Разработка печатной платы это процесс, включающий множество задач, и не всегда удается уделить каждой из них необходимое внимание. Но есть ли ваша вина в том, что вы не отдаете своим проектам столько любви, сколько они заслуживают? Возможно, вы тратите слишком много времени на создание идеальных схем или выбор наилучших компонентов, но если вы не можете соединить все эти элементы и создать продукт, который будет работать в реальном мире, тогда в чем смысл? Прежде чем ваш проект станет для вас и вашего производителя головной болью, обязательно изучите приведенные ниже рекомендации для того, чтобы разработать свою следующую печатную плату как настоящий профессионал.
Начните разгадывать головоломки
Прежде чем эти святящиеся дорожки из меди окажутся на вашей плате, необходимо, чтобы каждая деталь нашла на ней свое место. Этот процесс требует от разработчика умения быть настоящим мастером по разгадыванию головоломок, вы должны стать специалистом, который одновременно является и художником и ученым. Для того чтобы вам легче было достичь этого баланса мы приготовили несколько советов:
Устанавливайте все компоненты в одном направлении
Обязательно располагайте все компоненты аналогичного типа в одном направлении. Благодаря этому процесс монтажа печатных плат пройдет идеально, когда ваша плата окажется в печи. Если размещать компоненты бессистемно, не удивляйтесь, откуда берется множество непаяных соединений, и плата, просто не работает.
Рекомендуемая ориентация компонентов
на плате при пайке волной припоя
Размещайте схожие компоненты вместе
Если вы работаете с деталями поверхностного монтажа (Surface Mount (SMT), обязательно размещайте их на одной стороне платы. Что касается сквозного монтажа Through-Hole (TH), то все компоненты должны находиться на верхней части печатной платы. С чем связаны особенности расположения деталей?
Это позволяет устанавливать все компоненты поверхностного монтажа одновременно с помощью роботизированной машины захвата и размещения, не требуя дополнительных действий.
Это экономит ваши финансовые ресурсы, сохраняя время, затрачиваемое на ручную сборку деталей сквозного монтажа.
И конечно, когда компоненты похожего назначения находятся рядом, это значительно облегчает производство и проверку печатной платы.
Материнская плата Xbox One - они проделали хорошую работу для легкого процесса пайки, сгруппировав все связанные между собой компоненты. (картинка сверху)
Будьте на шаг впереди
При расположении компонентов всегда помните о том, насколько длинные должны быть дорожки для соединения контактов. Размещая соответствующие компоненты рядом друг с другом, вы делаете процесс маршрутизации проще и эффективнее, закрепляя элементы в одной области печатной платы.
Здесь становится жарко
Тепловыделение - это проблема всех электронных устройств, связанная с тем, что все активные компоненты и дорожки отдают большое количество тепла. По мере того как корпуса становятся меньше, а печатные платы – более наполненными, снизить нагрев можно следующим образом:
Используйте дополнительную медь
Если вы понимаете, что проблема тепловыделения не обойдет ваш продукт стороной, советуем добавить медь вокруг контактных площадок деталей поверхностного монтажа. Это увеличит площадь рассеивания тепла. Изучите спецификации всех компонентов для того, чтобы использовать пространство контактных площадок в качестве радиатора.
Вывод тепла с помощью переходных отверстий (vias)
Знаете ли вы, что можно использовать переходные отверстия для перемещения тепла с одной стороны печатной платы на другую? Это может пригодиться, когда вам потребуется снизить температуру компонентов, направив тепло на другую сторону платы.
Используйте переходные отверстия, чтобы отвести часть тепла
от более крупных компонентов. (картинка сверху)
Держите нагревающиеся детали отдельно
Ряд компонентов выделяет большее количество тепла, к ним относятся диодные мосты, диоды, МОП-транзисторы, катушки индуктивности и резисторы. Рекомендуем держать их на расстоянии от деталей более чувствительных к нагреву, таких как термопары и электролитические конденсаторы. Если данные конденсаторы будут нагреваться, они потеряют способность удерживать заряд.
Просто интегрируйте
Микросхемы (ICs) предлагают огромный функционал в одном небольшом компактном корпусе. Но помимо прочего, они имеют набор собственных проблем, которые также необходимо разрешать. Вот несколько рекомендаций, как сделать размещение и маршрутизацию микросхем проще:
Дайте им немного пространства
Микросхемам, которые содержат множество контактов, да и если уж на то пошло любым микросхемам, нужно предоставить достаточно пространства для удобной маршрутизации. Многие начинающие разработчики совершают ошибку, размещая микросхемы слишком близко друг к другу, оставляя ограниченную площадь для расположения всех необходимых контактов. Старайтесь сохранять расстояние 0,350” – 0,500” между микросхемами и еще больше пространства для более крупных деталей.
