PCB-design for nybegynnere: En trinn-for-trinn-guide for å bygge ditt første brett

Det første brettet en nybegynner sender ut, kommer vanligvis tilbake med ett av tre problemer: et koblingsfotavtrykk som sitter en halv millimeter fra putene, et kraftspor som går varm under belastning, eller en Gerber-pakke produsenten må sende deg en e-post om før jobben i det hele tatt kan starte. Ingen av disse er kretsfeil. De er layout- og overleveringsbeslutninger tatt etter at skjemaet allerede er jobbet på skjermen.

For en første design er den pålitelige banen smal. Hold brettet enkeltsidig eller to-lags, plasser hver kobling og monteringshull før du dirigerer et enkelt spor, dimensjoner strømspor fra en gjeldende tabell i stedet for etter øyet, og avslutt med en designregelsjekk som samsvarer med det produsenten din faktisk kan produsere. Avsnittene nedenfor forklarer hvorfor hvert av disse trinnene eksisterer og hva det koster når du hopper over det.

Start med en skjematisk og fotavtrykk du kan bekrefte

Skjemaet er ikke papirarbeid du gjør ferdig før det "ekte" designarbeidet begynner. Det er nettlisten som driver oppsettet, materiallisten og monteringstegningen, og hver mismatch som er igjen i den blir et kobberspor du må kutte senere.

Bruk den ekstra timen i biblioteket i stedet for oppsettet. Åpne depoter og distributørnettsteder er fulle av fotavtrykk tegnet av andre brukere, og en pute som er 0,2 mm for smal ser fortsatt overbevisende ut på skjermen, samtidig som det gjør håndlodding nesten umulig.

• Kopier det anbefalte landmønsteret fra komponentdataarket i stedet for å tegne ditt eget.
• Bekreft pinne 1-retning og sjekk om delen er speilvendt når den sitter på undersiden.
• Kontroller at hver footprint-gårdsplass ikke overlapper naboene.
• Tilpass puttellingen for fotavtrykket til symbolet før du importerer begge til oppsettet.

Hvis du fortsatt bygger en mental modell av hele flyten, er en gjennomgang av grunnleggende PCB-design, stablevalg og feilsøkingstips verdt å lese før du forplikter en helg til et layoutverktøy.

Et enkeltsidig eller to-lags brett er vanligvis nok

For et første prosjekt vil ett eller to lag nesten alltid bære kretsen, og det enklere brettet er billigere å lage, raskere å ankomme og langt lettere å omarbeide når noe går galt.

Et enkeltsidig brett setter hvert spor på bunnen kobber og hver del på toppen. Det er ingen belagte viaer å bekymre seg for, og hvis ett spor må krysse et annet, løser du det med en trådkobling i stedet for et redesign. Det er grunnen til at så mange første prosjekter – tidtakere, sensorutbrudd, enkelttransistordrivere – forblir ensidig.

Overflatefinish betyr mer enn nybegynnere forventer. OSP, det organiske konserveringsmidlet for loddeevne, etterlater flatt kobber som lodder godt, holder rimelig holdbarhet og koster mindre enn gullplettering. Et ensidig OSP-brett er en fornuftig første bestilling fordi det er veldig lite på det som en klønete loddebolt kan skade.

Enkeltsidig OSP PCB-kort Ensidig OSP PCB bruker en organisk loddefilm (OSP) overflatebehandling, som er miljøvennlig og ikke-giftig. De tilbyr svært flate puter, maki... Se produkt →

To lag gir deg et kontinuerlig jordplan på den ene siden, som er den største støy- og signalkvalitetsforbedringen tilgjengelig for svært lite penger. Hvis designet ditt inkluderer en svitsjingsregulator, en SPI-buss eller en krystall, start med to lag.

Flytt til fire lag når ruting eller støy krever det

Fire lag slutter å være en luksus når signaltettheten eller klokkehastigheten øker. Det standard nybegynnervennlige arrangementet er signal, jord, kraft, signal: Hvert spor får et kontinuerlig referanseplan rett under det, som fjerner det meste av retursti-gjettingen som plager to-lags layouter.

Steget fra to lag til fire er reelt, men vanligvis mindre enn folk frykter, og det kjøper et roligere brett med langt mindre layouttid. En standard fire-lags konstruksjon med grønn loddemaske og en OSP-finish er der mange første seriøse design ender opp.

4-lags grønn OSP PCB Firelags 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 →

Plasser komponenter før du ruter noe

Plassering avgjør mesteparten av rutevanskene dine. Nybegynnere plasserer ofte deler grovt, starter ruting, og først da oppdager de at en kobling må flyttes.

1. Plasser kontakter, brytere, lysdioder og monteringshull først, fordi kabinettet bestemmer hvor de skal.
2. Deretter legger du til deler med mekaniske begrensninger: krystaller, antenner, kjøleribber, alt med et område som skal holdes utenfor.
3. Sett hver avkoblingskondensator så nært som mulig til strømpinnen den betjener, på samme side hvis plassen tillater det.
4. Ordne de resterende komponentene slik at forbindelsene mellom dem forblir korte, og begynn deretter ruting.

Hold kobber minst 0,3 mm fra platens omriss med mindre produsenten oppgir noe annet, og husk at V-skårede eller fresede kanter fjerner materiale etter montering. Ikke begrav et testpunkt under en høy del, og la prøverom rundt alt du trenger å måle - du vil måle det.

