Deska plošných spojů (PCB) je nepostradatelnou klíčovou součástí moderních elektronických zařízení. Ať už se jedná o malé elektronické zařízení nebo velké průmyslové zařízení, pro zajištění výkonu a spolehlivosti zařízení jsou nezbytné vysoce kvalitní a spolehlivé desky plošných spojů. Tento článek se podělí o několik osvědčených tipů a technik pro nadšence v oboru desek plošných spojů, které jim pomohou zvládnout umění návrhu a výroby desek plošných spojů.Krok 1: Pochopení principů návrhu desek plošných spojů
Než začnete s návrhem desek plošných spojů, je nezbytné hluboce porozumět principům, na kterých se návrh zakládá. Zvládnutí základů elektrických principů, přenosu signálu, tlumení šumu a elektromagnetické kompatibility může návrhářům pomoci vyhnout se potenciálním problémům a zlepšit kvalitu návrhu. Pokud jde o základy elektrických principů, přenosu signálu, tlumení šumu a elektromagnetické kompatibility, zde je několik důležitých konceptů a principů. Elektrické principy: Napětí: Představuje rozdíl potenciálů a slouží jako hnací síla pro tok náboje v obvodu. Proud: Vztahuje se k rychlosti, kterou náboj prochází vodičem, což představuje tok náboje v obvodu. Odpor: Určuje stupeň, do jaké je tok proudu bráněn, měřený v ohmech. Kapacita: Schopnost ukládat náboje, což vede k oddělení nábojů mezi dvěma vodiči. Indukčnost: Reakce vodiče na změny proudu, která generuje magnetické pole. Přenos signálu: Přenosové vedení: Drát nebo kabel používaný k přenosu signálů v obvodu. Šířka pásma: Frekvenční rozsah, který může přenosové vedení signálu přenášet. Hodinový signál: Signál používaný k synchronizaci a časování různých součástí v elektronických zařízeních. Sériová komunikace: Komunikační metoda, která přenáší data bit po bitu. Paralelní komunikace: Komunikační metoda, která současně přenáší více bitů. Potlačení šumu: Rušení signálu: Elektromagnetické rušení od jiných elektronických zařízení nebo obvodů, které ovlivňuje kvalitu signálu. Zemní smyčky: Šum způsobený rozdíly v potenciálech v uzemnění mezi různými místy. Potlačení šumu: Snížení rušení šumem pomocí metod, jako jsou filtry, stínění a oddělovací kondenzátory. Diferenciální signál: Snížení rušení šumem kombinací signálu s jeho invertovaným signálem. Elektromagnetická kompatibilita: Elektromagnetické záření: Elektromagnetické vlny generované elektronickými zařízeními, které mohou rušit jiná zařízení. Stínění: Použití kovových krytů nebo vrstev k blokování a izolaci elektromagnetického záření a rušení. Návrh uzemnění: Správné plánování a zapojení uzemnění zařízení za účelem snížení elektromagnetického rušení a zemních smyček. Důkladné pochopení těchto konceptů vám pomůže řešit problémy a lépe optimalizovat vaše návrhy během návrhu a výroby desek plošných spojů.Krok 2: Výběr vhodného nástroje pro návrh desek plošných spojů
Výběr správného nástroje pro návrh desek plošných spojů je jedním z klíčových faktorů úspěchu. Na trhu je k dispozici mnoho výkonných softwarů pro návrh desek plošných spojů, jako například Altium Designer, Eagle a KiCad. Výběrem nástroje, který vyhovuje jejich potřebám, mohou návrháři efektivně dokončit svou práci na návrhu desek plošných spojů. Zde jsou některé výhody a nevýhody softwaru pro návrh desek plošných spojů, jako je Altium Designer , Eagle a KiCad .
