6 praktische PCB-ontwerptips om 90% van de fabricagevalkuilen te vermijden! Zelfs beginners kunnen snel aan de slag

Bij het ontwerpen van circuits besteden veel mensen al hun energie aan schema's en componentselectie, en ronden ze de PCB-lay-out- en routingfase haastig af. Het resultaat? Ofwel treden er vaak fouten op tijdens de fabrieksproductie, ofwel functioneert de printplaat na een korte periode van gebruik niet meer naar behoren — oververhitting, signaalinterferentie, slechte soldeerverbindingen — deze problemen kunnen in feite vooraf worden voorkomen door middel van wetenschappelijk ontwerp. Vandaag zullen we de kerntechnieken van PCB-ontwerp opsplitsen om u te helpen snel produceerbare, functioneel stabiele printplaten te creëren!

I. Componentplaatsing: meer dan alleen netheid, gemak van solderen en bruikbaarheid

Componentplaatsing is de basis van PCB-ontwerp en vereist zowel naleving van de circuitlogica als compatibiliteit met productieprocessen. Veel beginners streven alleen naar een "nette uitstraling", waarbij ze de daadwerkelijke soldeer- en montagevereisten verwaarlozen.

Uniforme oriëntatie bespaart tijd

Het plaatsen van vergelijkbare componenten zoals weerstanden en condensatoren in dezelfde richting vermindert de noodzaak voor frequente hoekaanpassingen door de machine tijdens het solderen, waardoor de efficiëntie wordt verbeterd en de kans op koude soldeerverbindingen en onjuist solderen wordt verkleind. Componenten van verschillende afmetingen mogen elkaar niet hinderen.

Vermijd het plaatsen van kleine componenten direct onder of achter grote componenten. Anders wordt bij het solderen van de grote component de kleine component belemmerd, waardoor een "schaduwgebied" ontstaat dat het solderen belemmert.

Vereenvoudig de montage door componenten te categoriseren.
Probeer surface mount (SMT)-componenten aan dezelfde kant van de printplaat te plaatsen en through-hole (TH)-componenten bovenaan te concentreren. Dit voorkomt herhaaldelijk omdraaien tijdens de fabrieksassemblage, waardoor de productiekosten worden verlaagd. Als twee soorten componenten samen moeten worden gebruikt, overweeg dan vooraf de extra kosten van het assemblageproces.

II. Trace-ontwerp: stroom-, massa- en signaalroutes moeten nauwgezet zijn.

Plan na het plaatsen van de componenten de routing van stroom-, massa- en signaalsporen, aangezien dit rechtstreeks van invloed is op de circuitstabiliteit. Veel problemen met signaalinterferentie en stroominstabiliteit komen voort uit routingproblemen.

Stroom- en massalagen op binnenlagen.
Plaats stroom- en massalagen in de printplaat, waarbij symmetrie en centrering worden gehandhaafd. Dit voorkomt dat de printplaat buigt en zorgt voor een nauwkeurigere componentpositionering. Gebruik bij het voeden van chips dikkere sporen en vermijd daisy-chain-verbindingen (componenten in serie verbinden) om spanningsinstabiliteit te voorkomen.

Signaalsporen moeten "kort en recht" zijn. Signaalsporen tussen componenten moeten het kortst mogelijke pad volgen; directe verbindingen hebben de voorkeur boven bochten. Als een component horizontaal moet worden bevestigd, laat dan het spoor een korte afstand horizontaal lopen voordat het verticaal wordt gedraaid. Dit voorkomt dat soldeersel tijdens het solderen componenten verkeerd uitlijnt; omgekeerd kan het eerst verticaal laten lopen van het spoor ervoor zorgen dat de component kantelt.

De spoorbreedte moet de stroom volgen. Voor gewone laagstroomsignalen (zoals digitale en analoge signalen) is een 0,010-inch (10mil) breed spoor voldoende. Als de stroom 0,3 ampère overschrijdt, moet de spoorbreedte worden vergroot; hoe hoger de stroom, hoe breder het spoor moet zijn om oververhitting en doorbranden te voorkomen.

III. Isolatieontwerp: digitaal, analoog en voedingen moeten gescheiden zijn.

Hoogspannings-, hoogstroomvoedingscircuits kunnen gemakkelijk interfereren met gevoelige besturings- of analoge circuits, wat leidt tot het "signaaljitter"-probleem dat velen tegenkomen. De juiste isolatie vermindert de interferentie aanzienlijk.

