PCB-Layout-6 Wichtige Dinge, die Sie beim Entwerfen Ihrer PCB beachten sollten

Wussten Sie, dass fast jede elektronische Schaltung ein PCB-Layout enthält? In dieser Ära des Internets der Dinge wachsen die Nachfrage und die Komplexität von Leiterplatten jeden Tag. Das Entwerfen einer Leiterplatte kann einschüchternd sein, insbesondere da mehrere elektronische Komponenten und optimales Routing auf engstem Raum platziert werden. Sich mit einem PCB-Layout auszukennen, ist entscheidend, um es beim ersten Mal richtig hinzubekommen.

In diesem Artikel werden die sechs wesentlichen Dinge besprochen, die Sie beim Entwerfen Ihrer Leiterplatte berücksichtigen sollten, darunter eine Auswahl an Materialien und Komponenten, Bauteilplatzierung, PCB-Stapel, PCB-Via-Typen, Stromversorgung, thermische Probleme und Boardbeschränkungen.

1. Material und Komponenten

Sie müssen das Material und die Komponenten, die Sie für Ihren Druck verwenden möchten, im Hinblick auf die relevanten Details berücksichtigen. Sie müssen zuerst die Funktionen definieren, die die Leiterplatte ausführen soll, die ungefähre Größe des Endprodukts, die Verbindung der Leiterplatte mit anderen Schaltkreisen und natürlich ihre Platzierung im Produkt.

Einige Materialien können bei extremen Temperaturen betrieben werden; andere können ausfallen und zu Kurzschlüssen führen. Berücksichtigen Sie daher bei der Wahl des Materials und der Komponenten für Ihre Leiterplatte die Arbeitstemperatur des Endprodukts.

Berücksichtigen Sie schließlich die Kosten und die Verfügbarkeit der Materialien. Wenn Sie sich mit schwer zu findendem Material zufrieden geben, kann es teuer und zeitaufwändig sein, es zu finden, was letztendlich die Bestückung Ihrer Leiterplatte verzögert. Erwägen Sie die Wahl eines Leiterplattenlieferanten, der eine ständige Versorgung mit den erforderlichen Komponenten für Ihre Leiterplatte aufrechterhalten kann. Weitere zu berücksichtigende Bereiche sind Ersatzteile, Reparaturen und Ersatz.

2. PCB-Layout-Komponentenplatzierung

Das Anordnen von Komponenten auf der Platine erfordert viel Problemlösungskompetenz und Kreativität. Da jeder eine einzigartige Designperspektive hat, wird Ihre Komponentenplatzierung von der Idee eines anderen einzigartig sein.

Betrachten Sie die Herstellung der Leiterplatte, denn das ist das Endziel. Zum Beispiel sollten gleichgesinnte Komponenten wie Transistoren in dieselbe Richtung weisen, wenn Sie sie platzieren, um die Installation und Inspektion durch den Hersteller zu erleichtern.

Beachten Sie die Größe und Höhe einer einzelnen Komponente. Einige Komponenten sind größer als andere und können zu ungleichmäßigen Unebenheiten auf der Leiterplatte führen, wenn sie nebeneinander platziert werden. Einige größere Details können kürzere Elemente blockieren, und wenn die Platine durch den Lötofen geführt wird, um die Teile auf die Platine zu gravieren, kann sie mit schlecht verbundenen Lötstellen zurückkehren. Berücksichtigen Sie immer die Höhe und Breite der Komponenten auf der Platine – Details mit ähnlichen Abmessungen können auf einer Seite der Platine platziert werden, um sicherzustellen, dass die Lötwelle die kleineren Teile erreicht, ohne blockiert zu werden.

Lassen Sie Platz für das Routing. Wenn Sie Komponenten zu nah beieinander platzieren, geraten Sie außer Reichweite, wenn Sie mit dem Routing beginnen. Integrierte Schaltkreise haben zum Beispiel viele Pins, die um die Platine herum verbunden werden müssen. Um zu verhindern, dass Ihnen der Platz ausgeht und Sie wieder über Ihr Designlayout springen, lassen Sie genügend Platz für Komponenten, die viele Pins benötigen, um den Prozess zu vereinfachen.

