Návrh dosky plošných spojov pre začiatočníkov: Sprievodca krok za krokom k zostaveniu prvej dosky

Prvá doska, ktorú začiatočník odošle, sa zvyčajne vráti s jedným z troch problémov: stopa konektora sediaca pol milimetra od podložiek, stopa napájania, ktorá sa zahrieva pri zaťažení, alebo balík Gerber, o ktorom vám výrobca musí poslať e-mail ešte predtým, ako môže začať. Žiadna z nich nie sú chyby obvodu. Sú to rozhodnutia o rozložení a odovzdaní, ktoré sa vykonajú po tom, čo už schéma funguje na obrazovke.

Pre prvý dizajn je spoľahlivá cesta úzka. Udržujte dosku jednostrannú alebo dvojvrstvovú, umiestnite každý konektor a montážny otvor pred nasmerovaním jednej stopy, zmerajte výkonové stopy z aktuálnej tabuľky namiesto podľa oka a zakončite kontrolou konštrukčných pravidiel, ktorá zodpovedá tomu, čo môže váš výrobca skutočne vyrobiť. Nasledujúce časti vysvetľujú, prečo každý z týchto krokov existuje a koľko to stojí, keď ho preskočíte.

Začnite so schémou a stopami, ktoré si môžete overiť

Schéma nie je papierovanie, ktoré dokončíte skôr, než sa začnú „skutočné“ dizajnérske práce. Je to netlist, ktorý riadi rozloženie, kusovník a montážny výkres a každý nesúlad, ktorý v ňom zostane, sa stáva medenou stopou, ktorú musíte neskôr vystrihnúť.

Strávte ďalšiu hodinu v knižnici namiesto rozloženia. Otvorené úložiská a stránky distribútorov sú plné stôp nakreslených inými používateľmi a podložka, ktorá je 0,2 mm príliš úzka, stále vyzerá na obrazovke presvedčivo, pričom ručné spájkovanie je takmer nemožné.

• Skopírujte odporúčaný vzor pozemku z údajového listu komponentu a nekreslite svoj vlastný.
• Potvrďte orientáciu kolíka 1 a skontrolujte, či je dielec zrkadlový, keď sedí na spodnej strane.
• Overte si, že každé nádvorie so stopou neprekrýva susedov.
• Pred importovaním oboch do rozloženia priraďte počet padov stopy k symbolu.

Ak stále vytvárate mentálny model celého toku, oplatí sa prečítať si prehľad základov návrhu dosky plošných spojov, možností stohovania a tipov na riešenie problémov, kým sa na víkend pustíte do nástroja na rozloženie.

Zvyčajne stačí jednostranná alebo dvojvrstvová doska

Pri prvom projekte bude obvod takmer vždy niesť jedna alebo dve vrstvy a výroba jednoduchšej dosky je lacnejšia, rýchlejšia a oveľa jednoduchšia na prepracovanie, keď sa niečo pokazí.

Jednostranná doska umiestni každú stopu na spodnú meď a každú časť na vrch. Nemusíte sa obávať žiadnych pokovovaných priechodov, a ak sa jedna stopa musí krížiť s druhou, namiesto redizajnu to vyriešite drôteným prepojením. To je dôvod, prečo toľko prvých projektov – časovačov, prerušenia senzorov, jednotranzistorových ovládačov – zostáva jednostranných.

Na povrchovej úprave záleží viac, ako začiatočníci očakávajú. OSP, organický konzervačný prostriedok na spájkovanie, zanecháva plochú meď, ktorá sa dobre spájkuje, má primeranú trvanlivosť a stojí menej ako pozlátenie. Jednostranná doska OSP je rozumnou prvou objednávkou, pretože je na nej veľmi málo, čo môže nemotorná spájkovačka poškodiť.

Jednostranná OSP doska plošných spojov Jednostranné dosky OSP PCB využívajú povrchovú úpravu organickou spájkovateľnou fóliou (OSP), ktorá je šetrná k životnému prostrediu a netoxická. Ponúkajú vysoko ploché podložky, maki... Zobraziť produkt →

Dve vrstvy vám poskytujú súvislú zemnú plochu na jednej strane, čo predstavuje najväčšie zlepšenie šumu a kvality signálu za veľmi málo peňazí. Ak váš návrh obsahuje spínací regulátor, zbernicu SPI alebo kryštál, začnite na dvoch vrstvách.

