Основные правила компоновки и подключения компонентов

Существуют некоторые основные правила, которых следует придерживаться при проектировании разводки. К ним относятся расположение плоскостей питания и заземления внутри платы, избегание перекрестных сетей и размещение наиболее важных компонентов в первую очередь. Также следует стараться размещать ИС и крупные процессоры внутри платы. Соблюдение этих правил позволит вам без труда спроектировать и создать печатную плату.

Избегайте пересечения сетей

При соединении компонентов между собой необходимо избегать пересечения сеток. Если имеются межсоединения, убедитесь, что они расположены на достаточном расстоянии друг от друга, чтобы избежать пересечения сетей. Другой способ избежать пересечения сетей - расположить положительный вывод одной ИС впереди отрицательного вывода другой ИС. Таким образом можно избежать пересечения сетей на печатной плате.

Размещение крупных процессоров и ИС внутри платы

Микропроцессоры, ИС и другие крупные электронные компоненты являются сердцем большинства схем. Они распространены повсеместно и встречаются практически на каждой печатной плате. Они могут быть как простыми устройствами с несколькими транзисторами, так и сложными - с миллионами и даже миллиардами транзисторов. Существует множество типов ИС, включая 8-разрядные микроконтроллеры, 64-разрядные микропроцессоры и современные пакеты.

Избегайте размещения виа на плоскостях питания и заземления

Размещение виасов на плоскостях питания и заземления создает пустоты, которые могут привести к образованию горячих точек в схеме. По этой причине сигнальные линии лучше располагать подальше от этих плоскостей. Общее эмпирическое правило - размещать межслойные перегородки на расстоянии 15 миль друг от друга. Кроме того, при размещении сигнальных линий необходимо обеспечить 1350 изгибов на один виа.

В типичной системе распределения питания печатной платы силовые и земляные плоскости располагаются на внешних слоях. Эти слои характеризуются низкой индуктивностью и высокой емкостью. В высокоскоростных цифровых системах могут возникать коммутационные помехи. Чтобы уменьшить этот эффект, используйте для электрических соединений терморазгрузочные прокладки.

Избегайте размещения виа на трассах

При разводке компонентов важно избегать размещения диафрагм на трассах. Виасы - это просверленные в плате отверстия, через которые проходят тонкие медные провода и припаиваются с обеих сторон. В идеале виасы должны располагаться на расстоянии не менее одной восьмой длины волны от трасс. Такая практика позволит снизить рабочую температуру ИС и сделать конструкцию более надежной.

Виасы очень удобны для перемещения сигналов с одного слоя на другой. В отличие от трасс, идущих от слоя к слою, их легко обнаружить при необходимости внесения изменений в конструкцию. Виасы являются универсальными элементами разводки печатной платы, обеспечивая электрическую связь между слоями. Кроме того, они служат эффективным инструментом для отвода тепла с одной стороны платы на другую.

3 основные причины и меры по устранению недостатков паяльной пасты при проектировании печатных плат

There are several causes and countermeasures for solder paste deficiency in a PCB design. These include cold solder joints, inaccurate placement, too much heat during soldering, and chemical leakage. Here are some of the most common causes and how to resolve them.

Cold solder joints

In order to avoid the formation of cold solder joints, PCB designers must design the PCB in such a way that all of the components are placed in similar orientations and have good component footprints. This helps to avoid problems with thermal imbalances and asymmetry in solder joints. Also, it is important to design PCBs in such a way that each component is positioned on a D-shaped pad. It is also important to avoid the use of tall components since they create cold zones in the PCB design. Moreover, components near the edge of the board are more likely to get hotter than those in the center.

A faulty solder joint can be a result of a variety of factors, including the lack of flux or a poorly bonded joint. A clean work area is essential for good solder joint quality. It is also important to re-tin the soldering tip to prevent oxidation.

Утечка химикатов

If you are a designer of PCBs, you may be interested in learning how to avoid chemical leakage. This problem is caused by solder balls, which appear as small spheres of solder that adhere to the surface of a PCB’s laminate, resist, or conductor. Due to the heat generated, the moisture near the through holes in a PCB can turn to steam and extrude the solder.