Výhody Altium Designeru: Výkonné funkce a komplexní návrhové prostředí vhodné pro složité návrhy desek plošných spojů. Poskytuje bohatou knihovnu a databázi součástek pro pohodlné používání návrháři. Pokročilé možnosti rozvržení a směrování, které efektivně zpracovávají složité návrhy obvodů. Podporuje více formátů souborů a integrované systémy správy verzí pro snadnou týmovou spolupráci. Nabízí komplexní simulační a validační nástroje, které pomáhají s ověřováním návrhu a řešením problémů. Nevýhody Altium Designeru: Vysoká cena, která nemusí být dostupná pro jednotlivé návrháře nebo malé týmy. Křivka učení je strmá a seznámení se se softwarem a jeho zvládnutí trvá nějakou dobu. Zpracování rozsáhlých projektů může vyžadovat vyšší počítačové specifikace a zdroje.
Výhody Eagle: Uživatelsky přívětivé rozhraní, které se snadno ovládá a používá. Nabízí bezplatnou verzi vhodnou pro jednotlivé návrháře nebo malé projekty. Aktivní uživatelská komunita a rozsáhlá podpora zdrojů. Dobré možnosti rozvržení a směrování vhodné pro středně velké návrhy desek plošných spojů. Nevýhody Eagle: Omezení výkonu při práci se složitými a rozsáhlými projekty. Omezená funkčnost, chybí některé pokročilé funkce a simulační nástroje. Pro pokročilé funkce a rozšířenou funkcionalitu může být vyžadován nákup placených verzí.
Výhody KiCadu: Zdarma a s otevřeným zdrojovým kódem, vhodný pro jednotlivé návrháře a malé týmy. Nabízí stabilní možnosti rozvržení a směrování pro středně velké návrhy desek plošných spojů. Aktivní uživatelská komunita a rozsáhlá podpora zdrojů. Přizpůsobitelná a rozšiřitelná funkcionalita softwaru pro splnění individuálních potřeb. Nevýhody KiCadu: Strmá křivka učení, vyžaduje více času na zvládnutí ve srovnání s jiným komerčním softwarem. Některé pokročilé funkce a simulační nástroje mohou chybět nebo být méně výkonné ve srovnání s komerčním softwarem. Chybí některé pokročilé funkce, jako je 3D vizualizace.
Krok 3: Pečlivé rozvržení a směrování při návrhu desek plošných spojů
Dobré uspořádání a směrování může minimalizovat rušení signálu a šum a zároveň zlepšit výkon a stabilitu obvodu. Během uspořádání by měli konstruktéři rozumně uspořádat součástky, věnovat pozornost směrování signálů a napájecích vedení a provádět plánování zemní plochy. Při směrování by měly být použity vhodné šířky a rozteče tras, aby se zabránilo křížovému rušení a optimalizovala integrita signálu. Zde je několik praktických příkladů a technik pro minimalizaci rušení a šumu signálu a zlepšení výkonu a stability obvodu během uspořádání a směrování desek plošných spojů. Oddělte analogové a digitální signály: Oddělte uspořádání analogových a digitálních signálů, aby se zabránilo vzájemnému rušení. Analogové signály jsou obvykle citlivější a měly by být co nejvíce izolovány od digitálních signálů. Plánování zemní plochy: Správné plánování zemní plochy snižuje šum a rušení na zpětné cestě uzemnění. Zajistěte dostatečnou plochu zemní plochy a dobré spojení se zemnícími piny příslušných součástek. Správa vysokorychlostních signálů: U vysokorychlostních signálových vedení používejte techniky, jako jsou diferenciální páry, impedanční přizpůsobení a přizpůsobení délky signálu, k zachování integrity signálu. Tyto techniky mohou snížit zkreslení signálu a přeslechy a zlepšit tak kvalitu signálu. Oddělte napájecí a signální vedení: Oddělte uspořádání napájecích a signálních vedení, aby se minimalizoval dopad napájecího šumu na signály. Vyhněte se paralelnímu vedení napájecích a signálních vodičů a udržujte je co nejdále od sebe. Zabraňte