PCB dizajn za početnike: Vodič korak po korak za izradu vaše prve ploče

Prva ploča koju početnik pošalje obično se vrati s jednim od tri problema: otisak konektora koji se nalazi pola milimetra izvan njegovih jastučića, trag napajanja koji se zagrijava pod opterećenjem ili Gerberov paket o kojem vam proizvođač mora poslati e-poruku prije nego što posao uopće može započeti. Ništa od toga nije greška strujnog kruga. To su odluke o izgledu i primopredaji donesene nakon što je shema već obrađena na ekranu.

Za prvi dizajn, pouzdani put je uzak. Držite ploču jednostranom ili dvoslojnom, postavite svaki konektor i montažnu rupu prije usmjeravanja jednog traga, odredite veličinu tragova napajanja iz trenutne tablice umjesto na oko, i završite s provjerom pravila dizajna koja odgovara onome što vaš proizvođač zapravo može proizvesti. Odjeljci u nastavku objašnjavaju zašto svaki od tih koraka postoji i koliko košta kada ga preskočite.

Započnite sa shemom i otiscima stopala koje možete provjeriti

Shema nije papirologija koju završite prije nego počne "pravi" rad na dizajnu. Popis mreža je taj koji upravlja rasporedom, popisom materijala i crtežom sklopa, a svaka nepodudarnost koja ostane u njemu postaje bakreni trag koji kasnije morate rezati.

Provedite dodatni sat u knjižnici umjesto na rasporedu. Otvorena spremišta i web-mjesta distributera puna su otisaka stopala koje su nacrtali drugi korisnici, a jastučić koji je 0,2 mm preuzak i dalje izgleda uvjerljivo na zaslonu dok ručno lemljenje čini gotovo nemogućim.

• Kopirajte preporučeni uzorak zemlje iz podatkovne tablice komponente umjesto da crtate vlastiti.
• Potvrdite orijentaciju igle 1 i provjerite je li dio zrcaljen kada sjedne na donju stranu.
• Provjerite da se svaki otisak dvorišta ne preklapa sa svojim susjedima.
• Uskladite broj jastučića otiska sa simbolom prije uvoza oba u izgled.

Ako još uvijek gradite mentalni model cijelog toka, vrijedi pročitati upute o osnovama dizajna PCB-a, izboru skupova i savjetima za rješavanje problema prije nego što vikend posvetite alatu za raspored.

Obično je dovoljna jednostrana ili dvoslojna ploča

Za prvi projekt, jedan ili dva sloja će gotovo uvijek nositi strujni krug, a jednostavniju ploču je jeftinije napraviti, brže se stiže i daleko je lakše preraditi kada nešto pođe po zlu.

Jednostrana ploča ostavlja svaki trag na donjem bakru i svaki dio na vrhu. Nema obloženih prolaza o kojima treba brinuti, a ako jedan trag mora prijeći drugi, to rješavate žičanom vezom umjesto redizajna. To je razlog zašto toliko prvih projekata - mjerači vremena, sklopovi senzora, pogonski programi s jednim tranzistorom - ostaju jednostrani.

Završna obrada površine važnija je nego što početnici očekuju. OSP, organski konzervans za lemljenje, ostavlja ravni bakar koji se dobro lemi, ima razuman vijek trajanja i košta manje od pozlaćenja. Jednostrana OSP ploča je razumna prva narudžba jer na njoj ima vrlo malo stvari koje nespretni lemilo može oštetiti.

Jednostrana OSP PCB ploča Jednostrani OSP PCB-ovi koriste površinski tretman organskog lemljivog filma (OSP), koji je ekološki prihvatljiv i netoksičan. Nude vrlo ravne jastučiće, čine... Pogledajte proizvod →

Dva sloja vam daju kontinuiranu uzemljenu ravninu s jedne strane, što je najveća buka i poboljšanje kvalitete signala dostupno za vrlo malo novca. Ako vaš dizajn uključuje prekidački regulator, SPI sabirnicu ili kristal, počnite s dva sloja.