Микросхема BGA требует много пространства, чтобы произошли
все шариковые соединения (картинка сверху)
Размещайте их на одной линии
Для того чтобы микросхемы были систематизированы и упорядочены, разместите их по направлению вверх/вниз или влево/вправо. Сделав это, вы разместите первый контакт микросхем в одном направлении, что значительно облегчит процесс маршрутизации и проектирования.
Держите микросхемы в одной ориентации, чтобы контакты были выстроены в линию - это облегчит маршрутизацию. (картинка сверху)
Энергия по общим магистралям
Для правильного питания микросхем, рекомендуем использовать общую магистраль для каждого источника энергии. Кроме того, обязательно используйте сплошные и широкие дорожки для того, чтобы энергия легко попадала к энергоемким микросхемам, и избегайте цепочечного подключения между компонентами во избежание возникновения проблем с перепадами напряжения.
Стройте маршрут как профессионал
Сигнальные дорожки - это маршрут для подключения всех компонентов на макете печатной платы. И для вас, как и для любого другого инженера, процесс маршрутизации сигнальных дорожек представляет собой интересную возможность для проявления организованного творчества. Прежде чем вы погрузитесь в маршрутизацию печатной платы, обратите внимание на следующие рекомендации:
Уберите резкость изгибов
Избегайте применения резких изгибов в 90° на сигнальных дорожках. Сохранять их ширину становится действительно не просто, особенно когда они становятся уже. Вместо этого выстраивайте повороты под углом 45° для того, чтобы все шло гладко.
Отличный пример того, как не следует делать маршрутизацию печатной платы, выстраивайте повороты под углом 45°. (картинка сверху)
Определите ширину дорожек
Прежде чем прокладывать дорожки, обязательно используйте калькулятор ширины дорожек. С помощью него вы легко сможете определить, какой толщины и ширины должны быть дорожки, учитывая конкретные требования проекта. И если в конечном итоге вы получите дополнительное пространство на своей плате, продолжайте использовать более широкие дорожки, так как это не является лишними издержками для производителя.
Помните, куда уходит тепло
Если вы проектируете многослойную печатную плату, помните, что все дорожки на внешних слоях имеют гораздо большие возможности для охлаждения, чем дорожки на внутренних уровнях. Для того чтобы произошел выброс тепла на внутренних дорожках, необходимо преодолеть длинный путь через слои меди и других материалов, поэтому по возможности размещайте их сверху и снизу платы.
Включите и выключите питание
Когда все сигнальные дорожки будут размещены, вам необходимо проверить, чтобы все они получали необходимую энергию. По магистралям проходит ток, необходимый для питания всей печатной платы, и все это легко воплотить в жизнь, следуя нашим рекомендациям:
Текущая вместимость имеет значение
Дорожки, несущие большой объем энергии, должны быть шире, чем стандартные сигнальные дорожки для аккумуляции более сильной нагрузки. Представленные значения, могут быть рекомендациями возможной ширины дорожек для определенных потоков:
Ширина дорожки и единица электрического напряжения постоянного тока
0.010″ 0.3 А
0.015″ 0.4 А
0.020″ 0.7 А
0.025″ 1.0 А
0.050″ 2.0 А
0.100″ 4.0 А
0.150″ 6.0 А
Схема печатной платы и дорожек в 3D (картинка сверху)
Держите вдали от шума
Размещайте шумные земляные дорожки как можно дальше от сигнальных, для которых необходимы тишина и покой. Вы также можете расположить внутренний проводящий слой для заземления непосредственно под шумными сигнальными дорожками, чтобы снизить сопротивление для высокоскоростных разработок.
Идем на взлет
Как только дизайн вашей печатной платы будет полностью спроектирован, вы сможете перейти к еще одному крайне важному этапу – оценка проекта у контрактного производителя! Вам необходимо дважды проверить, правильно ли осуществлена маршрутизация каждой сигнальной дорожки. Вы можете сделать это, просмотрев схему «провод за проводом» и сравнив ее с траекторией дорожек на макете печатной платы. Все хорошо? Тогда пришло время отправляться на производство.