۵ نکته برتر طراحی PCB برای مهندسان الکترونیک

مهم ترین نکته های طراحی pcb که هم روی کاغذ و هم در حالت فیزیکی واقع گرایانه باشد، چیست؟ بیایید ۵ دستورالعمل را بررسی کنیم که به شما کمک می کند PCB  بعدی خود را قابل تولید، کاربردی و قابل اعتماد طراحی کنید.

۵ نکته برتر طراحی PCB برای مهندسان الکترونیک

زمانی که یک طرح جدید را شروع می کنید، می توانید دستورالعمل های طراحی PCB را به بعد موکول کنید و بیشتر وقت خود را صرف تمرکز بر طراحی مدار و انتخاب اجزاء آن کنید. اما واقعیت این است که صرف نکردن وقت کافی و تلاش  متمرکز بر روی طراحی PCB می تواند منجر به طرحی شود که تبدیل آن از حوزه دیجیتال به واقعیت فیزیکی مشکل ساز باشد، و در نهایت ساخت آن می تواند برای تولید کننده مشکل ساز شود. پس رمز طراحی یک بورد که هم روی کاغذ و هم در حالت فیزیکی واقع گرایانه است چیست؟

در همین خصوص بخوانید: آموزش آلتیوم دیزاینر

 ۱ – تنظیم دقیق محل قرارگیری اجزاء

مرحله تعیین جای اجزاء در فرآیند چیدمان PCB ، هم یک هنر و هم یک علم است، که مستلزم بررسی استراتژیک برد و فضای قابل استفاده آن است. با این که این فرآیند می تواند چالش برانگیز باشد، چگونگی قرار گرفتن اجزای الکترونیکی روی بورد سطح دشواری تولید آن را مشخص خواهد کرد، همچنین نشان خواهد داد که چگونه شرایط طراحی اصلی شما برآورده خواهد شد.

• جهت گیری: دقت کنید که مولفه های مشابه را در یک سمت قرار دهید چون این کار منجر به لحیم کاری موثر و بدون خطا خواهد شد.

• محل قرار گیری: از قرار دادن قطعات بر روی قسمت لحیم کاری به طوری که پشت اجزا جوشکاری شده قرار بگیرند، خودداری کنید.

• سازمان دهی: توصیه می شود که تمام اجزاء SMD را در یک طرف برد قرار دهید، و همه اجزایی که قرار است از سوراخ رد شوند (TH) در قسمت بالای صفحه برای به حداقل رساندن تعداد مراحل مونتاژ قرار دهید.

یکی از آخرین دستورالعمل های طراحی PCB که خوب است به ذهن بسپارید: هنگام استفاده از اجزایی که ترکیبی از فناوری ها هستند (به عنوان مثال اجزاء SMD و اجزایی از سوراخ رد می شوند)، تولید کنندگان ممکن است به یک فرآیند اضافی برای ساخت برد شما نیاز داشته باشند که به هزینه های کلی شما می افزاید.

جهت گیری مناسب اجزا (چپ) و جهت گیری نامناسب اجزا (راست)

تعیین جای مناسب اجزا (چپ) و تعیین جای نامناسب اجزا (راست)

۲ – قرار دادن اتصال برق، سیگنال و زمین

هنگامی که جایگذاری اجزا به پایان رسید، زمان آن می رسد که اتصالات برق، زمین و سیگنال را برقرار کنید تا اطمینان حاصل شود که سیگنال های شما یک مسیر بدون دردسر دارند. در اینجا چند دستورالعمل وجود دارد که بهتر است برای این مرحله از فرآیند چیدمان در نظر داشته باشید:

تنظیم جهت صفحه برق و صفحه زمین

همیشه توصیه می شود که صفحه برق و صفحه زمین در برد شما به صورت داخلی باشد، در حالی که هم متقارن و هم در مرکز قرار گیرد. این کار به جلوگیری از خم شدن بورد شما کمک خواهد کرد، که هم چنین بر این مساله تاثیر خواهد گذاشت که آیا اجزاء شما به درستی قرار داده شده اند یا خیر.

برای برق رسانی به IC ها، توصیه می شود که از ریل های مشترک برای هر منبع استفاده کنید، اطمینان حاصل کنید که مسیرهای محکم و پهن دارید، و همچنین از وصل کردن خطوط برق به صورت زنجیره ای از جزئی به جزء دیگر اجتناب کنید.

اتصال مسیر های سیگنال

سپس، مسیرهای سیگنال خود را بر اساس دستورالعمل  طراحی تان وصل کنید. توصیه می شود که مسیرهای بین اجزا همیشه تا حد امکان کوتاه و مستقیم باشند. اگر جایگذاری اجزا شما را مجبور می کند مسیر را در یک سمت بورد به صورت افقی قرار دهید، در طرف مقابل حتما مسیر را به صورت عمودی تنظیم کنید.

تعریف پهنای شبکه ها

طراحی شما به احتمال زیاد به شبکه های مختلفی نیاز دارد که گستره وسیعی از جریان ها را در بر می گیرد که پهنای شبکه مورد نیاز را تعیین می کند. با این شرط اولیه در ذهن، توصیه می شود که یک پهنای ۰.۰۱۰ اینچی برای سیگنال های آنالوگ و دیجیتال کم جریان ارائه شود.

