Diretrizes Essenciais de Layout de PCB para Engenheiros: Construa Placas Confiáveis e de Alta Qualidade

Como uma etapa preliminar do processo de fabricação de PCB, layout de PCB é uma das fases mais significativas no design de PCB, já que sua qualidade essencialmente determina a de roteamento de PCB, que afeta ainda mais a confiabilidade e funcionalidade finais de PCBs. Portanto, pode ser concluído que layout de PCB razoável pavimenta o caminho para placas de PCB de alta qualidade. Layout de PCB irracional, no entanto, pode levar a questões em termos de funcionalidade e confiabilidade. Layout de PCB bem projetado trará mais conveniências, pois não apenas economiza espaço real da superfície de PCB, mas garante o desempenho do circuito também.

Layout de PCB primariamente vem em dois tipos, layout interativo e layout automático. Em geral, layout automático responde pela estrutura baseada na qual ajuste será realizado por layout interativo. Durante layout de PCB, redistribuição pode ser implementada em circuito de gate de acordo com a situação específica de roteamento. Dois circuitos de gate são trocados, o que então se tornará layout ideal que é mais amigável ao usuário para roteamento.

Após a conclusão do layout de PCB, algumas informações podem ser rotuladas em arquivos de design de PCB ou esquemáticos, de modo que informações ou dados concernentes em PCB são consistentes com aqueles representados em esquemáticos. Como resultado, mudança síncrona pode ser mantida em ambos perfilamento e modificação de design de PCB. Além disso, atualização é feita em dados analógicos e verificação de nível de placa pode ser implementada em desempenho elétrico e funções.

Regras Básicas de Layout de PCB

Basicamente falando, layout de PCB deve conformar a duas regras fundamentais:
1). Layout de PCB deve garantir alta qualidade.
2). Layout de PCB deve parecer limpo e claro na aparência, o que permite componentes uniformemente dispostos na superfície da placa.

Uma vez que um produto performa concordemente em termos dos dois aspectos mencionados acima, ele pode ser considerado como perfeito.

Diretrizes Práticas de Layout de PCB

Diretriz #1. Loop deve ser o mais curto possível.

Loops, especialmente loop de alta frequência, devem ser o mais curtos possível. Loops pequenos geralmente apresentam indutância e resistência menores e podem ajudar a reduzir contagem de sinais acoplados no nó derivados de fonte externa ou transmitidos pelo nó. Indutância pode ser reduzida se loop estiver localizado no plano de ground. Você também pode manter loop de circuito Op-amp o mais curto possível para prevenir ruído acoplado ao circuito.

Diretriz #2. Via térmica deve ser apropriadamente localizada.

Vias transferem calor de uma extremidade da PCB para o outro lado, o que é especialmente útil quando a placa é montada em dissipador de calor no chassi. Sob tal condição, chassi dissipará ainda mais o calor. Vias grandes performam melhor que vias pequenas em eficiência de dissipação térmica. Múltiplas vias performam mais eficientemente que vias únicas em termos de dissipação térmica e reduzem temperatura de operação dos componentes. Temperatura de operação mais baixa leva a maior confiabilidade.

Diretriz #3. Tamanho e contagem de vias devem ser razoavelmente arranjados.

Vias apresentam tanto indutância quanto resistência. Se você planeja arranjar roteamento de uma extremidade da placa de PCB para a outra e requer indutância ou resistência relativamente baixa, múltiplas vias podem ser confiadas. Vias grandes apresentam resistência menor. Esse método funciona especialmente utilmente quando capacitor de filtro e nó de alta corrente são conectados ao ground.

Diretriz #4. Tenha cuidado com componentes sensíveis a calor.

