Jeśli właśnie zainstalowałeś nowe narzędzie do projektowania PCB i wpatrujesz się w pustą przestrzeń, zastanawiając się, od czego zacząć, nie jesteś sam. Większość inżynierów czuje się komfortowo ze schematami i doborem komponentów – ale przejście do fizycznego układu PCB może początkowo wydawać się przytłaczające. Dobra wiadomość jest taka, że ucząc się kilku podstawowych zasad na wczesnym etapie, możesz uniknąć najczęstszych pułapek i tworzyć płytki, które są czyste, funkcjonalne i gotowe do produkcji bez kosztownych poprawek.
W DuxPCB współpracujemy z inżynierami i zespołami produktowymi na każdym etapie – od pierwszego prototypu po produkcję wielkoseryjną. Widzimy te same błędy projektowe pojawiające się wielokrotnie, a prawie wszystkie z nich wynikają z pominięcia jednej z podstaw omówionych w tym przewodniku. Czytaj dalej, a będziesz o krok przed innymi, zanim poprowadzisz swój pierwszy ślad.
Zanim otworzysz edytor układu, poświęć czas na zrozumienie, jak standardowy proces projektowania PCB przebiega od początku do końca. Skakanie prosto do rozmieszczenia bez jasnego obrazu całego przepływu pracy jest jednym z najszybszych sposobów na stworzenie sobie później poprawek.
Standardowy przepływ pracy projektowania PCB przebiega w następującej kolejności:
Zrozumienie tej sekwencji jest ważne, ponieważ każdy krok zależy od poprzedniego. Projektanci, którzy pomijają kroki – na przykład prowadzą ślady przed finalizacją rozmieszczenia – prawie zawsze muszą cofać pracę. Budowanie dobrych nawyków związanych z przepływem pracy od początku oszczędza znaczną ilość czasu przy każdym kolejnym projekcie.
Twój schemat i układ PCB to dwie reprezentacje tego samego projektu. Każda zmiana wprowadzona w jednym musi być odzwierciedlona w drugim. Jest to jedna z najbardziej fundamentalnych zasad projektowania PCB, a jej naruszenie – nawet tymczasowe – prowadzi do niedopasowań, brakujących połączeń i błędów, które trudno później prześledzić.
Wszelkie następujące zmiany wprowadzone w schemacie muszą zostać przeniesione do układu PCB przed kontynuowaniem:
Nowoczesne oprogramowanie do projektowania PCB obsługuje to za pomocą funkcji importu lub synchronizacji. Używaj jej konsekwentnie. Dokonuj edycji komponentów w schemacie i importuj je do układu – nie odwrotnie. Ta dyscyplina utrzymuje dane projektu w czystości i zapewnia, że silnik reguł projektowania poprawnie odczytuje Twoje intencje.
Każda płytka PCB, którą projektujesz z zamiarem produkcji jako fizyczny produkt, musi być możliwa do wyprodukowania na dużą skalę. Oprogramowanie do projektowania PCB pozwoli Ci stworzyć na ekranie prawie wszystko – ale nie wszystko, co można narysować, można niezawodnie wyprodukować w ramach standardowych możliwości procesowych.
Każdy projektant PCB korzysta z poświęcenia czasu na naukę podstaw produkcji PCB: jak przetwarza się laminaty, jak buduje się warstwy miedzi, jak działa wiercenie i platerowanie, jakie są dostępne wykończenia powierzchni i jakie są praktyczne granice każdego procesu. Ta wiedza kształtuje lepsze decyzje projektowe od początku, zamiast wyłapywać problemy podczas przeglądu DFM (Design for Manufacturability) po fakcie.
Problemy DFM – takie, które powodują, że płytki są odsyłane do przeprojektowania przed rozpoczęciem produkcji – są prawie zawsze możliwe do uniknięcia. Większość z nich wynika z wymiarów cech miedzianych lub odstępów, które wykraczają poza to, co wybrany proces produkcyjny może niezawodnie wytworzyć. Poznanie typowych limitów możliwości standardowego producenta PCB przed zaprojektowaniem oszczędza zarówno czas, jak i pieniądze.