křížovému rušení: Při směrování se vyhněte křížení signálových vodičů. Křížové rušení může způsobit přeslechy a elektromagnetické rušení, což vede ke snížení kvality signálu. Používejte směrování mezi vrstvami nebo propojování mezi vrstvami pomocí průchodů. Strategie alokace pinů: Alokujte piny rozumně, aby signálové cesty mezi příslušnými komponentami byly co nejkratší a nejpřímější. To pomáhá snížit zpoždění přenosu signálu, ztráty a přeslechy obvodů. Řízení impedance: Řízení impedance signálových vodičů tak, aby odpovídala charakteristické impedanci budičů a přijímačů podle konstrukčních požadavků. Nesoulad impedance může vést k odrazům signálu a problémům s integritou. Uspořádání zemnících pinů: U citlivých analogových obvodů se pokuste koncentrovat zemnící piny k sobě, abyste vytvořili dobré uzemňovací body, čímž se sníží šum na zpětné cestě k zemi. Elektromagnetické stínění: U obvodů nebo modulů citlivých na šum lze použít techniky elektromagnetického stínění, jako je použití stínící membrány, mezivrstvé stínění a izolace zemnící roviny, aby se snížil dopad vnějšího rušení. Vazba a kroucení: Signály, které vyžadují vazbu, jako jsou hodinové signály a jejich odpovídající zemnící vodiče, veďte krouceným způsobem, abyste minimalizovali rušení a přeslechy.
Krok 4: Zvažte teplotní management
Tepelný management je zásadním faktorem, který je třeba zvážit u konstrukcí vysoce výkonných nebo velkých desek plošných spojů. Správné umístění chladičů, chladicích ventilátorů nebo chladičů je nezbytné pro zajištění toho, aby teplota obvodu zůstala v přijatelných mezích. Kromě toho může výběr vhodných tepelných materiálů a technik, jako jsou chladiče, tepelné podložky a teplovodivá pasta, zvýšit účinnost odvodu tepla. Pokud jde o tepelný management v elektronických zařízeních nebo deskách plošných spojů, chladiče, tepelné podložky a teplovodivá pasta jsou běžnými řešeními. Každý z nich funguje na základě jiných principů a níže je uveden vysvětlení každého z nich. Chladič je kovová součástka s vysokou tepelnou vodivostí, obvykle vyrobená z hliníku nebo mědi. Jeho princip fungování spočívá ve zvětšení plochy a poskytnutí většího rozptylového povrchu pro urychlení vedení a odvodu tepla. Chladič přichází do těsného kontaktu se součástí vyžadující chlazení, jako je procesor nebo výkonový zesilovač, a přenáší teplo z povrchu součástky na chladič prostřednictvím tepelného vedení. Teplo se poté rozptýlí do okolního vzduchu přes větší plochu žeber chladiče. Konstrukce chladiče se obvykle zaměřuje na maximalizaci povrchové plochy, zlepšení účinnosti odvodu tepla a zvýšení konvekce proudění vzduchu pro další zlepšení účinnosti chlazení. Tepelná podložka je měkký materiál, obvykle vyrobený ze silikonového gelu nebo gumy s dobrou tepelnou vodivostí. Její princip fungování spočívá ve vyplnění mezery mezi zdrojem tepla a chladičem, čímž se zlepšuje účinnost vedení tepla. Tepelné podložky lze umístit mezi elektronické součástky (jako jsou čipy nebo napájecí moduly) a chladiče. Mají určitou stlačitelnost, což jim umožňuje vyplnit nepravidelné mezery a zajistit lepší cestu vedení tepla. Tepelná vodivost tepelné podložky napomáhá rychlému přenosu tepla ze zdroje tepla do chladiče, čímž se dosahuje efektivního řízení tepla. Tepelná pasta je směs s vysokou tepelnou vodivostí, obvykle vyrobená ze silikonové pasty nebo oxidů kovů. Její princip fungování spočívá ve vyplnění malých mezer mezi povrchem elektronických součástek a chladičem, čímž se zlepšuje účinnost vedení tepla mezi nimi. Hlavní úlohou teplovodivé pasty je vyplňovat drobné povrchové nerovnosti a mezery, snižovat tepelný odpor na tepelném rozhraní a zlepšovat účinnost vedení tepla. Aplikací vhodného množství teplovodivé pasty lze dosáhnout lepšího tepelného kontaktu, čímž se zlepšuje vedení tepla ze zdroje tepla do chladiče. Tato řešení pro řízení teploty hrají klíčovou roli v elektronických zařízeních, pomáhají efektivně přenášet teplo ze zdrojů tepla do chladičů a zajišťují, aby teplota zařízení zůstala v bezpečném rozmezí.Krok 5: Výběr vhodných materiálů a výrobců
