Thiết kế điện tử - Thiết kế PCB là gì?

Bảng mạch đề cập đến việc sử dụng phần mềm tự động hóa thiết kế điện tử (EDA) để thiết kế bảng và thiết kế bố cục và kết nối mạch của bảng mạch in (PCB). Thiết kế PCB chủ yếu đề cập đến thiết kế bố cục và bố cục của các kết nối bên ngoài cần được xem xét. Bảng mạch là một phần quan trọng của thiết bị điện tử và có thể kết nối các linh kiện điện tử và truyền tín hiệu bằng dây.

Làm thế nào để thiết kế PCB?

Thiết kế đòi hỏi các thiết lập điểm khác nhau ở các giai đoạn khác nhau, nơi các điểm lưới lớn có thể được sử dụng để bố trí thiết bị; Đối với các thiết bị lớn như IC và đầu nối không định vị, độ chính xác lưới 50-100 mils có thể được chọn để bố trí, trong khi đối với các thiết bị nhỏ thụ động như điện trở, tụ điện và cuộn cảm, độ chính xác lưới 25 mils có thể được bố trí. Độ chính xác của các điểm lưới lớn có lợi cho sự liên kết thiết bị và thẩm mỹ bố trí.

1. Quy tắc bố trí PCB

1) Nói chung, tất cả các thành phần nên được sắp xếp ở cùng một bên của bảng. Một số thiết bị có nhiệt độ thấp và hạn chế cao, chẳng hạn như điện trở chip, tụ điện chip và chip IC, chỉ có thể được đặt ở tầng trệt khi các thành phần trên cùng quá dày đặc.

2) Dưới tiền đề đảm bảo tính chất điện, các thành phần nên được đặt trên lưới, sắp xếp song song hoặc dọc với nhau, gọn gàng và đẹp. Nói chung, các thành phần không cho phép chồng chéo; Các thành phần phải được sắp xếp gọn gàng và các thành phần phải được phân phối đều và dày đặc trong toàn bộ bố cục.

3) Khoảng cách tối thiểu giữa các mẫu pad liền kề cho các thành phần khác nhau trên bảng mạch phải ít nhất 1MM.

4) Khoảng cách từ cạnh của bảng thường không nhỏ hơn 2mm. Hình dạng tốt nhất của bảng là hình chữ nhật với tỷ lệ khung hình 3: 2 hoặc 4: 3. Khi kích thước của bảng lớn hơn 200mm × 150mm, độ bền cơ học mà bảng có thể chịu được nên được xem xét.

2. Mẹo bố trí PCB

Trong bố cục của thiết kế pcb, cần phải phân tích các đơn vị riêng lẻ của bảng và thiết kế bố cục theo chức năng của chúng. Khi sắp xếp tất cả các thành phần của mạch, các nguyên tắc sau đây cần được tuân thủ:

1) Sắp xếp vị trí của từng đơn vị mạch chức năng theo quy trình mạch để bố trí thuận tiện cho dòng tín hiệu và giữ hướng của tín hiệu nhất quán nhất có thể.

2) Bố trí tập trung vào các thành phần cốt lõi của mỗi đơn vị chức năng. Các yếu tố phải được sắp xếp đồng đều, toàn bộ và nhỏ gọn trên PCB, giảm và rút ngắn dây dẫn và kết nối giữa mỗi yếu tố càng nhiều càng tốt.

3) Đối với các mạch hoạt động ở tần số cao, các thông số phân phối giữa các thành phần nên được xem xét. Thông thường, mạch nên được sắp xếp song song với các thành phần càng nhiều càng tốt, không chỉ đẹp mà còn dễ lắp ráp và hàn để tạo điều kiện sản xuất hàng loạt.