W DuxPCB nasz zespół inżynierów jest dostępny do przeglądu projektów klientów pod kątem możliwości produkcyjnych przed produkcją. Jeśli nie masz pewności, czy konkretna cecha projektu mieści się w standardowych tolerancjach, skontaktuj się z nami przed złożeniem zamówienia – znacznie łatwiej jest dostosować układ niż złomować partię płytek.
Gdy już zdobędziesz praktyczną wiedzę o procesie produkcyjnym, zasady projektowania zaczną mieć intuicyjny sens, zamiast być postrzegane jako arbitralne ograniczenia. Większość problemów DFM sprowadza się do jednej z dwóch rzeczy: cechy miedziane są zbyt małe lub cechy miedziane są zbyt blisko siebie.
Oprogramowanie do projektowania PCB jest dostarczane z domyślnymi zasadami projektowania, które są często konserwatywne – czasami zbyt konserwatywne dla nowoczesnych projektów, a czasami niewystarczająco konserwatywne dla możliwości konkretnego producenta. Ani ślepe przestrzeganie domyślnych ustawień, ani ignorowanie naruszeń zasad nie jest właściwym podejściem.
Rozważmy jako praktyczny przykład odstęp między padami. Oprogramowanie może oznaczyć błąd zasady projektowania na footprincie komponentu, gdzie odstęp między padami wynosi około 9 mils. Jednak wielu producentów może niezawodnie wytwarzać minimalne odstępy około 5 mils – co oznacza, że domyślna zasada jest nadmiernie restrykcyjna. Z drugiej strony, zmniejszanie odstępów poniżej podanych przez producenta możliwości, ponieważ „działa to na ekranie”, spowoduje problemy z wydajnością produkcji.
Właściwe podejście polega na uzyskaniu specyfikacji możliwości producenta – minimalna szerokość śladu, minimalny odstęp, minimalny rozmiar wiertła, minimalny pierścień anularny i tak dalej – i ustawieniu zasad projektowania tak, aby odpowiadały tym wartościom. Projektuj zgodnie z rzeczywistym procesem, a nie z ogólnym domyślnym.
Jednym z najbardziej uporczywych błędnych przekonań wśród nowych projektantów PCB jest wahanie przed użyciem dedykowanej płaszczyzny masy. Jest to zrozumiałe – wydaje się, że poświęca się całą warstwę jednemu celowi. Ale w praktyce brak solidnej płaszczyzny masy jest przyczyną nieproporcjonalnie dużej liczby problemów z szumami zarówno w projektach cyfrowych, jak i analogowych.
Płaszczyzna masy to warstwa miedzi – lub duży obszar miedzi – przeznaczony całkowicie dla potencjału masy. Zapewnia ścieżkę powrotną o niskiej impedancji dla każdego sygnału na płytce, tłumi zakłócenia elektromagnetyczne, stabilizuje punkty odniesienia napięcia i upraszcza prowadzenie śladów, eliminując potrzebę prowadzenia indywidualnych śladów masy do każdego komponentu.
Nowoczesnym standardem dla większości projektów PCB jest prosta zasada: używaj solidnej płaszczyzny masy. Płaszczyzny dzielone i konfiguracje masy typu gwiazda mają specyficzne, dobrze zdefiniowane zastosowania – zazwyczaj w projektach mieszanych, gdzie domeny masy analogowej i cyfrowej muszą być izolowane – ale są one wyjątkiem, a nie regułą. Dla zdecydowanej większości projektów cyfrowych i analogowych, solidna płaszczyzna masy na dedykowanej warstwie jest właściwym wyborem.
Jeśli problemy z szumami lub integralnością sygnału wpływają na Twój projekt, najpierw sprawdź płaszczyznę masy. W większości przypadków okaże się, że jest ona nieobecna, fragmentaryczna lub słabo połączona.