مسیر گزینی ایده آل (فلش ها نشانگر مسیر لحیم کاری هستند)

مسیر گزینی غیر ایده آل (فلش ها نشانگر مسیر لحیم کاری هستند)

۳ – جدا نگه داشتن همه چیز

احتمالا دیده اید که ولتاژ بالا و جهش جریان در مدارهای برق چگونه می تواند برای مدار های ولتاژ پایین و جریان کنترل شده تداخل ایجاد کند. برای به حداقل رساندن این مساله تداخل، از این دستورالعمل ها پیروی کنید:

جداسازی: دقت کنید که زمینه برق و زمینه کنترل را برای هر مرحله تامین برق جدا نگه دارید. اگر مجبور هستید آن ها را در PCB به هم ببندید، دقت کنید که در انتهای مسیر تغذیه این کار را انجام دهید.

جایگذاری: اگر صفحه زمین را در لایه میانی قرار داده اید، یک مسیر امپدانس کوچک را برای کاهش خطر هر گونه دخالت مدار برق و کمک به حفاظت از سیگنال های کنترل قرار دهید. می توانید همین دستورالعمل را برای جداسازی زمینه دیجیتال و آنالوگ استفاده کنید.

تزویج: برای کاهش تزویج خازنی به علت قرار گرفتن یک صفحه زمینه بزرگ و خطوط در بالا و پایین آن، سعی کنید زمینه آنالوگ خود را تنها با خطوط آنالوگ متصل کنید.

مثال جداسازی اجزا (دیجیتال و آنالوگ)

۴ – مقابله با حرارت

آیا تا به حال تجربه این را داشته اید که به خاطر مسائل حرارتی عملکرد مدار کاهش یابد یا اینکه مدار به کلی آسیب ببیند؟ این مساله برای بسیاری از طراحان هنگامی که انتقال گرما نادیده گرفته می شود اتفاق می افتد. در اینجا راهکارهایی برای کمک به مقابله با مسائل حرارتی در نظر گرفته شده است:

شناسایی اجزاء مشکل ساز

اولین قدم شناسایی اجزایی روی بورد است که بیشترین گرما را تولید می کنند. می توانید این کار را با یافتن درجه “مقاومت حرارتی” در اطلاعات قطعه، و سپس پیروی از دستورالعمل های توصیه شده برای منحرف کردن گرمای تولید شده انجام دهید. البته، هیتسینک ها و فن های خنک کننده می توانند اضافه شوند تا دمای اجزا را کاهش دهند، و همچنین به خاطر داشته باشید که اجزای مهم را از منابع حرارت بالا دور نگه دارید.

افزودن خمیر حرارتی

اضافه کردن خمیر حرارتی می تواند به طور باورنکردنی برای ساخت یک تخته قابل تولید مفید باشد. این امر برای جوشکاری تعداد بالا روی بورد های چند لایه و مونتاژهای اکثرا مسی بسیار مهم است. از آنجا که حفظ دمای فرآیند ها دشوار است، همیشه توصیه می شود که از خمیر حرارتی روی اجزایی که باید از سوراخ رد شوند استفاده شود تا با کند کردن سرعت انتقال حرارت از طریق روکش اجزا فرآیند لحیم کاری را تا جای ممکن آسان نماید.

به عنوان یک دستورالعمل کلی، همیشه از یک الگوی خمیر حرارتی برای هر سوراخ که به یک صفحه برق یا زمین متصل است استفاده کنید. علاوه بر خمیر حرارتی، همچنین می توانید از تیردراپ نیز در محل هایی که مسیر ها به پد ها متصل می شوند برای تامین پشتیبانی بیشتر استفاده کنید. این کار به کاهش فشار مکانیکی و فشار گرمایی کمک می کند.

یک الگوی خمیر حرارتی معمولی

۵ – بررسی نهایی طراحی pcb

این امکان وجود دارد که در پایان پروژه طراحی خود که تلاش می کنید قطعات باقی مانده را جایگذاری و برای تولید آماده کنید بعضی موارد را فراموش کنید. اما چک کردن دوباره و چندباره کار خود برای یافتن خطاها در این مرحله می تواند تعیین کننده موفقیت و شکست در تولید باشد.

برای کمک به این فرآیند کنترل کیفیت، همیشه توصیه می شود که با بررسی قواعد الکتریکی (ERC) و بررسی قواعد طراحی (DRC) شروع کنید تا مطمئن شوید که تمام قواعد تثبیت شده خود را برآورده کرده اید. با این دو سیستم، شما می توانید به راحتی پهنای شکاف، پهنای مسیر، تنظیمات تولید رایج، الزامات سرعت بالا، و مدارهای کوتاه را اعمال کنید.

زمانی که ERC و DRC نتایج بدون خطا ایجاد کردند، سپس توصیه می شود که مسیر هر سیگنال را بررسی کرده و با بررسی یک به یک همه سیم ها تایید کنید که هیچ چیزی را فراموش نکرده اید. و البته، اطمینان حاصل کنید که جزئیات طرح PCB با نقشه کلی شما مطابقت دارد. این امر با استفاده از ویژگی کاوش و پنهان کردن نرم افزار طراحی شما امکان پذیر است.

چک دوباره قوانین طرح، PCB، و محدودیت ها

جمع بندی

با دنبال کردن این فهرست کوچک از توصیه ها، شما در مسیر طراحی یک برد کاربردی و قابل تولید در کمترین زمان، و با بیشترین کیفیت خواهید بود. عادت های خوب در طراحی PCB برای موفقیت حیاتی هستند. این قوانین طراحی پایه ای برای ایجاد و تحکیم عادت بهبود مستمر در تمام پروژه های طراحی شما شکل می دهند.