Как сделать печатную плату по схеме: Как создать плату из схемы в Altium Designer

Как создать плату из схемы в Altium Designer

Altium Designer

|&nbsp Created: 18 Апреля, 2019 &nbsp|&nbsp Updated: 16 Марта, 2020

  

Вы завершили разработку схемы и готовы передать ее на печатную плату. Но в этот раз ситуация несколько изменилась. Возможно, отдел конструирования недоступен, либо вы, возможно, решили создать плату самостоятельно. Как бы то ни было, вы готовы начать работать над проектом со стороны платы, но вы не уверены, каким должен быть следующий шаг.

К счастью, следующий шаг в Altium Designer вполне прост и эффективен. Мы рассмотрим процесс на примере очень простой схемы и увидим, что необходимо для синхронизации данных с совершенно новой платой. Возможно, эта небольшая простая схема не похожа на те, с которыми привыкли работать вы, но основные шаги по передаче данных будут теми же самыми. Создание конструкции платы из схемы не должно быть сложным. Возьмите чашечку кофе (или чего-нибудь еще), и посмотрим на весь этот процесс.

Чего ожидать от редактора плат?

По существу, главное, чего следует ожидать при переходе в редактор плат, это то, что вы можете взаимодействовать с компонентами, размещать их, а также проводить трассировку для создания проводящих областей. После того, как конструкция стала удовлетворять начальным требованиям, вам необходимо сформировать выходные документы, такие как файлы Gerber и 3D-модели.

В идеальном случае, вы сначала разрабатываете устройство, формируя его схему в соответствующем редакторе. Затем вы передаете данные из схемы в плату, где работаете с компонентами, настройками проводящих областей и требованиями к механической части для оптимизации файлов конструкции платы и их максимально простой передачи в производство.

К счастью, это самое малое, что может предложить Altium Designer.

Подготовка к синхронизации проекта

Прежде всего, посмотрите на схему еще раз и убедитесь, что она готова к передаче на плату для конструирования. Конечно, это не значит, что на данном этапе схема должна быть полностью завершена – скорее всего, еще будет много изменений перед тем, как проект можно будет отправлять в производство. Но следует убедиться в том, что на плате не появится каких-либо сюрпризов – посмотрите на схему и удалите лишние дублирующиеся части схем, компоненты и т.п.

Теперь убедимся, что со схемой все хорошо, выполнив процесс проверки редактора схем Altium Designer. Для этого необходимо скомпилировать проект. В процессе компиляции будет сформирована вся внутренняя информация о проекте, такая как связи между компонентами и цепями, а также будет проведен ряд проверок схемы на предмет ее соответствия правилам. Поэтому перед компиляцией посмотрим на настройку этих правил, активируя команду

Project » Project Options.

 

Настройки проекта в Altium Designer

 

На изображении выше показаны первые четыре вкладки диалогового окна настроек проекта. На первой из них, Error Reporting, вы можете управлять тем, какие нарушения в проекте следует находить и каким образом следует уведомлять о них. На второй вкладке, Connection Matrix, вы задаете, какие выводы могут соединяться между собой. На третьей вкладке, Class Generation, вы настраиваете формирование классов цепей и компонентов. На четвертой вкладке, Comparator, вы видите настройки модуля сравнения (компаратора), которые задают отчет о различиях между схемой и платой. В большинстве случаев, здесь не нужно производить много изменений этих настроек, но вы можете узнать подробнее о них в документации Altium.

Теперь вы готовы к компиляции схемы. Активируйте команду Project » Compile PCB Project, чтобы запустить компилятор. Если в проекте нет нарушений, схема не отобразит каких-либо сообщений.

Чтобы показать, что представляют собой ошибки, мы удалили часть цепи, соединяющей R1 и Q1, как показано ниже, и запустили компилятор. Как видите Altium Designer сообщил, что цепь NetC1_1 содержит только один вывод. После восстановления цепи компилятор больше не сообщает о каких-либо ошибках.

 

Отчет компилятора об ошибках

 

Передача данных из схемы на плату

Теперь вы готовы передать данные схемы в плату, но сначала необходимо создать плату, в которую эти данные будут переданы. Щелкните ПКМ по проекту и выберите команду

Add New to Project » PCB, как показано на изображении ниже. В дереве проекта будет создан документ платы. Щелкните по нему ПКМ и сохраните его под каким-либо именем. В этом примере название документа платы совпадает с названием схемы.

 

Добавление новой платы в проект Altium Designer

 

Когда документ платы создан, может понадобиться настроить плату для работы с ней необходимым образом. Сначала задайте сетку и начало координат. Команды для этого находятся в меню View » Grids и Edit » Origin. Также может понадобиться изменить существующий или создать новый контур платы, чтобы у нее были необходимые размеры и форма. Для этого перейдите в режим планирования платы с помощью меню View (или горячей клавиши 1) и затем используйте подходящие команды меню Design.

Теперь вы готовы передать данные из схемы в плату. В редакторе плат выберите команду

Design » Import Changes From…. Появится диалоговое окно Engineering Change Order, показанное ниже.

 

Добавление новой платы в проект Altium Designer

 

Сначала нажмите кнопку Validate Changes в левой нижней части этого диалогового окна. После того, как система закончит валидацию изменений, которые вы собираетесь применить для синхронизации схемы и платы, в столбце Check справа появятся зеленые галочки, указывающие, что проверка этих элементов и схемных символов прошла успешно. Элементы, не прошедшие проверку, необходимо изучить и исправить для того, чтобы добиться полной синхронизации проекта.