Presuňte sa na štyri vrstvy, keď si to vyžaduje smerovanie alebo hluk

Štyri vrstvy prestávajú byť luxusom, keď sa zvýši hustota signálu alebo rýchlosť hodín. Štandardné usporiadanie vhodné pre začiatočníkov je signál, zem, napájanie, signál: každá stopa dostane súvislú referenčnú rovinu priamo pod ňou, čo odstraňuje väčšinu odhadov spätnej cesty, ktoré trápia dvojvrstvové rozloženia.

Krok z dvoch vrstiev na štyri je skutočný, ale zvyčajne menší, než sa ľudia obávajú, a kupuje tichšiu dosku s oveľa kratším časom rozloženia. Štandardná štvorvrstvová konštrukcia so zelenou spájkovacou maskou a povrchovou úpravou OSP je miestom, kde končí mnoho prvých serióznych návrhov.

4 vrstvy zelené OSP PCB Štvorvrstvové double-sided green OSP boards, using high-Tg FR-4 substrate and environmentally friendly OSP (organic soldering flux) surface treatment process, the green s... Zobraziť produkt →

Umiestnite komponenty skôr, ako čokoľvek nasmerujete

Umiestnenie rozhoduje o väčšine obtiažnosti vášho smerovania. Začiatočníci často umiestnia diely nahrubo, začnú smerovať a až potom zistia, že konektor sa musí pohnúť.

1. Najprv umiestnite konektory, spínače, LED diódy a montážne otvory, pretože o ich umiestnení rozhoduje kryt.
2. Ďalej pridajte časti s mechanickými obmedzeniami: kryštály, antény, chladiče, čokoľvek s oblasťou, kde sa nedá nič nechať.
3. Každý oddeľovací kondenzátor umiestnite čo najbližšie k napájaciemu kolíku, ktorému slúži, na rovnakú stranu, ak to priestor dovoľuje.
4. Usporiadajte zostávajúce komponenty tak, aby spojenia medzi nimi zostali krátke, a potom začnite smerovať.

Udržujte meď aspoň 0,3 mm od obrysu dosky, pokiaľ výrobca neuvedie inak, a pamätajte, že hrany s drážkou v tvare V alebo frézované hrany odstraňujú materiál po montáži. Nezachovávajte testovací bod pod vysokou časťou a ponechajte priestor na meranie okolo všetkého, čo budete potrebovať zmerať – zmeriate to.

Stopy veľkosti z prúdu, nie zo zvyku

Šírka stopy je skôr tepelným rozhodnutím, skôr než čímkoľvek iným. Stopa, ktorá je príliš úzka na jej prúd, sa zahrieva a tento nárast teploty – nie samotný prúd – je to, čo nakoniec poškodí laminát alebo spájkovaný spoj.

Krivky IPC-2221 sú umiestnené takmer za každou online kalkulačkou šírky stopy a vzor je jednoduchý: šírka rastie rýchlejšie ako súčasná. Pohybom z 1 A na 2 A na rovnakej hrúbke medi sa požadovaná šírka vynásobí približne 2,6, nie dvomi. Stopy na vnútornej vrstve sú tiež horúcejšie, pretože laminát zachytáva teplo, takže vnútorná stopa potrebuje asi 2,6-násobok šírky svojho ekvivalentu vonkajšej vrstvy.

S týmito údajmi zaobchádzajte len ako s minimom teploty. Pokles napätia, riadená impedancia a tavný prúd sú všetky šírky tlaku vyššie.

Keď dizajn skutočne nesie prúd, hmotnosť medi a povrchová úprava sa stávajú rozhodnutiami o usporiadaní a nie nákupom detailov. Dve unce medi zhruba polovicu každej šírky v tabuľke a bezolovnatý spájkovaný povrch, ako je ten, ktorý sa používa na obojstrannej bezolovnatej doske vyrobenej pre výkon a automobilovú elektroniku, stojí za to špecifikovať skôr, pretože mení proces aj povrch, na ktorý budete spájkovať.

