Thiết kế điện tử - Quy trình thiết kế PCB và mô tả sản xuất bảng mạch PCB

Thiết kế PCB Phân tích đầy đủ: Quá trình chi tiết từ chuẩn bị thông tin đến kiểm tra hệ thống dây điện

Thông tin chính cần thiết cho thiết kế PCB:

Sơ đồ: Tạo tài liệu điện tử chi tiết cho một bảng lưới chính xác.

Kích thước cơ học: Xác định rõ hướng và hướng cụ thể của thiết bị định vị, cũng như các khu vực hạn chế độ cao cụ thể.

Danh sách BOM: Xác minh và kiểm tra thông tin đóng gói của thiết bị trên sơ đồ.

Hướng dẫn cáp: Chi tiết các yêu cầu cụ thể cho một tín hiệu cụ thể, cũng như các tiêu chuẩn thiết kế như trở kháng và cán.

Các bước cốt lõi trong thiết kế PCB:

1. Tiền xử lý

Chuẩn bị các thư viện thành phần và sơ đồ: Như người ta thường nói, "Để làm tốt công việc của mình, trước tiên bạn phải tận dụng tối đa các công cụ của mình". Để tạo ra một bảng mạch chất lượng cao, ngoài các nguyên tắc thiết kế, nó phải được vẽ tốt. Trước khi bắt đầu thiết kế PCB, trước tiên bạn phải chuẩn bị thư viện thành phần Sơ đồ (SCH) và thư viện thành phần PCB (đây là một bước quan trọng). Các thư viện thành phần có thể chọn các thư viện đi kèm với Protel, nhưng thường rất khó để tìm một thư viện chính xác và tốt nhất là tạo thư viện thành phần của riêng bạn dựa trên dữ liệu kích thước tiêu chuẩn của thiết bị bạn chọn. Về nguyên tắc, thư viện thành phần PCB được tạo ra đầu tiên và sau đó là thư viện thành phần SCH. Yêu cầu thư viện thành phần PCB cao hơn, ảnh hưởng trực tiếp đến việc lắp đặt bảng mạch; Các yêu cầu của thư viện thành phần SCH là tương đối lỏng lẻo và có thể xác định tương ứng với các thành phần PCB miễn là bạn chú ý đến định nghĩa của thuộc tính pin. Đồng thời, hãy chú ý đến các chân ẩn trong thư viện chuẩn. Sau khi hoàn thành thiết kế sơ đồ, bạn có thể bắt đầu thiết kế PCB.

Khi tạo một thư viện nguyên tắc, hãy đảm bảo rằng các chân được kết nối chính xác với bảng mạch PCB đầu ra/đầu vào và kiểm tra cẩn thận các tệp thư viện.

2. Thiết kế cấu trúc PCB

Vẽ phác thảo PCB trong môi trường thiết kế PCB, đặt đầu nối mong muốn, nút/công tắc, ống kỹ thuật số, chỉ báo, cổng đầu vào/đầu ra, v.v., và thiết lập lỗ vít và lỗ gắn theo yêu cầu định vị, theo kích thước bảng xác định và định vị cơ học khác nhau. Trong quá trình này, khu vực có dây và khu vực không có dây (ví dụ, xung quanh lỗ vít là khu vực không có dây) cần được xem xét và xác định đầy đủ. Cần đặc biệt chú ý đến kích thước thực tế của thiết bị (dấu chân và chiều cao), vị trí tương đối giữa các thiết bị (kích thước không gian) và mức độ đặt thiết bị để đảm bảo tính chất điện của bảng, tính khả thi và tiện lợi của sản xuất và lắp đặt. Với tiền đề đảm bảo rằng các nguyên tắc trên được phản ánh, thiết bị có thể được điều chỉnh để bố trí gọn gàng hơn. Nếu các thiết bị tương tự cần được đặt gọn gàng theo cùng một hướng, đừng tự ý đặt chúng lại với nhau.

3. Bố trí PCB

Đảm bảo độ chính xác trước khi bố trí sơ đồ là rất quan trọng! Sau khi hoàn thành sơ đồ, bạn cần kiểm tra xem lưới điện, lưới nối đất, v.v. có chính xác không.

Bố cục cần chú ý đến vị trí của cấp độ thiết bị (đặc biệt là các plugin, v.v.) và vị trí thiết bị (chèn trực tiếp vào vị trí ngang hoặc dọc) để đảm bảo tính khả thi và tiện lợi của việc cài đặt.

