Design PCB pentru începători: un ghid pas cu pas pentru construirea primei plăci

Prima placă pe care o trimite un începător revine de obicei cu una dintre cele trei probleme: o amprentă a conectorului care se află la o jumătate de milimetru de plăcuțele sale, o urmă de putere care se încălzește sub sarcină sau un pachet Gerber despre care producătorul trebuie să-ți trimită un e-mail înainte ca munca să poată începe chiar. Niciuna dintre acestea nu este erori de circuit. Sunt decizii de aspect și transfer luate după ce schema a funcționat deja pe ecran.

Pentru un prim design, calea sigură este îngustă. Păstrați placa pe o singură față sau cu două straturi, plasați fiecare conector și orificiu de montare înainte de a dirija o singură urmă, măriți urmele de putere de la o masă curentă în loc de ochi și finalizați cu o verificare a regulilor de proiectare care se potrivește cu ceea ce poate produce de fapt producătorul dvs. Secțiunile de mai jos explică de ce există fiecare dintre acești pași și cât costă atunci când îl săriți peste.

Începeți cu o schemă și amprente pe care le puteți verifica

Schema nu este o hârtie pe care o finalizați înainte de a începe munca de proiectare „adevărată”. Netlistul este cel care conduce aspectul, lista de materiale și desenul de ansamblu, iar fiecare nepotrivire rămasă în ea devine o urmă de cupru pe care trebuie să o tăiați mai târziu.

Petreceți ora suplimentară în bibliotecă în loc de aspect. Arhivele deschise și site-urile de distribuire sunt pline de urme desenate de alți utilizatori, iar un tampon care este prea îngust cu 0,2 mm arată încă convingător pe ecran, în timp ce lipirea manuală este aproape imposibilă.

• Copiați modelul de teren recomandat din foaia de date a componentei, mai degrabă decât să desenați propriul dvs.
• Confirmați orientarea pinului 1 și verificați dacă piesa este oglindă atunci când se află pe partea inferioară.
• Verificați ca fiecare curte de amprentă să nu se suprapună cu vecinii săi.
• Potriviți numărul de tampoane al amprentei cu simbolul înainte de a le importa pe ambele în aspect.

Dacă încă construiți un model mental al întregului flux, merită citită o prezentare a elementelor de bază ale designului PCB, opțiuni de stivuire și sfaturi de depanare înainte de a dedica un weekend la un instrument de layout.

O placă cu o singură față sau cu două straturi este de obicei suficientă

Pentru un prim proiect, unul sau două straturi vor transporta aproape întotdeauna circuitul, iar placa mai simplă este mai ieftină de făcut, mai rapidă de ajuns și mult mai ușor de reluat atunci când ceva nu merge bine.

O placă cu o singură față pune fiecare urmă pe partea de jos a cuprului și fiecare parte deasupra. Nu există vii placate de care să vă faceți griji, iar dacă o urmă trebuie să o traverseze pe alta, o rezolvați cu o legătură de sârmă în loc de o reproiectare. Acesta este motivul pentru care atât de multe proiecte inițiale — temporizatoare, întreruperi ale senzorilor, drivere cu un singur tranzistor — rămân cu o singură față.

Finisajul suprafeței contează mai mult decât se așteaptă începătorii. OSP, conservantul organic de lipit, lasă cupru plat care se lipește bine, are o durată de valabilitate rezonabilă și costă mai puțin decât placarea cu aur. O placă OSP cu o singură față este o primă comandă sensibilă, deoarece există foarte puțin pe ea pe care un fier de lipit neîndemânatic le poate deteriora.

Placă PCB OSP cu o singură față PCB-urile OSP cu o singură față utilizează un tratament de suprafață cu folie organică de lipire (OSP), care este ecologic și non-toxic. Acestea oferă tampoane foarte plate, maki... Vizualizare produs →

Două straturi vă oferă un plan de masă continuu pe o parte, ceea ce reprezintă cea mai mare îmbunătățire a zgomotului și a calității semnalului disponibilă pentru foarte puțini bani. Dacă designul dvs. include un regulator de comutare, o magistrală SPI sau un cristal, începeți de la două straturi.

