeg ten slotte de kosten en beschikbaarheid van de materialen. Als u genoegen neemt met moeilijk te vinden materiaal, kan het duur en tijdrovend zijn om ze te vinden, wat uiteindelijk de montage van uw printplaat zal vertragen. Overweeg een PCB-leverancier te kiezen die een constante aanvoer van de benodigde componenten voor uw PCB kan handhaven. Andere aandachtspunten zijn onder meer reserveonderdelen, reparaties en vervangingen.

2. PCB-layout Componentplaatsing

Onderdelen op het bord leggen vereist veel probleemoplossend vermogen en creativiteit. Omdat iedereen een uniek ontwerpperspectief heeft, zal de plaatsing van uw componenten uniek zijn vanuit het idee van iemand anders.

Denk aan de fabricage van de printplaat, want dat is het einddoel. Gelijkgestemde componenten zoals transistors moeten bijvoorbeeld in dezelfde richting wijzen wanneer u ze plaatst voor eenvoudigere installatie en inspectie door de fabrikant.

Houd rekening met de grootte en hoogte van een afzonderlijk onderdeel. Sommige componenten zullen groter zijn dan andere en kunnen resulteren in oneffenheden op de printplaat wanneer ze naast elkaar worden geplaatst. Sommige grotere details kunnen kortere elementen blokkeren, en wanneer het bord door de soldeeroven wordt gehaald om de onderdelen op het bord te graveren, kan het terugkeren met slecht aangesloten soldeerverbindingen. Houd altijd rekening met de hoogte en breedte van componenten op het bord - details van vergelijkbare afmetingen kunnen aan één kant van het bord worden geplaatst, zodat de soldeergolf de kleinere onderdelen bereikt zonder te worden geblokkeerd.

Laat ruimte voor routering. Als je componenten te dicht bij elkaar plaatst, raak je onbereikbaar als je begint met routeren. Geïntegreerde schakelingen hebben bijvoorbeeld veel pinnen die rond het bord moeten worden aangesloten. Om te voorkomen dat u te weinig ruimte krijgt en opnieuw over uw ontwerplay-out springt, moet u voldoende ruimte geven aan componenten waarvoor veel pinnen moeten worden aangesloten om het proces gemakkelijk te maken.

3. PCB-lay-out opstapelen

PCB-stack-up vormt de basis van de gehele PCB. Het gaat om het plaatsen van isolatielagen en koperlagen. De stapel omvat de verschillende lagen binnen de PCB en stelt u in staat om de karakteristieke impedanties op elke laag vast te stellen. Hoe meer lagen de PCB heeft, hoe duurder het wordt.

Printplaten hebben lagen van verschillende materialen die met een lijm aan elkaar zijn gelamineerd. De bovenste laag is de zeefdruk die andere indicatoren zoals letters en symbolen aan het bord toevoegt. De onderste laag is de FR4 en geeft het bord zijn stijfheid en dikte. De volgende is de koperlaag, gevolgd door het soldeermasker dat de print zijn kenmerkende groene kleur geeft. Optimale meerlaagse stapeling minimaliseert straling en externe ruis. Het zorgt ook voor verbeterde elektromagnetische compatibiliteit van uw ontwerp, houdt de kosten binnen het budget en zorgt voor efficiëntie in de fabricagetechniek.

4. PCB-layout Via Types

Een PCB Via maakt onderlinge verbindingen tussen verschillende lagen van het bord mogelijk. Via's kunnen sporen, kussens en andere geleidende elementen met elkaar verbinden en het pad verschaffen voor elektrische en thermische energie die van de ene laag naar de andere gaat. Aangezien we gaten door het bord boren om de via's te maken, moet u rekening houden met de plaatsing en grootte van elk gat met betrekking tot de andere PCB-componenten. Voor efficiëntie in het productieproces is het goed om ervoor te zorgen dat alle via's op het bord even groot zijn.

Er zijn drie basistypen via's:doorgaande via's, blinde via's en begraven via's. Een doorgaande verbinding verbindt twee zichtbare buitenlagen. Blinde via's verbinden een zichtbare buitenlaag met een onzichtbare binnenlaag. Begraven via's verbinden twee verborgen binnenlagen. Andere soorten via's omvatten thermische via's voor het overdragen van warmte van de bovenste laag naar de onderste of interne lagen en via's met tenten omsloten met soldeermaskers om lekkage van elektrische en thermische componenten te voorkomen. Bespreek de mogelijkheden van de via-types die u wilt gebruiken met uw PCB-leverancier, omdat verschillende via's verschillende stroomvoerende capaciteiten hebben.

5. Stroom- en thermische problemen

Hoewel het plaatsen van componenten cruciaal is voor het ontwerp, moet u ook rekening houden met stroomroutering. De kracht- en grondvlakken moeten zich binnenin je board bevinden en gecentreerd en symmetrisch zijn om te voorkomen dat het board draait of buigt.

