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手艺文章

PCB工程师必须要领会的几个设想指南

2022-03-01 lmyadmin

在起头新设想时,由于将大局部时辰都花在了电路设想和元件的挑选上,在PCB规划布线阶段常常会由于经历缺乏,斟酌不够全面。



若是不(bu)为(wei)PCB规划布线阶(jie)段(duan)的(de)(de)设想供给充沛的(de)(de)时辰(chen)和(he)精神,可以或(huo)许会致使设想从数字范(fan)畴转化为(wei)物(wu)理(li)实际的(de)(de)时辰(chen),在制作(zuo)阶(jie)段(duan)呈现题目(mu),或(huo)在功效方面(mian)发(fa)生缺点(dian)。


那(nei)末(mo)设(she)想一(yi)个(ge)在纸上和物(wu)理情势上都实(shi)在靠得住的电路板的关头是(shi)甚(shen)么(me)?让咱们切磋设(she)想一(yi)个(ge)可制作,功效(xiao)靠得住的PCB时须(xu)要领会的前6个(ge)PCB设(she)想指南。


微调您的元件安排

PCB规划进程(cheng)的(de)元件(jian)(jian)安(an)排(pai)阶段既是(shi)迷信又是(shi)艺术(shu),须要对电(dian)(dian)路板上可用(yong)的(de)首(shou)要元器件(jian)(jian)停止计谋性斟酌。固然这个进程(cheng)可以或许(xu)具(ju)备挑衅性,但您安(an)排(pai)电(dian)(dian)子(zi)元件(jian)(jian)的(de)体(ti)例将(jiang)决(jue)议您的(de)电(dian)(dian)路板的(de)制作(zuo)难易程(cheng)度,和它(ta)若(ruo)何知(zhi)足(zu)您的(de)原始设想(xiang)请求(qiu)。


固然存在元件安(an)排的(de)惯例(li)通用挨(ai)次(ci),如(ru)按(an)挨(ai)次(ci)顺次(ci)安(an)排毗连器,印刷电(dian)(dian)(dian)路板的(de)装置器件,电(dian)(dian)(dian)源电(dian)(dian)(dian)路,紧(jin)密电(dian)(dian)(dian)路,关头电(dian)(dian)(dian)路等,但(dan)也有一些详细的(de)指点目(mu)标须要服膺,包(bao)含:


  • 取向 - 确保将类似的元件定位在不异的标的目的上,这将有助于实现高效且无过失的焊接进程。



  • 安排 - 防止将较小元件安排在较大元件的前面,如许小元件有可以或许受大元件焊接的影响而发生装贴题目。


  • 构造 - 倡议将一切外表贴装(SMT)元件安排在电路板的同一侧,并将一切通孔(TH)元件安排在电路板顶部,以尽可以或许削减组装步骤。




最初还(hai)要注重的一条PCB设(she)想指南 - 即当(dang)利用夹杂(za)手艺元(yuan)件(jian)(通孔和外表贴(tie)装(zhuang)元(yuan)件(jian))时,制作商(shang)可以或许须要额定的工艺来组装(zhuang)电路板(ban),这将增添您的整(zheng)体本钱。




杰出的芯片元件标的目的.png
杰出(chu)的芯(xin)片(pian)元件标的目的(左(zuo))和不良(liang)的芯(xin)片(pian)元件标的目的(右)

杰出的元件安排.png
杰出(chu)的元(yuan)件安(an)排(pai)(左)和不良元(yuan)件安(an)排(pai)(右)




适合安排电源,接地和旌旗灯号走线


安排元件后,接上去可以(yi)(yi)或许安排电源,接地(di)和旌(jing)旗(qi)灯号(hao)走线,以(yi)(yi)确保您的旌(jing)旗(qi)灯号(hao)具备清洁无端障的通(tong)行途径。在(zai)规划进程的这个阶段,请(qing)记着以(yi)(yi)下一些原则:




▶ 1)定位电源和接地立体层


一(yi)直倡议将(jiang)电(dian)(dian)(dian)源和接地立体层置于电(dian)(dian)(dian)路板(ban)外部,同时(shi)坚持对称和居中。这(zhei)有(you)助于防止您的电(dian)(dian)(dian)路板(ban)曲折,这(zhei)也干(gan)系到您的元(yuan)件是不(bu)是准确定位(wei)。

对给IC供电,倡议为每路电源利用大众通道,确保有坚忍并且不(bu)变的走线宽(kuan)度(du),并且防止元(yuan)件(jian)到(dao)元(yuan)件(jian)之间的菊(ju)花链式电源毗连。




▶ 2)旌旗灯号线走线毗连


接(jie)上去,根据(ju)道(dao)理图(tu)中的设(she)想环境毗连旌旗(qi)灯(deng)号线(xian)。倡议在元件之(zhi)间(jian)一直(zhi)接(jie)纳尽(jin)可以或许短的途(tu)径和间(jian)接(jie)的途(tu)径走线(xian)。

若是您的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)件须要毫(hao)无(wu)误差(cha)地牢(lao)固(gu)安排在程度标的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de),那末(mo)倡(chang)议(yi)在电路板的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)件出线的(de)(de)(de)处所(suo)根基上程度走(zou)线,而出线以后再停止(zhi)垂直(zhi)走(zou)线。

如(ru)许在(zai)焊接的时辰跟着(zhe)焊料的迁移,元件会牢固在(zai)程度标的目(mu)的。以(yi)下图(tu)上半局(ju)部所示。而下图(tu)下半局(ju)部的旌旗灯(deng)号走线(xian)体例,在(zai)焊接的时辰跟着(zhe)焊料的活动,有可(ke)以(yi)或许会构成元件的偏转。




倡议的布线体例.png
倡议的布线(xian)体例 (箭(jian)头(tou)唆使(shi)焊(han)料活动标的目(mu)的)

不倡议的布线体例.png
不倡议的布(bu)线体(ti)例 (箭头唆使焊(han)料活(huo)动标的目的) 




▶ 3)界说收集宽度


您(nin)的(de)设想可以或许须要差别(bie)的(de)收(shou)集,这(zhei)些收(shou)集将(jiang)承载各(ge)类电(dian)(dian)流(liu),这(zhei)将(jiang)决议所(suo)需的(de)收(shou)集宽(kuan)(kuan)度(du)。斟酌(zhuo)到(dao)这(zhei)一根基请(qing)求,倡议为(wei)低电(dian)(dian)流(liu)摹拟和数字旌旗灯号供给0.010’’(10mil)宽(kuan)(kuan)度(du)。当(dang)您(nin)的(de)线(xian)路电(dian)(dian)流(liu)跨越0.3安(an)培时,它应(ying)当(dang)停止加(jia)宽(kuan)(kuan)。这(zhei)里有一个收(shou)费的(de)线(xian)路宽(kuan)(kuan)度(du)计较器,使(shi)这(zhei)个换(huan)算进程变得简略。

有效断绝

您可(ke)(ke)以(yi)或(huo)许已休会到电(dian)(dian)(dian)源电(dian)(dian)(dian)路中的大电(dian)(dian)(dian)压(ya)和电(dian)(dian)(dian)流尖(jian)峰若(ruo)何(he)搅(jiao)(jiao)扰(rao)您的高压(ya)电(dian)(dian)(dian)流的节制电(dian)(dian)(dian)路。要尽可(ke)(ke)以(yi)或(huo)许削减此(ci)类搅(jiao)(jiao)扰(rao)题目(mu),请(qing)遵(zun)守以(yi)下原则:


  • 断绝 - 确保每路电源都坚持电源地和节制地分隔。若是您必须将它们在PCB中毗连在一路,请确保它尽可以或许地接近电源途径的结尾。


  • 安排 - 若是您已在中间层安排了地立体,请确保安排一个小阻抗途径,以降落任何电源电路搅扰的危险,并赞助掩护您的节制旌旗灯号。可以或许遵守不异的原则,以坚持您的数字和摹拟的分隔。


