Padomi un paņēmieni mazu shēmu plates projektēšanai, lai samazinātu pcb izmēru

Jebkuram elektroniskam produktam, neatkarīgi no tā, vai tas ir sarežģīts mobilais tālrunis vai jebkura cita vienkārša lēta elektronikas rotaļlieta, būtiska sastāvdaļa ir iespiedshēmu plates (PCB). Produktu izstrādes ciklā dizaina izmaksu pārvaldība ir milzīgs jautājums, un PCB ir visvairāk novārtā atstātā un dārgākā BOM sastāvdaļa. PCB maksā daudz vairāk nekā jebkurš cits ķēdē izmantotais komponents, tāpēc PCB izmēra samazināšana ne tikai samazinās mūsu produkta lielumu, bet arī vairumā gadījumu samazinās ražošanas izmaksas. Bet, kā samazināt PCB izmēru, elektronikas ražošanā ir sarežģīts jautājums, jo PCB izmērs ir atkarīgs no dažām lietām un tam ir ierobežojumi. Šajā rakstā mēs aprakstīsim dizaina paņēmienus, lai samazinātu PCB izmēru salīdzinot kompromisus un iespējamos to risinājumus.

Daudzslāņu PCB sliežu vietas un komponentu atstarpes samazināšanai

Lielāko daļu iespiedshēmas plates aizņem maršruts. Prototipa posmos, kad tiek pārbaudīta ķēde, tiek izmantots viens slānis vai maksimāli divslāņu PCB plāksne. Tomēr lielākoties shēma tiek veidota, izmantojot SMD (Surface Mount Devices), kas dizainerim liek izmantot divslāņu shēmas plates. Dēļa projektēšana divkāršā slānī paver piekļuvi virsmai visiem komponentiem un nodrošina tā dēļus atstarpju novirzīšanai. Dēļa virsmas telpa var atkal palielināties, ja dēļu slānis tiek palielināts vairāk nekā divi slāņi, piemēram, četri vai seši slāņi. Bet ir trūkums. Ja dēlis ir veidots, izmantojot divus, četrus vai pat vairāk slāņu, tas rada milzīgu sarežģītību ķēdes testēšanas, remonta un pārstrādes ziņā.

Tāpēc vairāki slāņi (galvenokārt četri slāņi) ir iespējami tikai tad, ja dēlis ir labi pārbaudīts prototipa fāzē. Izņemot tāfeles izmēru, projektēšanas laiks ir arī daudz īsāks nekā vienas un tās pašas shēmas projektēšana lielākā viena vai divslāņu dēlī.

Parasti jaudas pēdas un zemes atgriešanās ceļa aizpildīšanas slāņi tiek identificēti kā lielas strāvas ceļi, tāpēc tiem ir nepieciešamas biezas pēdas. Šīs augstās pēdas var novirzīt augšējā vai apakšējā slānī, un zemas strāvas ceļus vai signāla slāņus var izmantot kā iekšējos slāņus četru slāņu PCB. Zemāk redzamajā attēlā parādīta 4 slāņu PCB.

Bet ir vispārīgi kompromisi. Daudzslāņu PCB izmaksas ir augstākas nekā viena slāņa plāksnēm. Tāpēc ir svarīgi aprēķināt izmaksu mērķi, pirms viena vai divslāņu plāksnes tiek mainītas uz četrām kārtām. Bet slāņu skaita palielināšana varētu krasi mainīt tāfeles izmēru.

Termisko problēmu pārvaldīšana, mainot vara biezumu

PCB ir ļoti noderīgs gadījums lielas strāvas ķēžu konstrukcijām, kas ir PCB termiskā vadība. Kad liela strāva plūst caur PCB pēdu, tā palielina siltuma izkliedi un rada pretestību uz ceļiem. Tomēr, izņemot īpašās biezās pēdas lielu strāvas ceļu pārvaldībai, galvenā PCB priekšrocība ir radīt PCB siltuma izlietnes. Tādējādi, ja ķēdes projektēšanā siltuma pārvaldībai tiek izmantots ievērojams daudzums PCB vara laukuma vai tiek piešķirtas milzīgas vietas lielām strāvas pēdām, var samazināt paneļa izmēru, palielinot vara slāņa biezumu.

Saskaņā ar IPC2221A dizaineram vajadzīgajiem pašreizējiem ceļiem jāizmanto minimālais izsekošanas platums, taču jāņem vērā kopējais izsekošanas laukums. Parasti PCB vara vara slāņa biezums bija 1Oz (35um). Bet vara biezumu var palielināt. Tāpēc, izmantojot vienkāršu matemātiku, biezuma dubultošana līdz 2Oz (70um) varētu samazināt uz pusi pēdas lielumu kā tādu pašu pašreizējo jaudu. Izņemot to, 2Oz vara biezums var būt noderīgs arī uz PCB balstītai siltuma izlietnei. Ir arī lielāka vara jauda, ​​kas arī var būt pieejama, svārstās no 4Oz līdz 10Oz.

Tādējādi vara biezuma palielināšana efektīvi samazina PCB izmēru. Apskatīsim, kā tas var būt efektīvs. Zemāk redzamais attēls ir tiešsaistes kalkulators PCB izsekošanas platuma aprēķināšanai.

Strāvas vērtība, kas plūst cauri pēdai, ir 1A. Vara biezums ir noteikts kā 1 Oz (35 um). Temperatūras paaugstināšanās uz pēdas būs 10 grādi pie apkārtējās vides temperatūras 25 grādi pēc Celsija. Izsekošanas platuma izeja atbilstoši IPC2221A standartam ir

Tagad tajā pašā specifikācijā, ja vara biezums ir palielināts, izsekošanas platumu var samazināt.

