Hur man förstår några viktiga steg i utformningen av PCB-kort

Hur man förstår några viktiga steg i utformningen av PCB-kort

If you are interested in designing a PCB board, there are a number of important steps that you must know. These steps include Ideation, Definition, Validation, and Placement of components. Understanding these steps will help you make the best design possible.

Ideation

Creating an effective PCB board design starts with defining the purpose of the device. It is essential to match the board’s dimensions and height constraints with the intended components. Other considerations include the components’ ESR at high frequencies and temperature stability. In addition, it is necessary to choose the proper trace width and spacing. Failure to adhere to this general rule can lead to an explosion of costs.

The PCB design process begins with ideation, definition, and validation. This step is critical and occurs before designing a prototype or executing a design. It highlights the designer’s creativity and makes sure that all hardware components are aligned and congruent. It also enables cross-collaboration among the various team members, resulting in synergy.

Definition

The design of a PCB is a complex process. It includes choosing the right materials for the PCB base, selecting a design rule, and selecting the final dimensions. The PCB must also be tested to ensure that it will function properly under the intended operating conditions. If the design is not done correctly, the project could end in failure.

The first step in PCB design is to create a set of blueprints. This is done through computer software. The blueprints serve as a model for the design. The designer can also use a trace width calculator to determine the inner and outer layers. The conductive copper traces and circuits are marked in black ink. The traces are known as layers in the PCB design. There are two types of layers, the outer and the inner.

Validation

PCB boards go through validation processes to ensure they are designed correctly. These tests are performed by examining the board’s structures. These structures include probes and connectors, as well as the Beatty standard for material parameters. These tests are performed in order to eliminate any design errors, such as reflections.

The PCB boards are then prepared for manufacturing. The process depends on the CAD tool used and the manufacturing facility. It usually involves the generation of Gerber files, which are drawings of each layer. There are several Gerber viewer and verification tools available, some of which are built into CAD tools, while others are standalone applications. One example is ViewMate, which is free to download and use.

The validation process also involves testing the device. The design is tested with a prototype to ensure it meets the expected response. In addition, it includes an analysis of the circuit to determine if the design is stable. The results of this test determine if any changes are required. Some modifications should be made in order to improve the design and ensure that it meets the specifications of the customer.

Placement of components

Placement of components on PCB boards can be done in many ways. You can place them above or below another component, or you can use a combination of these methods. Placements can be made tidy by aligning components by choosing Align Top or Align Bottom. You can also evenly distribute components on the board by selecting components and right-clicking on them. You can also move components to the top or bottom side of the PCB by pressing L.

When designing PCBs, placement of components is crucial. Ideally, components are placed on the top side of the board. However, if the component has a low thermal dissipation, then it can be placed on the bottom side. It is also recommended to group similar components together and place them in an even row. Moreover, you should also place decoupling capacitors in close proximity to active components. In addition, you should place connectors according to the design requirements.

Dielectric breakdown voltage

Whether you’re designing your own PCB or sourcing a PCB from a manufacturer, there are several steps that you should know about. Some of these steps include: testing the PCB’s electrical components and layout for functionality. This is done by running it through a battery of tests in accordance with IPC-9252 standards. Two of the most common tests are isolation and circuit continuity tests. These tests check whether there are any disconnections or shorts in the board.

After the design process is complete, it’s important to consider the thermal expansion and thermal resistance of the components. These two areas are important because the thermal expansion of the board components increases when it gets hotter. The Tg of a board’s components must be high enough to prevent the components from being damaged or deformed. If Tg is too low, it can cause the components to fail prematurely.

Åtgärder mot störningar vid konstruktion av PCB-kretskort

Åtgärder mot störningar vid konstruktion av PCB-kretskort

Om du letar efter åtgärder mot störningar i PCB-kretskortsdesign har du kommit till rätt ställe. Dessa åtgärder omfattar skärmning, jordning, överföringsledningar och lågpassfilter. Dessa åtgärder kan hjälpa till att förhindra EMI och buller, samt förbättra prestandan hos dina elektroniska produkter.

