Nel mondo dell'elettronica in continuo cambiamento,schede a circuito stampato (PCB)sono inevitabili e svolgono il ruolo di struttura portante per la costruzione dei sistemi elettronici. Un corretto design PCB garantisce non solo buone prestazioni, ma anche producibilità su larga scala. In questa guida vengono illustrate le migliori pratiche essenziali per il layout dei PCB, tenendo conto dell’integrità del segnale, della producibilità e dell’efficienza nel loro assemblaggio.
Definire le regole di progettazione PCB prima del layout
Un buon progetto PCB inizia con regole di progettazione chiaramente definiteche fungerà da guida durante l’intero processo di layout. È fondamentale parlare in anticipo con il tuo produttore, così da poter capire cosa è in grado di fare. Questa conversazione ti permette di definire i vincoli e le limitazioni critiche per evitare revisioni costose e dispendiose in termini di tempo lungo il percorso di progettazione. Sottolinea che le tue regole per la progettazione della scheda sono conformi agli standard di settore, come IPC Classe 2 o Classe 3, e includono limiti di layout conservativi in termini di producibilità e affidabilità.
Posizionamento Strategico dei Componenti
Il posizionamento dei componenti è artistico e strategico e richiede un compromesso tra prestazioni elettriche e producibilità.
Dai Priorità agli Elementi Chiave:Inizia con gli elementi chiave confinati dallo spazio fisico o dai limiti del riquadro. Questo facilita il posizionamento degli elementi fondamentali senza interferire con gli obiettivi di design.
Unità di elaborazione centrale:I processori con un numero maggiore di pin o i circuiti integrati devono essere posizionati in posizioni centrali per ridurre al minimo l’incrocio delle piste e facilitare un instradamento più semplice. In questo modo le connessioni saranno distribuite in modo più uniforme sull’intera scheda.
Raggruppa e allinea:Raggruppa insieme i componenti funzionali (ad es. alimentazione, blocchi analogici, digitali) per facilitare il routing e mantenere l’integrità del segnale. L’allineamento di pad simili rende il routing più semplice e riduce anche il numero di vias.
Dispositivo a Montaggio Superficiale (SMD)Considerazioni:Per evitare i costi di produzione, raggruppare tutti gli SMD sullo stesso lato della scheda è un’opzione consigliata, soprattutto pensando alle linee di produzione automatizzate, in termini di rendere il processo di assemblaggio meno complicato e anche di risparmiare denaro.
Instradamento di alimentazione, massa e segnale
L’instradamento di alimentazione e massa e l’instradamento dei segnali sono l’obiettivo principale per garantire una buona integrità del segnale e la funzionalità della scheda.
Strategia di alimentazione e massa:Utilizza piani di alimentazione e di massa dedicati ogni volta che è possibile. Per i circuiti stampati a due strati, prevedi un ampio piano di massa su uno strato e instrada l’alimentazione sull’altro strato. Assicura un forte accoppiamento del percorso di ritorno mantenendo le piste vicine a un piano di massa.
Regole di instradamento del segnale:Riduci al minimo le tracce e instradale in linee rette per diminuire la latenza e il potenziale degrado del segnale. Cambia le direzioni di instradamento tra gli strati nei layout multistrato (ad es. orizzontale su uno, verticale su quello successivo) per ridurre al minimo le interferenze e le discontinuità di impedenza.
Regolazione della larghezza della traccia:Progetta le larghezze delle piste in base alla producibilità, alle esigenze di corrente e ai requisiti di impedenza. Il valore predefinito può essere 10 mil per i segnali a bassa corrente, ma le piste per correnti più elevate devono essere più larghe in modo che non si surriscaldino.
Gestione della Separazione Termica ed Elettrica
Un buon controllo del calore e un buon isolamento elettrico sono essenziali per un solido design PCB.
Gestione termica:Progetta il posizionamento dei componenti che generano calore per evitare punti caldi e garantire l’efficienza operativa. I pattern di sollievo termico devono essere implementati ovunque necessario, in particolare per i componenti a foro passante su grandi piani ad alta capacità di assorbimento del calore.
Separazione elettrica:La minimizzazione del crosstalk tra componenti digitali e analogici richiede un posizionamento accurato dei componenti. Assicurarsi di avere un piano di massa continuo e ininterrotto sotto tutti i componenti per ridurre al minimointerferenza elettromagnetica (EMI)problemi.
Raggruppare e Separare le Parti:Disporre le parti in base alla funzione, con le parti analogiche in una sezione e quelle digitali in un’altra sezione. Questo non solo riduce le interferenze di rumore, ma riduce anche la complessità del routing, rendendo i percorsi lineari e ordinati.
Verifica e documentazione
Il controllo di qualità è di massima importanza. Il processo di progettazione deve includere una fase di verifica adeguata per individuare eventuali errori prima della produzione.
Controllo delle regole elettriche (ERC) e controllo delle regole di progettazione (DRC):Esegui regolarmente questi controlli per mantenere la conformità ai parametri e ai vincoli specificati. Individuare e correggere gli errori all’inizio del processo consente di evitare costosi errori di produzione.
Serigrafia e punti di test:Assicurati che tutta la documentazione, compresi i reference designator del serigrafato, sia leggibile in termini di dimensioni. Includi punti di test sulle reti chiave per l’esecuzione dei test dopo la produzione, poiché ciò è molto importante sia per le verifiche della funzionalità della scheda sia per la ricerca dei guasti.
Preparazione del file finale:La corretta preparazione dei file di produzione è una fase finale, ma molto importante. Sfrutta i punti di forza degli strumenti CAD per generare automaticamente i file necessari nel formato appropriato e compatibile con i processi del tuo produttore.
Sfruttare la disciplina durante la fase di progettazione — dalla definizione delle regole di design e del posizionamento strategico dei componenti fino alla rigorosa verifica e documentazione — consente ai tuoi progetti PCB non solo di superare, ma di eccellere nel soddisfare le elevate esigenze odierne in termini di prestazioni e affidabilità dei prodotti elettronici. Con circuiti ad alta velocità, segnali misti e applicazioni su schede complesse multistrato, queste best practice rappresentano il trampolino di lancio per il successo, nel rispetto sia delle prestazioni tecniche sia della redditività commerciale.
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Risorse utili
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•Guida rapida al layout PCB per principianti
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•Linee guida imperdibili per il layout PCB a misura di ingegnere
•Processo di produzione dei PCB – Guida passo dopo passo