Solder bridging is another problem caused by a deficiency of solder paste. When solder cannot separate from a lead before solidifying, it forms a short circuit. While the shorts are often invisible, they can wreak havoc on a component. Several factors can cause this problem, including the number of pins on a PCB, the distance between them, and the reflow oven’s setting. In some cases, a change in materials can also cause solder bridging.

Too much heat during soldering

Solder paste can be prone to deformities when it reaches a certain temperature during soldering. Too much heat during soldering can result in solder balling and discrete deformities. Too much solder paste can also lead to too much flux outgassing. These factors can contribute to solder balling and deformities in PCB design.

Solder paste should never interact with moisture or humidity. The solder mask must be correctly positioned and the stencil bottom should be cleaned regularly. Another common PCB design error is known as the tombstone effect, or “Manhattan effect,” caused by force imbalances during soldering. The effect resembles the shape of a tombstone in a cemetery. However, it represents a defunct PCB design with an open circuit.

Cleaning the material properly after drilling

Solder paste deficiency is the result of a material being improperly cleaned after drilling. Solder wire should be at the correct temperature and ideally be completely wetted with the pads and pins. If the solder is not adequately wetted, it may lead to the formation of a solder bridge or other defects. The right amount of solder is necessary to wet the pads and pins evenly. If it is not, it can form a metal oxide layer on the bonded object. This can be fixed by cleaning the material well and by using the right soldering iron.

Insufficient solder can cause several problems with the circuit board. Inadequate solder can cause a sand hole, broken line, “blow hole” or “solder joint void.” Insufficient solder paste can also lead to the removal of tin from components. It’s essential to avoid such problems by following the PCB design process.

Preventive measures

Solder bridging occurs when solder gets into a space it shouldn’t. Solder bridging can be prevented by using larger component leads. When pads are too small, the solder has to wet a larger area and flow a smaller volume up the lead. This results in solder balls that form and cause shorts. It is important to place pads at optimal positions and use proper solder paste in the soldering process.

A lack of solder paste on the board can also cause component leads to be warmer than pads because component leads have less thermal mass and a higher flow of air around them. Increasing the soak time of solder paste will prevent this issue and equalize temperatures across the assembly. It also reduces the tendency for solder to flow towards warmer surfaces. Another prevention method is to optimize the stencil design to minimize the amount of solder paste on trouble areas. In addition to using a stencil, ensuring that the components are not damaged before placement can help reduce solder paste in problematic areas. Copper balancing can also be used to even out the heating and cooling of the PCB.

Как обеспечить защиту от электростатического разряда при монтаже СМТ

Электростатическое повреждение является одной из основных причин отказа устройств. Оно является причиной прямых отказов до 10% электронных устройств. Оно может вызывать проблемы на всех этапах процесса SMT-сборки. К счастью, существуют способы защиты от этой проблемы.

Защитный материал от статического электричества

Крайне важно защитить электронные компоненты от электростатического разряда (ESD), который может привести к их повреждению и выходу из строя. Статическое электричество может возникнуть в любое время и в любом месте и часто вызывается трением. Важно защитить электронные устройства в процессе SMT-сборки, чтобы сохранить их оптимальную производительность и надежность. Защитные материалы от статического электричества следует использовать с самого начала процесса сборки и продолжать после его завершения.

RH производственной среды также играет важную роль в возникновении ESD, поэтому необходимо тщательно контролировать RH на заводе. Если RH поддерживается неправильно, это может привести к очень высоким уровням ESD. Рекомендуется также хранить материалы с высоким уровнем статического электричества вдали от сборочной линии. Чтобы защитить электронику от ESD, в процессе сборки следует использовать материалы, защищающие от статического электричества.

Компоненты для подавления электростатических разрядов

Для предотвращения повреждений от электростатического разряда в процессе SMT-монтажа компоненты следует хранить и транспортировать в ESD-защищенных пакетах. Для выполнения таких работ настоятельно рекомендуется привлекать профессиональных сборщиков.