  • 耦合 - 为了削减由于安排了大的地立体和在其上方和下方走线的电容耦合,请测验考试仅经由进程摹拟旌旗灯号线路穿插摹拟地。




元件断绝示例.png
元件断(duan)绝示例(数字(zi)和摹拟)




处理热量题目

您是不是曾因热量(liang)题目而致使电(dian)路机能(neng)的降落乃(nai)至电(dian)路板(ban)破(po)坏?由于不斟酌散热,呈现过良(liang)多(duo)题目搅扰很多(duo)设想者。这里有一些指点要记着,以赞助处理散热题目:


▶ 1)辨认费事的元件 


第一(yi)步是起(qi)(qi)头斟酌哪些元件(jian)(jian)(jian)会(hui)耗散(san)电(dian)(dian)路板上的(de)最(zui)多热(re)(re)量。这可(ke)以(yi)(yi)或许经由进程起(qi)(qi)首在元件(jian)(jian)(jian)的(de)数(shu)据表中(zhong)找到“热(re)(re)阻”品级(ji),而后根(gen)据倡议的(de)指(zhi)点(dian)目标来转移发生的(de)热(re)(re)量来实现。固然(ran),可(ke)以(yi)(yi)或许增(zeng)加散(san)热(re)(re)器和(he)冷却(que)电(dian)(dian)扇以(yi)(yi)坚持元件(jian)(jian)(jian)温度降落,并且还要记着使关头元件(jian)(jian)(jian)阔别任何高热(re)(re)源。


▶ 2)增加热风焊盘 


增(zeng)加热(re)风焊盘对出(chu)产可制作的(de)电路(lu)(lu)板很是(shi)有效,它(ta)们(men)对高铜(tong)含量元件(jian)(jian)和(he)多(duo)层电路(lu)(lu)板上的(de)波峰焊接利用(yong)相当主要(yao)。由于(yu)难以(yi)坚(jian)持(chi)工艺(yi)温(wen)度,是(shi)以(yi)一直倡(chang)议在通孔元件(jian)(jian)上利用(yong)热(re)风焊盘,以(yi)便经由进程(cheng)减(jian)慢元件(jian)(jian)管脚处(chu)的(de)散热(re)速(su)度,使焊接进程(cheng)尽(jin)可以(yi)或许(xu)简略。

作为普(pu)通原则,一直对毗连到地立体或电源立体的任何通孔或过(guo)孔利(li)用热风(feng)焊(han)盘体例毗连。除(chu)热风(feng)焊(han)盘外,您(nin)还可以(yi)或许在焊(han)盘毗连线的地位(wei)增加(jia)泪滴,以(yi)供(gong)给额定的铜(tong)箔/金属支(zhi)持(chi)。这将有助于(yu)削减机器应(ying)力和热应(ying)力。


典范的热风焊盘毗连体例.png
典(dian)范的热风(feng)焊盘毗连体例

热风焊盘科普


很多工(gong)场内担任制(zhi)程(Process)或(huo)是(shi)SMT手艺的工(gong)程师(shi)常(chang)常(chang)会碰着电路板元件(jian)发生空焊(han)(solder empty)、假(jia)焊(han)(de-wetting)或(huo)冷(leng)焊(han)(cold solder)等(deng)等(deng)这类(lei)焊(han)不上锡(non-wetting)的不良题目,不管(guan)制(zhi)程前提(ti)如何(he)改或(huo)是(shi)回流焊(han)的炉温再如何(he)调(diao),便是(shi)有必然焊(han)不上锡的比率。这事实是(shi)如何(he)回事?


