Hoe enkele belangrijke stappen in het ontwerp van printplaten te begrijpen

/0 Reacties/in /door

Hoe enkele belangrijke stappen in het ontwerp van printplaten te begrijpen

Als u geïnteresseerd bent in het ontwerpen van een printplaat, zijn er een aantal belangrijke stappen die u moet kennen. Deze stappen zijn Ideatie, Definitie, Validatie en Plaatsing van componenten. Als u deze stappen begrijpt, kunt u het best mogelijke ontwerp maken.

Idee

Een effectief printplaatontwerp begint met het definiëren van het doel van het apparaat. Het is essentieel om de afmetingen en hoogtebeperkingen van de printplaat af te stemmen op de beoogde componenten. Andere overwegingen zijn de ESR van de componenten bij hoge frequenties en de temperatuurstabiliteit. Daarnaast is het noodzakelijk om de juiste spoorbreedte en -afstand te kiezen. Het niet naleven van deze algemene regel kan leiden tot een explosie van kosten.

Het PCB-ontwerpproces begint met ideevorming, definitie en validatie. Deze stap is cruciaal en vindt plaats voordat een prototype wordt ontworpen of een ontwerp wordt uitgevoerd. Het benadrukt de creativiteit van de ontwerper en zorgt ervoor dat alle hardwarecomponenten op elkaar zijn afgestemd. Het maakt ook onderlinge samenwerking tussen de verschillende teamleden mogelijk, wat resulteert in synergie.

Definitie

Het ontwerp van een PCB is een complex proces. Het omvat het kiezen van de juiste materialen voor de PCB basis, het selecteren van een ontwerpregel en het selecteren van de uiteindelijke afmetingen. De PCB moet ook getest worden om er zeker van te zijn dat hij goed zal functioneren onder de beoogde bedrijfsomstandigheden. Als het ontwerp niet correct wordt uitgevoerd, kan het project mislukken.

De eerste stap in PCB ontwerp is het maken van een set blauwdrukken. Dit gebeurt met behulp van computersoftware. De blauwdrukken dienen als model voor het ontwerp. De ontwerper kan ook een spoorbreedte calculator gebruiken om de binnenste en buitenste lagen te bepalen. De geleidende koperen sporen en circuits worden gemarkeerd met zwarte inkt. De sporen staan bekend als lagen in het PCB ontwerp. Er zijn twee soorten lagen, de buitenste en de binnenste.

Validatie

PCB-printplaten doorlopen validatieprocessen om er zeker van te zijn dat ze correct zijn ontworpen. Deze tests worden uitgevoerd door de structuren van de printplaat te onderzoeken. Deze structuren omvatten sondes en connectoren, evenals de Beatty-standaard voor materiaalparameters. Deze tests worden uitgevoerd om eventuele ontwerpfouten, zoals reflecties, te elimineren.

De printplaten worden vervolgens voorbereid voor productie. Het proces hangt af van het gebruikte CAD-gereedschap en de productiefaciliteit. Meestal gaat het om het genereren van Gerber-bestanden, tekeningen van elke laag. Er zijn verschillende Gerber viewer en verificatieprogramma's beschikbaar, waarvan sommige zijn ingebouwd in CAD-programma's, terwijl andere standalone toepassingen zijn. Een voorbeeld is ViewMate, dat gratis te downloaden en te gebruiken is.

Het validatieproces omvat ook het testen van het apparaat. Het ontwerp wordt getest met een prototype om er zeker van te zijn dat het voldoet aan de verwachte respons. Daarnaast wordt het circuit geanalyseerd om te bepalen of het ontwerp stabiel is. De resultaten van deze test bepalen of er wijzigingen nodig zijn. Sommige wijzigingen moeten worden aangebracht om het ontwerp te verbeteren en ervoor te zorgen dat het voldoet aan de specificaties van de klant.

Plaatsing van onderdelen

Componenten op printplaten kunnen op verschillende manieren geplaatst worden. U kunt ze boven of onder een ander component plaatsen, of u kunt een combinatie van deze methodes gebruiken. Plaatsingen kunnen netjes gemaakt worden door componenten uit te lijnen door Align Top of Align Bottom te kiezen. Je kunt componenten ook gelijkmatig over het bord verdelen door ze te selecteren en er met de rechtermuisknop op te klikken. Je kunt ook componenten naar de boven- of onderkant van de printplaat verplaatsen door op L te drukken.