Đặt thiết bị trên bảng để bố trí. Tại thời điểm này, nếu tất cả các công việc chuẩn bị ở trên đã hoàn tất, bạn có thể tạo bảng lưới (Design ->Create Network Table) trên sơ đồ và sau đó nhập vào PCB (Design ->Load Network). Tại thời điểm này, bạn có thể thấy toàn bộ ngăn xếp thiết bị với kết nối đầu flyline giữa các chân và sau đó là bố cục thiết bị.

Bố cục phải tuân theo các nguyên tắc sau:

Xác định mức độ đặt thiết bị: Thông thường, thiết bị SMD nên được đặt ở cùng một bên và thiết bị cắm cần được xác định theo từng trường hợp cụ thể. Theo sự phân chia hợp lý của hiệu suất điện, nó thường được chia thành vùng mạch kỹ thuật số (dễ bị nhiễu, gây nhiễu), vùng mạch tương tự (dễ bị nhiễu), vùng điều khiển nguồn (nguồn gây nhiễu). Đặt mạch có chức năng tương tự càng gần vị trí càng tốt và điều chỉnh các thành phần để đảm bảo kết nối đơn giản nhất; Đồng thời, điều chỉnh vị trí tương đối giữa các khối chức năng để thiết lập kết nối ngắn gọn nhất giữa chúng. Đối với các thiết bị có yêu cầu chất lượng cao hơn, vị trí lắp đặt và cường độ lắp đặt cần được xem xét; Các yếu tố làm nóng nên được đặt riêng biệt với các yếu tố nhạy cảm với nhiệt độ và các biện pháp đối lưu nhiệt nên được xem xét khi cần thiết. Một máy phát đồng hồ (như tinh thể hoặc đồng hồ) nên được đặt càng gần thiết bị sử dụng đồng hồ càng tốt. Bố cục nên được cân bằng và thưa thớt, tránh nặng đầu hoặc một chiều.

4. Dây điện

Cáp là phần quan trọng nhất của thiết kế PCB và sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của PCB.

Trong quá trình thiết kế PCB, hệ thống dây điện thường được chia thành ba cấp độ. Đầu tiên là kết nối, đó là yêu cầu cơ bản của thiết kế PCB. Nếu các đường dây không được đặt và có các đường bay ở khắp mọi nơi, thì đây sẽ là một bảng không đủ tiêu chuẩn và có thể nói rằng thiết kế vẫn chưa bắt đầu. Thứ hai, để đáp ứng hiệu suất điện, đây là một chỉ số quan trọng về việc hội đồng quản trị PCB có đủ điều kiện hay không. Sau khi kết nối, hệ thống dây điện cần được điều chỉnh cẩn thận để đạt được hiệu suất điện tối ưu, đồng thời xem xét tính thẩm mỹ. Nếu hệ thống dây điện, mặc dù được kết nối chính xác, lộn xộn và đầy màu sắc, thì ngay cả khi hiệu suất điện tốt, nó vẫn là một tấm kém chất lượng trong mắt người khác. Điều này gây ra sự bất tiện lớn cho việc kiểm tra và bảo trì. Dây điện phải gọn gàng và đồng đều, không được lộn xộn. Những mục tiêu này phải đạt được đồng thời đảm bảo hiệu suất điện và đáp ứng các yêu cầu cá nhân khác.

Dây điện phải tuân theo các nguyên tắc sau:

Thông thường, dây điện và dây mặt đất nên được định tuyến trước để đảm bảo tính chất điện của bảng. Trong những điều kiện này, hãy cố gắng mở rộng chiều rộng của dây nguồn và dây mặt đất. Dây mặt đất rộng hơn dây nguồn. Mối quan hệ của họ là: Ground>Power>Signal Line. Thông thường chiều rộng của đường tín hiệu là 0,2~0,3mm, chiều rộng mỏng nhất có thể là 0,05~0,07mm; Dây nguồn thường là 1,2~2,5mm. Đối với PCB mạch kỹ thuật số, một vòng lặp có thể được hình thành bằng cách sử dụng dây nối đất rộng để tạo thành một mạng lưới nối đất (mặt đất của mạch analog không thể được sử dụng theo cách này).

