6 نکته عملی طراحی PCB برای جلوگیری از 90٪ از مشکلات تولید! حتی مبتدیان هم می توانند به سرعت شروع کنند

هنگام طراحی مدارها، بسیاری از افراد تمام انرژی خود را بر روی شماتیک ها و انتخاب قطعات متمرکز می کنند و با عجله مرحله چیدمان و مسیریابی PCB را به پایان می رسانند. نتیجه؟ یا خطاهای مکرر در طول تولید کارخانه رخ می دهد، یا برد مدار پس از مدت کوتاهی استفاده از کار می افتد - گرم شدن بیش از حد، تداخل سیگنال، لحیم کاری ضعیف - در واقع می توان از این مشکلات از قبل از طریق طراحی علمی جلوگیری کرد. امروز، ما تکنیک های اصلی طراحی PCB را تجزیه و تحلیل خواهیم کرد تا به شما کمک کنیم به سرعت بردهای مدار قابل ساخت و پایدار از نظر عملکرد ایجاد کنید!

I. قرار دادن قطعات: فراتر از مرتب بودن، سهولت لحیم کاری و قابلیت استفاده

قرار دادن قطعات اساس طراحی PCB است که نیاز به رعایت منطق مدار و سازگاری با فرآیندهای تولید دارد. بسیاری از مبتدیان فقط به دنبال یک "ظاهر مرتب" هستند و الزامات واقعی لحیم کاری و مونتاژ را نادیده می گیرند.

جهت گیری یکپارچه در زمان صرفه جویی می کند

قرار دادن قطعات مشابه مانند مقاومت ها و خازن ها در یک جهت، نیاز به تنظیمات مکرر زاویه توسط دستگاه در هنگام لحیم کاری را کاهش می دهد، راندمان را بهبود می بخشد و احتمال اتصالات لحیم سرد و لحیم کاری نادرست را کاهش می دهد. قطعات با اندازه های مختلف نباید یکدیگر را مسدود کنند.

از قرار دادن قطعات کوچک مستقیماً زیر یا پشت قطعات بزرگ خودداری کنید. در غیر این صورت، هنگام لحیم کاری قطعه بزرگ، قطعه کوچک مسدود می شود و یک "ناحیه سایه" ایجاد می کند که مانع از لحیم کاری می شود.

مونتاژ را با دسته بندی قطعات ساده کنید.
سعی کنید قطعات نصب سطحی (SMT) را در یک طرف برد مدار قرار دهید و قطعات سوراخ دار (TH) را در بالا متمرکز کنید. این امر از ورق زدن مکرر در طول مونتاژ کارخانه جلوگیری می کند و هزینه های تولید را کاهش می دهد. اگر باید از دو نوع قطعه با هم استفاده شود، از قبل هزینه های اضافی فرآیند مونتاژ را در نظر بگیرید.

II. طراحی مسیر: مسیرهای برق، زمین و سیگنال باید دقیق باشند.

پس از قرار دادن قطعات، مسیریابی مسیرهای برق، زمین و سیگنال را برنامه ریزی کنید، زیرا این امر مستقیماً بر پایداری مدار تأثیر می گذارد. بسیاری از مشکلات تداخل سیگنال و ناپایداری برق ناشی از مشکلات مسیریابی است.

لایه های برق و زمین در لایه های داخلی.
لایه های برق و زمین را در داخل برد مدار قرار دهید و تقارن و مرکزیت را حفظ کنید. این امر از خم شدن برد مدار جلوگیری می کند و امکان قرارگیری دقیق تر قطعات را فراهم می کند. هنگام تغذیه تراشه ها، از مسیرهای ضخیم تر استفاده کنید و از اتصالات زنجیره ای (اتصال قطعات به صورت سری) خودداری کنید تا از ناپایداری ولتاژ جلوگیری شود.

مسیرهای سیگنال باید "کوتاه و مستقیم" باشند. مسیرهای سیگنال بین قطعات باید کوتاه ترین مسیر ممکن را دنبال کنند. اتصالات مستقیم نسبت به خمیدگی ها ترجیح داده می شوند. اگر یک قطعه نیاز به ثابت شدن افقی دارد، مسیر را برای مسافت کوتاهی به صورت افقی اجرا کنید و سپس به صورت عمودی بچرخانید. این امر از جریان لحیم در هنگام لحیم کاری جلوگیری می کند و باعث عدم تراز شدن قطعات می شود. برعکس، اجرای مسیر به صورت عمودی ابتدا می تواند باعث کج شدن قطعه شود.

عرض مسیر باید جریان را دنبال کند. برای سیگنال های معمولی با جریان کم (مانند سیگنال های دیجیتال و آنالوگ)، یک مسیر 0.010 اینچی (10mil) کافی است. اگر جریان از 0.3 آمپر تجاوز کند، عرض مسیر باید افزایش یابد. هرچه جریان بیشتر باشد، مسیر باید پهن تر باشد تا از گرم شدن بیش از حد و سوختن جلوگیری شود.

III. طراحی ایزوله: دیجیتال، آنالوگ و منبع تغذیه باید جدا باشند.

مدارهای منبع تغذیه با ولتاژ بالا و جریان بالا می توانند به راحتی با مدارهای کنترل یا آنالوگ حساس تداخل داشته باشند و منجر به مشکل "لرزش سیگنال" شوند که بسیاری با آن مواجه می شوند. ایزوله سازی مناسب، تداخل را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.

