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几条很接地气的PCB板设计指南

Release Time:2021-05-26 Edit the author:金致卓 Reading:2242

PCB板设计时,由于将大局部时间都花在了电路设计和元件的选择上,在PCB板设计布线阶段常常会由于经历缺乏,思索不够周全。

假如没有为PCB板设计布线阶段的设计提供充足的时间和精神,可能会招致设计从数字范畴转化为物理理想的时分,在制造阶段呈现问题,或者在功用方面产生缺陷。

那么设计一个在纸上和物理方式上都真实牢靠的电路板的关键是什么?让大家讨论设计一个可制造,功用牢靠的PCB时需求理解的前6个PCB设计指南。

1、微调您的元件布置

PCB板设计过程的元件放置阶段既是科学又是艺术,需求对电路板上可用的主要元器件停止战略性思索。固然这个过程可能具有应战性,但您放置电子元件的方式将决议您的电路板的制造难易水平,以及它如何满足您的原始设计请求。

固然存在元件放置的常规通用次第,如按次第依次放置衔接器,印刷电路板的装置器件,电源电路,精细电路,关键电路等,但也有一些详细的引导方针需求牢记,包括:

取向- 确保将类似的元件定位在相同的方向上,这将有助于完成高效且无过失的焊接过程。

布置- 防止将较小元件放置在较大元件的后面,这样小元件有可能受大元件焊接的影响而产生装贴问题。

组织- 倡议将一切外表贴装(SMT)元件放置在电路板的同一侧,并将一切通孔(TH)元件放置在电路板顶部,以尽量减少组装步骤。

最后还要留意的一条PCB设计指南 - 即当运用混合技术元件(通孔和外表贴装元件)时,制造商可能需求额外的工艺来组装电路板,这将增加您的总体本钱。

2、适宜放置电源,接地和信号走线

放置元件后,接下来能够放置电源,接地和信号走线,以确保您的信号具有洁净无毛病的通行途径。在规划过程的这个阶段,请记住以下一些原则:

1)、定位电源和接地平面层

一直倡议将电源和接地平面层置于电路板内部,同时坚持对称和居中。这有助于避免您的电路板弯曲,这也关系到您的元件能否正肯定位。

关于给IC供电,倡议为每路电源运用公共通道,确保有巩固并且稳定的走线宽度,并且防止元件到元件之间的菊花链式电源衔接。

2)、信号线走线衔接

接下来,依照原理图中的设计状况衔接信号线。倡议在元件之间一直采取尽可能短的途径和直接的途径走线。

假如您的元件需求毫无偏向地固定放置在程度方向,那么倡议在电路板的元件出线的中央根本上程度走线,而出线之后再停止垂直走线。

这样在焊接的时分随着焊料的迁移,元件会固定在程度方向。如下图上半局部所示。而下图下半局部的信号走线方式,在焊接的时分随着焊料的活动,有可能会形成元件的偏转。

倡议的布线方式 (箭头指示焊料活动方向)

不倡议的布线方式 (箭头指示焊料活动方向)

3)、定义网络宽度

您的设计可能需求不同的网络,这些网络将承载各种电流,这将决议所需的网络宽度。思索到这一根本请求,倡议为低电流模仿和数字信号提供0.010’’(10mil)宽度。当您的线路电流超越0.3安培时,它应该停止加宽。这里有一个免费的线路宽度计算器,使这个换算过程变得简单。

3、有效隔离

您可能曾经体验到电源电路中的大电压和电流尖峰如何干扰您的低压电流的控制电路。要尽量减少此类干扰问题,请遵照以下原则:

隔离 - 确保每路电源都坚持电源地和控制地分开。假如您必需将它们在PCB中衔接在一同,请确保它尽可能地靠近电源途径的末端。

布置 - 假如您已在中间层放置了地平面,请确保放置一个小阻抗途径,以降低任何电源电路干扰的风险,并协助维护您的控制信号。能够遵照相同的原则,以坚持您的数字和模仿的分开。

耦合 - 为了减少由于放置了大的地平面以及在其上方和下方走线的电容耦合,请尝试仅经过模仿信号线路穿插模仿地。

元件隔离示例(数字和模仿)

4、处理热量问题

您能否曾因热量问题而招致电路性能的降低以至电路板损坏?由于没有思索散热,呈现过很多问题搅扰许多设计者。这里有一些引导要记住,以协助处理散热问题:

1)、辨认费事的元件

第一步是开端思索哪些元件会耗散电路板上的最多热量。这能够经过首先在元件的数据表中找到“热阻”等级,然后依照倡议的引导方针来转移产生的热量来完成。当然,能够添加散热器和冷却风扇以坚持元件温度降落,并且还要记住使关键元件远离职何高热源。

2)、添加热风焊盘

添加热风焊盘关于消费可制造的电路板十分有用,它们关于高铜含量元件和多层电路板上的波峰焊接应用至关重要。由于难以坚持工艺温度,因而一直倡议在通孔元件上运用热风焊盘,以便经过减慢元件管脚处的散热速率,使焊接过程尽可能简单。

作为普通原则,一直对衔接到地平面或电源平面的任何通孔或过孔运用热风焊盘方式衔接。除了热风焊盘外,您还能够在焊盘衔接线的位置添加泪滴,以提供额外的铜箔/金属支撑。这将有助于减少机械应力和热应力。

典型的热风焊盘衔接方式

5、热风焊盘科普

许多工厂内担任制程(Process)或是SMT技术的工程师经常会碰到电路板元件发作空焊(solder empty)、假焊(de-wetting)或冷焊(cold solder)等等这类焊不上锡(non-wetting)的不良问题,不管制程条件怎样改或是回流焊的炉温再怎样调,就是有一定焊不上锡的比率。这终究是怎样回事?

撇开元件及电路板氧化的问题,究其根因后发现有很大局部这类的焊接不良其实都来自于电路板的布线(layout)设计缺失,而最常见的就是在元件的某几个焊脚上衔接到了大面积的铜皮,形成这些元件焊脚经过回流焊后发作焊接不良,有些手焊元件也可能由于类似情形而形成假焊或包焊的问题,有些以至由于加热过久而把元件给焊坏掉。

普通PCB在电路设计时经常需求铺设大面积的铜箔来当作电源(Vcc、Vdd或Vss)与接地(GND,Ground)之用。这些大面积的铜箔普通会直接衔接到一些控制电路(IC)及电子元件的管脚。

不幸的是假如大家想要将这些大面积的铜箔加热到融锡的温度时,比起独立的焊垫通常需求花比拟多的时间(就是加热会比拟慢),而且散热也比拟快。当这样大面积的铜箔布线一端衔接在小电阻、小电容这类 小元器件,而另一端不是时,就容易由于融锡及凝固的时间不分歧而发作焊接问题;假如回流焊的温度曲线又调得不好,预热时间缺乏时,这些衔接在大片铜箔的元件焊脚就容易由于达不到融锡温度而形成虚焊的问题。

人工焊接(Hand Soldering)时,这些衔接在大片铜箔的元件焊脚则会由于散热太快,而无法在规则时间内完成焊接。最常见到的不良现象就是包焊、虚焊,焊锡只要焊在元件的焊脚上而没有衔接到电路板的焊盘。从外观看起来,整个焊点会构成一个球状;更甚者,作业员为了要把焊脚焊上电路板而不时调高烙铁的温度,或是加热过久,致使形成元件超越耐热温度而毁损而不自知。如下图所示。

包焊、冷焊或虚焊

既然晓得了问题点就能够有处理的办法,普通大家都会请求采用所谓Thermal Relief pad(热风焊垫)设计来处理这类由于大片铜箔衔接元件焊脚所形成的焊接问题。如下图所示,左边的布线没有采用热风焊盘,而右边的布线则曾经采用了热风焊盘的衔接方式,能够看到焊盘与大片铜箔的接触面积只剩下几条细小的线路,这样就能够大大限制焊垫上温度的流失,到达较佳的焊接效果。

6、检查您的工作

当您再接再励地哼哧哼哧地将一切的局部组合在一同停止制造时,很容易在设计项目完毕时才发现问题,不堪重负。因而,在此阶段对您的设计工作停止双重和三重检查可能意味着制造是胜利还是失败。

为了协助完成质量控制过程,大家一直倡议您从电气规则检查(ERC)和设计规则检查(DRC)开端,以考证您的设计能否完整满足一切的规则及约束。运用这两个系统,您能够轻松停止间隙宽度,线宽,常见制造设置,高速请求和短路等等方面的检查。

当您的ERC和DRC产生无过失的结果时,倡议您检查每个信号的布线状况,从原理图到PCB,一次检查一条信号线的方式认真确认您没有遗漏任何信息。另外,运用您的设计工具的探测和屏蔽功用,以确保您的PCB规划资料与您的原理图相匹配。

认真检查您的设计,PCB和约束规则

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