6 consigli pratici per la progettazione di PCB per evitare il 90% degli errori di fabbricazione! Anche i principianti possono iniziare rapidamente

Quando si progettano circuiti, molte persone concentrano tutte le loro energie sugli schemi e sulla selezione dei componenti, concludendo frettolosamente la fase di layout e routing del PCB. Il risultato? O si verificano frequenti errori durante la produzione in fabbrica, oppure la scheda del circuito non funziona dopo un breve periodo di utilizzo—surriscaldamento, interferenza del segnale, saldatura scadente—questi problemi possono essere effettivamente evitati in anticipo attraverso una progettazione scientifica. Oggi, analizzeremo le tecniche fondamentali della progettazione di PCB per aiutarti a creare rapidamente schede di circuiti producibili e funzionalmente stabili!

I. Posizionamento dei componenti: più che semplice ordine, facilità di saldatura e usabilità

Il posizionamento dei componenti è la base della progettazione di PCB, che richiede sia l'aderenza alla logica del circuito che la compatibilità con i processi di produzione. Molti principianti perseguono solo un "aspetto ordinato", trascurando le effettive esigenze di saldatura e assemblaggio.

L'orientamento unificato fa risparmiare tempo

Posizionare componenti simili come resistori e condensatori nella stessa direzione riduce la necessità di frequenti regolazioni dell'angolo da parte della macchina durante la saldatura, migliorando l'efficienza e riducendo la probabilità di giunti di saldatura freddi e saldature errate. I componenti di dimensioni diverse non devono ostruirsi a vicenda.

Evitare di posizionare piccoli componenti direttamente sotto o dietro grandi componenti. In caso contrario, durante la saldatura del componente grande, il piccolo componente sarà ostruito, creando un'"area d'ombra" che ostacola la saldatura.

Semplificare l'assemblaggio classificando i componenti.
Cercare di posizionare i componenti a montaggio superficiale (SMT) sullo stesso lato della scheda del circuito e concentrare i componenti a foro passante (TH) nella parte superiore. Questo evita ripetuti ribaltamenti durante l'assemblaggio in fabbrica, riducendo i costi di produzione. Se è necessario utilizzare due tipi di componenti insieme, considerare in anticipo i costi aggiuntivi del processo di assemblaggio.

II. Progettazione delle tracce: i percorsi di alimentazione, massa e segnale devono essere meticolosi.

Dopo aver posizionato i componenti, pianificare il routing delle tracce di alimentazione, massa e segnale, poiché ciò influisce direttamente sulla stabilità del circuito. Molti problemi di interferenza del segnale e di instabilità dell'alimentazione derivano da problemi di routing.

Strati di alimentazione e massa sugli strati interni.
Posizionare gli strati di alimentazione e massa all'interno della scheda del circuito, mantenendo la simmetria e il centraggio. Ciò impedisce alla scheda del circuito di piegarsi e consente un posizionamento più preciso dei componenti. Quando si alimentano i chip, utilizzare tracce più spesse ed evitare connessioni a catena (collegamento di componenti in serie) per prevenire l'instabilità della tensione.

Le tracce del segnale devono essere "corte e dritte". Le tracce del segnale tra i componenti devono seguire il percorso più breve possibile; le connessioni dirette sono preferibili alle curve. Se un componente deve essere fissato orizzontalmente, far correre la traccia orizzontalmente per una breve distanza prima di girare verticalmente. Ciò impedisce al flusso di saldatura durante la saldatura di causare il disallineamento dei componenti; al contrario, far correre prima la traccia verticalmente può causare l'inclinazione del componente.

La larghezza della traccia deve seguire la corrente. Per i segnali ordinari a bassa corrente (come i segnali digitali e analogici), una traccia larga 0,010 pollici (10 mil) è sufficiente. Se la corrente supera 0,3 ampere, la larghezza della traccia deve essere aumentata; maggiore è la corrente, più larga deve essere la traccia per evitare surriscaldamento e bruciature.

III. Progettazione dell'isolamento: alimentatori digitali, analogici e di alimentazione devono essere separati.

I circuiti di alimentazione ad alta tensione e ad alta corrente possono facilmente interferire con i circuiti di controllo o analogici sensibili, portando al problema del "jitter del segnale" che molti incontrano. Un corretto isolamento riduce significativamente le interferenze.

