PCB Design for begyndere: En trin-for-trin guide til at bygge dit første board

Det første board, en nybegynder sender ud, kommer normalt tilbage med et af tre problemer: et stikfodaftryk, der sidder en halv millimeter fra dens puder, et strømspor, der kører varmt under belastning, eller en Gerber-pakke, som fabrikanten skal e-maile dig om, før jobbet overhovedet kan starte. Ingen af ​​disse er kredsløbsfejl. De er beslutninger om layout og overdragelse, der er truffet efter skemaet, der allerede er arbejdet på skærmen.

For et første design er den pålidelige vej smal. Hold kortet enkeltsidet eller to-lags, placer alle stik og monteringshul, før du dirigerer et enkelt spor, størrelse strømspor fra en strømtabel i stedet for efter øje, og afslut med et designregeltjek, der matcher, hvad din producent faktisk kan producere. Afsnittene nedenfor forklarer, hvorfor hvert af disse trin eksisterer, og hvad det koster, når du springer det over.

Start med en skematisk og fodspor, du kan verificere

Skemaet er ikke papirarbejde, du er færdig med, før det "rigtige" designarbejde begynder. Det er netlisten, der driver layoutet, styklisten og montagetegningen, og hver uoverensstemmelse, der er tilbage i den, bliver et kobberspor, du skal skære senere.

Brug den ekstra time på biblioteket i stedet for layoutet. Åbne depoter og distributørwebsteder er fulde af fodspor tegnet af andre brugere, og en pude, der er 0,2 mm for smal, ser stadig overbevisende ud på skærmen, mens håndlodning næsten er umulig.

• Kopier det anbefalede landmønster fra komponentdataarket i stedet for at tegne dit eget.
• Bekræft pin 1-retning og kontroller, om delen er spejlvendt, når den sidder på undersiden.
• Kontroller, at hver gårdhave med fodaftryk ikke overlapper naboerne.
• Match padantallet af footprintet med symbolet, før du importerer begge til layoutet.

Hvis du stadig er ved at opbygge en mental model af hele flowet, er en gennemgang af PCB-designgrundlæggende, stackup-valg og tip til fejlfinding værd at læse, før du forpligter en weekend til et layoutværktøj.

Et enkeltsidet eller to-lags bord er normalt nok

For et første projekt vil et eller to lag næsten altid bære kredsløbet, og det enklere bord er billigere at lave, hurtigere at ankomme og langt nemmere at omarbejde, når noget går galt.

Et enkeltsidet bræt sætter hvert spor på det nederste kobber og hver del ovenpå. Der er ingen belagte vias at bekymre sig om, og hvis et spor skal krydse et andet, løser du det med en wire link i stedet for et redesign. Det er grunden til, at så mange første projekter - timere, sensorudbrud, enkelttransistordrivere - forbliver enkeltsidede.

Overfladefinish betyder mere end begyndere forventer. OSP, det organiske konserveringsmiddel for loddeevne, efterlader fladt kobber, der lodder godt, holder rimelig holdbarhed og koster mindre end guldbelægning. Et enkeltsidet OSP-bræt er en fornuftig første ordre, fordi der er meget lidt på det, som en klodset loddekolbe kan beskadige.

Enkeltsidet OSP printkort Enkeltsidede OSP PCB'er anvender en organisk loddefilm (OSP) overfladebehandling, som er miljøvenlig og ikke-giftig. De tilbyder meget flade puder, maki... Se produkt →

To lag giver dig et kontinuerligt jordplan på den ene side, hvilket er den største støj- og signalkvalitetsforbedring, der er tilgængelig for meget få penge. Hvis dit design inkluderer en switching-regulator, en SPI-bus eller en krystal, så start med to lag.

Flyt til fire lag, når routing eller støj kræver det

Fire lag holder op med at være en luksus, når signaltætheden eller clockhastigheden stiger. Det standardbegyndervenlige arrangement er signal, jord, strøm, signal: Hvert spor får et kontinuerligt referenceplan direkte under sig, hvilket fjerner det meste af gætværket om returvejen, der plager to-lags layouts.

Skridtet fra to lag til fire er reelt, men normalt mindre end folk frygter, og det køber et mere støjsvagt bord med langt mindre layouttid. En standard fire-lags konstruktion med grøn loddemaske og en OSP-finish er, hvor mange første seriøse designs ender.

4 Lags Grøn OSP PCB Fire lag double-sided green OSP boards, using high-Tg FR-4 substrate and environmentally friendly OSP (organic soldering flux) surface treatment process, the green s... Se produkt →

Placer komponenter, før du dirigerer noget

Placering afgør det meste af dine rutevanskeligheder. Begyndere placerer ofte dele groft, starter routing og opdager først derefter, at et stik skal flyttes.

1. Placer stik, kontakter, LED'er og monteringshuller først, fordi kabinettet bestemmer, hvor de skal hen.
2. Tilføj dele med mekaniske begrænsninger dernæst: krystaller, antenner, køleplader, alt med et udestående område.
3. Sæt hver afkoblingskondensator så tæt som muligt på den strømstift, den betjener, på samme side, hvis pladsen tillader det.
4. Arranger de resterende komponenter, så forbindelserne mellem dem forbliver korte, og begynd derefter at dirigere.