3. PCB-Layout stapeln

Der Leiterplattenstapel bildet die Grundlage der gesamten Leiterplatte. Es beinhaltet das Aufbringen von Isolierschichten und Kupferschichten. Der Stapel umfasst die verschiedenen Schichten innerhalb der Leiterplatte und ermöglicht Ihnen, die charakteristischen Impedanzen auf jeder Schicht festzulegen. Je mehr Schichten die Leiterplatte hat, desto teurer wird sie.

Leiterplatten bestehen aus Schichten verschiedener Materialien, die mit einem Klebstoff zusammenlaminiert werden. Die oberste Ebene ist der Siebdruck, der der Tafel weitere Indikatoren wie Buchstaben und Symbole hinzufügt. Die unterste Schicht ist die FR4, die dem Board seine Steifigkeit und Dicke verleiht. Als nächstes folgt die Kupferschicht, gefolgt von der Lötstoppmaske, die der Leiterplatte ihre charakteristische grüne Farbe verleiht. Optimaler mehrschichtiger Aufbau minimiert Strahlung und externes Rauschen. Es ermöglicht auch eine verbesserte elektromagnetische Kompatibilität Ihres Designs, hält die Kosten im Rahmen des Budgets und gewährleistet eine effiziente Herstellungstechnik.

4. PCB-Layout Via-Typen

Ein PCB Via ermöglicht Verbindungen zwischen verschiedenen Schichten der Platine. Vias können Leiterbahnen, Pads und andere leitende Elemente verbinden und den Weg für elektrische und thermische Energie bereitstellen, die sich von einer Schicht zu einer anderen bewegt. Da wir Löcher durch die Platine bohren, um die Vias zu erstellen, müssen Sie die Platzierung und Größe jedes Lochs in Bezug auf die anderen PCB-Komponenten berücksichtigen. Für einen effizienten Herstellungsprozess ist es gut sicherzustellen, dass alle Durchkontaktierungen auf der Platine dieselbe Größe haben.

Es gibt drei Grundtypen von Vias:Through Vias, Blind Vias und Buried Vias. Ein Through Via verbindet zwei sichtbare Außenschichten. Blind Vias verbinden eine sichtbare Außenschicht mit einer unsichtbaren Innenschicht. Buried Vias verbinden zwei verborgene Innenschichten. Andere Arten von Durchkontaktierungen umfassen thermische Durchkontaktierungen zum Übertragen von Wärme von der oberen Schicht auf die untere oder innere Schicht und Zeltdurchführungen, die mit Lötmasken eingeschlossen sind, um ein Auslaufen elektrischer und thermischer Komponenten zu verhindern. Besprechen Sie unbedingt die Möglichkeiten der Via-Typen, die Sie verwenden möchten, mit Ihrem PCB-Lieferanten, da verschiedene Vias unterschiedliche Strombelastbarkeiten haben.

5. Stromversorgung und thermische Probleme

Während die Platzierung der Komponenten für das Design entscheidend ist, müssen Sie auch die Stromführung berücksichtigen, damit diese Komponenten funktionieren. Stromversorgungs- und Erdungsebenen sollten innerhalb Ihres Boards liegen und zentriert und symmetrisch sein, um ein Verdrehen oder Verbiegen des Boards zu verhindern.

Thermische Probleme betreffen größere Leiterplatten mit höherer Dichte und überhöhten Verarbeitungsgeschwindigkeiten. Um solche Probleme zu vermeiden, muss Ihre Leiterplatte Wärme abführen können. Identifizieren Sie bei der Materialauswahl Komponenten, die viel Wärme erzeugen, und finden Sie Möglichkeiten, Wärme von ihnen abzuleiten. Der Oberflächenbereich um Teile, die schnell heiß werden, ist eine entscheidende Überlegung beim Layout-Design, da sie Platz zum Abkühlen benötigen. Sie können erwägen, Kühlkörper, Lüfter und thermische Entlastungen einzubeziehen. Einige Stellen, an denen Wärmereserven hinzugefügt werden können, sind Durchkontaktierungen, um die Wärmeableitung durch die PCB-Schichten zu verlangsamen.