Størrelsesspor fra strøm, ikke fra vane

Sporbredde er en termisk beslutning før det er noe annet. Et spor som er for smalt for strømmen varmes opp, og den temperaturøkningen - ikke strømmen alene - er det som til slutt skader laminat eller en loddeforbindelse.

IPC-2221-kurver sitter bak nesten hver eneste online kalkulator for sporbredde, og mønsteret er enkelt: bredden vokser raskere enn gjeldende. Å flytte fra 1 A til 2 A på samme kobbertykkelse multipliserer den nødvendige bredden med omtrent 2,6, ikke med to. Innerlagsspor blir også varmere fordi laminat fanger varmen, så et indre spor trenger omtrent 2,6 ganger bredden av ekvivalenten til det ytre laget.

Behandle disse tallene som minimum kun for temperatur. Spenningsfall, kontrollert impedans og smeltestrøm alle trykkbredder høyere.

Når et design virkelig bærer strøm, blir kobbervekt og overflatefinish layoutbeslutninger i stedet for kjøpsdetaljer. To unser kobber halverer omtrent hver bredde i tabellen, og en blyfri loddet finish, som den som brukes på et dobbeltsidig blyfritt brett bygget for kraft og bilelektronikk, er verdt å spesifisere tidlig fordi det endrer både prosessen og overflaten du skal lodde til.

Tosidig grønt blyfritt loddet PCB for kraft- og bilelektronikk Dobbeltsidig grønn blyfri tinnbelagt plate. Den tykke metallbarrieren dannet av tinnbelegget har utmerket varmeavledningsytelse og evnen til å håndtere... Se produkt →

Geometri er også viktig. Ruter ved 45 grader i stedet for 90, hold høystrømsløkker fysisk små, og kjør signalspor over ubrutt underlag uansett hvor stablen tillater det.

Kjør DRC mot produsentens reelle grenser

Kontroll av designregel er ikke en formalitet som er lagret til slutt. Angi reglene dine fra produsentens publiserte evne før du starter, og kjør deretter sjekken etter plassering og igjen etter ruting.

Flerlagsfabrikker kan holde 3/3 mil linjebredde og avstand - et 6-lags gullbelagt bord med den geometrien er rutineproduksjon for mange av dem - men å designe med 6/6 mil koster et tregt første bord ingenting i ytelse og gir margin mot etsningsvariasjon og billigere tilbud.

Fjern disse kontrollene før du eksporterer:

• Ikke-tilkoblede nett med enkelt pute, som vanligvis betyr at et skjematisk symbol aldri ble kablet.
• Klareringsbrudd mellom spor, puter og kobberstøp.
• Silketrykk trykt over synlige puter, noe som forstyrrer loddepasta.
• Ringformede ringer og borstørrelser under produsentens minimum.
• Overlappende eller dupliserte puter, ofte etterlatt når et fotavtrykk redigeres.

Eksporter deretter Gerbers i RS-274X-format, én fil per lag, pluss en NC-borefil i samsvarende enheter og et kort tekstnotat med antall lag, platetykkelse, kobbervekt, overflatefinish og eventuelle impedanskrav. Hvert spørsmål en produsent må stille deg legger til en dag til tilbudet.

Hva du skal sende, og hva som kommer tilbake

Produksjonen er rask når filene er korrekte. Standard ledetider for et enkelt brett ser slik ut:

• Enkeltsidige og dobbeltsidige store partier: 6 til 7 dager
• 4 til 8 lag: 9 til 20 dager
• 10 til 16 lag: 20 til 25 dager
• 16 til 32 lag: 25 til 45 dager
• HDI-kort: innen 25 dager
• Dobbeltsidige prototyper: så raskt som 24 timer

Prisen er drevet av størrelse, antall lag, kobbervekt, finish, mengde og hvor hardt du presser toleransen. Sertifiseringer viser hvilke markeder en fabrikk kan betjene: ISO 9001, ISO 14001 og ISO 45001 dekker generell kvalitets-, miljø- og sikkerhetsstyring, mens IATF 16949 betyr noe når styret havner i et kjøretøy og UL betyr noe når det ferdige produktet selges i Nord-Amerika. Å lese servicesiden til en potensiell leverandør før du låser Gerbers, forteller deg hvilke toleranser og overflater de kjører hver dag, noe som er mer nyttig enn minimumskravene som er skrevet ut i en kapasitetstabell.

Hvis du tar en sekvens bort fra denne artikkelen, gjør den til denne:

1. Tegn skjemaet og kontroller hvert fotavtrykk mot et dataark.
2. Velg det laveste lagantallet som bærer signalene dine, og legg til et jordplan så snart du flytter til to lag.
3. Plasser kontakter, monteringshull og frakoblingskondensatorer før du dirigerer noe.
4. Dimensjoner strømspor fra en strømtabell og hold strømsløyfer korte.
5. Kjør DRC, eksporter RS-274X Gerbers med en NC-borefil, og send pakken med en skriftlig stablenote.

Deretter bestiller du en liten prototype, slår den sakte opp og skriver ned hva du vil endre. Det andre kortet er alltid bedre enn det første, og den raskeste måten å lære PCB-design på er å fullføre en.