EN
Ontwerpen van een PCB-platen is een van de meest kritieke vaardigheden in de elektronische techniek. Of u nu een eenvoudig prototype met één laag of een complexe meerlagige assemblage bouwt, het ontwerpproces van de printplaat volgt een gestructureerde reeks stappen die direct bepaalt hoe goed uw eindproduct presteert. Een goed begrip van elke fase voordat u begint, bespaart tijd, vermindert kostbare fouten en zorgt ervoor dat uw printplaat aan zowel elektrische als mechanische eisen voldoet.
Een goed ontworpen printplaat (PCB) weegt de signalenintegriteit, thermisch beheer, mechanische pasvorm en vervaardigbaarheid af tegen elkaar. Het haasten van een willekeurige fase in de ontwikkeling van een printplaat leidt vaak tot lay-outfouten, signaalinterferentie of afwijzingen tijdens de fabricage. Deze gids doorloopt de essentiële stappen van het printplaatontwerp in een logische volgorde, van het initiële schema-opnemen tot en met het genereren van productiebestanden, en biedt engineers en ontwerpers een betrouwbare werkwijze die ze elke keer kunnen volgen bij het starten van een nieuw printplaatproject.
Schema-opnemen en componentplanning
Een betrouwbaar schema opstellen voor uw printplaat
Elk PCB-ontwerp begint met een schema. Het schema is de logische blauwdruk die definieert hoe elk onderdeel elektrisch is verbonden. Voordat u ook maar één trace op uw PCB-plaat plaatst, moet u over een schoon, volledig gecontroleerd schema beschikken dat uw schakeling nauwkeurig weergeeft. Dit omvat het toewijzen van juiste componentwaarden, het verifiëren van referentieaanduidingen en het waarborgen dat elk netwerk correct is benoemd en afgesloten. Een slordig schema vertaalt zich direct naar een gebrekkige PCB-layout die later moeilijk te debuggen is.
Componentselectie is een integraal onderdeel van het schemaontwerp voor elke PCB-printplaat. Kies componenten die beschikbaar zijn in de voetprintbibliotheken van uw doel-PCB-printplaat en die passen bij uw productieproces, of dat nu oppervlaktegemonteerde technologie (SMT) of door-gatmontage is. Controleer of het landpatroon van elk component overeenkomt met het daadwerkelijke fysieke onderdeel dat u wilt gebruiken, aangezien een mismatch op dit moment kan leiden tot een volledige mislukking van de assemblage van uw PCB-printplaat. Het uitvoeren van een elektrische regelcontrole (ERC) binnen uw ontwerpsoftware helpt verbindingproblemen op te sporen voordat u overgaat naar de layout.
Vroegtijdig definiëren van PCB-printplaatbeperkingen
Voordat u de lay-outeditor voor printplaten (PCB) opent, moet u uw ontwerpbeperkingen definiëren. Deze omvatten de afmetingen van de printplaat, het aantal lagen, de minimale spoorbreedte, de minimale via-afmeting, regels voor koperafstand en impedantievereisten. Voor high-speed printplatenontwerpen zijn sporen met gecontroleerde impedantie essentieel, en uw printplatenfabrikant moet de diëlektrische stack-up kennen om deze correct te kunnen vervaardigen. Het instellen van deze beperkingen in uw ontwerpsoftware op dit moment zorgt ervoor dat de tool eventuele schendingen direct aangeeft tijdens het routeren van uw printplaat.
Printplatenlay-out en componentenplaatsing
Strategische componentenplaatsing op uw printplaat
Zodra uw schema is afgerond, plaatst u uw componenten op het PCB-bordcanvas. De plaatsing van componenten is vermoedelijk de meest bepalende stap in het ontwerp van een PCB-bord. Slechte plaatsing leidt tot lange signaalpaden, overvolle routeringsgebieden en mogelijke elektromagnetische interferentie. Groepeer gerelateerde functionele blokken bij elkaar op het PCB-bord. Plaats bijvoorbeeld voedingcomponenten dicht bij de rand van het bord en ver weg van gevoelige analoge circuits. Plaats ontkoppelcondensatoren zo dicht mogelijk bij de voedingspinnen van elke IC op uw PCB-bord om parasitaire inductie te minimaliseren.
Houd rekening met mechanische beperkingen bij het plaatsen van componenten op de PCB. Connectoren moeten uitlijnen met de uitsparingen in de behuizing, bevestigingsgaten moeten toegankelijk zijn en warmteproducerende componenten, zoals spanningsregelaars, moeten worden geplaatst waar luchtstroom of koeling beschikbaar is. Het bekijken van uw PCB in de context van de definitieve behuizing tijdens het plaatsen voorkomt kostbare herwerking in het prototype-stadium. Een zorgvuldig ontworpen PCB-layout vermindert de complexiteit van de bedrading en verbetert de algehele signaalqualiteit.