Es beeinflusst die Signalintegrität. Sie sollten mit elektrischen Problemen wie elektromagnetischen Interferenzen in elektronischen Geräten rechnen. Um sicherzustellen, dass Ihre Leiterplatte solche Probleme nicht verursacht, vermeiden Sie es, Leiterbahnen parallel zueinander zu verlegen. Achten Sie bei Schallplatten, die sich überkreuzen müssen, darauf, dass sie rechtwinklig sind, um Kapazität und gegenseitige Induktivität zu minimieren.

6. Board-Einschränkungen

Zunächst müssen Sie je nach Zweck der von Ihnen entworfenen Leiterplatte die Größe und Form der Platine berücksichtigen. Die Platine ist ein Hauptbestandteil der Leiterplatte, da sie alle anderen Teile enthält. Zu den Faktoren, die die Größe und Form der Leiterplatte bestimmen, gehören die Funktionalität und Größe des Zielprodukts. Beispielsweise erfordern tragbare Produkte wie Aktivitätstracker viel kleinere PCBs im Vergleich zu Fernsehern.

Einige Produkte erfordern Leiterplatten mit mehr Schaltkreisen, als die Platine aufnehmen kann. In solchen Situationen müssen Sie möglicherweise mehrschichtige High-Density-Interconnect-PCBs (HDI-PCBs) verwenden, die es ermöglichen, mehr Funktionalität auf kleinerem Raum unterzubringen. Verbindungen mit hoher Dichte erhöhten die Zuverlässigkeit, da sie eine robuste Verbindung von gestapelten Durchkontaktierungen aufweisen. Ein weiterer Vorteil von HDI-Leiterplatten besteht darin, dass elektrische Signale aufgrund der Nähe der Komponenten weniger Zeit für die Übertragung benötigen.

Probleme mit dem PCB-Layout

PCB-Montagephase. Eine gut gestaltete Platine hilft, Probleme mit dem PCB-Layout zu vermeiden, wie z. B. unzureichende Thermik, unzureichende Ringringe, fehlende Lötmasken, Säurefallen usw. Thermikmangel tritt auf, wenn thermische Entlastungsspuren und zugehörige Kupferebenen unsachgemäß verbunden sind. Fehlende Lötmasken treten wahrscheinlich in eng beabstandeten Platinen auf, während die Stückliste (Bill Of Materials) einer Leiterplatte auf einer Platine montiert wird. Säurefallen können aufgrund von Unterbrechungsspuren von ihren zugewiesenen Netzen offene Schaltkreise auf einer Leiterplatte verursachen. Fehlende Bohrtreffer verursachen Ringringe. Es ist wichtig, die bei der Herstellung von Leiterplatten zu berücksichtigen; Es besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit von Layoutfehlern, die die Funktionalität des Endprodukts stark beeinträchtigen können. Es gibt mehrere PCB-Layoutregeln, um solche Probleme zu vermeiden, die zu Verlusten, schlechten Prototypen und Zeitverschwendung führen.

Schlussfolgerung

In diesem Artikel wurden die verschiedenen Probleme erörtert, die beim Entwerfen einer Leiterplatte zu berücksichtigen sind, sowie einige Probleme, die eine schlecht gestaltete Leiterplatte verursachen kann. Einige der besprochenen Themen umfassen die Platzierung von Komponenten, Platineneinschränkungen, PCB-Aufbau, Material und Komponenten, Leistungs- und thermische Effekte und PCB-Via-Typen.

Um die verschiedenen Komponenten der Leiterplatte zu verbinden, drucken wir Leiterbahnen auf die Platine. Da die Verbindungen intern sind, wird die Komplexität des Gesamtdesigns enorm reduziert. Elemente wie integrierte Schaltkreise, Transistoren und Widerstände werden durch Löten in die Platine eingebaut.

PCBs sind entscheidend für das Funktionieren von IoT-Geräten und Grafikkarten, Motherboards, Netzwerkschnittstellenkarten, Fernsehern, Mobiltelefonen, Tablets und mehr. Mit fortschreitender Technologie entwickelt sich auch die Komplexität eines PCB-Layouts. Vor diesem Hintergrund zahlt sich ein produktionsgerechtes Design mit einer hochwertigen Leiterplatte aus. Ihr Endprodukt soll nicht nur wie erwartet zuverlässig funktionieren, sondern auch im Budget bleiben. Wir hoffen, dass dieser Artikel Sie dabei unterstützt, ein gutes PCB-Layout zu erreichen.