Skärmning

Avskärmning är en viktig del av designprocessen för PCB-kretskort. Den förhindrar att EMI, eller elektromagnetiska störningar, påverkar kretskortet. EMI orsakas av elektriska signaler, som ofta har högre frekvens än kretskortet självt. Metallskärmar eller burkar på kretskortet hjälper till att blockera denna typ av störningar. Avskärmning är en viktig aspekt av mönsterkortsdesign, oavsett om kortet är avsett för analoga eller digitala kretsar.

Vanligtvis består skärmningsmaterialet av flera kopparskikt. Dessa kopparskikt är anslutna till varandra med sömmade vior, och det skärmande skiktet är inklämt mellan dem. Ett massivt kopparlager ger högre avskärmning, medan korsade kopparlager ger avskärmning utan att kompromissa med flexibiliteten.

Skärmande material är ofta tillverkade av koppar eller tenn. Dessa metaller är användbara för att skärma av kretsar, eftersom de isolerar dem från resten av kortet. Skärmning kan också ändra tjockleken på en flexibel krets. Som ett resultat kan det sänka böjkapaciteten. Avskärmningsmaterial bör väljas med omsorg, eftersom det finns vissa gränser för hur flexibelt ett kretskort kan vara.

Jordning

Jordning i PCB-kretskortsdesign är viktigt för att upprätthålla signalintegritet och minimera EMI. Ett referensjordplan ger en ren returväg för signaler och skyddar höghastighetskretsar från EMI. Korrekt PCB-jordning kan också hjälpa till med strömkretsar. Det finns dock flera faktorer att tänka på vid PCB-kretsdesign innan du börjar.

Isolera först analoga jordpunkter från strömförsörjningsplanet. Detta kan förhindra spänningsspikar på effektplanet. Fördela dessutom avkopplingskondensatorer över hela kortet. För digitala komponenter bör du använda en avkopplingskondensator med samma värde som effektplanet. För det andra, undvik att fördela jordplanet på mer än ett lager, vilket kommer att öka loopområdet.

Jordplan får inte placeras för nära de elektroniska komponenterna. Elektromagnetisk induktion (EMI) gör att signaler kopplas om två spår placeras för nära varandra. Detta fenomen kallas för överhörning. Jordplan är konstruerade för att minimera överhörning och minska EMI.

Kraftledningar

Transmissionsledningar är viktiga vid design av PCB-kretskort eftersom de kan påverka kortets funktionalitet. En transmissionslednings egenskaper inkluderar karakteristisk impedans och fördröjning. Om dessa parametrar inte kontrolleras kan de orsaka signalreflexer och elektromagnetiskt brus. Detta försämrar signalkvaliteten och kan äventyra kretskortets integritet.

Transmissionsledningar kan ha olika former, t.ex. striplines och koplanära vågledare. Varje typ av transmissionsledning har en karakteristisk impedans, som bestäms av bredden och tjockleken på den ledande remsan. Till skillnad från andra typer av transmissionsledningar kräver striplines inte ett enda jordplan, eftersom den ledande remsan kan vara inbäddad mellan två olika lager.

En annan typ av transmissionsledning är mikrostrips, som vanligtvis används på det yttersta lagret av ett PCB-kretskort. Dessa typer av spår har hög karakteristisk impedans, som varierar med frekvensen. Denna skillnad i impedans leder till reflektion av signalen, som färdas i motsatt riktning. För att undvika denna effekt måste impedansen vara lika med källans utgångsimpedans.

Lågpassfilter

Lågpassfilter används för att filtrera signaler, t.ex. radiovågor, vid låga frekvenser. Genom att använda kondensatorer som lågpassfilter i en PCB-kretskortsdesign kan man förbättra en krets prestanda. Det är dock inte alltid möjligt att använda Rogers 4003-kretskortsmaterial, och det är inte alltid tillgängligt på marknaden.

Ferriter används ofta som lågpassfilter, men detta material är känsligt för mättnad när det utsätts för likström. Därför är det inte alltid möjligt att använda det som lågpasselement om kretsens impedans är högre än ferritens impedans.

Hur man använder PCB Layered Stackup för att kontrollera EMF-strålning

Hur man använder PCB Layered Stackup för att kontrollera EMF-strålning

A PCB layered stackup is one of the best ways to reduce EMC and control EMF emissions. However, it is not without risks. The design of a PCB with two signal layers could result in an insufficient amount of board space for routing the signals, cutting up the PWR plane. It is therefore better to put the signal layers between two stacked conductive planes.