Для предотвращения статического электричества работники, выполняющие монтаж, должны носить антистатическую одежду. Они также не должны прикасаться к компонентам острыми предметами. Антистатическая одежда также может служить заземляющим контуром для электронных устройств. Помимо токопроводящей одежды, для снижения риска возникновения статического электричества персонал, выполняющий монтаж, должен надевать защитный костюм и обувь. Важно также свести к минимуму использование изоляционных материалов.

Статическое электричество может возникать из-за металлических компонентов, которые проводят электростатический заряд. Оно также может быть вызвано индукцией или статическим электричеством тела. Его воздействие может быть вредным, особенно для электронных компонентов.

Защитная пена от статического электричества

Электростатический разряд (ESD) может привести к дорогостоящему повреждению электроники. Хотя существуют способы предотвращения этого, невозможно защитить каждое устройство от воздействия ESD. К счастью, для защиты чувствительных компонентов существуют антистатические пены, также известные как пены для защиты от электростатического разряда.

Для минимизации рисков, связанных с электростатическим разрядом, используйте защитную упаковку для электронных компонентов. Убедитесь, что упаковка имеет соответствующее поверхностное и объемное сопротивление. Она также должна быть устойчива к эффекту трибоэлектрического заряда при перемещении во время транспортировки. Обычно компоненты, чувствительные к электростатике, поставляются в черном токопроводящем пенопласте или антистатическом пакете. Антистатические пакеты содержат частично проводящий пластик, выполняющий роль клетки Фарадея.

Статическое электричество является распространенной проблемой в процессе SMT-сборки. Оно является побочным продуктом трения и может привести к выходу компонентов из строя. Движение человека создает статическое электричество, напряжение которого может составлять от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт. Это повреждение может повлиять на электронные компоненты, полученные в результате SMT-сборки, и привести к их преждевременному выходу из строя.

Мешки ESD

При работе с электроникой важно использовать защитную упаковку ESD при транспортировке и хранении уязвимых изделий. ESD-защита позволяет минимизировать риск поражения электрическим током и ожогов, а также обеспечивает защиту при транспортировке и хранении. Защитная упаковка также может защитить детали и компоненты, пока они не используются, например, при транспортировке на завод и обратно.

При работе с печатными платами важно следовать инструкциям производителя и соблюдать его рекомендации. Это очень важно, так как неправильный план защиты от электростатического разряда может привести к повреждению электронных компонентов. Если вы не знаете, как правильно обращаться с компонентами в процессе сборки, обратитесь к специалисту.

Комбинация обоих вариантов

Чтобы избежать статического электричества при монтаже SMT, необходимо заземлять электронику. Заземление может быть двух типов: мягкое и жесткое. Мягкое заземление означает подключение электронных устройств к низкоомному заземлению, а жесткое заземление - подключение электронных компонентов к высокоомному заземлению. Оба типа заземления позволяют предотвратить появление статического электричества и защитить электронные компоненты от повреждения.

ESD является одним из основных источников повреждений в электронной промышленности. ESD приводит к снижению производительности и даже к выходу из строя компонентов. По оценкам, от 8% до 33% всех отказов электроники вызваны ESD. Борьба с этим видом повреждений позволяет повысить эффективность, качество и прибыль.

Анализ роли многослойной конструкции стека в подавлении электромагнитных помех

Layered stack design is the process of using a PCB with many layers to improve signal integrity and reduce EMI. A general purpose high-performance 6-layer board, for example, lays the first and sixth layers as ground and power layers. In between these two layers is a centered double microstrip signal line layer that provides excellent EMI suppression. However, this design has its disadvantages, including the fact that the trace layer is only two layers thick. The conventional six-layer board has short outer traces that can reduce EMI.

Impedance analysis tool

If you’re looking for a PCB design tool to minimize your PCB’s susceptibility to EMI, you’ve come to the right place. Impedance analysis software helps you determine the correct materials for your PCB and determine which configuration is most likely to suppress EMI. These tools also allow you to design your PCB’s layered stack in a way that minimizes the effects of EMI.