Bij het ontwerpen van PCB's is de plaatsing van componenten cruciaal. In het ideale geval worden componenten aan de bovenkant van de printplaat geplaatst. Als het component echter een lage thermische dissipatie heeft, kan het aan de onderkant worden geplaatst. Het is ook aan te raden om gelijkaardige componenten samen te groeperen en ze in een gelijke rij te plaatsen. Bovendien moet je ontkoppelingscondensatoren in de buurt van actieve componenten plaatsen. Bovendien moet je connectoren plaatsen volgens de ontwerpvereisten.

Diëlektrisch doorslagspanning

Of u nu uw eigen PCB ontwerpt of een PCB van een fabrikant betrekt, er zijn verschillende stappen die u moet kennen. Enkele van deze stappen zijn: de elektrische componenten en lay-out van de PCB testen op functionaliteit. Dit wordt gedaan door een reeks tests uit te voeren in overeenstemming met de IPC-9252 normen. Twee van de meest voorkomende tests zijn isolatie- en circuitcontinuïteitstests. Deze tests controleren of er geen ontkoppelingen of kortsluitingen zijn in de printplaat.

Nadat het ontwerpproces is voltooid, is het belangrijk om rekening te houden met de thermische uitzetting en de thermische weerstand van de componenten. Deze twee gebieden zijn belangrijk omdat de thermische uitzetting van de printplaatcomponenten toeneemt wanneer het warmer wordt. De Tg van de componenten van een printplaat moet hoog genoeg zijn om te voorkomen dat de componenten beschadigd of vervormd raken. Als de Tg te laag is, kunnen de componenten voortijdig defect raken.

Interferentiemaatregelen bij het ontwerp van printplaten

/0 Reacties/in /door

Interferentiemaatregelen bij het ontwerp van printplaten

Als je op zoek bent naar maatregelen tegen interferentie bij het ontwerp van printplaten, dan ben je hier aan het juiste adres. Deze maatregelen omvatten afscherming, aarding, transmissielijnen en laagdoorlaatfilters. Deze maatregelen kunnen EMI en ruis helpen voorkomen en de prestaties van uw elektronische producten verbeteren.

Afscherming

Afscherming is een belangrijk onderdeel van het ontwerpproces van printplaten. Het voorkomt dat EMI, of elektromagnetische interferentie, interfereert met de printplaat. EMI wordt veroorzaakt door elektrische signalen die vaak een hogere frequentie hebben dan de printplaat zelf. Metalen schilden of blikken op de printplaat helpen dit soort interferentie te blokkeren. Afscherming is een belangrijk aspect van PCB-ontwerp, ongeacht of de printplaat ontworpen is voor analoge of digitale schakelingen.

Meestal bestaat het afschermingsmateriaal uit meerdere koperlagen. Deze koperlagen zijn met elkaar verbonden door middel van gestikte vias en de afschermingslaag zit ertussen geklemd. Een massieve koperlaag biedt een hogere afscherming, terwijl koperen lagen met kruisgleufjes afscherming bieden zonder de flexibiliteit in gevaar te brengen.

Afschermingsmaterialen zijn vaak gemaakt van koper of tin. Deze metalen zijn nuttig voor het afschermen van circuits, omdat ze ze isoleren van de rest van de printplaat. Afscherming kan ook de dikte van een flexibel circuit veranderen. Hierdoor kan de buigcapaciteit afnemen. Afschermingsmaterialen moeten zorgvuldig gekozen worden, omdat er bepaalde grenzen zijn aan hoe flexibel een printplaat kan zijn.

Aarding

Aarding bij het ontwerp van printplaten is belangrijk om de signaalintegriteit te behouden en EMI te minimaliseren. Een referentie-aardingsvlak biedt een schoon retourpad voor signalen en schermt hogesnelheidscircuits af van EMI. Een goede PCB-aarding kan ook helpen bij stroomcircuits. Er zijn echter verschillende factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij het PCB circuitontwerp voordat u begint.

Isoleer eerst de analoge massapunten van de voedingsprint. Dit kan spanningspieken op de voedingsprint voorkomen. Verdeel bovendien ontkoppelcondensatoren over de printplaat. Voor digitale componenten gebruikt u best een ontkoppelcondensator met dezelfde waarde als de voedingsprintplaat. Ten tweede, vermijd het verdelen van de massaplaat over meer dan één laag, wat de lusoppervlakte zal vergroten.

Massaplaten mogen niet te dicht bij de elektronische componenten liggen. Elektromagnetische inductie (EMI) zorgt ervoor dat signalen gekoppeld worden als twee sporen te dicht bij elkaar geplaatst worden. Dit fenomeen staat bekend als overspraak. Aardvlakken zijn ontworpen om overspraak te minimaliseren en EMI te verminderen.

