Layout da PCB-6 coisas importantes a serem consideradas ao projetar sua PCB

Você sabia que quase todos os circuitos eletrônicos incluem um layout de PCB? Nesta era da Internet das Coisas, a demanda e a complexidade dos PCBs continuam crescendo a cada dia. Projetar uma PCB pode ser intimidante, especialmente porque coloca vários componentes eletrônicos e roteamento ideal em um espaço muito restrito. Conhecer o layout de um PCB é crucial para acertar na primeira vez.

Este artigo discute as seis coisas essenciais a serem consideradas ao projetar sua PCB, incluindo uma escolha de materiais e componentes, colocação de componentes, empilhamento de PCB, tipos de PCB via, energia, problemas térmicos e restrições de placa.

1. Materiais e componentes

Você deve considerar o material e os componentes que planeja usar para sua impressão nos detalhes pertinentes; você deve primeiro definir as funções que a PCB terá que executar, o tamanho aproximado do produto final, a interligação da PCB com outros circuitos e, claro, sua colocação no produto.

Alguns materiais podem operar em temperaturas extremas; outros podem falhar e resultar em curto-circuito. Por isso, tenha em mente a temperatura de trabalho do produto final em relação ao material e componentes que você escolher para sua placa de circuito impresso.

Por fim, considere o custo e a disponibilidade dos materiais. Se você se contentar com materiais difíceis de encontrar, eles podem ser caros e demorados para localizar, o que eventualmente atrasará a montagem do seu PCB. Considere escolher um fornecedor de PCB que possa manter um fornecimento constante dos componentes necessários para o seu PCB. Outras áreas a serem consideradas incluem peças de reposição, reparos e substituições.

2. Colocação de componentes de layout de PCB

A disposição dos componentes no quadro requer muita criatividade e habilidades de resolução de problemas. Como todos têm uma perspectiva de design única, o posicionamento do seu componente será exclusivo da ideia de outra pessoa.

Considere a fabricação do PCB porque esse é o objetivo final. Por exemplo, componentes com ideias semelhantes, como transistores, devem estar voltados para a mesma direção quando você os coloca para facilitar a instalação e a inspeção pelo fabricante.

Tenha em mente o tamanho e a altura de um componente individual. Alguns componentes serão maiores que outros e podem resultar em saliências irregulares na placa de circuito quando colocados próximos uns dos outros. Alguns detalhes mais altos podem bloquear elementos mais curtos e, quando a placa é passada pelo forno de solda para gravar as peças na placa, ela pode retornar com juntas de solda mal conectadas. Sempre considere a altura e a largura dos componentes na placa – detalhes de dimensões semelhantes podem ser colocados em um lado da placa, garantindo que a onda de solda atinja as partes menores sem ser bloqueada.

Deixe espaço para roteamento. Se você colocar os componentes muito próximos uns dos outros, ficará fora de alcance quando iniciar o roteamento. Circuitos integrados, por exemplo, têm muitos pinos para serem conectados ao redor da placa. Para evitar ficar sem espaço e pular o layout de design novamente, dê espaço suficiente para componentes que exigem que muitos pinos sejam conectados para facilitar o processo.

3. Empilhamento de layout de PCB

O empilhamento de PCB constitui a base de todo o PCB. Envolve a colocação de camadas isolantes e camadas de cobre. A pilha compreende as várias camadas dentro do PCB e permite estabelecer as impedâncias características em cada camada. Quanto mais camadas o PCB tiver, mais caro ele se tornará.

As placas de circuito impresso possuem camadas de diferentes materiais que são laminadas com um adesivo. A camada superior é a serigrafia que adiciona outros indicadores como letras e símbolos ao quadro. A camada inferior é o FR4 e confere rigidez e espessura à prancha. A próxima é a camada de cobre, seguida pela máscara de solda que dá ao PCB sua distinta cor verde. O empilhamento ideal de várias camadas minimiza a radiação e o ruído externo. Ele também permite compatibilidade eletromagnética aprimorada de seu projeto, mantém o custo dentro do orçamento e garante eficiência na técnica de fabricação.

4. Layout de PCB por meio de tipos

A Via PCB permite interconexões entre diferentes camadas da placa. Vias podem unir traços, almofadas e outros elementos condutores e fornecer o caminho para a energia elétrica e térmica que se move de uma camada para outra. Como fazemos furos na placa para criar as vias, você deve considerar o posicionamento e o tamanho de cada furo em relação aos outros componentes da PCB. Para eficiência no processo de fabricação, é bom garantir que todas as vias da placa sejam do mesmo tamanho.