撇开元(yuan)(yuan)件(jian)(jian)及电路板(ban)氧(yang)化的(de)题目(mu),究其(qi)根因后发明有(you)(you)很大局部(bu)这(zhei)类的(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)接不良实在都来自于(yu)(yu)电路板(ban)的(de)布线(layout)设想(xiang)缺失(shi),而最罕见(jian)的(de)便是在元(yuan)(yuan)件(jian)(jian)的(de)某几(ji)个焊(han)(han)(han)(han)(han)脚上(shang)毗连到了大面积的(de)铜(tong)皮,构成这(zhei)些(xie)元(yuan)(yuan)件(jian)(jian)焊(han)(han)(han)(han)(han)脚颠末(mo)回(hui)流焊(han)(han)(han)(han)(han)后发生焊(han)(han)(han)(han)(han)接不良,有(you)(you)些(xie)手焊(han)(han)(han)(han)(han)元(yuan)(yuan)件(jian)(jian)也可以或许由于(yu)(yu)类似景象而构成假焊(han)(han)(han)(han)(han)或包焊(han)(han)(han)(han)(han)的(de)题目(mu),有(you)(you)些(xie)乃至由于(yu)(yu)加热(re)太(tai)久而把元(yuan)(yuan)件(jian)(jian)给焊(han)(han)(han)(han)(han)坏掉。

普(pu)通PCB在(zai)电(dian)路设想时(shi)常(chang)常(chang)须(xu)要铺设大面(mian)积的(de)铜(tong)(tong)箔来看成电(dian)源(Vcc、Vdd或Vss)与(yu)接地(GND,Ground)之(zhi)用。这些大面(mian)积的(de)铜(tong)(tong)箔普(pu)通会间接毗连到一些节制电(dian)路(IC)及电(dian)子元件的(de)管脚。

可(ke)怜的(de)(de)(de)(de)是(shi)若是(shi)咱们想要(yao)将这些(xie)大面(mian)积的(de)(de)(de)(de)铜箔加(jia)热到融锡的(de)(de)(de)(de)温度时,比(bi)起自力(li)的(de)(de)(de)(de)焊垫凡是(shi)须(xu)要(yao)花比(bi)拟(ni)多的(de)(de)(de)(de)时辰(便是(shi)加(jia)热会比(bi)拟(ni)慢),并(bing)且散热也比(bi)拟(ni)快。当如许大面(mian)积的(de)(de)(de)(de)铜箔布线(xian)一(yi)端毗(pi)(pi)连在(zai)小电阻、小电容这类 小元器件(jian),而别的(de)(de)(de)(de)一(yi)端不(bu)是(shi)时,就轻(qing)易由(you)于(yu)融锡及凝(ning)结的(de)(de)(de)(de)时辰不(bu)分歧而发(fa)生焊接题(ti)目;若是(shi)回流焊的(de)(de)(de)(de)温度曲线(xian)又调(diao)得不(bu)好,预热时辰缺乏时,这些(xie)毗(pi)(pi)连在(zai)大片铜箔的(de)(de)(de)(de)元件(jian)焊脚就轻(qing)易由(you)于(yu)达不(bu)到融锡温度而构成虚(xu)焊的(de)(de)(de)(de)题(ti)目。

野生焊(han)(han)接(jie)(jie)(Hand Soldering)时(shi)(shi),这些毗连(lian)在大片铜箔的(de)元件焊(han)(han)脚(jiao)(jiao)则会由于散热(re)太快(kuai),而(er)没法在划(hua)定(ding)时(shi)(shi)辰内实现焊(han)(han)接(jie)(jie)。最罕见到(dao)的(de)不(bu)良景象便(bian)是(shi)包焊(han)(han)、虚焊(han)(han),焊(han)(han)锡(xi)只要焊(han)(han)在元件的(de)焊(han)(han)脚(jiao)(jiao)上而(er)不(bu)毗连(lian)到(dao)电路(lu)板的(de)焊(han)(han)盘。从表(biao)面(mian)看起来,全(quan)部焊(han)(han)点会构成一个球状;更甚者(zhe),功课员为了要把焊(han)(han)脚(jiao)(jiao)焊(han)(han)上电路(lu)板而(er)不(bu)时(shi)(shi)调高(gao)烙铁的(de)温度,或是(shi)加热(re)太久,乃(nai)至构成元件跨越耐(nai)热(re)温度而(er)毁损(sun)而(er)不(bu)自知。以下图所(suo)示。