Treceți la patru straturi atunci când rutarea sau zgomotul o solicită

Patru straturi nu mai sunt un lux atunci când densitatea semnalului sau viteza ceasului crește. Aranjamentul standard pentru începători este semnal, masă, putere, semnal: fiecare urmă primește un plan de referință continuu direct sub ea, ceea ce elimină cea mai mare parte a presupunerilor pe calea de întoarcere care afectează aspectele cu două straturi.

Pasul de la două straturi la patru este real, dar de obicei mai mic decât se tem oamenii și cumpără o placă mai silențioasă, cu mult mai puțin timp de aspect. O construcție standard cu patru straturi cu mască de lipit verde și un finisaj OSP este locul în care ajung multe modele serioase.

PCB OSP verde cu 4 straturi Cu patru straturi double-sided green OSP boards, using high-Tg FR-4 substrate and environmentally friendly OSP (organic soldering flux) surface treatment process, the green s... Vizualizare produs →

Plasați componentele înainte de a dirija orice

Plasarea decide cea mai mare parte a dificultatii de rutare. Începătorii plasează adesea piesele aproximativ, încep rutarea și abia apoi descoperă că un conector trebuie să se miște.

1. Amplasați mai întâi conectorii, comutatoarele, LED-urile și orificiile de montare, deoarece carcasa decide unde merg.
2. Apoi adăugați piese cu constrângeri mecanice: cristale, antene, radiatoare, orice cu o zonă de blocare.
3. Puneți fiecare condensator de decuplare cât mai aproape de pinul de alimentare pe care îl servește, pe aceeași parte dacă spațiul permite.
4. Aranjați componentele rămase astfel încât conexiunile dintre ele să rămână scurte, apoi începeți rutarea.

Păstrați cuprul la cel puțin 0,3 mm de conturul plăcii, cu excepția cazului în care producătorul afirmă altfel și rețineți că marginile marcate în V sau direcționate îndepărtează materialul după asamblare. Nu îngropați un punct de testare sub o piesă înaltă și lăsați spațiu de sondare în jurul a tot ceea ce va trebui să măsurați - îl veți măsura.

Dimensiunea Urme de la curent, nu de la obicei

Lățimea urmei este o decizie termică înainte de orice altceva. O urmă care este prea îngustă pentru curentul său se încălzește și acea creștere a temperaturii - nu numai curentul - este ceea ce în cele din urmă dăunează laminatului sau îmbinării de lipit.

Curbele IPC-2221 stau în spatele aproape fiecărui calculator online de lățime de urmărire, iar modelul este simplu: lățimea crește mai repede decât actualul. Trecerea de la 1 A la 2 A pe aceeași grosime de cupru înmulțește lățimea necesară cu aproximativ 2,6, nu cu două. Urmele din stratul interior sunt, de asemenea, mai fierbinți, deoarece laminatul captează căldura, astfel încât o urmă interioară are nevoie de aproximativ 2,6 ori lățimea echivalentului său din stratul exterior.

Tratați aceste cifre ca minime numai pentru temperatură. Căderea de tensiune, impedanța controlată și curentul de fuziune, toate împing la lățimi mai mari.

Când un design poartă cu adevărat curent, greutatea cuprului și finisarea suprafeței devin decizii de amenajare mai degrabă decât detalii de achiziție. Două uncii de cupru înjumătățiți aproximativ fiecare lățime a tabelului, iar un finisaj lipit fără plumb, cum ar fi cel folosit pe o placă fără plumb cu două fețe, construită pentru putere și electronice auto, merită specificat devreme, deoarece schimbă atât procesul, cât și suprafața pe care vei lipi.

