Независимо от того, простая это плата или сложная, хороший дизайн печатной платы гарантирует, что она будет функционировать должным образом и может быть изготовлена в больших количествах. В этом блоге мы собрали 10 рекомендаций по проектированию печатных плат, которые применимы к большинству стандартных печатных плат. Эти правила охватывают ключевые аспекты, включая технологичность, расположение слоев, размещение компонентов, управление тепловым режимом и т. д. Они помогут проектировщикам создавать высокопроизводительные и надежные печатные платы в 2025 году.
Правило 1: Обеспечьте технологичность при проектировании печатных плат
Когда речь заходит о рекомендациях по проектированию печатных плат, первым важным фактором является технологичность. Даже если конструкция идеальна, ее нельзя считать действительно успешной, если она сложна в производстве. Конструкторы должны учитывать такие факторы, как возможности производственного оборудования, доступность материалов и простота сборки.
Правило 2: Стратегический план сложения печатных плат
Одним из важных правил в рекомендациях по проектированию печатных плат является стратегическое планирование слоевого построения печатной платы. Каждый слой имеет свою специфическую функцию. Расположение этих слоев влияет не только на эстетику, но и на производительность. Хорошо спланированное слоевое построение может минимизировать электромагнитные помехи (EMI) и сохранить целостность сигнала.
Ключом к обеспечению целостности сигнала является сохранение его формы и синхронизации. Этого можно достичь за счет тщательно спроектированной сборки, которая минимизирует потери сигнала и перекрестные помехи. Кроме того, электромагнитные помехи могут повредить ваши схемы. Однако хорошо спроектированная сборка может помочь контролировать ЭМИ за счет обеспечения экранирования и путей возврата тока.
Правило 3: Разделение аналоговых и цифровых блоков
Иногда аналоговые и цифровые сигналы могут проходить по одной и той же печатной плате. Если эти сигналы смешаны, они используют один и тот же путь возврата тока. Шумы от цифровых схем могут создавать помехи для аналоговых схем, вызывая искажение сигнала и ухудшение характеристик. Правильное разделение аналоговых и цифровых модулей в макете позволяет обеспечить стабильность и надежность схемы. Вот несколько полезных рекомендаций:
- Размещайте чувствительные компоненты (эталон напряжения и усилители) на аналоговой плоскости. Аналогично, размещайте шумовые компоненты (блоки синхронизации и логического управления) на цифровой плоскости.
- Один смешанный сигнал АЦП (аналогово-цифровой преобразователь) или низкотоксичный ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) можно разместить на аналоговой плоскости. Для нескольких высокоточных АЦП/ЦАП рекомендуется разделить цифровые и аналоговые источники питания.
- Микроконтроллеры и микропроцессоры должны размещаться рядом со связанными модулями, а также в центре печатной платы, чтобы облегчить отвод тепла и прокладку трассировок.
Правило 4: Грамотно планируйте размещение компонентов
Размещение компонентов напрямую влияет на производительность схемы, технологичность и доступность. В этом процессе вы можете столкнуться с различными проблемами и должны учитывать многие рекомендации по проектированию печатных плат. Ниже приведены некоторые важные правила:
- Сначала разместите важные и необходимые компоненты, а затем другие детали, чтобы избежать механических ограничений корпуса или размера.
- Для высокоскоростных, аналоговых и силовых схем рекомендуется размещать компоненты близко друг к другу, чтобы обеспечить короткие и прямые трассы.
- Крупные интегральные схемы и процессоры рекомендуется размещать по центру, чтобы упростить трассировку.
- Размещайте все SMD-компоненты на одной стороне, чтобы упростить сборку и снизить затраты.
- Для обеспечения технологичности изготовления избегайте размещения компонентов слишком близко друг к другу, чтобы не затруднить автоматическую сборку.
- Доступность также имеет решающее значение. Компоненты должны быть легко доступны для тестирования, доработки и т. д.
Правило 5: Проектирование для эффективного управления тепловым режимом
Эффективный дизайн системы управления тепловым режимом может обеспечить надежность компонентов и продлить их срок службы. Ниже приведены некоторые рекомендации по проектированию печатных плат для отвода тепла:
Тепловые перемычки: они обеспечивают эффективный тепловой путь от компонентов к окружающему материалу печатной платы.