La massa di alimentazione e la massa di controllo devono essere separate. La massa di alimentazione e la massa di controllo di ogni alimentatore devono essere instradate separatamente, non mescolate. Se è necessaria una connessione, deve essere effettuata solo alla fine del percorso di alimentazione per evitare la conduzione delle interferenze. Stretto isolamento dei circuiti digitali e analogici

Se la scheda del circuito contiene circuiti digitali (come i microcontrollori) e circuiti analogici (come i sensori), devono essere disposti separatamente e devono essere forniti percorsi di impedenza adeguati per il piano di massa dello strato intermedio. I segnali analogici devono viaggiare solo sulla massa analogica e non devono incrociarsi con la massa digitale per ridurre le interferenze di accoppiamento capacitivo.

IV. Dissipazione del calore: non lasciare che il calore distrugga la scheda del circuito

Molte schede di circuiti subiscono un degrado delle prestazioni o addirittura si bruciano dopo un periodo di utilizzo, molto probabilmente a causa di un'inadeguata dissipazione del calore. Ciò è particolarmente vero per i componenti di alimentazione, dove l'accumulo di calore può influire gravemente sulla loro durata.

Identificare i "Giganti del calore"

Controllare la scheda tecnica del componente per il suo parametro di resistenza termica (TRT). TRT inferiori si traducono in una migliore dissipazione del calore. Tenere i componenti ad alta potenza (come transistor e chip di alimentazione) lontano dai componenti sensibili e aggiungere dissipatori di calore o piccole ventole, se necessario.

I pad ad aria calda sono fondamentali

I componenti a foro passante devono utilizzare pad ad aria calda. Questi rallentano la dissipazione del calore dei pin, garantendo una temperatura sufficiente durante la saldatura e prevenendo giunti di saldatura freddi. Inoltre, l'aggiunta di pad a "goccia" nei punti di connessione tra pad e tracce rafforza il supporto della lamina di rame e riduce lo stress termico e meccanico.

Metodo di connessione tipico del pad ad aria calda

V. Pad ad aria calda: uno "strumento magico" per i difetti di saldatura

Molti principianti non sono a conoscenza della funzione dei pad ad aria calda, con conseguenti circuiti aperti, giunti di saldatura freddi e giunti di saldatura scadenti, che non possono essere risolti regolando ripetutamente la temperatura del forno. La causa principale del problema risiede nella progettazione del cablaggio.

Le ampie aree di lamina di rame di alimentazione o di massa si riscaldano lentamente e dissipano rapidamente il calore. Se i terminali di saldatura di piccoli componenti (come resistori e condensatori con confezione 0402) sono collegati direttamente a una grande lamina di rame, la temperatura non raggiungerà il punto di fusione della saldatura durante la saldatura, con conseguente giunto di saldatura freddo. Durante la saldatura manuale, il calore viene rapidamente condotto via, impedendo anche una saldatura riuscita.

Il principio dei pad ad aria calda è semplice: collegare i pad a una vasta area di lamina di rame tramite diverse sottili strisce di rame garantisce la conduttività elettrica riducendo al contempo l'area di dissipazione del calore. Ciò consente ai pad di mantenere una temperatura sufficiente durante la saldatura, garantendo che la saldatura aderisca saldamente ai pad.

VI. Controllo del progetto: non lesinare sull'ultimo passaggio

Dopo aver completato il progetto, eseguire sempre un doppio controllo; in caso contrario, anche piccoli errori possono rendere inutilizzabile l'intera scheda del circuito.

Innanzitutto, eseguire "controlli delle regole": utilizzare le funzioni Electrical Rule Check (ERC) e Design Rule Check (DRC) nel software di progettazione per controllare la larghezza delle tracce, la spaziatura, i cortocircuiti, le reti non instradate, ecc., per garantire la conformità ai requisiti di produzione.

In secondo luogo, verificare segnale per segnale: dallo schema al PCB, controllare la connessione di ogni linea di segnale per evitare omissioni o errori. Utilizzare la funzione di schermatura del software per confermare che il layout corrisponda allo schema.

Conclusione

La progettazione di PCB può sembrare complessa, ma il suo nucleo ruota attorno a "producibilità" e "stabilità". Posizionare correttamente i componenti, garantire tracce corte e larghe, implementare un buon isolamento e dissipazione del calore, utilizzare efficacemente i pad ad aria calda e, infine, condurre un controllo approfondito—questi sei passaggi ti aiuteranno a evitare la maggior parte degli errori.

I principianti non devono puntare alla perfezione all'inizio. Padroneggia prima queste competenze fondamentali, quindi ottimizzale in combinazione con progetti reali. Sarai in grado di progettare rapidamente schede di circuiti di alta qualità. Ricorda, una buona progettazione di PCB non solo riduce i costi di produzione, ma rende anche le prestazioni del circuito più stabili e ne prolunga la durata.