Existem três tipos básicos de vias:Vias passantes, vias cegas e vias enterradas. Uma via conecta duas camadas externas visíveis. Vias cegas conectam uma camada externa visível com uma camada interna invisível. Vias enterradas conectam duas camadas internas ocultas. Outros tipos de vias incluem vias térmicas para transferência de calor da camada superior para as camadas inferiores ou internas e vias de tenda fechadas com máscaras de solda para evitar vazamento de componentes elétricos e térmicos. Certifique-se de discutir as capacidades dos tipos de via que você pretende usar com seu fornecedor de PCB, porque vias diferentes têm diferentes capacidades de transporte de corrente.

5. Problemas de energia e térmicos

Embora obter o posicionamento dos componentes seja crucial para o projeto, fazer com que esses componentes funcionem, você também precisa considerar o roteamento de energia. Os planos de energia e terra devem ser internos dentro de sua placa e centralizados e simétricos para evitar torção ou curvatura das caixas.

Problemas térmicos afetam placas de circuito maiores com maior densidade e velocidades de processamento excessivas. Para evitar tais problemas, sua PCB deve permitir que o calor se dissipe. Durante a seleção do material, identifique os componentes que geram muito calor e encontre maneiras de desviar o calor deles. O espaço de superfície em torno de peças que rapidamente esquentam é uma consideração crucial no design de layout, pois elas precisam de espaço para se refrescar. Você pode considerar a inclusão de dissipadores de calor, ventiladores e alívios térmicos. Alguns lugares para adicionar reservas térmicas incluem vias de passagem para diminuir a taxa de dissipação de calor através das camadas de PCB.

Afeta a integridade do sinal. Você deve esperar problemas elétricos, como interferência eletromagnética em dispositivos eletrônicos. Para garantir que seu PCB não cause esses problemas, evite colocar faixas paralelas umas às outras. Para registros que devem se cruzar, certifique-se de que estejam em ângulos retos para minimizar a capacitância e a indutância mútua.

6. Restrições da placa

Primeiro, dependendo da finalidade da PCB que você está projetando, você deve considerar o tamanho e o formato da placa. A placa é um componente primário do PCB porque contém todas as outras partes. Os fatores que determinam o tamanho e a forma do PCB incluem a funcionalidade e o tamanho do produto de destino. Por exemplo, produtos vestíveis, como rastreadores de atividades, exigem PCBs muito menores em comparação com televisores.

Alguns produtos requerem PCBs com mais circuitos do que a placa pode suportar. Em tais situações, pode ser necessário usar PCBs de interconexão de alta densidade multicamadas (PCBs HDI) que permitem empacotar mais funcionalidades em uma área menor. As interconexões de alta densidade aumentaram os níveis de confiabilidade porque possuem interconexão robusta de vias empilhadas. Outra vantagem dos PCBs HDI é garantir que os sinais elétricos levem menos tempo para viajar devido à proximidade dos componentes.

Problemas de layout de PCB

Estágio de montagem de PCB. Uma placa bem projetada ajuda a evitar problemas de layout de PCB, como térmicas famintas, anéis anulares insuficientes, máscaras de solda ausentes, armadilhas de ácido etc. Térmicas famintas ocorrem quando traços de alívio térmico e planos de cobre associados estão conectados incorretamente. As máscaras de solda ausentes provavelmente ocorrerão em placas bem espaçadas durante a Lista de Materiais (BOM) de um PCB instalado a bordo. As armadilhas de ácido podem causar circuitos abertos em uma placa de PCB devido a traços de desconexão de suas redes atribuídas. Acertos de broca perdidos causam anéis anulares. É crucial considerar a fabricação de PCBs; há grandes chances de falhas de layout, o que pode afetar negativamente a funcionalidade do produto final. Existem várias regras de layout de PCB para evitar que esses problemas resultem em perdas, protótipos ruins e perda de tempo.

Conclusão

Este artigo discutiu os vários problemas a serem considerados ao projetar uma placa de circuito impresso e alguns problemas que uma PCB mal projetada pode causar. Alguns tópicos discutidos incluem colocação de componentes, restrições de placa, empilhamento de PCB, materiais e componentes, efeitos térmicos e de energia e tipos de via de PCB.

Para conectar os vários componentes da PCB, imprimimos caminhos condutores na placa. Como as conexões são internas, a complexidade do projeto geral é tremendamente reduzida. Elementos como circuitos integrados, transistores e resistores são montados na placa por meio de solda.

Os PCBs são cruciais para o funcionamento de dispositivos IoT e placas gráficas, placas-mãe, placas de interface de rede, TVs, celulares, tablets e muito mais. À medida que a tecnologia continua avançando, o mesmo acontece com a complexidade de um layout de PCB. Com isso dito, obter o design certo para a produção valerá a pena com uma placa de circuito impresso de alta qualidade. Seu produto final não deve apenas funcionar de maneira confiável conforme o esperado, mas também permanecer dentro do orçamento. Esperamos que este artigo o guie para alcançar um bom layout de PCB.