包焊、冷焊或虚焊.png
包焊、冷焊或虚焊

既然晓(xiao)得(de)了题目(mu)点就可以(yi)(yi)(yi)或许有处理(li)的(de)体(ti)例(li),普(pu)通(tong)咱们城市请求接纳所(suo)谓Thermal Relief pad(热(re)(re)风(feng)焊(han)(han)垫)设想来(lai)处理(li)这类由于大(da)片铜箔毗连元件(jian)焊(han)(han)脚所(suo)构(gou)成(cheng)的(de)焊(han)(han)接题目(mu)。以(yi)(yi)(yi)下图所(suo)示,左侧(ce)的(de)布线(xian)不接纳热(re)(re)风(feng)焊(han)(han)盘,而右侧(ce)的(de)布线(xian)则已接纳了热(re)(re)风(feng)焊(han)(han)盘的(de)毗连体(ti)例(li),可以(yi)(yi)(yi)或许看到焊(han)(han)盘与(yu)大(da)片铜箔的(de)打仗面积只剩下几条藐小的(de)线(xian)路,如许就可以(yi)(yi)(yi)或许大(da)大(da)限(xian)定(ding)焊(han)(han)垫上温度(du)的(de)散(san)失,到达(da)较佳的(de)焊(han)(han)接成(cheng)果。

Thermal Relief pad(热风焊垫)对照.png
接纳Thermal Relief pad(热风焊垫)对照

查抄您的任务


当您快(kuai)马加鞭(bian)地哼哧(chi)哼哧(chi)地将一切的(de)局部(bu)组合在一路(lu)停止制(zhi)作时(shi),很轻易(yi)在设想名目竣事时(shi)才(cai)发明(ming)题(ti)目,不堪重负。是(shi)以(yi),在此阶段对您的(de)设想任务停止两(liang)重和三(san)重查抄可以(yi)或许象(xiang)征着制(zhi)作是(shi)胜利(li)仍是(shi)失利(li)。


为了赞助实(shi)现(xian)品质节制进程,咱(zan)们一(yi)直倡议(yi)您(nin)从电气(qi)法则(ze)(ze)查抄(ERC)和(he)设想(xiang)法则(ze)(ze)查抄(DRC)起头,以考证您(nin)的设想(xiang)是不是完整知足一(yi)切的法则(ze)(ze)及束(shu)缚。利用(yong)这两(liang)个(ge)体系,您(nin)可以或许轻松停止空隙宽(kuan)度,线宽(kuan),罕见制作(zuo)设置,高速请求和(he)短路等等方面(mian)的查抄。

当您(nin)的(de)(de)(de)ERC和(he)DRC发生无过(guo)失的(de)(de)(de)成果时,倡议您(nin)查抄每一(yi)个旌旗(qi)灯(deng)号的(de)(de)(de)布线(xian)(xian)环(huan)境,从(cong)道理图到PCB,一(yi)次查抄一(yi)条旌旗(qi)灯(deng)号线(xian)(xian)的(de)(de)(de)体例细心确认您(nin)不漏(lou)掉任何信(xin)息。别的(de)(de)(de),利用您(nin)的(de)(de)(de)设想东西(xi)的(de)(de)(de)探测和(he)屏障功效,以确保您(nin)的(de)(de)(de)PCB规划材料与您(nin)的(de)(de)(de)道理图相(xiang)婚(hun)配。

PCB和束缚法则.png
细心查抄您的(de)设想(xiang),PCB和束缚(fu)法则




结 语


当您(nin)有了这个(ge)(ge) - 咱们(men)的PCB设(she)想师都须要(yao)晓得的前(qian)5个(ge)(ge)PCB设(she)想指(zhi)南,经由进程遵守这些倡(chang)议,您(nin)将(jiang)很快就可(ke)(ke)以或许(xu)驾轻(qing)就熟地(di)设(she)想出功(gong)效(xiao)壮大且可(ke)(ke)制作的电(dian)路板,并具有真正优良(liang)的印刷电(dian)路板。


杰出的PCB设想理论(lun)对胜利相当主要,这(zhei)些设想法则为构(gou)建(jian)和稳(wen)固一切(qie)设想理论(lun)中(zhong)延续改良(liang)的理论(lun)经(jing)历奠基了根本(ben)。


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