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幾條很接地氣的PCB板設計指南

Release Time:2021-05-26 Edit the author:金致卓 Reading:2967

PCB板設計時,由于將大局部時間都花在了電路設計和元件的選擇上,在PCB板設計布線階段常常會由于經歷缺乏,思索不夠周全。

假如沒有為PCB板設計布線階段的設計提供充足的時間和精神,可能會招致設計從數字范疇轉化為物理理想的時分,在制造階段呈現問題,或者在功用方面產生缺陷。

那么設計一個在紙上和物理方式上都真實牢靠的電路板的關鍵是什么?讓我們討論設計一個可制造,功用牢靠的PCB時需求理解的前6個PCB設計指南。

1、微調您的元件布置

PCB板設計過程的元件放置階段既是科學又是藝術,需求對電路板上可用的主要元器件停止戰略性思索。固然這個過程可能具有應戰性,但您放置電子元件的方式將決議您的電路板的制造難易水平,以及它如何滿足您的原始設計請求。

固然存在元件放置的常規通用次第,如按次第依次放置銜接器,印刷電路板的裝置器件,電源電路,精細電路,關鍵電路等,但也有一些詳細的指導方針需求牢記,包括:

取向- 確保將類似的元件定位在相同的方向上,這將有助于完成高效且無過失的焊接過程。

布置- 防止將較小元件放置在較大元件的后面,這樣小元件有可能受大元件焊接的影響而產生裝貼問題。

組織- 倡議將一切外表貼裝(SMT)元件放置在電路板的同一側,并將一切通孔(TH)元件放置在電路板頂部,以盡量減少組裝步驟。

最后還要留意的一條PCB設計指南 - 即當運用混合技術元件(通孔和外表貼裝元件)時,制造商可能需求額外的工藝來組裝電路板,這將增加您的總體本錢。

2、適宜放置電源,接地和信號走線

放置元件后,接下來能夠放置電源,接地和信號走線,以確保您的信號具有潔凈無毛病的通行途徑。在規劃過程的這個階段,請記住以下一些原則:

1)、定位電源和接地平面層

一直倡議將電源和接地平面層置于電路板內部,同時堅持對稱和居中。這有助于避免您的電路板彎曲,這也關系到您的元件能否正肯定位。

關于給IC供電,倡議為每路電源運用公共通道,確保有鞏固并且穩定的走線寬度,并且防止元件到元件之間的菊花鏈式電源銜接。

2)、信號線走線銜接

接下來,依照原理圖中的設計狀況銜接信號線。倡議在元件之間一直采取盡可能短的途徑和直接的途徑走線。

假如您的元件需求毫無偏向地固定放置在程度方向,那么倡議在電路板的元件出線的中央根本上程度走線,而出線之后再停止垂直走線。

這樣在焊接的時分隨著焊料的遷移,元件會固定在程度方向。如下圖上半局部所示。而下圖下半局部的信號走線方式,在焊接的時分隨著焊料的活動,有可能會形成元件的偏轉。

倡議的布線方式 (箭頭指示焊料活動方向)

不倡議的布線方式 (箭頭指示焊料活動方向)

3)、定義網絡寬度

您的設計可能需求不同的網絡,這些網絡將承載各種電流,這將決議所需的網絡寬度。思索到這一根本請求,倡議為低電流模仿和數字信號提供0.010’’(10mil)寬度。當您的線路電流超越0.3安培時,它應該停止加寬。這里有一個免費的線路寬度計算器,使這個換算過程變得簡單。

3、有效隔離

您可能曾經體驗到電源電路中的大電壓和電流尖峰如何干擾您的低壓電流的控制電路。要盡量減少此類干擾問題,請遵照以下原則:

隔離 - 確保每路電源都堅持電源地和控制地分開。假如您必需將它們在PCB中銜接在一同,請確保它盡可能地靠近電源途徑的末端。

布置 - 假如您已在中間層放置了地平面,請確保放置一個小阻抗途徑,以降低任何電源電路干擾的風險,并協助維護您的控制信號。能夠遵照相同的原則,以堅持您的數字和模仿的分開。

耦合 - 為了減少由于放置了大的地平面以及在其上方和下方走線的電容耦合,請嘗試僅經過模仿信號線路穿插模仿地。

元件隔離示例(數字和模仿)

4、處理熱量問題

您能否曾因熱量問題而招致電路性能的降低以至電路板損壞?由于沒有思索散熱,呈現過很多問題攪擾許多設計者。這里有一些指導要記住,以協助處理散熱問題:

1)、辨認費事的元件

第一步是開端思索哪些元件會耗散電路板上的最多熱量。這能夠經過首先在元件的數據表中找到“熱阻”等級,然后依照倡議的指導方針來轉移產生的熱量來完成。當然,能夠添加散熱器和冷卻風扇以堅持元件溫度降落,并且還要記住使關鍵元件遠離職何高熱源。

2)、添加熱風焊盤

添加熱風焊盤關于消費可制造的電路板十分有用,它們關于高銅含量元件和多層電路板上的波峰焊接應用至關重要。由于難以堅持工藝溫度,因而一直倡議在通孔元件上運用熱風焊盤,以便經過減慢元件管腳處的散熱速率,使焊接過程盡可能簡單。

作為普通原則,一直對銜接到地平面或電源平面的任何通孔或過孔運用熱風焊盤方式銜接。除了熱風焊盤外,您還能夠在焊盤銜接線的位置添加淚滴,以提供額外的銅箔/金屬支撐。這將有助于減少機械應力和熱應力。

典型的熱風焊盤銜接方式

5、熱風焊盤科普

許多工廠內擔任制程(Process)或是SMT技術的工程師經常會碰到電路板元件發作空焊(solder empty)、假焊(de-wetting)或冷焊(cold solder)等等這類焊不上錫(non-wetting)的不良問題,不管制程條件怎樣改或是回流焊的爐溫再怎樣調,就是有一定焊不上錫的比率。這終究是怎樣回事?

撇開元件及電路板氧化的問題,究其根因后發現有很大局部這類的焊接不良其實都來自于電路板的布線(layout)設計缺失,而最常見的就是在元件的某幾個焊腳上銜接到了大面積的銅皮,形成這些元件焊腳經過回流焊后發作焊接不良,有些手焊元件也可能由于類似情形而形成假焊或包焊的問題,有些以至由于加熱過久而把元件給焊壞掉。

普通PCB在電路設計時經常需求鋪設大面積的銅箔來當作電源(Vcc、Vdd或Vss)與接地(GND,Ground)之用。這些大面積的銅箔普通會直接銜接到一些控制電路(IC)及電子元件的管腳。

不幸的是假如我們想要將這些大面積的銅箔加熱到融錫的溫度時,比起獨立的焊墊通常需求花比擬多的時間(就是加熱會比擬慢),而且散熱也比擬快。當這樣大面積的銅箔布線一端銜接在小電阻、小電容這類 小元器件,而另一端不是時,就容易由于融錫及凝固的時間不分歧而發作焊接問題;假如回流焊的溫度曲線又調得不好,預熱時間缺乏時,這些銜接在大片銅箔的元件焊腳就容易由于達不到融錫溫度而形成虛焊的問題。

人工焊接(Hand Soldering)時,這些銜接在大片銅箔的元件焊腳則會由于散熱太快,而無法在規則時間內完成焊接。最常見到的不良現象就是包焊、虛焊,焊錫只要焊在元件的焊腳上而沒有銜接到電路板的焊盤。從外觀看起來,整個焊點會構成一個球狀;更甚者,作業員為了要把焊腳焊上電路板而不時調高烙鐵的溫度,或是加熱過久,致使形成元件超越耐熱溫度而毀損而不自知。如下圖所示。

包焊、冷焊或虛焊

既然曉得了問題點就能夠有處理的辦法,普通我們都會請求采用所謂Thermal Relief pad(熱風焊墊)設計來處理這類由于大片銅箔銜接元件焊腳所形成的焊接問題。如下圖所示,左邊的布線沒有采用熱風焊盤,而右邊的布線則曾經采用了熱風焊盤的銜接方式,能夠看到焊盤與大片銅箔的接觸面積只剩下幾條細小的線路,這樣就能夠大大限制焊墊上溫度的流失,到達較佳的焊接效果。

6、檢查您的工作

當您再接再勵地哼哧哼哧地將一切的局部組合在一同停止制造時,很容易在設計項目完畢時才發現問題,不堪重負。因而,在此階段對您的設計工作停止雙重和三重檢查可能意味著制造是勝利還是失敗。

為了協助完成質量控制過程,我們一直倡議您從電氣規則檢查(ERC)和設計規則檢查(DRC)開端,以考證您的設計能否完整滿足一切的規則及約束。運用這兩個系統,您能夠輕松停止間隙寬度,線寬,常見制造設置,高速請求和短路等等方面的檢查。

當您的ERC和DRC產生無過失的結果時,倡議您檢查每個信號的布線狀況,從原理圖到PCB,一次檢查一條信號線的方式認真確認您沒有遺漏任何信息。另外,運用您的設計工具的探測和屏蔽功用,以確保您的PCB規劃資料與您的原理圖相匹配。

認真檢查您的設計,PCB和約束規則

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