Радиаторы: они устанавливаются на компонентах высокой мощности для снижения их рабочей температуры и предотвращения перегрева.
Медные заливки: для более равномерного рассеивания тепла эффективно использовать большие медные заливки на слое питания и слое заземления.
Материалы с высокой теплопроводностью: для облегчения рассеивания тепла можно также использовать материалы для печатных плат с отличной теплопроводностью, в том числе керамические подложки или алюминий.
Правило 6: Оптимизируйте трассировку дорожек для поддержания целостности сигнала
Тщательная прокладка трасс имеет важное значение для надежной работы печатной платы и высокого качества сигнала. Вот основные рекомендации по проектированию печатных плат, которые следует иметь в виду:
Длина трассы: делайте трассы как можно короче и прямее, чтобы минимизировать перекрестные помехи и сохранить надлежащее расстояние.
Ширина трассы: поддерживайте одинаковую ширину трассировки в пределах одной сети, чтобы сохранить равномерное сопротивление и минимизировать отражения.
Углы трассировки: настоятельно рекомендуется использовать плавные изгибы под углом 135 градусов, а не прямые или острые углы в трассировках, так как они могут излучать шумы и ухудшать производительность.
Обратные пути: обеспечьте четкие и короткие обратные пути для сигналов на опорных плоскостях, чтобы сохранить целостность сигнала.
Ортогональная трассировка: чтобы минимизировать перекрестные помехи, трассируйте трассы на соседних слоях в ортогональных направлениях.
Правило 7: Правильно расположите плоскости питания и заземления
Плоскости питания и заземления обычно располагаются на внутренних слоях, сохраняя симметрию и центрированность. Для печатных плат с минимум 4 слоями используйте полную плоскость заземления, а не отдельную трассу заземления. Для компонентов, требующих прямого подключения к источнику питания, можно использовать общую шину питания, если нет специальной плоскости питания. Однако избегайте последовательного подключения источников питания. Кроме того, важно обеспечить достаточную ширину трасс. Узкие дорожки могут нагреваться или даже перегорать при прохождении сильного тока.
Правило 8: Оптимизируйте компоновку панели печатной платы для производства
При проектировании печатных плат правильная оптимизация компоновки панели печатной платы может помочь снизить производственные затраты и повысить эффективность производства. Свяжитесь с производителем печатных плат, чтобы узнать рекомендуемые размеры панелей, а затем соответствующим образом скорректируйте свой проект. Вы должны применять компоновку, которая соответствует предпочтительным размерам панелей производителя, повторяя проект, когда это возможно.
Правило 9: Используйте трафаретную печать для повышения эффективности
Шелкография используется для нанесения различной информации на печатные платы и играет важную роль в сборке и обслуживании. Четкий и хорошо продуманный дизайн шелкографии может указывать положение компонентов, полярность, ориентацию, индикаторы тестовых точек, информацию о производителе, версию платы и т. д. Это помогает сборщикам быстро находить компоненты, эффективно выполняя установку и пайку. Кроме того, шелкография может облегчить последующую отладку и ремонт. Важно отметить, что шелкография не должна закрывать паяльные площадки и должна оставаться четкой и легко читаемой.
Правило 10: Регулярно проводите проверки
Прежде чем переходить к производству, лучше регулярно и неоднократно проверять дизайн. Любые ошибки могут повлиять на последующее производство и сборку. Мы рекомендуем всегда выполнять DRC и ERC в процессе проектирования, чтобы убедиться в правильности вашего дизайна. Запуск DRC занимает всего немного времени, но позволяет значительно сэкономить время на последующей отладке и внесении изменений. Кроме того, постоянная проверка — это хорошая привычка, которую стоит сохранить.
Заключение
Изучив эти 10 основных рекомендаций по проектированию печатных плат, дизайнеры и инженеры могут оптимизировать процесс проектирования, получая надежные и высокопроизводительные печатные платы. На практике эти правила могут обеспечить бесперебойное производство и стабильную работу. Однако для некоторых специальных и сложных печатных плат нам также необходимо следовать дополнительным и специальным рекомендациям по проектированию печатных плат, чтобы соответствовать требованиям к производительности и надежности.