Using a 6-layer PCB stackup

A 6-layer PCB stackup is effective for decoupling high-speed signals and low-speed signals, and can also be used to improve power integrity. By placing a signal layer between the surface and the interior conductive layers, it can effectively suppress EMI.

The placement of the power supply and ground on the 2nd and fifth layers of the PCB stackup is a critical factor in controlling EMI radiation. This placement is advantageous because the power supply’s copper resistance is high, which can affect the control of common-mode EMI.

There are different configurations of 6-layer PCB stackups that are useful for different applications. A 6-layer PCB stackup should be designed for the appropriate application specifications. Then, it must be thoroughly tested to ensure its functionality. After this, the design will be turned into a blue print, which will guide the manufacturing process.

PCBs used to be single-layer boards with no vias and clock speeds in the hundred kHz range. These days, they can contain up to 50 layers, with components nestled between layers and on both sides. Signal speeds have increased to over 28 Gb/S. The benefits of solid-layer stackup are numerous. They can reduce radiation, improve crosstalk, and minimize impedance issues.

Using a core-laminated board

Using a core-laminated PCB is an excellent way to protect electronics from EMI radiation. This type of radiation is caused by fast-changing currents. These currents form loops and radiate noise when they change rapidly. In order to control the radiation, you should use a core-laminated board that has a low dielectric constant.

EMI is caused by a variety of sources. The most common is broadband EMI, which occurs over radio frequencies. It is produced by a number of sources, including circuits, power lines, and lamps. It can damage industrial equipment and reduce productivity.

A core-laminated board can include EMI reducing circuits. Each EMI reducing circuit comprises a resistor and a capacitor. It can also include a switching device. The control circuit unit controls each EMI reducing circuit by sending selection and control signals to the EMI-reducing circuits.

Impedance mismatching

PCB layered stackups are a great way to improve EMI control. They can help contain electrical and magnetic fields while minimizing common-mode EMI. The best stackup has solid power and ground planes on outer layers. Connecting components to these planes is faster and easier than routing power trees. But the trade-off is increased complexity and manufacturing costs. Multilayer PCBs are expensive, but the benefits may outweigh the trade-off. To get the best results, work with an experienced PCB supplier.

Designing a PCB layered stackup is an integral part of the signal integrity process. This process requires careful consideration of mechanical and electrical performance requirements. A PCB designer works closely with the fabricator to create the best possible PCB. Ultimately, the PCB layer stackup should be able to route all signals successfully, keep signal integrity rules intact, and provide adequate power and ground layers.

A PCB layered stack-up can help reduce EMI radiation and improve signal quality. It can also provide a decoupling power bus. While there is no one solution to all EMI issues, there are several good options for optimizing PCB layered stacks.

Trace separation

One of the best ways to control EMI radiation is to use layer stack up in PCB designs. This technique involves placing the ground plane and signal layers next to each other. This allows them to act as shields to the inner signal layers, which helps reduce common-mode radiation. Moreover, a layered stackup is much more efficient than a single-plane PCB when it comes to thermal management.

In addition to being effective in containing EMI radiation, a PCB layered stack design also helps improve component density. This is done by ensuring that the space around the components is larger. This can also reduce common-mode EMI.

To reduce EMI radiation, a PCB design should have four or more layers. A four-layer board will produce 15 dB less radiation than a two-layer board. It is important to place the signal layer close to the power plane. The use of good software for PCB design can aid in choosing the right materials and performing impedance calculations.

Hur man löder chipkomponenterna

Hur man löder chipkomponenterna

Handlödning

Handlödning innebär att värme och tryck appliceras på komponenten för att skapa en stark bindning. Till skillnad från våglödning eller återflödeslödning utförs handlödning av en person med lödkolv och en lödstation. Handlödning kan utföras på mindre komponenter eller för reparation och omarbetning.

Börja lödningen genom att hålla lödkolvens spets mot chipets kontaktpunkt. Rör sedan vid lödtrådens spets på ledningen. Värm sedan kabeln och lödtennet tills lödtennet flyter. Se till att lödningen täcker hela lednings- eller kontaktpunkten. För att undvika tombstoneing ska du inte hålla värmen på en sida av chipet för länge. Annars kommer lodet att återflyta till den motsatta sidan.