زمین برق و زمین کنترل باید جدا باشند. زمین برق و زمین کنترل هر منبع تغذیه باید جداگانه مسیریابی شوند، نه اینکه با هم مخلوط شوند. اگر اتصال ضروری است، فقط باید در انتهای مسیر برق انجام شود تا از هدایت تداخل جلوگیری شود. ایزوله سازی دقیق مدارهای دیجیتال و آنالوگ

اگر برد مدار حاوی مدارهای دیجیتال (مانند میکروکنترلرها) و مدارهای آنالوگ (مانند سنسورها) است، باید جداگانه چیده شوند و مسیرهای امپدانس مناسب برای صفحه زمین لایه میانی ارائه شود. سیگنال های آنالوگ فقط باید در زمین آنالوگ حرکت کنند و نباید با زمین دیجیتال تلاقی داشته باشند تا تداخل کوپلینگ خازنی کاهش یابد.

IV. اتلاف گرما: اجازه ندهید گرما برد مدار شما را از بین ببرد

بسیاری از بردهای مدار پس از مدتی استفاده، دچار افت عملکرد یا حتی سوختن می شوند که به احتمال زیاد به دلیل اتلاف گرمای ناکافی است. این امر به ویژه در مورد قطعات قدرت صادق است، جایی که تجمع گرما می تواند به شدت بر طول عمر آنها تأثیر بگذارد.

"غول های گرما" را شناسایی کنید

به برگه اطلاعات قطعه برای پارامتر مقاومت حرارتی (TRT) آن مراجعه کنید. TRT کمتر منجر به اتلاف گرمای بهتر می شود. قطعات پرقدرت (مانند ترانزیستورها و تراشه های قدرت) را از قطعات حساس دور نگه دارید و در صورت لزوم هیت سینک یا فن های کوچک اضافه کنید.

پدهای هوای گرم کلیدی هستند

قطعات سوراخ دار باید از پدهای هوای گرم استفاده کنند. اینها اتلاف گرمای پین ها را کند می کنند و از دمای کافی در هنگام لحیم کاری اطمینان حاصل می کنند و از اتصالات لحیم سرد جلوگیری می کنند. علاوه بر این، افزودن پدهای "اشک" در نقاط اتصال بین پدها و مسیرها، پشتیبانی فویل مسی را تقویت می کند و تنش های حرارتی و مکانیکی را کاهش می دهد.

روش اتصال پد هوای گرم معمولی

V. پدهای هوای گرم: یک "ابزار جادویی" برای نقص های لحیم کاری

بسیاری از مبتدیان از عملکرد پدهای هوای گرم آگاه نیستند که منجر به مدارهای باز، اتصالات لحیم سرد و اتصالات لحیم ضعیف می شود که با تنظیم مکرر دمای کوره قابل حل نیست. علت اصلی این مشکل در طراحی سیم کشی نهفته است.

مناطق بزرگ فویل مسی برق یا زمین به آرامی گرم می شوند و به سرعت گرما را از بین می برند. اگر سیم های لحیم قطعات کوچک (مانند مقاومت ها و خازن های بسته بندی شده 0402) مستقیماً به فویل مسی بزرگ متصل شوند، دما در هنگام لحیم کاری به نقطه ذوب لحیم نمی رسد و در نتیجه یک اتصال لحیم سرد ایجاد می شود. در هنگام لحیم کاری دستی، گرما به سرعت هدایت می شود و همچنین از لحیم کاری موفقیت آمیز جلوگیری می شود.

اصل پدهای هوای گرم ساده است: اتصال پدها به یک ناحیه بزرگ از فویل مسی از طریق چندین نوار مسی نازک، رسانایی الکتریکی را تضمین می کند و در عین حال ناحیه اتلاف گرما را کاهش می دهد. این امر به پدها اجازه می دهد تا در هنگام لحیم کاری دمای کافی را حفظ کنند و اطمینان حاصل شود که لحیم محکم به پدها می چسبد.

VI. بررسی طراحی: در مرحله نهایی صرفه جویی نکنید

پس از اتمام طراحی، همیشه یک بررسی مضاعف انجام دهید. در غیر این صورت، حتی اشتباهات کوچک می توانند کل برد مدار را غیرقابل استفاده کنند.

اول، "بررسی قوانین" را اجرا کنید: از عملکردهای Electrical Rule Check (ERC) و Design Rule Check (DRC) در نرم افزار طراحی برای بررسی عرض مسیر، فاصله، اتصال کوتاه، شبکه های مسیریابی نشده و غیره استفاده کنید تا از انطباق با الزامات تولید اطمینان حاصل کنید.

دوم، سیگنال به سیگنال را تأیید کنید: از شماتیک تا PCB، اتصال هر خط سیگنال را بررسی کنید تا از حذف یا خطاها جلوگیری شود. از عملکرد محافظ نرم افزار برای تأیید اینکه طرح با شماتیک مطابقت دارد استفاده کنید.

نتیجه

طراحی PCB ممکن است پیچیده به نظر برسد، اما هسته آن حول محور "قابلیت ساخت" و "پایداری" می چرخد. قرار دادن صحیح قطعات، اطمینان از مسیرهای کوتاه و پهن، پیاده سازی ایزوله سازی و اتلاف گرمای خوب، استفاده موثر از پدهای هوای گرم و در نهایت، انجام یک بررسی کامل - این شش مرحله به شما کمک می کند تا از اکثر مشکلات جلوگیری کنید.

مبتدیان نیازی به تلاش برای کمال در ابتدا ندارند. ابتدا این مهارت های اساسی را تسلط دهید، سپس آنها را در ارتباط با پروژه های دنیای واقعی بهینه کنید. شما به سرعت قادر خواهید بود بردهای مدار با کیفیت بالا طراحی کنید. به یاد داشته باشید، طراحی خوب PCB نه تنها هزینه های تولید را کاهش می دهد، بلکه عملکرد مدار را پایدارتر می کند و طول عمر آن را افزایش می دهد.