Po zaimportowaniu danych schematu do układu PCB, Twoim natychmiastowym zadaniem jest rozmieszczenie komponentów – nie prowadzenie śladów. To rozróżnienie jest ważniejsze, niż większość nowych projektantów zdaje sobie sprawę.
Celem rozmieszczenia jest takie umieszczenie każdego komponentu, aby wynikowy układ był możliwy do poprowadzenia: tak, aby ślady mogły być prowadzone między połączonymi padami bez nadmiernych zmian warstw, bez długich objazdów i bez tworzenia problemów z sprzężeniem szumów między wrażliwymi sygnałami. Dobrze rozmieszczona płytka jest szybko prowadzona. Źle rozmieszczona płytka może być technicznie możliwa do poprowadzenia, ale dać układ, który działa źle lub nie przejdzie DFM.
Praktyczna zasada jest prosta: nie prowadź niczego, dopóki wszystkie komponenty nie zostaną umieszczone, a rozmieszczenie nie zostanie przejrzane i zatwierdzone. Prowadzenie śladów przed finalizacją rozmieszczenia gwarantuje poprawki. Ślad, który poprowadzisz dzisiaj, będzie musiał zostać usunięty i poprowadzony ponownie po kolejnej korekcie rozmieszczenia.
Podczas rozmieszczania staraj się minimalizować przecięcia linii „ratsnest” – linii łączących piny komponentów, które pokazują, które pady wymagają połączenia. Gdy przecięcia linii „ratsnest” są zminimalizowane, komponenty są efektywnie wstępnie zorganizowane do efektywnego prowadzenia śladów.
Po zakończeniu i przeglądzie rozmieszczenia można rozpocząć prowadzenie śladów. Dobrze wykonane rozmieszczenie znacznie ułatwia osiągnięcie czterech celów dobrego prowadzenia śladów:
Ukończenie układu nie jest końcem procesu projektowania. Jako projektant, Twoja odpowiedzialność obejmuje generowanie plików wyjściowych do produkcji, które zakład produkcyjny wykorzysta do zbudowania Twojej płytki. Oprogramowanie do projektowania PCB automatyzuje większość tego – pliki Gerber dla każdej warstwy, pliki wierteł, rysunki montażowe i listy materiałów – ale automatyzacja nie eliminuje potrzeby przeglądu.
Pliki Gerber to standardowy format branżowy do komunikowania danych warstw PCB producentom. Przed przesłaniem jakiegokolwiek projektu do produkcji, otwórz wygenerowane pliki Gerber w dedykowanym przeglądarce i sprawdź je ręcznie. Potwierdź, że przypisania warstw są poprawne, że wszystkie cechy miedziane są obecne, że plik wierteł prawidłowo pasuje do lokalizacji padów i że nie pojawiły się żadne niezamierzone artefakty.
Błędy w plikach wyjściowych są znacznie częstsze, niż większość projektantów oczekuje, a ich wykrycie przed złożeniem zamówienia jest zawsze tańsze niż odkrycie ich po rozpoczęciu produkcji.
Zrozumienie tych podstaw sprawi, że będziesz bardziej efektywnym projektantem PCB już od swojego pierwszego układu – i znacznie zmniejszy tarcie między projektowaniem a produkcją.
Kiedy będziesz gotowy do przejścia od projektu do produkcji, DuxPCB oferuje pełne usługi produkcji PCB i montażu PCB, od pojedynczych prototypów po produkcję wielkoseryjną. Nasz zespół może wesprzeć Twój projekt przeglądem DFM, pozyskiwaniem komponentów, montażem SMT i przelotowym oraz kompletną dostawą PCBA.
Skontaktuj się z DuxPCB już dziś, aby uzyskać bezpłatną wycenę i przegląd DFM – i spraw, aby Twój projekt został wykonany poprawnie za pierwszym razem.
© DuxPCB. Wszelkie prawa zastrzeżone. Oryginalna treść wyprodukowana przez zespół techniczny DuxPCB.