Transmissielijnen

Transmissielijnen zijn belangrijk voor het ontwerp van printplaten omdat ze de functionaliteit van de printplaat kunnen beïnvloeden. De eigenschappen van een transmissielijn omvatten karakteristieke impedantie en voortplantingsvertraging. Als deze parameters niet onder controle zijn, kunnen ze signaalreflecties en elektromagnetische ruis veroorzaken. Dit vermindert de signaalkwaliteit en kan de integriteit van de printplaat in gevaar brengen.

Transmissielijnen kunnen verschillende vormen hebben, waaronder striplijnen en coplanaire golfgeleiders. Elk type transmissielijn heeft een karakteristieke impedantie, die bepaald wordt door de breedte en dikte van de geleidende strip. In tegenstelling tot andere typen transmissielijnen hebben striplijnen geen enkele massaplaat nodig, omdat hun geleidende strip tussen twee verschillende lagen kan liggen.

Een ander type transmissielijn zijn microstrips, die meestal gebruikt worden op de buitenste laag van een printplaat. Deze types sporen hebben een hoge karakteristieke impedantie, die varieert met de frequentie. Dit verschil in impedantie leidt tot weerkaatsing van het signaal, dat de andere kant op gaat. Om dit effect te vermijden, moet de impedantie gelijk zijn aan de uitgangsimpedantie van de bron.

Laagdoorlaatfilters

Laagdoorlaatfilters worden gebruikt om signalen, zoals radiogolven, bij lage frequenties te filteren. Het gebruik van condensatoren als laagdoorlaatfilters in een printplaatontwerp kan de prestaties van een schakeling verbeteren. Het is echter niet altijd mogelijk om printplaatmateriaal van Rogers 4003 te gebruiken en het is niet altijd op de markt verkrijgbaar.

Ferrieten worden vaak gebruikt als laagdoorlaatfilters, maar dit materiaal is gevoelig voor verzadiging wanneer het wordt blootgesteld aan gelijkstroom. Daarom is het niet altijd mogelijk om het als een laagdoorlaatelement te gebruiken als de impedantie van het circuit hoger is dan de impedantie van het ferriet.

Hoe PCB-lagen gebruiken om EMF-straling te beheersen

/0 Reacties/in /door

Hoe PCB-lagen gebruiken om EMF-straling te beheersen

Een gelaagde printplaat is een van de beste manieren om EMC te verminderen en EMF-emissies onder controle te houden. Het is echter niet zonder risico's. Het ontwerp van een PCB met twee signaallagen kan resulteren in onvoldoende printplaatruimte voor het routeren van de signalen, waardoor het PWR-vlak wordt opgesneden. Het is daarom beter om de signaallagen tussen twee gestapelde geleidende vlakken te plaatsen.

Gebruik van een 6-lagige PCB-stackup

Een 6-laags PCB-stackup is effectief voor het ontkoppelen van hoge-snelheidsignalen en lage-snelheidsignalen en kan ook worden gebruikt om de stroomintegriteit te verbeteren. Door een signaallaag tussen het oppervlak en de geleidende lagen aan de binnenkant te plaatsen, kan EMI effectief onderdrukt worden.

De plaatsing van de voeding en aarde op de 2e en 5e laag van de printplaatstapel is een kritieke factor bij het beheersen van EMI-straling. Deze plaatsing is voordelig omdat de koperweerstand van de voeding hoog is, wat de controle van common-mode EMI kan beïnvloeden.

Er zijn verschillende configuraties van 6-layer PCB stackups die nuttig zijn voor verschillende toepassingen. Een 6-laags PCB-stackup moet worden ontworpen voor de juiste specificaties van de toepassing. Daarna moet het grondig getest worden om de functionaliteit te garanderen. Daarna wordt het ontwerp omgezet in een blauwdruk die het productieproces zal begeleiden.

Vroeger waren PCB's enkellaagse printplaten zonder vias en met kloksnelheden van honderd kHz. Tegenwoordig kunnen ze tot 50 lagen bevatten, met componenten tussen de lagen en aan beide zijden. De signaalsnelheden zijn gestegen tot meer dan 28 Gb/S. De voordelen van solid-layer stackup zijn talrijk. Ze kunnen straling verminderen, overspraak verbeteren en impedantieproblemen minimaliseren.

Een bord met kernlaag gebruiken

Het gebruik van een PCB met kernlaminaat is een uitstekende manier om elektronica te beschermen tegen EMI-straling. Dit type straling wordt veroorzaakt door snel veranderende stromen. Deze stromen vormen lussen en stralen ruis uit wanneer ze snel veranderen. Om de straling onder controle te houden, moet je een kerngelamineerde printplaat gebruiken met een lage diëlektrische constante.