PCB lipit verde, fără plumb, cu două fețe, pentru electronice de putere și auto Placă cu tablă de cositor verde, fără plumb, pe două fețe. Bariera metalică groasă formată de stratul de staniu are o performanță excelentă de disipare a căldurii și capacitatea de a gestiona... Vizualizare produs →

Contează și geometria. Rutați la 45 de grade mai degrabă decât la 90, mențineți buclele de curent ridicat din punct de vedere fizic și rulați urme de semnal pe un teren neîntrerupt oriunde stivuirea o permite.

Rulați DRC împotriva limitelor reale ale producătorului

Verificarea regulilor de proiectare nu este o formalitate salvată pentru final. Setați-vă regulile din capacitatea publicată a producătorului înainte de a începe, apoi executați verificarea după plasare și din nou după rutare.

Fabricile cu mai multe straturi pot avea o lățime de linii și o distanță de 3/3 mil - o placă placată cu aur cu 6 straturi la acea geometrie este producție de rutină pentru mulți dintre ele - dar proiectarea la 6/6 mil nu costă o primă placă lentă în performanță și lasă o marjă împotriva variațiilor de gravare și a cotațiilor mai ieftine.

Înainte de a exporta, debifați aceste verificări:

• Rețele neconectate și cu un singur pad, ceea ce înseamnă de obicei că un simbol schematic nu a fost niciodată conectat.
• Încălcări ale clearance-ului între urme, tampoane și turnări de cupru.
• Serigrafie imprimată peste tampoane expuse, care interferează cu pasta de lipit.
• Inele inelare și dimensiunile burghiului sub minimul producătorului.
• Tampoane suprapuse sau duplicate, adesea lăsate în urmă atunci când o amprentă este editată.

Apoi exportați Gerbers în format RS-274X, un fișier pe strat, plus un fișier de foraj NC în unități de potrivire și o scurtă notă text care listează numărul de straturi, grosimea plăcii, greutatea cuprului, finisajul suprafeței și orice cerințe de impedanță. Fiecare întrebare pe care trebuie să ți-o pună un producător adaugă o zi la cotație.

Ce să trimiți și ce se întoarce

Producția este rapidă odată ce fișierele sunt corecte. Timpul standard de livrare pentru o placă simplă arată astfel:

• Loturi mari pe o singură față și față-verso: 6 până la 7 zile
• 4 până la 8 straturi: 9 până la 20 de zile
• 10 până la 16 straturi: 20 până la 25 de zile
• 16 până la 32 de straturi: 25 până la 45 de zile
• Plăci HDI: în termen de 25 de zile
• Prototipuri față-verso: în 24 de ore

Prețul este determinat de dimensiune, numărul de straturi, greutatea cuprului, finisaj, cantitate și cât de mult împingeți toleranța. Certificarile arată pe ce piețe poate servi o fabrică: ISO 9001, ISO 14001 și ISO 45001 acoperă managementul general al calității, al mediului și al siguranței, în timp ce IATF 16949 contează când placa ajunge într-un vehicul și UL contează atunci când produsul finit este vândut în America de Nord. Citirea paginii de service a unui furnizor potențial înainte de a bloca Gerbers vă spune ce toleranțe și finisaje rulează în fiecare zi, ceea ce este mai util decât minimele tipărite într-un tabel de capacitate.

Dacă luați o secvență din acest articol, faceți-o aceasta:

1. Desenați schema și verificați fiecare amprentă pe o foaie de date.
2. Alegeți cel mai mic număr de straturi care transportă semnalele dvs. și adăugați un plan de masă de îndată ce treceți la două straturi.
3. Așezați conectorii, găurile de montare și condensatorii de decuplare înainte de a ruta orice.
4. Măriți urmele de putere dintr-un tabel curent și mențineți buclele de curent scurte.
5. Rulați DRC, exportați RS-274X Gerbers cu un fișier de foraj NC și trimiteți pachetul cu o notă scrisă de stivuire.

Apoi comandați o cantitate mică de prototip, porniți-o încet și scrieți ce ați schimba. A doua placă este întotdeauna mai bună decât prima, iar cea mai rapidă modalitate de a învăța designul PCB este să o finalizezi.