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印制电路板规划成功的七大技能要素

本文将讨论新手和老手都适用的七个基本(而且重要的)技巧和策略。只要在设计过程中对这些技巧多加注意,就能减少设计回炉次数、设计时间和总体诊断难点

本文将谈论新手和内行都适用的七个底子(而且重要的)技巧和战略。只需在规划进程中对这些技巧多加留意,就能削减规划回炉次数、规划时刻和整体确诊难点。

技巧一:重视研讨制作办法和代工厂化学处理进程

在这个无工厂IC公司年代,有许多工程师真的不知道从他们的规划文件生成PCB所触及的进程和化学处理进程,这点其实也不古怪。这种有用常识的短少常常导致规划新手做出没有必要的较为杂乱的规划挑选。举例来说,新手易犯的一种常见过错是用特别准确的尺度规划电路板地图,也便是运用关联在严密栅格上的正交导线,终究发现并不是每家电路板加工厂能够出产出在现场运用寿命期间能够坚持满意牢靠性的规划来。

具有这些才干的工厂或许无法供给最经济的PCB价格。规划真的需求那么杂乱吗?能够在更大的栅格上规划电路板地图,然后下降电路板本钱并进步牢靠性吗?规划新手遇到的其它误区还有太小的过孔尺度以及盲孔和埋孔。这些先进的过孔结构是PCB规划师东西箱中强壮东西的产品,但其有效性与详细景象高度相关。仅仅由于它们存在于东西箱中并不意味着应该用它们。

Bert Simonovich的“规划笔记”博客关于此事就说到了过孔的截面纵横比:“一个纵横比为6:1的过孔能够很好地保证你的电路板能够在任何当地制作。”关于大多数规划来说,只需稍加考虑和规划,这些HDI特征就能彻底防止,然后再次节约本钱,进步规划的可制作性。对这些超小型或单口过孔进行镀铜所要求的物理学和流体力学才干并不是一切PCB工厂都拿手的。记住,一个欠好的过孔就能毁了整个电路板;假如你的规划中有20000个过孔,那么你就有20000次失利的时机。将不用要的HDI过孔技能包含在内,那么毛病概率只会上升。

技巧二:信任飞线

有时分在规划一块简略电路板时画原理图似乎是在浪费时刻,特别是当你做过一两个规划之后。但关于初学的规划师来说,画原理图也或许是一个令人害怕的作业。越过原理图是新手和熟练程度中等的人常常采纳的一种战术。但一定要反抗住这种激烈的愿望。从你能够用作参阅的完好原理图开端开发你的地图有助于保证你的地图衔接得到悉数完结。下面做些解说。

首要,原理图是电路的一种可视化描绘,它能够在许多层次上交流信息。电路的子部分能够详细制作到好几页上,元器材能够安排在接近它们功用块的当地,而与它们终究的物理布局无关。由于原理图符号中显现有每个元器材上的每个引脚,因而很简单查看出未连线的引脚。换句话说,不论描绘电路的正式规矩是否被遵从,原理图都有助于你快速可视化地确认这一现实。

在主题为仓库溢出的一组谈论中,一位发帖者这样谈论:“假如一个原理图或许会误导看它的人,那么它肯定是个欠好的原理图,不论终究标明……现实上它是正确的原理图。问题很清楚。技能上正确但比较紊乱的原理图依然是一个欠好的原理图。”尽管这个观念咱们很简单认同,但在CAD程序中,一个无法阅览的原理图依然能够表达描绘电路的衔接信息,在地图规划时依然是有用的。

结论是:在规划PCB地图时,有一个原理图用作黄金参阅能够使作业变得愈加简单。用符号完结衔接;在应对走线挑战时不用一起考虑衔接。终究,发现榜首版规划中你忘了做的导线衔接能够节约重做的次数。

技巧三:运用主动布线器,但不要彻底依靠主动布线器

大多数专业级的PCB CAD东西都有主动布线器。但除非你规划PCB很专业,主动布线器才会一次完结布线;对PCB连线来说主动布线器并不是一次点击就能完结的处理方案。你依然应该知道怎么进行手艺布线。

主动布线器是一种高度可装备的东西。为了充分发挥它们的效果,每次使命都要对布线器参数进行细心、周到的设置,乃至对单块PCB规划中的各个模块都要独自设置,不存在合适任何场合的底子通用默认设置。

当你问一个经历丰厚的规划师“最好的主动布线器是什么”时,他们一般的答复是“你两只耳朵间的东西(眼睛)”,这可不是玩笑话,他们是细心的。布线作为一种工艺,与算法相同有艺术性;布线自身便是启发式的,因而十分相似于传统的回溯算法。关于受束缚的途径挑选运用(比方迷宫和拼图)来说,回溯算法很合适用来寻觅答案,但在敞开的、不受束缚的场合,比方预先布放好了元器材的印制电路板,回溯算法就并不拿手于找到最优处理方案。除非主动布线器的束缚条件得到了规划师高度详尽的调整,不然主动布线器成果仍需求人工去查看回溯算法成果中的薄弱环节。