Handlödning är i allmänhet det sista steget i prototypmonteringen. Med Thermaltronics lödverktyg kan du färdigställa fina detaljer på både genomgående hål och ytmonterade komponenter. Vid handlödning är det bäst att använda en temperaturkontrollerad lödkolv. En lödkolv som inte är temperaturkontrollerad ger inte tillförlitliga elektriska fogar.

Lödning genom hål

Lödning genom hål är en process som innebär att en komponent sätts ihop med blytrådar. Ledarna förs in i hålen med hjälp av en tång som hålls mot komponentens stomme. Det är viktigt att trycka försiktigt på ledarna när de förs in i de genomgående hålen. På så sätt undviker man att chipkomponenternas ledningar sträcks ut för mycket. Överdriven sträckning kan påverka placeringen av andra komponenter på kretskortet. Dessutom kan det påverka utseendet på hela lödningsprocessen med genomgående hål.

Före lödning är det viktigt att rengöra chipkomponentens yta. För att rengöra en chipkomponent kan du använda en 3M Scotch-Brite Pad eller stålull av sinuskvalitet. Det är viktigt att använda rätt lödflussmedel eftersom vattenlösligt flussmedel kan oxidera kretskortet eller den genomgående hålkomponenten.

Blyfri lödning

Blyfri lödning är en process där man använder blyfritt lod och en lödkolv med högre wattal. För att uppnå optimal prestanda måste lödtemperaturen vara tillräckligt hög för att överföra tillräckligt med värme till chipkomponenten. Vilken temperatur som krävs beror på komponentens volym, termiska massa och kortets toleranser.

Det första steget mot blyfri lödning är att fastställa om chipkomponenterna är kompatibla med blyfri lödning. Processen är inte helt okomplicerad. Vissa chipkomponenter är belagda med en tenn-blylegering för lödbarhet. Denna typ av beläggning strider dock mot miljölagstiftningen. Lyckligtvis har vissa chiptillverkare hittat sätt att använda blyfri lödmetall med tenn-bly-komponenter. Detta kallas för bakåtkompatibilitet.

Ett annat sätt att göra chipkomponenter blyfria är att använda nickel-bly. Nickel-bly har använts i flera år tillsammans med tenn-bly-lödtenn. Ett annat alternativ är Ni-Pd-Au-lödmetall. Ni-Pd-Au är dock inte vätbart på samma sätt som tenn.

Flussmedel i blyfria lödningar

Flux är ett förbehandlingsmedel som används under lödningsprocessen. Flux främjar metallurgiska bindningar mellan chipkomponenter, så att lödfogarna inte går sönder eller fluktuerar som svar på stress. Det avlägsnar också oxidation från ytor, vilket underlättar vätning, den process där lodet flyter över ytan.

Flödesrester kan leda till korrosion och dendritisk tillväxt på kretskort. Efter lödning av chipkomponenter bör resterna rengöras med en bra flödesborttagare. För bästa resultat ska du vinkla kortet medan du rengör det så att överflödigt lösningsmedel rinner av kortet. En luddfri torkduk eller en hästhårsborste kan användas för att skrubba kortet försiktigt.

Flux är en viktig komponent i blyfria lödningar. Det rengör metallytan för att säkerställa en god metallurgisk bindning. Dåliga lödfogar kan leda till kostsamma komponentfel. Som tur är är flussmedel ett kemiskt rengöringsmedel som kan appliceras före lödning och under själva processen.

Rengöring av överflödigt lod

Vid lödning av chipkomponenter är det ofta nödvändigt att ta bort överflödigt lödtenn från dem. Men det kan vara svårt att ta bort det lödtenn som redan har applicerats. När lodet har fästs på komponenten har det redan upphettats två eller tre gånger. Varje upphettning förändrar metallens fysiska sammansättning. Resultatet blir att lodet blir allt sprödare. För att undvika detta är det bäst att ta bort det gamla lodet och ersätta det med ett nytt.

Ett annat alternativ är att använda en lödfläta för att avlägsna överflödigt lödtenn från chipkomponenten. Placera en lödfläta över komponenten, håll lödkolven mot flätan och vänta i några sekunder. Ta sedan bort lödflätan.