Prijeđite na četiri sloja kada usmjeravanje ili buka to zahtijevaju

Četiri sloja prestaju biti luksuz kada se poveća gustoća signala ili brzina takta. Standardni raspored prilagođen početnicima je signal, uzemljenje, snaga, signal: svaki trag dobiva kontinuiranu referentnu ravninu izravno ispod sebe, što uklanja većinu nagađanja o povratnom putu koje muči dvoslojne rasporede.

Korak od dva sloja do četiri je stvaran, ali obično manji nego što se ljudi boje, a njime se dobiva tiša ploča s mnogo manje vremena postavljanja. Standardna četveroslojna konstrukcija sa zelenom maskom za lemljenje i OSP završnom obradom mjesto je gdje završavaju mnogi prvi ozbiljni dizajni.

4 sloja zelene OSP PCB Četveroslojni double-sided green OSP boards, using high-Tg FR-4 substrate and environmentally friendly OSP (organic soldering flux) surface treatment process, the green s... Pogledajte proizvod →

Postavite komponente prije nego što bilo što usmjerite

Položaj odlučuje o većini poteškoća u rutiranju. Početnici često grubo postavljaju dijelove, počnu usmjeravati i tek tada otkriju da se konektor mora pomaknuti.

1. Prvo postavite konektore, prekidače, LED diode i rupe za montažu, jer kućište odlučuje gdje će ići.
2. Zatim dodajte dijelove s mehaničkim ograničenjima: kristale, antene, rashladne elemente, sve što ima zabranjeno područje.
3. Stavite svaki kondenzator za odvajanje što je moguće bliže priključku za napajanje kojem služi, na istoj strani ako prostor dopušta.
4. Rasporedite preostale komponente tako da veze između njih ostanu kratke, a zatim počnite usmjeravati.

Držite bakar najmanje 0,3 mm od obrisa ploče osim ako proizvođač ne kaže drugačije i zapamtite da V-narezani rubovi ili rubovi uklanjaju materijal nakon sastavljanja. Nemojte zakopati ispitnu točku ispod visokog dijela i ostavite prostor za sondiranje oko svega što ćete trebati izmjeriti - izmjerit ćete to.

Tragovi veličine iz trenutne, a ne iz navike

Širina traga je toplinska odluka prije nego bilo što drugo. Trag koji je preuzak za njegovu struju se zagrijava, a taj porast temperature - ne samo struja - je ono što na kraju oštećuje laminat ili lemljeni spoj.

Krivulje IPC-2221 stoje iza gotovo svakog mrežnog kalkulatora širine traga, a uzorak je jednostavan: širina raste brže od trenutne. Prelazak s 1 A na 2 A na istoj debljini bakra množi potrebnu širinu s otprilike 2,6, a ne s dva. Tragovi unutarnjeg sloja također se više zagrijavaju jer laminat zadržava toplinu, tako da je za unutarnji trag potrebna oko 2,6 puta veća širina od njegovog ekvivalenta vanjskog sloja.

Tretirajte te brojke kao minimume samo za temperaturu. Pad napona, kontrolirana impedancija i struja osigurača sve su veće širine guranja.

Kada dizajn doista nosi aktualnost, težina bakra i završna obrada površine postaju odluke o izgledu, a ne detalji o kupnji. Dvije unce bakra otprilike prepolovljuju svaku širinu u stolu, a završna obrada lemljenja bez olova, poput one koja se koristi na dvostranoj ploči bez olova napravljenoj za elektroniku za napajanje i automobile, vrijedi rano specificirati jer mijenja i proces i površinu na koju ćete lemiti.

Dvostrana zelena bezolovna lemljena tiskana pločica za električnu i automobilsku elektroniku Dvostrana zelena bezolovna ploča pokositrena. Debela metalna barijera formirana od kositrenog premaza ima izvrsnu disipaciju topline i sposobnost rukovanja l... Pogledajte proizvod →

Geometrija je također važna. Usmjeravajte pod kutom od 45 stupnjeva umjesto 90, držite petlje visoke struje fizički malima i vodite tragove signala preko neprekinutog tla gdje god skup to dopušta.