Lagenopbouwplanning voor uw PCB
Bij het ontwerpen van meervlaaks-printplaten (PCB) is het definiëren van de laagopbouw (stack-up) cruciaal voordat het routen begint. Een typische vierlaags-printplaat gebruikt twee signaalniveaus die een voedingsvlak en een aardvlak omgeven. Deze opstelling verbetert de stroomverdeling aanzienlijk en vermindert elektromagnetische emissies van de printplaat. Bij ontwerpen met hoogfrequente signalen moeten referentievlaakken continu en ononderbroken zijn onder de signaaltracés om een consistente impedantie op de printplaat te behouden. Bespreek uw laagopbouw tijdig met uw printplatenfabrikant om afspraken te maken over materiaalkeuze en koperdikte.
Routen, ontwerpregelcontroles en fabricagebestanden
Tracés routen op uw printplaat
Routeren is het proces waarbij de koperbanen worden getekend die componenten met elkaar verbinden volgens uw schema op de printplaat. Begin met het routeren van kritieke signaalpaden, zoals hoge-snelheid differentiële paren, kloksignalen en voedingsrails. Deze banen op uw printplaat moeten voldoen aan strikte eisen ten aanzien van lengte-aanpassing, onderlinge afstand en impedantie voordat u overgaat tot het routeren van algemene signalen. Gebruik de interactieve router van uw ontwerpsoftware om de afstandsregels in acht te nemen en scherpe hoeken te vermijden, omdat deze tijdens het chemisch etsen van de printplaat zuurtrappen kunnen veroorzaken. Nadat u de kritieke netten hebt gerouteerd, voltooi dan de resterende signaalverbindingen op uw printplaat.
Koperen vlakken, ook wel overstromingsvullingen genoemd, worden veel gebruikt in PCB-ontwerpen om massaplanen of voedingplanen te verbinden over ongebruikte gebieden op elke laag. Een massieve massavulling op uw PCB vermindert ruis, verlaagt de impedantie en biedt een thermisch voordeel door warmte te verspreiden. Zodra de routering van uw PCB is voltooid, verwijdert u alle geïsoleerde koperen eilanden die niet met een netwerk zijn verbonden, omdat deze problemen kunnen veroorzaken tijdens de fabricage en inspectie van de PCB.
Uitvoeren van DRC en voorbereiden van PCB-fabricagebestanden
Het uitvoeren van een ontwerpregelcontrole (DRC) is een verplichte stap voordat u uw PCB indient voor fabricage. De DRC scant de volledige PCB-layout op overtredingen zoals onvoldoende afstand, niet-verbonden netwerken, spoorbreedte-overtredingen en overlappende silk-screen-elementen. Elke fout die door de DRC wordt gemeld, moet worden bekeken en opgelost voordat uw PCB klaar is voor productie. Het overslaan van deze verificatiestap is een veelvoorkomende oorzaak van afwijzingen en vertragingen bij de PCB-fabricage.
Zodra de printplaat (PCB) de DRC-test heeft doorstaan, genereert u de Gerber-bestanden die uw PCB-fabrikant gebruikt om de fysieke printplaat te produceren. Deze bestanden omvatten de koperlagen, de soldeermaskerlagen, de silk-screenlagen, de boorbestanden en de omtrek van de printplaat. Controleer met uw PCB-fabrikant welk bestandsformaat en welke naamgevingsconventie zij vereisen. Veel PCB-ontwerpers leveren ook een materiaallijst (BOM) en een montage-tekening mee aan de Gerber-bestanden om een nauwkeurige montage van de printplaat te garanderen. Het bekijken van een fabricatievoorbeeld van uw printplaat voordat u de bestelling plaatst, biedt u één laatste kans om eventuele problemen op te merken.
Veelgestelde vragen
Welke software wordt veelal gebruikt om een printplaat (PCB) te ontwerpen?
Verschillende EDA-tools worden veel gebruikt voor het ontwerpen van printplaten, waaronder Altium Designer, KiCad, Eagle en OrCAD. De juiste keuze voor uw printplatenproject hangt af van uw budget, de complexiteit van de printplaat en de vertrouwdheid van uw team met de tool. KiCad is een populaire open-sourceoptie voor printplatenontwerpers die werken aan projecten waarbij kosten een belangrijke factor zijn.
Hoeveel lagen heeft een standaardprintplaat nodig?
Een eenvoudige printplaat met een lage componentendichtheid kan vaak op twee lagen worden afgewerkt. Complexere printplaatontwerpen met een hoge componentendichtheid, meerdere voedingsdomeinen of hoogfrequente signalen vereisen doorgaans vier of meer lagen om een goede signaalintegriteit en stroomverdeling op de printplaat te bereiken.
Welke bestandsformaten zijn vereist om een printplaat te fabriceren?
De industrienorm voor de fabricage van printplaten (PCB) is het Gerber-bestandsformaat, specifiek RS-274X. Een volledige inzending voor een PCB bestaat doorgaans uit Gerber-bestanden voor elke koperlaag, het soldeermasker, de silk screen, een boorbestand in Excellon-formaat en de omtrek van de PCB. Sommige fabrikanten accepteren ook ODB++ als alternatief voor Gerber bij de productie van PCB’s.