Thermische problemen zijn van invloed op grotere printplaten met een hogere dichtheid en te hoge verwerkingssnelheden. Om dergelijke problemen te voorkomen, moet uw printplaat warmte kunnen afvoeren. Identificeer tijdens de materiaalkeuze componenten die veel warmte genereren en vind manieren om warmte daaruit af te leiden. Oppervlakteruimte rond onderdelen die snel heet worden, is een cruciale overweging bij het ontwerp van de lay-out, omdat ze ruimte nodig hebben om af te koelen. U kunt overwegen om koellichamen, koelventilatoren en thermische reliëfs op te nemen. Sommige plaatsen om thermische reserves toe te voegen, zijn onder meer via's met doorlopende gaten om de snelheid van warmteafvoer door de PCB-lagen te vertragen.

Het beïnvloedt de signaalintegriteit. U kunt rekening houden met elektrische problemen zoals elektromagnetische interferentie in elektronische apparaten. Om ervoor te zorgen dat uw PCB dergelijke problemen niet veroorzaakt, moet u voorkomen dat u sporen parallel aan elkaar legt. Voor records die elkaar moeten kruisen, moet u ervoor zorgen dat ze in een rechte hoek staan ​​om de capaciteit en wederzijdse inductantie te minimaliseren.

6. Bordbeperkingen

Ten eerste moet u, afhankelijk van het doel van de PCB die u ontwerpt, rekening houden met de grootte en vorm van het bord. Het bord is een primair onderdeel van de PCB omdat het alle andere onderdelen bevat. Factoren die de grootte en vorm van de PCB bepalen, zijn onder meer de functionaliteit en de grootte van het bestemmingsproduct. Draagbare producten zoals activity trackers vereisen bijvoorbeeld veel kleinere PCB's in vergelijking met televisies.

Sommige producten vereisen PCB's met meer circuits dan het bord kan bevatten. In dergelijke situaties moet u mogelijk meerlagige interconnect-PCB's met hoge dichtheid (HDI-PCB's) gebruiken die het mogelijk maken om meer functionaliteit in een kleiner gebied te verpakken. Interconnecties met hoge dichtheid verhoogden de betrouwbaarheid omdat ze een robuuste onderlinge verbinding van gestapelde via's hebben. Een ander voordeel van HDI-printplaten is dat elektrische signalen minder tijd nodig hebben om te reizen vanwege de nabijheid van de componenten.

Problemen met PCB-layout

PCB-assemblagefase. Een goed ontworpen bord helpt voorkomen dat u problemen met de PCB-layout tegenkomt, zoals uitgehongerde thermiek, onvoldoende ringvormige ringen, ontbrekende soldeermaskers, zuurvangers, enz. Uitgehongerde thermiek treedt op wanneer thermische reliëfsporen en bijbehorende koperen vlakken onjuist zijn aangesloten. Ontbrekende soldeermaskers zullen waarschijnlijk voorkomen in strak uit elkaar geplaatste borden tijdens de stuklijst (BOM) van een PCB die aan boord wordt gemonteerd. Zuurvallen kunnen open circuits op een printplaat veroorzaken vanwege ontkoppelingssporen van hun toegewezen netten. Gemiste boorslagen veroorzaken ringvormige ringen. Het is van cruciaal belang om rekening te houden met de productie van PCB's; er zijn grote kansen op lay-outfouten, die een grote negatieve invloed kunnen hebben op de functionaliteit van het eindproduct. Er zijn verschillende PCB-layoutregels om dergelijke problemen te voorkomen die leiden tot verliezen, slechte prototypes en tijdverspilling.

Conclusie

Dit artikel besprak de verschillende problemen waarmee u rekening moet houden bij het ontwerpen van een printplaat en enkele problemen die een slecht ontworpen PCB kan veroorzaken. Enkele besproken onderwerpen zijn onder meer de plaatsing van componenten, bordbeperkingen, PCB-stack-up, materiaal en componenten, stroom- en thermische effecten en PCB-via-types.

Om de verschillende componenten van de printplaat met elkaar te verbinden, printen we geleidende paden op het bord. Omdat de verbindingen intern zijn, wordt de complexiteit van het totale ontwerp enorm verminderd. Elementen zoals geïntegreerde schakelingen, transistors en weerstanden worden door middel van solderen in het bord gemonteerd.

PCB's zijn cruciaal voor het functioneren van IoT-apparaten en grafische kaarten, moederborden, netwerkinterfacekaarten, tv's, mobiele telefoons, tablets en meer. Naarmate de technologie vordert, neemt ook de complexiteit van een PCB-lay-out toe. Dat gezegd hebbende, zal het zijn vruchten afwerpen om het ontwerp geschikt te maken voor productie met een hoogwaardige printplaat. Uw eindproduct moet niet alleen betrouwbaar werken zoals verwacht, maar ook binnen het budget blijven. We hopen dat dit artikel je helpt bij het bereiken van een goede PCB-layout.