3. Bước thiết kế PCB

Thiết kế bố trí

Trong PCB, các yếu tố đặc biệt đề cập đến các yếu tố chính của phần tần số cao, các yếu tố cốt lõi trong mạch, các yếu tố dễ bị nhiễu, các yếu tố điện áp cao, các yếu tố làm nóng cao và một số yếu tố khác giới. Vị trí của các yếu tố đặc biệt này cần được phân tích cẩn thận và cách bố trí dải phải đáp ứng các yêu cầu về chức năng mạch và nhu cầu sản xuất. Chúng được đặt không đúng cách có thể dẫn đến các vấn đề về khả năng tương thích mạch và các vấn đề về tính toàn vẹn tín hiệu, có thể dẫn đến thiết kế PCB thất bại.

Điều đầu tiên cần xem xét khi thiết kế cách đặt các thành phần đặc biệt là kích thước của PCB. Nhanh ngón tay ra, khi kích thước PCB quá lớn, chiều dài dòng in, trở kháng tăng, khả năng chống khô giảm, chi phí cũng tăng; Khi nó quá nhỏ, tản nhiệt kém và các đường liền kề dễ bị nhiễu. Sau khi xác định kích thước của PCB, xác định vị trí vuông của các yếu tố đặc biệt. Cuối cùng, bố trí tất cả các thành phần của mạch theo đơn vị chức năng.

Vị trí của các bộ phận đặc biệt thường phải tuân theo các nguyên tắc sau khi bố trí:

1) Giảm thiểu kết nối giữa các thành phần tần số cao, giảm thiểu các thông số phân phối của chúng và nhiễu điện từ lẫn nhau. Các thành phần dễ bị nhiễu không nên quá gần nhau, đầu vào và đầu ra nên càng xa càng tốt.

2) Một số thành phần hoặc dây điện có thể có sự khác biệt tiềm năng cao và khoảng cách của chúng nên được tăng lên để tránh ngắn mạch bất ngờ do xả. Các thành phần điện áp cao nên tránh càng xa càng tốt.

3) Các thành phần có trọng lượng trên 15G có thể được cố định bằng giá đỡ và sau đó hàn. Những yếu tố nặng và nóng không nên được đặt trên bảng mạch, nhưng trên bảng cơ sở của hộp chính, và vấn đề tản nhiệt nên được xem xét. Các yếu tố nhạy cảm nhiệt nên tránh xa các yếu tố làm nóng.

4) Đối với việc bố trí các thành phần có thể điều chỉnh như chiết thế, cuộn cảm có thể điều chỉnh, tụ điện biến đổi, công tắc vi mô, v.v., yêu cầu cấu trúc của toàn bộ bảng mạch nên được xem xét. Nếu cấu trúc cho phép, một số công tắc thường được sử dụng nên được đặt ở nơi dễ dàng tiếp cận bằng tay. Bố cục của các thành phần phải được cân bằng, mật độ phù hợp và không nên nặng đầu.

Đặt hàng

1) Đặt các thành phần phù hợp chặt chẽ với cấu trúc, chẳng hạn như ổ cắm điện, đèn báo, công tắc, đầu nối, v.v.

2) Đặt các thành phần đặc biệt, chẳng hạn như các thành phần lớn, các thành phần nặng, các thành phần sưởi ấm, máy biến áp, IC, v.v.

3) Đặt các bộ phận nhỏ.

Kiểm tra bố trí

1) Kích thước bảng mạch có phù hợp với kích thước gia công theo yêu cầu của bản vẽ không?

2) Bố cục của các thành phần có cân bằng, sắp xếp gọn gàng và bố trí đầy đủ không?

3) Xung đột ở tất cả các cấp. Các thành phần, khung và lớp cần in màn hình có hợp lý không?

4) Các thành phần thường được sử dụng có dễ sử dụng không? Ví dụ như công tắc, bảng cắm thiết bị, linh kiện cần thay thế thường xuyên......

5) Khoảng cách giữa các yếu tố nhạy cảm nhiệt và các yếu tố làm nóng là hợp lý?

6) tản nhiệt có tốt không?

7) Có cần phải xem xét vấn đề nhiễu đường dây không?