导线尺度是另一个难点。主动布线器不能牢靠地确认一条导线上会流过多大的电流,因而它不能帮你确认要用多宽的导线。成果是,大多数主动布线器布出来的导线宽度不符合要求。许多主动布线器能够让你规矩参阅导线束缚条件。在stackexchange.com网站上的一篇论坛帖子中,作者Martin Thompson这样写道,“我做的每块板都用过主动布线器(欠好意思,是一种很高端的布线器……)。假如你的束缚条件相似是这样的:只在这个层上,这两个信号构成差分对,这些网络有必要匹配长度,那么你有必要将这些条件奉告主动布线器。”当你想要运用主动布线器时,你要问问你自己:“当我为电路板设置好主动布线器的束缚条件,乃至或许在原理图中对每根导线设置了束缚条件,有这时刻会完结多少手艺布线?”

经历丰厚的规划师把许多精力放在开端的元件布局上,简直整个规划时刻的一半都用来优化元件的布局:

布线简化——尽量削减飞线的穿插等等;

器材接近——更短的路由意味着更佳的布线;

信号时序考虑。

在Sunstone Circuits公司的用户论坛上,一个帖子这样写道,“对元件布局多加留意。以愈加简单布线的办法进行元件布局。元件布局占整个作业量的70%。在开端布榜首根线之前要放好一切的元件……运用飞线(这些线指示了还没有完结布线的衔接联系)作为布线杂乱性的大略攻略。”

老前辈们常常运用混合办法进行布线——手艺布一些重要的要害线,布好后确定这些线。然后用主动布线器处理非要害的导线,并协助办理布线算法中的“逃逸状况”。这种办法有时是受控的手艺布线和快速的主动布线之间的一个很好折衷。

技巧四:电路板几许尺度和电流

大多数从事电子规划的人都知道,就像沿河道走的河流相同,电子或许会遇到咽喉点和瓶颈。这一点在轿车熔丝的规划中得到了直接运用。经过操控导线的厚度和形状(U型曲折、V型曲折、S形等),在过载时经过校准的熔丝会在咽喉点熔断。问题是,PCB规划师在他们的PCB规划中偶尔会产生相似的电气咽喉点。举例来说:在能够运用两个快速45s构成视点的当地运用90度弯角;曲折度大于90度,构成之字形状。在最好的状况下,这些导线会下降信号传达的速度;在最糟糕的状况下,它们就像轿车熔丝相同,会在电阻点熔断。

技巧五:哦,碎片!

碎片是一种制作问题,能够经过正确的电路板规划得到最好的办理(图1)。为了了解碎片问题,首要需求回忆一下化学蚀刻工艺。化学蚀刻工艺的意图是要溶解掉不需求的铜。但假如有特别长、薄、条状的碎片需求腐蚀,这些碎片有时会在彻底溶解之前整块脱离。这种条块随后飘浮在化学溶液中,有或许随机落在另一块电路板上。

相同具有风险的状况是当碎片依然留在电路板上之时。假如碎片满意窄,酸液池能够腐蚀掉下方满意多的铜,使碎片部分剥离。现在碎片处处游走,像旗子相同附在电路板上。终究它会落到你自己的电路板上,引起其它导线的短路。

那么你去哪里寻觅潜在的碎片以及怎么防止这些碎片呢?在规划PCB地图时,最好防止留下十分窄的铜片区域(图2)。这种区域一般是在导线和焊盘空隙穿插点敷铜时形成的(图3)。将铜片的最小宽度设置为超越制作商答应的最小值,你的规划应该就没有这方面的问题了。针对蚀刻的标准最小宽度是0.006英寸。

图1 在这个比方中,导线之间很窄的屏蔽图画在电路板基板上显得很结实。

图2:一个十分狭隘的片状区域,比方原始规划文件中的这个比方,在制作时或许不受操控地剥离,然后产生短路和良率问题。

技巧六:重视DRC

尽管设置主动布线器一般是专门针对详细规划功用进行的,但规划规矩查看(DRC)一般被用来输入制作商的规划束缚。尽管这种设置很庸俗,但并没有像主动布线器那么糟糕。大多数规划团队终究都会树立一整套规划规矩,旨在:标准化裸板构建本钱,最大化良率;尽或许共同地进行拼装、查看和测验。除了规划优点外,这些规划规矩——将规划坚持在预界说的制作极限之内——也有助于在收购部分树立更好的共同性。假如电路板制作的价格是共同的,则收购常常能削减需求保护的专业PCB制作协议数量。