When it comes to PCB layered stack design, EMI is often a major concern for many manufacturers. To reduce this problem, you can use a PCB layered stack design with a three to six-mil separation between adjacent layers. This design technique can help you minimize common-mode EMI.

Arrangement of plane and signal layers

When designing a PCB, it is vital to consider the arrangement of plane and signal layers. This can help to minimize the effect of EMI. Generally, signal layers should be located adjacent to power and ground planes. This allows for better thermal management. The signal layer’s conductors can dissipate heat through active or passive cooling. Similarly, multiple planes and layers help to suppress EMI by minimizing the number of direct paths between signal layers and power and ground planes.

One of the most popular PCB layered stack designs is the six-layer PCB stackup. This design provides shielding for low-speed traces and is ideal for orthogonal or dual-band signal routing. Ideally, higher-speed analog or digital signals should be routed on the outer layers.

Impedance matching

PCB layered stack design can be a valuable tool in suppressing EMI. The layered structure offers good field containment and set of planes. The layered structure allows for low-impedance connections to GND directly, eliminating the need for vias. It also allows higher layer counts.

One of the most critical aspects of PCB design is impedance matching. Impedance matching allows the PCB traces to match the substrate material, thus keeping the signal strength within the required range. Signal integrity is increasingly important as switching speeds increase. This is one of the reasons why printed circuit boards can no longer be treated as point-to-point connections. Since the signals are moving along traces, the impedance can change significantly, reflecting the signal back to its source.

When designing PCB layered stacks, it is important to consider the inductance of the power supply. High copper resistance on the power supply increases the likelihood of differential mode EMI. By minimizing this problem, it is possible to design circuits that have fewer signal lines and shorter trace lengths.

Controlled impedance routing

In the design of electronic circuits, controlled impedance routing is an important consideration. Controlled impedance routing can be achieved by using a layered stack up strategy. In a layered stack up design, a single power plane is used to carry the supply current instead of multiple power planes. This design has several advantages. One of these is that it can help avoid EMI.

Controlled impedance routing is an important design element for suppressing EMI. Using planes separated by three to six mils can help contain magnetic and electric fields. Furthermore, this type of design can help lower common-mode EMI.

Protection of sensitive traces

Layered stack design is a critical element in suppressing EMI. A good board stack-up can achieve good field containment and provide a good set of planes. But, it must be designed carefully to avoid causing EMC problems.

Generally, a 3 to 6-mil separated plane can suppress high-end harmonics, low transients, and common-mode EMI. However, this approach is not suitable for suppressing EMI caused by low-frequency noises. A three to six-mil-spaced stack up can only suppress EMI if the plane spacing is equal to or greater than the trace width.

A high-performance general-purpose six-layer board design lays the first and sixth layers as the ground. The third and fourth layers take the power supply. In between, a centered double microstrip signal line layer is laid. This design provides excellent EMI suppression. However, the disadvantage of this design is that the trace layer is only two layers thick. Therefore, the conventional six-layer board is preferred.

Как понять некоторые важные этапы проектирования печатных плат

Если вы заинтересованы в разработке печатной платы, то должны знать ряд важных этапов. Эти этапы включают в себя разработку идеи, определение, проверку и размещение компонентов. Понимание этих этапов поможет вам создать наилучшую конструкцию.

Идея

Создание эффективного дизайна печатной платы начинается с определения назначения устройства. Очень важно, чтобы размеры платы и ограничения по высоте соответствовали предполагаемым компонентам. Также необходимо учитывать ESR компонентов на высоких частотах и температурную стабильность. Кроме того, необходимо правильно выбрать ширину и расстояние между трассами. Несоблюдение этого общего правила может привести к резкому увеличению затрат.

Процесс проектирования печатных плат начинается с разработки идеи, определения и проверки. Этот этап является критическим и выполняется перед созданием прототипа или реализацией проекта. Он подчеркивает творческий потенциал разработчика и обеспечивает согласованность и конгруэнтность всех аппаратных компонентов. Он также позволяет наладить перекрестное сотрудничество между различными членами команды, что дает синергетический эффект.

