Cuando se inicia un nuevo diseño, la mayor parte del tiempo se gasta en el diseño de circuitos y la selección de componentes.a menudo no se da suficiente consideración.
Failure to provide sufficient time and energy for the design during the PCB layout and routing phase may result in problems during the manufacturing phase or functional defects when the design is transformed from the digital realm into physical reality.
Entonces, ¿cuál es la clave para diseñar una placa que sea auténtica en papel y en forma física?PCB funcionales y confiables.
Ajuste el diseño de los componentes
La fase de colocación de componentes del proceso de diseño de PCB es a la vez una ciencia y un arte y requiere una consideración estratégica de los principales componentes disponibles en la placa.Si bien el proceso puede ser un reto, la forma en que coloque los componentes electrónicos determinará qué tan fácil es fabricar su placa y qué tan bien cumple con sus requisitos de diseño originales.
Aunque existe un orden general general de colocación de los componentes, tales como la colocación de conectores, dispositivos de montaje de placas de circuito impreso, circuitos de alimentación, circuitos de precisión, circuitos críticos, etc.,También hay que tener en cuenta directrices específicas,
incluidos:
- Orientación: asegurarse de que los componentes similares estén posicionados en la misma dirección ayudará a lograr un proceso de soldadura eficiente y sin errores.
- Colocación - Evite colocar componentes más pequeños detrás de componentes más grandes donde el componente más pequeño pueda verse afectado por la soldadura del componente más grande y causar problemas de montaje.
- Organization - It is recommended that all surface mount (SMT) components be placed on the same side of the board and all through-hole (TH) components be placed on the top of the board to minimize assembly steps.
Una última guía de diseño de PCB a tener en cuenta: cuando se utilizan componentes de tecnología mixta (componentes de agujero a través y componentes de montaje superficial), el fabricante puede requerir procesos adicionales para ensamblar la placa,lo que aumentará su costo total.
Orientación correcta del componente del chip (izquierda) y orientación defectuosa del componente del chip (derecha).
Buena colocación de los componentes (izquierda) y mala colocación de los componentes (derecha)
Coloque correctamente las señales de potencia, tierra y señal
Una vez que los componentes están colocados, se puede colocar a continuación su energía, tierra, y señales de seguimiento para asegurar que sus señales tienen un camino limpio, sin problemas para viajar.Ten en cuenta algunas pautas:
▶ 1) Coloque las capas de potencia y tierra
Siempre se recomienda colocar las capas de potencia y plano de tierra dentro de la tabla manteniéndolas simétricas y centradas.que también es importante para que sus componentes se posicionen correctamente.
Para la alimentación del IC, se recomienda utilizar canales comunes para cada fuente de alimentación, garantizar anchos de traza fuertes y estables y evitar conexiones de alimentación de componente a componente.
▶ 2) Conexión de enrutamiento por cable de señal
A continuación, conecte las líneas de señal como se muestra en el esquema. Se recomienda siempre tomar las rutas más cortas posibles y el enrutamiento directo entre componentes.
Si sus componentes necesitan ser colocados en una dirección horizontal sin ninguna desviación, se recomienda que los componentes de la placa de circuito se enruten básicamente horizontalmente,y luego se enrutó verticalmente después de que los rastros se enrutaron.
De esta manera, los componentes se fijarán en la dirección horizontal a medida que la soldadura migra durante la soldadura.El patrón de enrutamiento de la señal en la mitad inferior de la figura a continuación puede causar desviación de componentes como el flujo de soldadura durante la soldadura.
建议的布线方式 (箭头指示) 建议的布线方式 (箭头指示) 建议的布线方式 (箭头指示) 建议的布线方式 (箭头指示) 建议的布线方式 (箭头指示) 建议的布线方式 (箭头指示) 料流动方向)
No se recomienda el enrutamiento (flecha indica la dirección del flujo de soldadura)
▶ 3) Definir el ancho de la red
Su diseño puede requerir diferentes redes que llevarán una variedad de corrientes, lo que determinará el ancho de la red requerida.Se recomienda una anchura de 10 milímetros para señales analógicas y digitales de baja corriente.Cuando su línea dibuja más de 0,3 amperios, debe ampliarse.