Výběr vysoce kvalitních materiálů pro desky plošných spojů a spolehlivých výrobců je zásadní pro zajištění výkonu a spolehlivosti desek plošných spojů. Prémiové materiály mohou zajistit lepší přenos signálu a mechanickou pevnost, zatímco spolehliví výrobci mohou zajistit vysoce kvalitní výrobní procesy a včasné dodávky. Zde je několik známých značek materiálů pro desky plošných spojů. Isola je přední světový výrobce vysoce výkonných izolačních substrátových materiálů a nabízí širokou škálu řešení materiálů pro desky plošných spojů. Rogers Corporation se specializuje na vysoce výkonné materiály a poskytuje inovativní materiály pro desky plošných spojů, jako jsou řady RO4000, RO3000 a RT/duroid pro elektronický průmysl.
Panasonic je renomovaný výrobce elektroniky, který nabízí také řadu materiálů pro desky plošných spojů, včetně vysoce výkonných měděných fólií a polyimidových substrátů.
Společnost Shengyi Technology je jedním z předních výrobců materiálů pro desky plošných spojů v Číně a nabízí širokou škálu měděných fólií, předimpregnovaných filmů a substrátových materiálů.
ITEQ je předním světovým dodavatelem vysoce výkonných substrátových materiálů, včetně desek ze skleněných vláken, polyimidových desek a vícevrstvých materiálů. Ventec International Group poskytuje inovativní řešení materiálů pro desky plošných spojů, včetně vysokorychlostních/vysokofrekvenčních materiálů, materiálů pro tepelný management a ekologických materiálů. TUC je dodavatel zaměřený na tuhé a flexibilní materiály pro desky plošných spojů a jeho produkty se široce používají v automobilovém, komunikačním a spotřebním elektronickém průmyslu.
Krok 6: Proveďte důkladné testování a validaci
Provedení důkladného testování a validace je nezbytným krokem před zahájením hromadné výroby desek plošných spojů. Využitím různých testovacích metod, jako je funkční testování, testování integrity signálu a testování spolehlivosti, je zajištěno, že výkon desek plošných spojů splňuje očekávání, a jsou identifikovány a řešeny potenciální problémy. Funkční testování, testování integrity signálu a testování spolehlivosti jsou důležité testovací metody při návrhu a výrobě desek plošných spojů, které pomáhají zajistit výkon a spolehlivost desek plošných spojů. Zde je několik běžných metod a kroků pro tyto testy. Funkční testování si klade za cíl ověřit, zda obvody a součástky na desce plošných spojů fungují podle očekávání. Tyto testy lze provést pomocí následujících kroků. Příprava testovacího plánu: Určení testovaných funkcí a očekávaných výsledků. Napsání testovacích skriptů: Připravení testovacích skriptů nebo testovacích případů na základě testovacího plánu. Nastavení testovacího zařízení: Získání potřebného testovacího vybavení a nástrojů, jako jsou osciloskopy, multimetry atd. Připojení testovacího zařízení: Připojení testovacího zařízení k příslušným rozhraním nebo pinům na desce plošných spojů. Provedení testů: Postupujte krok za krokem podle testovacích skriptů a zaznamenejte výsledky testů. Analýza výsledků: Analyzujte výsledky