Obojstranná zelená bezolovnatá spájkovaná doska plošných spojov pre výkonovú a automobilovú elektroniku Obojstranná zelená bezolovnatá pocínovaná doska. Hrubá kovová bariéra tvorená cínovým povlakom má vynikajúci výkon odvádzania tepla a schopnosť zvládnuť l... Zobraziť produkt →

Na geometrii tiež záleží. Smerujte pod uhlom 45 stupňov namiesto 90, udržiavajte vysokoprúdové slučky fyzicky malé a sledujte signály po neprerušenej zemi, kdekoľvek to umožňuje zostava.

Spustite DRC proti skutočným limitom výrobcu

Kontrola pravidiel návrhu nie je formalita odložená na koniec. Pred začatím nastavte svoje pravidlá zo zverejnených možností výrobcu, potom spustite kontrolu po umiestnení a znova po smerovaní.

Viacvrstvové továrne môžu mať šírku čiary a rozstupy 3/3 mil – 6-vrstvová pozlátená doska s takouto geometriou je pre mnohé z nich rutinnou výrobou – ale navrhovanie pri 6/6 mil stojí pomalú prvú dosku nič z hľadiska výkonu a ponecháva rezervu proti variácii leptania a lacnejším cenám.

Pred exportom zrušte tieto kontroly:

• Nezapojené a jednopolové siete, ktoré zvyčajne znamenajú, že schematický symbol nebol nikdy zapojený.
• Porušenie klírensu medzi stopami, podložkami a medenými násypmi.
• Sieťotlač na odkrytých podložkách, ktoré narúšajú spájkovaciu pastu.
• Prstencové krúžky a veľkosti vrtákov pod minimom výrobcu.
• Prekrývajúce sa alebo duplikované podložky, ktoré často zostanú pri úprave stopy.

Potom exportujte Gerbery vo formáte RS-274X, jeden súbor na vrstvu, plus súbor NC vŕtania v zodpovedajúcich jednotkách a krátku textovú poznámku s počtom vrstiev, hrúbkou dosky, hmotnosťou medi, povrchovou úpravou a akýmikoľvek požiadavkami na impedanciu. Každá otázka, ktorú vám musí výrobca položiť, pridá k cenovej ponuke jeden deň.

Čo poslať a čo sa vráti

Výroba je rýchla, keď sú súbory správne. Štandardné dodacie lehoty pre jednoduchú dosku vyzerajú takto:

• Jednostranné a obojstranné veľké dávky: 6 až 7 dní
• 4 až 8 vrstiev: 9 až 20 dní
• 10 až 16 vrstiev: 20 až 25 dní
• 16 až 32 vrstiev: 25 až 45 dní
• HDI dosky: do 25 dní
• Obojstranné prototypy: už za 24 hodín

Cena je riadená veľkosťou, počtom vrstiev, hmotnosťou medi, povrchovou úpravou, množstvom a tým, ako tvrdo stlačíte toleranciu. Certifikáty ukazujú, na ktorých trhoch môže továreň pôsobiť: ISO 9001, ISO 14001 a ISO 45001 pokrývajú všeobecnú kvalitu, environmentálny a bezpečnostný manažment, zatiaľ čo IATF 16949 je dôležitá, keď doska skončí vo vozidle, a UL je dôležitá, keď sa hotový výrobok predáva v Severnej Amerike. Čítanie servisnej stránky potenciálneho dodávateľa predtým, ako zamknete Gerbers, vám povie, aké tolerancie a povrchové úpravy vykonávajú každý deň, čo je užitočnejšie ako minimá vytlačené v tabuľke schopností.

Ak z tohto článku uberiete jednu sekvenciu, urobte z nej túto:

1. Nakreslite schému a overte každú stopu podľa údajového listu.
2. Vyberte najnižší počet vrstiev, ktorý prenáša vaše signály, a pridajte základnú rovinu hneď, ako prejdete do dvoch vrstiev.
3. Pred smerovaním čohokoľvek umiestnite konektory, montážne otvory a oddeľovacie kondenzátory.
4. Veľkosť trasovania výkonu z aktuálnej tabuľky a udržiavanie krátkych prúdových slučiek.
5. Spustite DRC, exportujte RS-274X Gerbers pomocou NC vŕtacieho súboru a odošlite balík s napísaným záznamom.

Potom si objednajte malé množstvo prototypu, pomaly ho zapnite a napíšte, čo by ste zmenili. Druhá doska je vždy lepšia ako prvá a najrýchlejší spôsob, ako sa naučiť dizajn PCB, je dokončiť jednu. $ $