Aislamiento efectivo
Puede que haya experimentado cómo grandes picos de voltaje y corriente en sus circuitos de energía pueden interferir con sus circuitos de control de corriente de bajo voltaje.seguir estas pautas:
- Aislamiento - Asegúrese de que los campos de alimentación y control se mantienen separados para cada fuente de energía.Asegúrate de que esté lo más cerca posible del final de la trayectoria de energía.
- Colocación - Si ha colocado un plano de tierra en la capa media, asegúrese de colocar una pequeña ruta de impedancia para reducir el riesgo de cualquier interferencia del circuito de alimentación y ayudar a proteger sus señales de control.Las mismas pautas se pueden seguir para mantener su digital y analógica separados.
- Acoplamiento - Para reducir el acoplamiento capacitivo debido a la colocación de un gran plano de tierra y las pistas de recorrido por encima y por debajo de él, trate de cruzar terrenos analógicos sólo con líneas de señal analógicas.
Ejemplo de aislamiento de componentes (digital y analógico)
Solución de problemas de calor
¿Alguna vez ha experimentado problemas térmicos que resultaron en una reducción del rendimiento del circuito o incluso daños en la placa de circuito?Muchos problemas han ocurrido que preocuparon a muchos diseñadoresAquí hay algunos consejos a tener en cuenta para ayudar a resolver los problemas de enfriamiento:
▶ 1) Identifique los componentes problemáticos
El primer paso es comenzar a considerar qué componentes disiparán más calor de la placa.Esto se puede lograr encontrando primero la calificación de "resistencia térmica" en la hoja de datos del componentePor supuesto, se pueden añadir disipadores de calor y ventiladores de refrigeración para mantener bajas las temperaturas de los componentes.y también recuerde mantener los componentes críticos lejos de cualquier fuente de calor alto.
▶ 2) Añadir una almohadilla de aire caliente
La adición de almohadillas de aire caliente es útil para producir tablas fabricables, y son críticas para aplicaciones de soldadura en onda en componentes con alto contenido de cobre y tablas de múltiples capas.Dado que es difícil mantener las temperaturas del proceso, siempre se recomienda utilizar almohadillas de aire caliente en los componentes a través del orificio para hacer el proceso de soldadura lo más fácil posible al ralentizar la velocidad de disipación de calor en los pines del componente.
Como guía general, siempre utilice conexiones de almohadillas de aire caliente para cualquier vía o vía que esté conectada a un plano de tierra o de potencia.También puede agregar lágrimas donde las almohadillas se conectan a los cables para proporcionar un soporte adicional de papel de cobre / metalEsto ayudará a reducir el estrés mecánico y térmico.
Método típico de conexión de las almohadillas de soldadura con aire caliente
Ciencia de las almohadillas de soldadura con aire caliente
Los ingenieros responsables de la tecnología de procesos o SMT en muchas fábricas a menudo se encuentran con problemas tales como el vacío de soldadura, la remoción de humedad o la soldadura en frío de componentes de placas de circuito.No importa cómo se cambien las condiciones del proceso o se ajuste la temperatura del horno de reflujo, siempre habrá una cierta tasa de fallas de estaño. ¿Qué está pasando?
Dejando a un lado el problema de la oxidación de componentes y placas de circuito, después de investigar la causa raíz,encontramos que un gran número de tales mal soldadura en realidad proviene de la falta de diseño de la disposición de la placa de circuitoLo más común es que ciertos pies de soldadura del componente están conectados a una gran área de cobre,causando que los pies de soldadura de estos componentes se sometan a una soldadura deficiente después de la soldadura por reflujoAlgunos componentes soldados a mano también pueden sufrir problemas de soldadura falsa o sobre soldadura debido a situaciones similares, y algunos incluso pueden causar daños en la soldadura de componentes debido al calentamiento excesivo.
En general, el diseño de circuitos de PCB a menudo requiere colocar una gran área de papel de cobre para servir como fuente de alimentación (Vcc, Vdd o Vss) y tierra (GND, tierra).Estas grandes áreas de papel de cobre generalmente están conectadas directamente a los pines de algunos circuitos de control (IC) y componentes electrónicos.
