6 Pratik PCB Tasarım İpucu ile Üretim Hatalarının %90'ından Kaçının! Yeni Başlayanlar Bile Hızla Başlayabilir

Devre tasarlarken birçok kişi tüm enerjisini şemalara ve bileşen seçimine odaklanarak, PCB yerleşimi ve yönlendirme aşamasını aceleyle tamamlar. Sonuç mu? Ya fabrika üretimi sırasında sık sık hatalar meydana gelir ya da devre kartı kısa bir süre kullanıldıktan sonra arızalanır—aşırı ısınma, sinyal paraziti, zayıf lehimleme—bu sorunlar aslında bilimsel bir tasarımla önceden önlenebilir. Bugün, üretilebilir, işlevsel olarak kararlı devre kartları oluşturmanıza yardımcı olmak için PCB tasarımının temel tekniklerini inceleyeceğiz!

I. Bileşen Yerleşimi: Sadece Düzenlilik Değil, Lehimleme ve Kullanım Kolaylığı

Bileşen yerleşimi, hem devre mantığına uyum hem de üretim süreçleriyle uyumluluk gerektiren PCB tasarımının temelidir. Birçok yeni başlayan sadece "düzenli bir görünüm" peşinde koşarak, gerçek lehimleme ve montaj gereksinimlerini ihmal eder.

Birleştirilmiş Yönelim Zamandan Tasarruf Sağlar

Dirençler ve kapasitörler gibi benzer bileşenlerin aynı yönde yerleştirilmesi, makinenin lehimleme sırasında sık sık açı ayarlaması yapma ihtiyacını azaltır, verimliliği artırır ve soğuk lehim bağlantıları ve yanlış lehimleme olasılığını azaltır. Farklı boyutlardaki bileşenler birbirini engellememelidir.

Küçük bileşenleri doğrudan büyük bileşenlerin altına veya arkasına yerleştirmekten kaçının. Aksi takdirde, büyük bileşen lehimlenirken, küçük bileşen engellenecek ve lehimlemeyi engelleyen bir "gölge alanı" oluşturacaktır.

Bileşenleri kategorilere ayırarak montajı basitleştirin.
Yüzeye montaj (SMT) bileşenlerini devre kartının aynı tarafına yerleştirmeye ve delikli (TH) bileşenleri üste yoğunlaştırmaya çalışın. Bu, fabrika montajı sırasında tekrarlanan çevirmelerden kaçınır, üretim maliyetlerini düşürür. İki tür bileşenin birlikte kullanılması gerekiyorsa, ek montaj süreci maliyetlerini önceden göz önünde bulundurun.

II. İz Tasarımı: Güç, Toprak ve Sinyal Yolları Titiz Olmalıdır.

Bileşenleri yerleştirdikten sonra, güç, toprak ve sinyal izlerinin yönlendirmesini planlayın, çünkü bu doğrudan devre kararlılığını etkiler. Birçok sinyal paraziti ve güç dengesizliği sorunu, yönlendirme sorunlarından kaynaklanır.

İç Katmanlarda Güç ve Toprak Katmanları.
Güç ve toprak katmanlarını devre kartının içine yerleştirin, simetriyi koruyun ve ortalayın. Bu, devre kartının bükülmesini önler ve daha hassas bileşen konumlandırmasına olanak tanır. Çiplere güç verirken, daha kalın izler kullanın ve voltaj dengesizliğini önlemek için papatya zinciri bağlantılarından (bileşenleri seri bağlama) kaçının.

Sinyal izleri "kısa ve düz" olmalıdır. Bileşenler arasındaki sinyal izleri mümkün olan en kısa yolu izlemelidir; virajlara göre doğrudan bağlantılar tercih edilir. Bir bileşenin yatay olarak sabitlenmesi gerekiyorsa, izi kısa bir mesafe boyunca yatay olarak çalıştırın, ardından dikey olarak döndürün. Bu, lehimleme sırasında lehim akışının bileşen hizalamasını bozmasını önler; tersine, izi önce dikey olarak çalıştırmak bileşenin eğilmesine neden olabilir.

İz genişliği akımı takip etmelidir. Sıradan düşük akımlı sinyaller (dijital ve analog sinyaller gibi) için 0,010 inç (10mil) genişliğinde bir iz yeterlidir. Akım 0,3 amper'i aşarsa, iz genişliği artırılmalıdır; akım ne kadar yüksekse, aşırı ısınmayı ve yanmayı önlemek için iz o kadar geniş olmalıdır.

III. İzolasyon Tasarımı: Dijital, Analog ve Güç Kaynakları Ayrı Olmalıdır.

Yüksek voltajlı, yüksek akımlı güç kaynağı devreleri, hassas kontrol veya analog devrelerle kolayca etkileşime girerek birçok kişinin karşılaştığı "sinyal titremesi" sorununa yol açabilir. Uygun izolasyon, paraziti önemli ölçüde azaltır.