EMI wordt veroorzaakt door verschillende bronnen. De meest voorkomende is breedband EMI, die optreedt via radiofrequenties. Het wordt geproduceerd door een aantal bronnen, waaronder circuits, elektriciteitsleidingen en lampen. Het kan industriële apparatuur beschadigen en de productiviteit verlagen.

Een kerngelamineerde printplaat kan EMI-reducerende circuits bevatten. Elk EMI-reducerend circuit bestaat uit een weerstand en een condensator. Het kan ook een schakelapparaat bevatten. De besturingseenheid bestuurt elk EMI-reductiecircuit door selectie- en besturingssignalen naar de EMI-reductiecircuits te sturen.

Impedantie mismatching

PCB gelaagde stapelingen zijn een geweldige manier om de EMI-controle te verbeteren. Ze kunnen helpen om elektrische en magnetische velden binnen de perken te houden en elektromagnetische velden te minimaliseren. De beste stapeling heeft solide voedings- en aardingsvlakken op de buitenste lagen. Componenten verbinden met deze vlakken is sneller en eenvoudiger dan het routeren van stroombomen. Maar daar staan hogere complexiteit en productiekosten tegenover. Meerlagige PCB's zijn duur, maar de voordelen wegen op tegen de afweging. Voor de beste resultaten werkt u samen met een ervaren PCB-leverancier.

Het ontwerpen van een gelaagde printplaat is een integraal onderdeel van het signaalintegriteitsproces. Dit proces vereist een zorgvuldige afweging van mechanische en elektrische prestatievereisten. Een PCB-ontwerper werkt nauw samen met de fabrikant om de best mogelijke PCB te maken. Uiteindelijk moet de PCB laagopbouw in staat zijn om alle signalen succesvol te routeren, de regels voor signaalintegriteit intact te houden en adequate voedings- en aardlagen te bieden.

Een gelaagde printplaat kan helpen om EMI-straling te verminderen en de signaalkwaliteit te verbeteren. Het kan ook een ontkoppelende stroombus bieden. Hoewel er niet één oplossing is voor alle EMI-problemen, zijn er verschillende goede opties voor het optimaliseren van gelaagde printplaten.

Sporen scheiden

Een van de beste manieren om EMI-straling onder controle te houden is het gebruik van layer stack up in PCB-ontwerpen. Bij deze techniek worden het grondvlak en de signaallagen naast elkaar geplaatst. Hierdoor kunnen ze fungeren als schilden voor de binnenste signaallagen, wat helpt bij het verminderen van common-mode straling. Bovendien is een gelaagde stapeling veel efficiënter dan een enkelvlaks PCB als het gaat om thermisch beheer.

Een gelaagd PCB-stapelontwerp is niet alleen effectief om EMI-straling in te dammen, maar helpt ook om de componentendichtheid te verbeteren. Dit wordt gedaan door ervoor te zorgen dat de ruimte rond de componenten groter is. Dit kan ook common-mode EMI verminderen.

Om EMI-straling te verminderen, moet een PCB-ontwerp vier of meer lagen hebben. Een printplaat met vier lagen produceert 15 dB minder straling dan een printplaat met twee lagen. Het is belangrijk om de signaallaag dicht bij het voedingsvlak te plaatsen. Het gebruik van goede software voor PCB-ontwerp kan helpen bij het kiezen van de juiste materialen en het uitvoeren van impedantieberekeningen.

De chiponderdelen solderen

/0 Reacties/in /door

De chiponderdelen solderen

Handsolderen

Bij solderen met de hand wordt warmte en druk op het onderdeel uitgeoefend om een sterke verbinding te vormen. In tegenstelling tot golf- of reflow-soldeermachines wordt solderen met de hand gedaan door iemand met een soldeerbout en een soldeerstation. Met de hand solderen kan worden uitgevoerd op kleinere componenten of voor reparaties en nabewerkingen.

Om te beginnen met solderen, houdt u de punt van de soldeerbout op de lead of het contactpunt van de chip. Vervolgens raakt u de punt van de soldeerdraad aan de afleiding. Verwarm vervolgens de afleiding en het soldeer totdat het soldeer vloeit. Zorg ervoor dat het soldeer de hele lead of het contactpunt bedekt. Houd de warmte niet te lang vast aan één kant van de chip om grafstenen te voorkomen. Anders vloeit het soldeer terug naar de andere kant.