Stroommassa en besturingsmassa moeten gescheiden zijn. De stroommassa en besturingsmassa van elke voeding moeten afzonderlijk worden gerouteerd, niet worden gemengd. Als een verbinding nodig is, moet deze alleen aan het einde van het stroompad worden gemaakt om interferentiegeleiding te voorkomen. Strikte isolatie van digitale en analoge circuits

Als de printplaat digitale circuits (zoals microcontrollers) en analoge circuits (zoals sensoren) bevat, moeten deze afzonderlijk worden ingedeeld en moeten er juiste impedantiepaden worden voorzien voor het massavlak van de tussenlaag. Analoge signalen mogen alleen over analoge massa lopen en mogen niet kruisen met digitale massa om capacitieve koppelingsinterferentie te verminderen.

IV. Warmteafvoer: laat de warmte uw printplaat niet vernietigen

Veel printplaten ervaren prestatievermindering of branden zelfs door na een periode van gebruik, hoogstwaarschijnlijk als gevolg van onvoldoende warmteafvoer. Dit geldt met name voor stroomcomponenten, waarbij warmteopbouw een ernstige impact kan hebben op hun levensduur.

Identificeer de "Warmtegiganten"

Controleer de datasheet van de component op de thermische weerstand (TRT)-parameter. Lagere TRT resulteert in een betere warmteafvoer. Houd componenten met een hoog vermogen (zoals transistors en stroomchips) uit de buurt van gevoelige componenten en voeg indien nodig koellichamen of kleine ventilatoren toe.

Hot Air Pads zijn essentieel

Through-hole-componenten moeten hot air pads gebruiken. Deze vertragen de warmteafvoer van de pinnen, waardoor voldoende temperatuur wordt gegarandeerd tijdens het solderen en koude soldeerverbindingen worden voorkomen. Bovendien zorgt het toevoegen van "traanvormige" pads op de verbindingspunten tussen pads en sporen voor een sterkere ondersteuning van de koperfolie en vermindert het thermische en mechanische spanningen.

Typische hot air pad-verbindingsmethode

V. Hot Air Pads: een "magische tool" voor soldeerdefecten

Veel beginners zijn zich niet bewust van de functie van hot air pads, wat resulteert in open circuits, koude soldeerverbindingen en slechte soldeerverbindingen, die niet kunnen worden opgelost door de oventemperatuur herhaaldelijk aan te passen. De oorzaak van het probleem ligt in het bedradingsontwerp.

Grote oppervlakken van koperfolie voor stroom of massa warmen langzaam op en voeren snel warmte af. Als de soldeerdraden van kleine componenten (zoals 0402 verpakte weerstanden en condensatoren) rechtstreeks op grote koperfolie worden aangesloten, bereikt de temperatuur tijdens het solderen het smeltpunt van het soldeer niet, wat resulteert in een koude soldeerverbinding. Tijdens handmatig solderen wordt de warmte snel afgevoerd, waardoor ook succesvol solderen wordt voorkomen.

Het principe van hot air pads is eenvoudig: het verbinden van de pads met een groot oppervlak van koperfolie via verschillende dunne koperstrips zorgt voor elektrische geleiding en vermindert tegelijkertijd het warmteafvoergebied. Hierdoor kunnen de pads tijdens het solderen een voldoende temperatuur behouden, waardoor het soldeer stevig aan de pads hecht.

VI. Ontwerpcontrole: beknibbel niet op de laatste stap

Voer na het voltooien van het ontwerp altijd een dubbele controle uit; anders kunnen zelfs kleine fouten de hele printplaat onbruikbaar maken.

Voer eerst "regelcontroles" uit: gebruik de Electrical Rule Check (ERC) en Design Rule Check (DRC)-functies in de ontwerpsoftware om de spoorbreedte, de afstand, kortsluitingen, niet-gerouteerde netwerken, enz. te controleren om te zorgen voor naleving van de fabricagevereisten.

Controleer ten tweede signaal per signaal: controleer van schema naar PCB de verbinding van elke signaallijn om weglatingen of fouten te voorkomen. Gebruik de afschermingsfunctie van de software om te bevestigen dat de lay-out overeenkomt met het schema.

Conclusie

PCB-ontwerp lijkt misschien complex, maar de kern draait om "produceerbaarheid" en "stabiliteit". Het correct plaatsen van componenten, het garanderen van korte en brede sporen, het implementeren van goede isolatie en warmteafvoer, het effectief gebruiken van hot air pads en ten slotte het uitvoeren van een grondige controle — deze zes stappen helpen u de meeste valkuilen te vermijden.

Beginners hoeven in het begin niet naar perfectie te streven. Beheers eerst deze fundamentele vaardigheden en optimaliseer ze vervolgens in combinatie met praktijkprojecten. U zult snel hoogwaardige printplaten kunnen ontwerpen. Onthoud dat een goed PCB-ontwerp niet alleen de productiekosten verlaagt, maar ook de circuitprestaties stabieler maakt en de levensduur verlengt.