testů, abyste ověřili, zda funkčnost funguje správně. Řešení problémů: Pokud se během testování zjistí nějaké problémy, vyhledejte a vyřešte závady a poté proveďte odpovídající test. Testování integrity signálu se používá k zajištění toho, aby signály nebyly během přenosu na desce plošných spojů ovlivněny šumem, zkreslením nebo rušením. Zde jsou obecné kroky pro provedení testování integrity signálu. Navrhněte desku pro testování integrity signálu: Vytvořte vyhrazenou desku nebo obvod pro testování integrity signálu. Definujte testovací body: Vyberte signálové cesty a testovací body, které mají být testovány. Přidejte signálové sondy: Připojte signálové sondy k testovacím bodům pro sledování průběhu signálů. Aplikujte signály: Vložte vhodné signály do testovacích bodů. Pozorujte průběhy signálů: Použijte zařízení, jako jsou osciloskopy nebo logické analyzátory, k pozorování průběhu, šumu a časování signálů. Analyzujte výsledky: Vyhodnoťte integritu signálu porovnáním očekávaných průběhů signálu s pozorovanými průběhy. Optimalizujte návrh: Pokud se zjistí nějaké problémy s integritou signálu, upravte návrh desky plošných spojů, například změnou směrování, přidáním zakončovacích odporů nebo začleněním stínění. Cílem testování spolehlivosti je posoudit výkon a spolehlivost desky plošných spojů během dlouhodobého provozu. Zde jsou některé běžné metody pro provádění testování spolehlivosti. Testování teplotních cyklů: Umístěte desku plošných spojů do různých teplotních prostředí, jako jsou vysoké a nízké teploty, aby se simulovaly extrémní provozní podmínky. Testování vibrací: Připojte desku plošných spojů k vibračnímu stolu a podrobte ji vibračním testům s různými frekvencemi a amplitudami, aby se simulovalo vibrační prostředí během přepravy nebo provozu. Testování vlhkosti:Vystavte desku plošných spojů prostředí s vysokou vlhkostí, abyste otestovali její odolnost vůči vlhkosti a simulovali vlhké pracovní podmínky. Testování elektrického tepelného namáhání: Vyhodnoťte odolnost elektronických součástek a pájených spojů desky plošných spojů aplikací elektrického proudu a provedením teplotních cyklických testů. Testování elektrického výkonu: Proveďte měření elektrických parametrů desky plošných spojů, jako je odpor, kapacita, izolační odpor atd., abyste ověřili shodu se specifikacemi. Posouzení spolehlivosti: Vyhodnoťte spolehlivost desky plošných spojů a identifikujte potenciální problémy na základě výsledků testů a požadavků specifikací. Zvládnutí umění návrhu a výroby desek plošných spojů vyžaduje neustálé učení a praxi. Získáním hlubokého pochopení principů návrhu desek plošných spojů, výběrem vhodných nástrojů, pečlivým uspořádáním a směrováním, zohledněním tepelného managementu, výběrem vhodných materiálů a výrobců a prováděním přísných testů a validací mohou nadšenci v odvětví desek plošných spojů zvýšit kvalitu návrhu a zajistit výkon a spolehlivost desek plošných spojů. Neustálým úsilím o dokonalost se i vy můžete stát mistrem v návrhu a výrobě desek plošných spojů!
Vylepšete svou výrobu desek plošných spojů se společností SprintPCB. SprintPCB je přední technologická společnost, která nabízí špičkové služby v oblasti výroby desek plošných spojů klientům po celém světě. Díky našim bohatým odborným znalostem v oboru a cenově efektivním řešením se můžete soustředit na klíčové aspekty svého podnikání. Kontaktujte nás a prozkoumejte možnosti spolupráce a buďte svědky realizace svých cílů.
Budova A19 a C2, čtvrť Fuqiao č. 3, ulice Fuhai, čtvrť Bao'an, Šen-čen, Čína 
+86 0755 2306 7700
Jazyk