Определение

Проектирование печатной платы - сложный процесс. Он включает в себя выбор подходящих материалов для основания печатной платы, выбор правила проектирования и выбор окончательных размеров. Печатная плата также должна быть протестирована, чтобы убедиться, что она будет правильно функционировать в предполагаемых условиях эксплуатации. Если проектирование выполнено неправильно, проект может закончиться неудачей.

Первым шагом в проектировании печатных плат является создание набора чертежей. Это делается с помощью компьютерного программного обеспечения. Чертежи служат моделью для проектирования. Разработчик может также использовать калькулятор ширины трасс для определения внутренних и внешних слоев. Проводящие медные трассы и цепи обозначаются черными чернилами. Эти трассы называются слоями печатной платы. Существует два типа слоев - внешний и внутренний.

Валидация

Для проверки правильности конструкции печатные платы проходят процесс валидации. Эти испытания проводятся путем изучения структур платы. К таким структурам относятся датчики и разъемы, а также стандарт Beatty на параметры материалов. Эти тесты проводятся для того, чтобы исключить любые ошибки проектирования, например, отражения.

Затем печатные платы подготавливаются к производству. Этот процесс зависит от используемого инструмента САПР и производственного предприятия. Обычно он включает в себя создание файлов Gerber, представляющих собой чертежи каждого слоя. Существует несколько средств просмотра и проверки Gerber-файлов, некоторые из которых встроены в средства автоматизированного проектирования, а другие являются отдельными приложениями. Одним из примеров является программа ViewMate, которую можно бесплатно загрузить и использовать.

Процесс валидации также включает в себя тестирование устройства. Конструкция проверяется с помощью прототипа, чтобы убедиться, что она соответствует ожидаемым характеристикам. Кроме того, проводится анализ схемы для определения стабильности конструкции. По результатам этого тестирования определяется необходимость внесения каких-либо изменений. Необходимо внести некоторые изменения, чтобы улучшить конструкцию и обеспечить ее соответствие техническим требованиям заказчика.

Размещение компонентов

Размещение компонентов на печатных платах может осуществляться различными способами. Можно разместить их над или под другим компонентом, а можно использовать комбинацию этих методов. Аккуратность размещения можно придать, выровняв компоненты, выбрав Align Top или Align Bottom. Также можно равномерно распределить компоненты на плате, выделив их и щелкнув правой кнопкой мыши. Кроме того, можно переместить компоненты на верхнюю или нижнюю сторону печатной платы, нажав кнопку L.

При проектировании печатных плат размещение компонентов имеет решающее значение. В идеале компоненты размещаются на верхней стороне платы. Однако если компонент имеет низкое тепловыделение, то его можно разместить на нижней стороне. Также рекомендуется объединять однотипные компоненты в группы и располагать их в ровный ряд. Кроме того, в непосредственной близости от активных компонентов следует размещать развязывающие конденсаторы. Кроме того, следует размещать разъемы в соответствии с конструктивными требованиями.

Напряжение пробоя диэлектрика

Независимо от того, разрабатываете ли вы собственную печатную плату или приобретаете ее у производителя, необходимо знать несколько этапов. К ним относятся: проверка электрических компонентов и разводки печатной платы на функциональность. Для этого она подвергается ряду испытаний в соответствии со стандартом IPC-9252. Двумя наиболее распространенными тестами являются тесты на изоляцию и непрерывность цепи. Эти тесты проверяют, нет ли на плате разрывов или коротких замыканий.

После завершения процесса проектирования важно учесть тепловое расширение и тепловое сопротивление компонентов. Эти два параметра важны, поскольку при нагревании платы тепловое расширение ее компонентов увеличивается. Tg компонентов платы должно быть достаточно высоким, чтобы предотвратить их повреждение или деформацию. Если Tg слишком низкий, это может привести к преждевременному выходу компонентов из строя.