Hold kobber mindst 0,3 mm fra pladens omrids, medmindre fabrikanten angiver andet, og husk, at V-skårede eller fræsede kanter fjerner materiale efter montering. Begrav ikke et testpunkt under en høj del, og efterlad sonderingsrum omkring alt, hvad du skal måle - du vil måle det.

Størrelsesspor fra strøm, ikke fra vane

Sporbredde er en termisk beslutning, før det er noget andet. Et spor, der er for smalt til dets strøm, opvarmes, og den temperaturstigning - ikke strømmen alene - er det, der til sidst beskadiger laminat eller en loddeforbindelse.

IPC-2221-kurver sidder bag næsten alle online sporbredde-beregnere, og mønsteret er enkelt: Bredden vokser hurtigere end den nuværende. Flytning fra 1 A til 2 A på samme kobbertykkelse multiplicerer den nødvendige bredde med cirka 2,6, ikke med to. Indvendige lag-spor bliver også varmere, fordi laminat fanger varme, så et indre spor har brug for omkring 2,6 gange bredden af ​​dets yderlagsækvivalent.

Behandl kun disse tal som minimum for temperatur. Spændingsfald, styret impedans og smeltestrøm alle skubbredder højere.

Når et design virkelig bærer strøm, bliver kobbervægt og overfladefinish layout-beslutninger i stedet for købsdetaljer. To ounce kobber halverer omtrent hver bredde i bordet, og en blyfri loddet finish, som den, der bruges på et dobbeltsidet blyfrit bord bygget til strøm- og bilelektronik, er værd at specificere tidligt, fordi det ændrer både processen og overfladen, du vil lodde til.

Dobbeltsidet grønt blyfrit loddet printkort til el- og bilelektronik Dobbeltsidet grøn blyfri fortinnet plade. Den tykke metalbarriere dannet af tinbelægningen har fremragende varmeafledningsevne og evnen til at håndtere... Se produkt →

Geometri betyder også noget. Rut ved 45 grader i stedet for 90, hold højstrømssløjfer fysisk små, og kør signalspor over ubrudt jord, hvor end stablen tillader det.

Kør DRC mod fabrikantens reelle grænser

Kontrol af designregler er ikke en formalitet, der gemmes til sidst. Indstil dine regler fra fabrikantens offentliggjorte kapacitet, før du starter, og kør derefter kontrollen efter placering og igen efter routing.

Flerlagsfabrikker kan rumme 3/3 mil linjebredde og afstand - et 6-lags forgyldt bræt med den geometri er rutineproduktion for mange af dem - men at designe med 6/6 mil koster en langsom første bord intet i ydeevne og giver margin mod ætsningsvariation og billigere tilbud.

Før eksport skal du fjerne disse kontroller:

• Uforbundne net og enkeltpudenet, hvilket normalt betyder, at et skematisk symbol aldrig blev forbundet.
• Clearance-overtrædelser mellem spor, puder og kobberhældninger.
• Silketryk trykt over udsatte puder, hvilket forstyrrer loddepasta.
• Ringformede ringe og borstørrelser under fabrikantens minimum.
• Overlappende eller duplikerede puder, der ofte efterlades, når et footprint redigeres.

Eksportér derefter Gerbers i RS-274X-format, én fil pr. lag, plus en NC-borefil i matchende enheder og en kort tekstnote med angivelse af lagantal, pladetykkelse, kobbervægt, overfladefinish og eventuelle impedanskrav. Hvert spørgsmål en producent skal stille dig tilføjer en dag til tilbuddet.

Hvad skal sendes, og hvad der kommer tilbage

Produktionen er hurtig, når filerne er korrekte. Standardgennemløbstider for et ligetil bord ser sådan ud:

• Enkeltsidede og dobbeltsidede store partier: 6 til 7 dage
• 4 til 8 lag: 9 til 20 dage
• 10 til 16 lag: 20 til 25 dage
• 16 til 32 lag: 25 til 45 dage
• HDI boards: inden for 25 dage
• Dobbeltsidede prototyper: så hurtigt som 24 timer

Prisen er drevet af størrelse, lagantal, kobbervægt, finish, mængde og hvor hårdt du presser tolerancen. Certificeringer viser, hvilke markeder en fabrik kan betjene: ISO 9001, ISO 14001 og ISO 45001 dækker over generel kvalitets-, miljø- og sikkerhedsledelse, mens IATF 16949 har betydning, når bestyrelsen ender i et køretøj, og UL betyder noget, når det færdige produkt sælges i Nordamerika. Når du læser en potentiel leverandørs serviceside, før du låser Gerbers, fortæller du, hvilke tolerancer og finish de kører hver dag, hvilket er mere nyttigt end minimumskravene, der er trykt i en kapacitetstabel.

Hvis du tager en sekvens væk fra denne artikel, gør den til denne:

1. Tegn skemaet og verificer hvert fodaftryk mod et dataark.
2. Vælg det laveste antal lag, der bærer dine signaler, og tilføj et jordplan, så snart du flytter til to lag.
3. Placer stik, monteringshuller og afkoblingskondensatorer, før du dirigerer noget.
4. Større strømspor fra en strømtabel, og hold strømløkker korte.
5. Kør DRC, eksporter RS-274X Gerbers med en NC-borefil, og send pakken med en skriftlig stackup-note.

Bestil derefter en lille prototypemængde, tænd den langsomt op, og skriv ned, hvad du ville ændre. Det andet bræt er altid bedre end det første, og den hurtigste måde at lære printdesign på er at afslutte et.