Nepieciešamais biezums ir tikai

Komponentu paketes izvēle

Komponentu izvēle ir galvenā lieta ķēdes projektēšanā. Elektronikā ir pieejami vienādi, bet atšķirīgi iepakojuma komponenti. Piemēram, vienkāršs rezistors ar vērtējumu.125 W var būt pieejams dažādos iepakojumos, piemēram, 0402, 0603, 0805, 1210 utt.

Lielāko daļu laika PCB prototipā tiek izmantoti lielāki komponenti, kas izmanto 0805 vai 1210 rezistorus, kā arī nepolarizēti kondensatori ar lielāku klīrensu nekā parasti, jo to ir vieglāk apstrādāt, lodēt, nomainīt vai pārbaudīt. Bet šai taktikai galu galā ir milzīgs dēlis. Ražošanas posmā komponentus var mainīt uz mazāku iepakojumu ar tādu pašu vērtējumu un saspiest dēļa vietu. Mēs varam samazināt šo komponentu iepakojuma lielumu.

Bet situācija ir tāda, kuru paketi izvēlēties? Mazāku paku nekā 0402 izmantošana ir nepraktiska, jo standarta ražošanai pieejamām izņemšanas un ievietošanas mašīnām, iespējams, ir ierobežojumi apstrādāt mazāku SMD paku skaitu nekā 0402.

Vēl viens mazāku komponentu trūkums ir jaudas nomināls. Mazāki iepakojumi nekā 0603 varētu apstrādāt daudz zemāku strāvu nekā 0805 vai 1210. Tātad, lai izvēlētos pareizos komponentus, ir rūpīgi jāapsver. Šādā gadījumā vienmēr, kad mazākos iepakojumus nevar izmantot PCB izmēru samazināšanai, var rediģēt iepakojuma nospiedumu un pēc iespējas samazināt komponentu spilventiņu. Iespējams, ka dizainers var nedaudz saspiest lietas, mainot pēdas. Dizaina pielaides dēļ pieejamais noklusējuma nospiedums ir kopīgs nospiedums, kurā varētu ievietot jebkuru pakotņu versiju. Piemēram, 0805 paku nospiedums tiek veidots tā, lai tas varētu aptvert pēc iespējas vairāk 0805 variantu. Izmaiņas notiek ražošanas spēju atšķirību dēļ.Dažādi uzņēmumi izmanto dažādas ražošanas mašīnas, kurām agrāk bija atšķirīgas pielaides vienam un tam pašam 0805 iepakojumam. Tādējādi noklusējuma paketes pēdas ir nedaudz lielākas nekā nepieciešams.

Var manuāli rediģēt nospiedumu, izmantojot konkrēto komponentu datu lapas, un pēc vajadzības var samazināt spilventiņu izmēru.

Plātņu izmēru var samazināt, izmantojot arī uz SMD balstītus elektrolītiskos kondensatorus, jo šķita, ka tiem ir mazāks diametrs nekā caurumiem ar tādu pašu vērtējumu.

New Age kompakti savienotāji

Vēl viena kosmosa izsalkušā sastāvdaļa ir savienotāji. Savienotāji izmanto lielāku dēļu vietu, un nospiedumā tiek izmantoti arī lielāka diametra spilventiņi. Savienotāju veidu maiņa var būt ļoti noderīga, ja to atļauj strāvas un sprieguma nominālvērtības.

Savienotāju ražošanas uzņēmums, piemēram, Molex vai Wurth Electronics vai jebkurš cits liels uzņēmums, vienmēr nodrošina vairāku izmēru balstītus viena veida savienotājus. Tādējādi pareizā izmēra izvēle varētu ietaupīt izmaksas, kā arī dēļa vietu.

Rezistoru tīkli

Galvenokārt mikrokontrolleru projektēšanā sērijveida pārejas rezistori ir tie, kas vienmēr ir nepieciešami, lai aizsargātu mikrokontrolleru no lielas strāvas plūsmas caur IO tapām. Tāpēc vairāk nekā 8 rezistori, dažreiz vairāk nekā 16 rezistori ir jāizmanto kā sērijas caurlaidības rezistori. Tik milzīgs rezistoru skaits PCB aizņem daudz vairāk vietas. Šo problēmu var atrisināt, izmantojot rezistoru tīklus. Vienkāršs 1210 paketes rezistoru tīkls varētu ietaupīt vietu 4 vai 6 rezistoriem. Zemāk redzamais attēls ir 5 rezistors iepakojumā 1206.

Sakrautas pakas, nevis standarta paketes

Ir daudz dizainu, kuriem dažādiem mērķiem nepieciešami vairāki tranzistori vai pat vairāk nekā divi MOSFET. Atsevišķu tranzistoru vai Mosfets pievienošana varētu radīt vairāk vietas nekā sakrautu paku izmantošana.

Ir dažādas iespējas, kas vienā komplektā izmanto vairākus komponentus. Piemēram, ir pieejamas arī divas Mosfet vai Quad MOSFET paketes, kas aizņem tikai viena Mosfet vietu un varētu ietaupīt milzīgu vietu dēlī.

Šos trikus var pielietot gandrīz katram komponentam. Tas noved pie mazākas dēļa vietas, un bonusa punkts ir tas, ka dažreiz šo komponentu izmaksas ir zemākas nekā atsevišķu komponentu izmantošana.

Iepriekš minētie punkti ir iespējamā izeja PCB izmēra samazināšanai. Tomēr izmaksām, sarežģītībai salīdzinājumā ar PCB izmēru vienmēr ir daži ar lēmumu saistītie kompromisi. Jāizvēlas precīzs ceļš, kas ir atkarīgs no mērķa lietojumprogrammas vai konkrētā mērķa ķēdes dizaina.