Por desgracia, si queremos calentar estas grandes áreas de papel de cobre a la temperatura de estaño fundido, por lo general toma más tiempo (es decir, el calentamiento será más lento) que las almohadillas independientes,y el calor se disipará más rápidoCuando un extremo de un cableado de papel de cobre de gran superficie está conectado a componentes pequeños como pequeñas resistencias y pequeños condensadores, pero el otro extremo no está,Los problemas de soldadura pueden ocurrir fácilmente debido a tiempos de fusión y solidificación de estaño inconsistentesSi la curva de temperatura de soldadura de reflujo no está bien ajustada y el tiempo de precalentamiento es insuficiente,las patas de soldadura de estos componentes conectados a la película de cobre grande fácilmente no alcanzará la temperatura de fusión de estaño, causando un problema de soldadura virtual.
Durante la soldadura manual, las patas de soldadura de estos componentes conectadas a grandes trozos de papel de cobre disiparán el calor demasiado rápidamente y no se puede completar en el tiempo especificado.Los fenómenos indeseables más comunes son la soldadura excesiva y la soldadura falsaLa soldadura sólo se soldará a los pies de soldadura de los componentes, pero no se conectará a las almohadillas de la placa de circuito.Una situación más grave es cuando el operador aumenta constantemente la temperatura del soldador para soldar las patas de soldadura a la placa de circuito, o se calienta durante demasiado tiempo, causando que el componente supere la temperatura resistente al calor y se dañe sin darse cuenta.
soldadura de cubiertaLa soldadura en fríoSoldadura vacía
Ahora que conocemos el problema, podemos encontrar una solución.requeriremos el uso del llamado diseño de almohadillas de alivio térmico para resolver este tipo de problema de soldadura causado por los pies de soldadura de componentes de conexión de papel de cobre grandeComo se muestra en la figura siguiente, el cableado de la izquierda no utiliza almohadillas de aire caliente, mientras que el cableado de la derecha ha utilizado almohadillas de aire caliente para la conexión.Sólo quedan unas pocas líneas pequeñas en el área de contacto entre la almohadilla y la gran lámina de cobre, lo que puede limitar en gran medida la pérdida de temperatura en la almohadilla y lograr mejores resultados de soldadura.
Comparación utilizando una almohadilla de alivio térmico (almacadilla de soldadura con aire caliente)
Revisa tu trabajo.
Cuando todas las piezas se unen para la fabricación, es fácil sentirse abrumado al final de un proyecto de diseño sólo para descubrir problemas.Así que el doble y triple control de su trabajo de diseño en esta etapa puede significar la diferencia entre un éxito de fabricación o un fracaso.
Para ayudar con el proceso de control de calidad,siempre recomendamos que comience con una verificación de reglas eléctricas (ERC) y una verificación de reglas de diseño (DRC) para verificar que su diseño cumple plenamente con todas las reglas y restriccionesUtilizando ambos sistemas, puede inspeccionar fácilmente anchos de hueco, anchos de línea, configuraciones de fabricación comunes, requisitos de alta velocidad, cortocircuitos y más.
Cuando su ERC y DRC producen resultados sin errores, se recomienda que compruebe el enrutamiento de cada señal, desde el esquema hasta el PCB,una línea de señal a la vez para confirmar cuidadosamente que no se ha perdido ninguna información. También, use las capacidades de sondeo y enmascaramiento de su herramienta de diseño para asegurarse de que sus materiales de diseño de PCB coincidan con su esquema.
Revisar el diseño, PCB y las reglas de restricción
Conclusión
Las 5 principales pautas de diseño de PCB que todo diseñador de PCB necesita saber.Pronto estarás cómodo diseñando placas de circuito funcionales y fabricables y tendrás una placa de circuito impreso de verdad de alta calidad.
Las buenas prácticas de diseño de PCB son fundamentales para el éxito,y estas reglas de diseño proporcionan la base para construir y consolidar la experiencia práctica de mejora continua en todas las prácticas de diseño.
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