Güç Toprağı ve Kontrol Toprağı Ayrı Olmalıdır. Her güç kaynağının güç toprağı ve kontrol toprağı ayrı olarak yönlendirilmelidir, birbirine karıştırılmamalıdır. Bir bağlantı gerekli ise, parazit iletimini önlemek için yalnızca güç yolunun sonunda yapılmalıdır. Dijital ve Analog Devrelerin Sıkı İzolasyonu

Devre kartı dijital devreler (mikrokontrolcüler gibi) ve analog devreler (sensörler gibi) içeriyorsa, bunlar ayrı olarak düzenlenmeli ve ara katmanın toprak düzlemi için uygun empedans yolları sağlanmalıdır. Analog sinyaller yalnızca analog toprak üzerinde hareket etmeli ve kapasitif eşleşme parazitini azaltmak için dijital toprak ile kesişmemelidir.

IV. Isı Dağılımı: Isının Devre Kartınızı Yok Etmesine İzin Vermeyin

Birçok devre kartı, bir süre kullanıldıktan sonra performans düşüşü veya hatta yanma yaşar, bunun nedeni büyük olasılıkla yetersiz ısı dağılımıdır. Bu, özellikle ısı birikiminin ömürlerini ciddi şekilde etkileyebileceği güç bileşenleri için geçerlidir.

"Isı Devlerini" Tanımlayın

Bileşenin termal direnç (TRT) parametresi için veri sayfasına bakın. Daha düşük TRT, daha iyi ısı dağılımı sağlar. Yüksek güçlü bileşenleri (transistörler ve güç çipleri gibi) hassas bileşenlerden uzak tutun ve gerekirse soğutucu veya küçük fanlar ekleyin.

Sıcak Hava Pedleri Anahtardır

Delikli bileşenler sıcak hava pedleri kullanmalıdır. Bunlar, pimlerin ısı dağılımını yavaşlatır, lehimleme sırasında yeterli sıcaklık sağlar ve soğuk lehim bağlantılarını önler. Ek olarak, pedler ve izler arasındaki bağlantı noktalarına "gözyaşı damlası" pedleri eklemek, bakır folyo desteğini güçlendirir ve termal ve mekanik stresi azaltır.

Tipik Sıcak Hava Pedi Bağlantı Yöntemi

V. Sıcak Hava Pedleri: Lehimleme Hataları İçin Bir "Sihirli Araç"

Birçok yeni başlayan, sıcak hava pedlerinin işlevinden habersizdir, bu da açık devrelere, soğuk lehim bağlantılarına ve zayıf lehim bağlantılarına neden olur ve bu da fırın sıcaklığını tekrar tekrar ayarlayarak çözülemez. Sorunun temel nedeni kablolama tasarımındadır.

Geniş alanlardaki güç veya toprak bakır folyo yavaş ısınır ve hızlı bir şekilde ısıyı dağıtır. Küçük bileşenlerin (0402 paketlenmiş dirençler ve kapasitörler gibi) lehim uçları doğrudan büyük bakır folyoya bağlanırsa, sıcaklık lehimleme sırasında lehimin erime noktasına ulaşmayacak ve soğuk bir lehim bağlantısı oluşacaktır. Manuel lehimleme sırasında, ısı hızla iletilir ve ayrıca başarılı lehimlemeyi engeller.

Sıcak hava pedlerinin prensibi basittir: pedleri birkaç ince bakır şerit aracılığıyla geniş bir alandaki bakır folyoya bağlamak, elektriksel iletkenliği sağlarken ısı dağılım alanını azaltır. Bu, pedlerin lehimleme sırasında yeterli bir sıcaklığı korumasını sağlayarak, lehimin pedlere sıkıca yapışmasını sağlar.

VI. Tasarım Kontrolü: Son Adımda Cimrilik Yapmayın

Tasarımı tamamladıktan sonra, her zaman çift kontrol yapın; aksi takdirde, küçük hatalar bile tüm devre kartını kullanılamaz hale getirebilir.

İlk olarak, "kural kontrollerini" çalıştırın: İz genişliği, aralık, kısa devreler, yönlendirilmemiş ağlar vb. kontrol etmek ve üretim gereksinimlerine uygunluğu sağlamak için tasarım yazılımındaki Elektriksel Kural Kontrolü (ERC) ve Tasarım Kural Kontrolü (DRC) işlevlerini kullanın.

İkinci olarak, sinyal sinyal kontrolü yapın: Şemadan PCB'ye, atlamaları veya hataları önlemek için her sinyal hattının bağlantısını kontrol edin. Düzeni şemayla eşleştirdiğini doğrulamak için yazılımın koruma işlevini kullanın.

Sonuç

PCB tasarımı karmaşık görünebilir, ancak temeli "üretilebilirlik" ve "kararlılık" etrafında döner. Bileşenleri doğru bir şekilde yerleştirmek, kısa ve geniş izler sağlamak, iyi izolasyon ve ısı dağılımı uygulamak, sıcak hava pedlerini etkili bir şekilde kullanmak ve son olarak, kapsamlı bir kontrol yapmak—bu altı adım, çoğu hatadan kaçınmanıza yardımcı olacaktır.

Yeni başlayanların başlangıçta mükemmellik için çabalamasına gerek yok. Önce bu temel becerilerde ustalaşın, ardından bunları gerçek dünya projeleriyle birlikte optimize edin. Hızla yüksek kaliteli devre kartları tasarlayabileceksiniz. Unutmayın, iyi PCB tasarımı sadece üretim maliyetlerini azaltmakla kalmaz, aynı zamanda devre performansını daha istikrarlı hale getirir ve ömrünü uzatır.