Pokrenite DRC u odnosu na stvarna ograničenja proizvođača

Provjera pravila dizajna nije formalnost sačuvana za kraj. Postavite svoja pravila prema objavljenim mogućnostima proizvođača prije nego što počnete, zatim pokrenite provjeru nakon postavljanja i ponovno nakon usmjeravanja.

Višeslojne tvornice mogu držati širinu linija i razmak od 3/3 mil — 6-slojna pozlaćena ploča s tom geometrijom je rutinska proizvodnja za mnoge od njih — ali projektiranje na 6/6 mil ne košta sporu prvu ploču ništa u performansama i ostavlja marginu protiv varijacija urezivanja i jeftinijih citata.

Prije izvoza poništite ove provjere:

• Nepovezane mreže s jednom podlogom, što obično znači da shematski simbol nikada nije bio ožičen.
• Povrede razmaka između tragova, jastučića i bakrenih izljeva.
• Sitotisak otisnut preko izloženih jastučića, što ometa pastu za lemljenje.
• Prstenasti prstenovi i veličine svrdla ispod minimuma proizvođača.
• Preklapajući ili duplicirani jastučići, često zaostaju kada se otisak uređuje.

Zatim izvezite Gerbere u RS-274X formatu, jednu datoteku po sloju, plus datoteku NC bušilice u odgovarajućim jedinicama i kratku tekstualnu bilješku s popisom broja slojeva, debljine ploče, težine bakra, završne obrade površine i svih zahtjeva za impedancijom. Svako pitanje koje vam proizvođač mora postaviti dodaje dan ponudi.

Što poslati, a što se vraća

Proizvodnja je brza kada su datoteke ispravne. Standardna vremena isporuke za jednostavnu ploču izgledaju ovako:

• Jednostrane i dvostrane velike serije: 6 do 7 dana
• 4 do 8 slojeva: 9 do 20 dana
• 10 do 16 slojeva: 20 do 25 dana
• 16 do 32 sloja: 25 do 45 dana
• HDI ploče: u roku od 25 dana
• Dvostrani prototipovi: čak 24 sata

Cijena ovisi o veličini, broju slojeva, težini bakra, završnoj obradi, količini i o tome koliko teško pritišćete toleranciju. Certifikati pokazuju na kojim tržištima tvornica može opsluživati: ISO 9001, ISO 14001 i ISO 45001 pokrivaju općenito upravljanje kvalitetom, okolišem i sigurnošću, dok je IATF 16949 važan kada ploča završi u vozilu, a UL je važan kada se gotov proizvod prodaje u Sjevernoj Americi. Čitanje servisne stranice budućeg dobavljača prije nego što zaključate Gerbere govori vam koje tolerancije i završne obrade imaju svaki dan, što je korisnije od minimuma ispisanih u tablici mogućnosti.

Ako odvojite jedan niz od ovog članka, neka bude ovaj:

1. Nacrtajte shemu i provjerite svaki otisak prema podatkovnoj tablici.
2. Odaberite najmanji broj slojeva koji prenose vaše signale i dodajte uzemljenu ravninu čim prijeđete na dva sloja.
3. Postavite konektore, rupe za montiranje i kondenzatore za razdvajanje prije usmjeravanja bilo čega.
4. Dimenzionirajte tragove snage iz tablice struja i održavajte strujne petlje kratkima.
5. Pokrenite DRC, eksportirajte RS-274X Gerber s NC datotekom za bušenje i pošaljite paket s pisanom porukom o skupu.

Zatim naručite malu količinu prototipa, polako ga uključite i zapišite što biste promijenili. Druga ploča je uvijek bolja od prve, a najbrži način da naučite dizajn PCB-a je da završite jednu.