Het handsoldeerproces is meestal de laatste stap van prototype-assemblage. Als u een Thermaltronics soldeerbout gebruikt, kunt u fijne details afwerken op zowel through-hole als surface-mount componenten. Wanneer u met de hand soldeert, kunt u het beste een temperatuurgeregelde soldeerbout gebruiken. Met een niet-temperatuurgeregelde soldeerbout kunt u geen betrouwbare elektrische verbindingen maken.

Gaatjes solderen

Through-hole solderen is een proces waarbij een component met looddraden wordt samengevoegd. De draden worden in de gaten gestoken met een tang die tegen de behuizing van het onderdeel wordt gehouden. Het is belangrijk om lichte druk uit te oefenen op de draden wanneer ze in de doorvoergaten worden gestoken. Dit proces zorgt ervoor dat de draden van de chipcomponenten niet te veel worden uitgerekt. Overmatig uitrekken kan de plaatsing van andere componenten op de printplaat beïnvloeden. Bovendien kan dit het uiterlijk van het hele soldeerproces beïnvloeden.

Voor het solderen is het belangrijk om het oppervlak van de chipcomponent schoon te maken. Om een chipcomponent schoon te maken, kunt u een 3M Scotch-Brite Pad of fijne staalwol gebruiken. Het is belangrijk om het juiste soldeervloeimiddel te gebruiken omdat in water oplosbaar vloeimiddel de printplaat of het doorvoergatcomponent kan oxideren.

Loodvrij solderen

Loodvrij solderen is een proces waarbij loodvrij soldeer en een soldeerbout met een hoger vermogen worden gebruikt. Voor optimale prestaties moet de soldeertemperatuur hoog genoeg zijn om voldoende warmte over te brengen naar de chipcomponent. De vereiste temperatuur hangt af van het volume van de component, de thermische massa en de toleranties van de printplaat.

De eerste stap naar loodvrij solderen is bepalen of de chipcomponenten compatibel zijn met loodvrij soldeer. Het proces is niet zonder complicaties. Sommige chipcomponenten zijn gecoat met een tin-loodlegering om ze soldeerbaar te maken. Dit type coating is echter in strijd met de milieuwetgeving. Gelukkig hebben sommige chipfabrikanten manieren gevonden om loodvrij soldeer te gebruiken met tin-lood componenten. Dit staat bekend als achterwaartse compatibiliteit.

Een andere manier om chiponderdelen loodvrij te maken is het gebruik van nikkellood. Nikkel-lood wordt al jaren gebruikt met tin-lood soldeer. Een andere optie is Ni-Pd-Au soldeer. Ni-Pd-Au is echter niet op dezelfde manier bevochtigbaar als tin.

Vloeimiddel in loodvrij soldeer

Flux is een voorbewerkingsmiddel dat tijdens het soldeerproces wordt gebruikt. Flux bevordert metallurgische bindingen tussen chipcomponenten, zodat de soldeerverbindingen niet breken of schommelen als reactie op stress. Het verwijdert ook oxidatie van oppervlakken, wat het bevochtigen, het proces waarbij soldeer over het oppervlak vloeit, vergemakkelijkt.

Fluxresten kunnen leiden tot corrosie en dendritische groei op printplaten. Na het solderen van chipcomponenten moeten de resten verwijderd worden met een goede fluxverwijderaar. Voor het beste resultaat moet u de printplaat tijdens het reinigen schuin houden zodat het overtollige oplosmiddel van de printplaat loopt. Een pluisvrij doekje of een paardenharen borstel kan gebruikt worden om de print voorzichtig schoon te schrobben.

Vloeimiddel is een belangrijk bestanddeel van loodvrij soldeer. Het reinigt het metaaloppervlak voor een goede metallurgische verbinding. Slechte soldeerverbindingen kunnen leiden tot kostbare defecten aan onderdelen. Gelukkig is vloeimiddel een chemisch reinigingsmiddel dat kan worden aangebracht voor het solderen en tijdens het proces zelf.

Overtollig soldeer verwijderen

Bij het solderen van chipcomponenten is het vaak nodig om overtollig soldeer te verwijderen. Maar het kan moeilijk zijn om het reeds aangebrachte soldeer te verwijderen. Als het eenmaal op het onderdeel zit, is het soldeer al twee of drie keer verhit. Elke verhitting verandert de fysieke samenstelling van het metaal. Hierdoor wordt het soldeer steeds brozer. Om dit te voorkomen kun je het beste het oude soldeer verwijderen en vervangen door nieuw soldeer.

Een andere optie is om een soldeervlecht te gebruiken om overtollig soldeer van de chipcomponent te verwijderen. Leg hiervoor een soldeervlecht over de component, houd de soldeerbout tegen de vlecht en wacht een paar seconden. Verwijder daarna de soldeervlecht.