Khi tiền xử lý các đường dây đòi hỏi, chẳng hạn như đường dây tần số cao, nên tránh các cạnh của đầu vào và đầu ra song song với nhau để tránh nhiễu phản xạ. Nếu muốn, một dây nối đất có thể được thêm vào và hai lớp liền kề của dây nên vuông góc với nhau, vì dây song song dễ dàng xảy ra khớp nối ký sinh. Vỏ dao động được nối đất, đường đồng hồ nên ngắn nhất có thể, không dẫn quá dài theo ý muốn. Bên dưới mạch dao động đồng hồ và phần mạch logic tốc độ cao đặc biệt, diện tích mặt đất nên được tăng lên và không nên đi đến các đường tín hiệu khác để làm cho điện trường xung quanh về 0. Cố gắng sử dụng đường gấp 45 ° và tránh đường gấp 90 ° để giảm bức xạ từ tín hiệu tần số cao (cung kép có thể được sử dụng cho các đường đòi hỏi).

Tránh vòng lặp trên bất kỳ đường tín hiệu nào, nếu không thể tránh khỏi, vòng lặp nên càng nhỏ càng tốt; Số lượng lỗ quá mức trong đường tín hiệu phải càng ít càng tốt. Các đường chính nên ngắn và dày nhất có thể và được bảo vệ ở cả hai bên. Khi truyền tín hiệu nhạy cảm và tín hiệu trường nhiễu qua cáp phẳng, việc khai thác phải được thực hiện bằng cách "nối đất tín hiệu mặt đất". Các điểm kiểm tra được dành riêng cho các tín hiệu chính để vận hành, sản xuất và kiểm tra bảo trì. Sau khi hoàn thành việc nối dây sơ đồ, việc nối dây nên được tối ưu hóa. Trong khi đó, sau khi kiểm tra mạng ban đầu và kiểm tra DRC chính xác, các khu vực không có dây được nối đất và các lớp đồng lớn được sử dụng làm mặt đất để kết nối các khu vực không sử dụng của bảng mạch in với mặt đất hoặc các bảng nhiều lớp được tạo ra để cung cấp điện và mặt đất mỗi lớp.

5. Thêm giọt nước mắt

Giọt nước mắt là một kết nối nhỏ giọt giữa một miếng đệm và dây hoặc giữa dây và dây dẫn thông qua lỗ. Mục đích của việc thiết lập giọt nước mắt là để ngăn chặn sự ngắt kết nối của đĩa hàn và điểm tiếp xúc giữa dây hoặc dây và dây dẫn thông qua lỗ khi bảng bị lực bên ngoài lớn. Ngoài ra, cài đặt giọt nước mắt cũng có thể làm cho bảng mạch PCB trông đẹp hơn. Trong thiết kế bảng mạch, để làm cho pad mạnh mẽ hơn và ngăn chặn sự phá vỡ giữa pad và dây dẫn trong sản xuất bảng cơ khí, một màng đồng của dải chuyển tiếp thường được thiết lập giữa pad và dây dẫn, có hình dạng tương tự như giọt nước mắt và do đó thường được gọi là giọt nước mắt.

6. Kiểm tra và xác minh

Kiểm tra lớp cách ly, lớp trên cùng, lớp dưới cùng, lớp trên cùng của màn hình in và lớp dưới cùng của màn hình in trước. Sau đó kiểm tra các quy tắc điện: kiểm tra các lỗ thông qua (không cho phép 0 lỗ thông qua; chiều rộng đường biên là 0,8), bảng lưới bị hỏng, khoảng cách tối thiểu (10 triệu) và ngắn mạch (phân tích từng tham số một). Tiếp theo, kiểm tra nhiễu trên dây nguồn và dây mặt đất (tụ điện lọc phải ở gần chip). Sau khi hoàn thành thiết kế PCB, tải lại bảng lưới để kiểm tra xem nó không bị sửa đổi và đảm bảo rằng bảng hoạt động bình thường. Cuối cùng, kiểm tra hệ thống dây điện của thiết bị cốt lõi để đảm bảo độ chính xác.

Thiết kế PCB là cốt lõi của sự đổi mới sản phẩm điện tử, tối ưu hóa liên tục của quá trình thiết kế và ứng dụng công nghệ sẽ nâng cao đáng kể khả năng cạnh tranh của sản phẩm và dẫn dắt ngành công nghiệp điện tử lên một tầm cao mới.