图3:在这个比方中,化学蚀刻会改变狭隘条状填充的形状/尺度。碎片剥离时会产生意料不到的鳞片和皮瓣。

为了协助处理一切这些问题,许多PCB规划东西都内置有DRC查看器(一些东西称它们为“束缚办理器”),当你在修改时DRC查看器会交互式地标记出规划规矩违例。一旦你针对所选的制作商设置好DRC规矩,就要细心严厉地对待呈现的过错。DRC东西一般都是比较保存的。它们会有意陈述或许的过错,让你来做出决议。挑选几百个“或许的”问题是很庸俗的事,但不论怎样都要去做。在这份问题清单中或许深藏着榜首次出产注定要失利的原因。除此之外,假如你的规划生成了很多的或许过错,你应该警惕你的走线办法或许需求改善。

Dave Baker是Sunstone Circuits公司的一位PCB规划师,具有20多年的丰厚规划经历,他的主张是这样的。“花点时刻了解并正确地设置地图东西供给的束缚体系。花点时刻查看一切等级的束缚。束缚东西或许很强壮,也很灵敏,但也会令人困惑和带来风险。过错的束缚很简单导致有缺点的或无法制作的电路板。束缚设置中的过错很或许束缚DRC查看或使其无法运用。有或许会产生这样的景象:每次DRC都经过了,但电路板依然无法制作或不能正常作业。曾经我见过这种景象。规划团队都很快乐,由于电路板经过了DRC查看,但首件产品上测验台却冒烟了。盯梢这种毛病会将团队带回到CAD东西的束缚办理器。束缚办理器没有规划认识;它会让你做任何事,而不论工作有多么糟糕。”

比方在Sunstone Circuits公司,简直每天都会收到很简单制作的电路板规划的报价要求,但也有要害区域的规划容差和空隙太小的时分。这种状况使PCB代工厂(比方Sunstone)不得不奉告坏消息:要么咱们底子无法制作电路板,由于容差超出了咱们的才干规模,要么咱们能够制作电路板,但价格要进步,而且良率或许较低。这些客户假如在规划时就考虑到特定制作商的才干就好了。

Baker弥补道:“假如你的地图软件答应你放置DRC违例,那么运用这个功用时一定要当心。由于轻易地放置DRC,想把它留到后边再处理,成果往往是很轻易地就忘了。记住在将你的规划发送出去制作前一定要查看一切放置的DRC过错。”

Bob Tise是现在正在Sunstone Circuits公司上班的经历丰厚的PCB规划师,他的以为:“你一定要反抗住彻底放置DRC过错的引诱,并遵从一开端就设定好的规矩。”

技巧七:了解你在运用的代工厂

在谈论过DRC设置之后,这个技巧简直——但并不彻底——是剩余的。除了协助你正确地树立DRC规矩之外,了解你的电路板将发往哪家代工厂也能供给额定的一些预制作协助。一家好的代工厂会在你下订单前供给一些有利的协助和主张,包含怎么改善你的规划以削减规划重复、削减终究在测验台上调试时遇到的问题,并进步电路板的良率。

卡耐基梅隆大学的一位博士生Hugo在博客中这样点评对制作商的了解:

“每家制作商都有自己的标准,比方最小导线宽度、距离、层数等。在开端规划之前,你应该考虑好你自己的要求,然后找到一家能够满意你要求的制作商。你的要求还包含PCB资料等级。PCB资料等级从FR-1(纸-酚醛树脂混合物)一直到FR-5(玻璃纤维和环氧树脂)。大多数PCB原型制作商运用FR-4,但FR-2也常常用于大批量的消费类运用。资料类型会影响到电路板的强度、耐用性、吸湿性和阻燃性(FR)。”

了解印制电路板的制作工艺,了解你的制作商会选用哪种工艺和办法,能够协助你做出更好的规划决议计划。去访问一下你选中的供货商,亲身了解一下制作进程。在将你的规划提交给制作之前好好运用DFM(可制作性规划)东西吧。

本文小结

假如你在考虑这些底子的技巧和技能,阐明你现已走在通往快速、牢靠、专业质量的PCB路途上了。了解制作工艺;运用DRC和DFM协助你捕捉忽略的或许添加代工本钱和/或下降良率的规划功用。然后细心规划元器材的布局,消除贵重的规划功用。明智地运用CAD东西供给的一切规划东西,包含主动布局和主动布线,但对主动布线器的设置一定有要耐性和缜密,这样才干获得杰出的主动布线成果。

不要依靠主动布线器做布线以外的工作;需求时手艺调整导线尺度,以保证规划中承载正确的电流。不论怎样一定要信任飞线,直到一切飞线100%消失,你的电路板规划才算完结。

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