Componentes sensíveis a calor devem ser localizados longe de componentes que geram calor. Componentes sensíveis a calor incluem termopar e capacitor eletrolítico. Medição de temperatura será possivelmente afetada quando termopar estiver localizado perto de fonte de calor. Capacitor eletrolítico sofrerá de vida útil de operação reduzida quando capacitor eletrolítico estiver localizado perto de componentes que geram calor. Componentes geradores de calor possivelmente incluem diodos, indutor, diodos, retificador de ponte, MOSFET e resistor, cujo calor gerado depende da corrente fluindo através deles.

Diretriz #5. Capacitor de desacoplamento deve ser cuidadosamente localizado.

Capacitor de desacoplamento deve ser localizado perto de pinos de power ou ground de IC, a fim de maximizar eficiência de desacoplamento. Capacitância perdida será causada quando capacitor for colocado em um local distante. Múltiplas vias devem ser arranjadas entre pinos do capacitor e plano de ground, de modo que indutância possa ser reduzida.

Diretriz #6. Pad térmico deve ser inteligentemente localizado.

Configuração de pad térmico visa tornar a distância o menor possível entre traços ou preenchimento e pinos de componente, o que é benéfico para soldagem. Pequena conexão é curta quando se trata de redução de resistência. Uma vez que pads térmicos em pinos de componentes não são aplicados, a temperatura dos componentes será menor. Uma melhor conexão térmica está disponível conectando traços ou preenchimento, o que ajuda dissipação térmica. No entanto, é mais difícil soldar ou dessoldar.

Diretriz #7. Traços digitais e de ruído devem estar longe de circuitos analógicos.

Traços ou condutores paralelos podem levar à geração de capacitância. Sinais tendem a ser acoplados em circuitos quando traços estão localizados muito perto uns dos outros, o que é especialmente verdadeiro para uma frequência relativamente alta. Traços de alta frequência e ruído devem estar longe daqueles que você não quer que sejam perturbados por ruído.

Diretriz #8. Distância entre traços e via de montagem deve ser apropriadamente arranjada.

Espaço suficiente deve ser mantido entre traços de cobre ou preenchimento e vias de montagem, a fim de prevenir risco de choque. Máscara de solda não é um indutor confiável, então distância suficiente deve ser também mantida entre cobre e qualquer hardware de montagem.

Diretriz #9. Ground pode ser perigoso se você der pouca atenção a ele no layout de PCB.

Ground não é um condutor ideal, então cuidado deve ser tomado ao colocar ground de ruído longe de sinais silenciosos. Traços de ground devem ser grandes o suficiente para transportar corrente fluindo. Colocar um plano de ground sob traços de sinal pode ajudar a reduzir impedância do traço, que é uma condição ideal.

Diretriz #10. Placa de PCB deve ser considerada como um dissipador de calor.

Mais cobre deve ser colocado ao redor de componentes de montagem superficial, de modo que área de superfície extra pode ser fornecida para dissipar calor, que é um método trazendo maior eficiência. Diretrizes similares são até mencionadas em datasheets de alguns componentes.

Dicas Extras de Layout de PCB

Uma vez que layout de PCB é completado, antes de avançar para a próxima etapa, por favor, examine cuidadosamente seu layout de PCB baseado nas seguintes dicas.
1). Tamanho da placa deve ser verificado para certificar se é compatível com aquele representado em esquemáticos ou requisito de técnica de fabricação de PCB e se há marcas fiduciais.
2). Componentes devem ser garantidos que não há conflito no espaço bidimensional e tridimensional.
3). Componentes devem ser verificados para garantir que todos os componentes estão ordenada e uniformemente distribuídos.
4). Componentes que requerem substituição consequente devem ser examinados para certificar se estão acessíveis a substituição ou modificação.
5). Distância suficiente foi mantida entre componentes sensíveis a calor e componentes geradores de calor.
6). Componentes ajustáveis têm que ser garantidos para serem convenientemente ajustados.
7). Área de dissipação térmica deve conter dissipador de calor e apresentar fluxo de ar suave.
8). Fluxo de sinal deve ser suave e interconexão deve ser o mais curta possível.

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