Câu hỏi thường gặp trong thiết kế PCB

1. Kích thước không phù hợp

Một vấn đề phổ biến là kích thước không phù hợp, đặc biệt quan trọng trong thiết kế PCB vì nó liên quan đến cách PCB kết nối với các thành phần khác. Nếu kích thước không chính xác, nó có thể dẫn đến các tình huống như khó hàn, kết nối không thành công, điều này sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất và độ tin cậy của PCB.

2. Vấn đề đặc tả thiết kế

Thiết kế không đáp ứng các thông số kỹ thuật điện hoặc cơ khí cũng là một vấn đề phổ biến. Các nhà thiết kế cần đảm bảo rằng tất cả các yếu tố thiết kế như miếng đệm, lỗ, chiều rộng căn chỉnh và khoảng cách đều tuân thủ các tiêu chuẩn IPC để tránh các vấn đề về kết nối và hiệu suất điện tiếp theo.

3. Vấn đề về tín hiệu và tính toàn vẹn nguồn điện

Các vấn đề về tính toàn vẹn của tín hiệu và nguồn điện thường xuất hiện không liên tục và rất khó xác định. Cách tốt nhất là tìm ra nguyên nhân gốc rễ của vấn đề và giải quyết nó trong quá trình thiết kế, thay vì cố gắng giải quyết nó ở giai đoạn sau, điều này có thể dẫn đến sự chậm trễ trong sản xuất.

4. Lỗi kết nối và thiết kế lớp không mong muốn

Các kết nối không cần thiết trên một số lớp đồ họa có thể dẫn đến hiểu lầm, đặc biệt là khi thiết kế bảng nhiều lớp. Đôi khi một bảng mạch ban đầu được thiết kế cho bốn lớp được thiết kế không chính xác như năm hoặc nhiều hơn, dẫn đến lỗi thiết kế.

5. Vấn đề lỗ và đệm

Việc lựa chọn sai các thuộc tính của lỗ trong thiết kế, chẳng hạn như chọn lỗ chôn mù thay vì thông qua lỗ, sẽ dẫn đến việc không thể tạo tệp khoan và trong trường hợp xấu nhất, lỗ khoan sẽ bị bỏ lỡ, ảnh hưởng đến quá trình sản xuất PCB. Ngoài ra, một miếng đệm SMD được thiết kế kém trên lỗ cũng có thể gây ra các vấn đề kết nối kém.

6. Vấn đề lựa chọn vật liệu

Chọn vật liệu không phù hợp cũng là một vấn đề phổ biến trong thiết kế, có thể dẫn đến các tính chất cơ học và điện không đạt tiêu chuẩn. Đảm bảo lựa chọn vật liệu phù hợp để đáp ứng các yêu cầu thiết kế cụ thể là một bước quan trọng để đảm bảo chất lượng PCB.

7. Kiểm tra thiết kế và định tuyến

Sự khác biệt so sánh giữa thiết kế và hệ thống dây điện là một trong những yếu tố góp phần gây ra những sai lầm lớn trong giai đoạn cuối của thiết kế PCB. Do đó, cần phải kiểm tra lại kích thước thiết bị, chất lượng quá lỗ, kích thước đĩa hàn, v.v. Điều này có thể làm giảm đáng kể các lỗi tiềm ẩn và cải thiện độ tin cậy của sản phẩm cuối cùng.

Thiết kế PCB là nền tảng để kết nối các linh kiện điện tử và là chìa khóa để đạt được chức năng của hệ thống điện tử. Nếu thiết kế PCB không hợp lý, chức năng của toàn bộ hệ thống điện tử sẽ bị ảnh hưởng. Nó cũng có thể giúp chúng ta kiểm soát tốt hơn các thông số của các thành phần điện tử như nguồn điện, tín hiệu và nguồn điện. Nó cũng có thể giúp chúng tôi kiểm soát tốt hơn chất lượng của các thiết bị điện tử, do đó cải thiện độ tin cậy và an toàn của sản phẩm.