Затем нажмите кнопку Execute Changes. Применение изменений займет некоторое время, и этот процесс вы можете наблюдать в диалоговом окне. По завершении процесса в столбце

Done появятся зеленые галочки, как показано ниже.

 

Диалоговое окно Engineering Change Order после валидации и применения изменений

 

Поздравляем, вы успешно передали данные из схемы на плату. Вы можете закрыть диалоговое окно и увидеть компоненты, размещенные рядом с платой, примерно как это показано на изображении ниже.

 

Данные со схемы были успешно переданы в плату, где компоненты готовы к размещению

 

Вы создали плату из схемы. Что дальше?

Перед тем, как начать конструирование, необходимо выполнить еще ряд задач. Необходимо настроить физическую структуру слоев платы, отображение этих слоев и правила проектирования.

 

Layer Stack Manager в Altium Designer

 

Выше изображен инструмент Layer Stack Manager для управления структурой слоев в Altium Designer. Его запуск осуществляется через меню Design. С его помощью вы можете добавлять, копировать, удалять и перемещать физические слои в структуре платы. Вы можете добавлять сигнальные, экранные и диэлектрические слои платы. Layer Stack Manager также позволяет рассчитывать импедансы.

Настройка правил проектирования осуществляется в диалоговом окне PCB Rules and Constraints Editor, доступного по команде Design » Rules. Настроить видимость слоев и объектов можно с помощью панели View Configuration. Ниже показана вкладка Layers & Colors этой панели.

 

Панель View Configuration в Altium Designer

 

Теперь данные из схемы переданы в плату, и вы готовы к завершению конструкции платы. Вы можете разместить компоненты, провести трассировку, изготовить плату и даже успеть выпить еще кофе до конца дня.

Altium Designer – это средство проектирования печатных плат, созданное на основе унифицированной среды проектирования, которая позволяет легко передавать данные из схемы на плату. Вы можете передать данные туда и обратно между этими инструментами, что делает процесс проектирования проще и эффективнее.

Простая передача данных из схемы на плату – это только малая часть преимуществ, обеспечиваемых Altium Designer. Если вы еще не начали использовать Altium Designer, узнайте больше, поговорив с экспертом Altium.

Как спроектировать печатную плату. Часть 1

Этот пост первый из серии о проектировании печатных плат. Эта часть в основном о деталях, которые необходимо знать и использовать до начала разводки печатной платы (здесь и далее по тексту будет встречаться сокращение ПП), вторая же часть будет главным образом о проектировании самих печатных плат и пост обработке.

Брэдборды хороши для прототипирования и являются очень полезным инструментом, но когда нужно сделать действительно что-то серьезное тут не обойтись без знаний о том как собственно сделать свою печатную плату.
Создание ПП задача не самая простая, но немного упорства и времени, а также данное руководство помогут вам создать свою первую ПП.

Анатомия ПП

Когда вы работает за своим компьютером любая задача кажется абстрактно, однако не стоит забывать, что вы работаете с реальными физическими средами и материалами. Перед тем как начинать изучать проектирование плат неплохо было бы разобраться как они делаются на самом деле.

Разрез ПП для показа внутренних слоев

Если уже знакомы с тем, что и как делается можете смело переходить к следующему разделу.

Материалы для ПП

Сперва разберем какие материалы используются для изготовления. База для ПП изготавливается из сплошного непроводящего материала. Этот материал покрывается слоем меди (или другого металла), который и образует проводящий слой.

Обычно основа это стеклотекстолит, известный как FR-4. Это наиболее часто употребляемый материал, т.к. он огнестоек, дешев и самое главное имеет низкую собственную проводимость.
Для высокопроизводительных схем (RF) используются другие типы материалов, такие как керамика или PTFE. В рамках этих статей мы не будем касаться высокочастотных схем. Когда вы будете отправлять свой дизайн ПП на производство или будете делать плату сами, электрические соединения обычно создаются удалением выбранных участков меди со общего слоя проводника.

Слои

Самый дешевый вариант ПП это односторонняя ПП, т.е. на стеклотекстолите используется лишь один слой меди. Если вы собирается изготавливать ПП в домашних условия, то скорее всего это будет односторонняя ПП. Однослойные ПП очень просты в производстве и разработке, но если разводка вашей платы не умещается в один слой вам придется использовать внешние джамперы для электрических соединений, а это уже может быть неудобно на этапе монтажа радиодеталей.
Большая часть коммерческих и хоббийных проектов строится на двухслойных печатных платах. Их использование позволяет разрабатывать более сложные и элегантные решения дизайнов плат.
Чем более сложными становятся конструкции, тем больше дополнительных слоев металлизации требуют ПП. Обычно хватает двух слоев и если нет необходимости добавлять больше слоев, то лучше этого не делать, т.к. многослойные платы дороже при производстве значительно.

Медные дорожки

Как уже писали выше медные дорожки (электрические соединения) создаются путем удаления лишней меди с поверхности металлизированного слоя. Более подробно о важных аспектах электрических соединений будет сказано во второй статье.

Переходные отверстия (Vias)

Один из главных компонентов ПП это переходные отверстия, используются в двух и многослойных платах для электрического соединения одного слоя металлизации с другим.
Переходные отверстия бывают нескольких видов:
1. Сквозные переходные отверстия – наиболее часто используемый вид, отверстие засверливается сквозь всю плату и металлизируется для создания электрического контакта со слоями.
2. Глухие (blind vias) – отверстия, соединяющие наружный слой с одним или несколькими внутренними.
3. Скрытые (buried vias) – переходные отверстия, не выходящие наружу и соединяющие между собой сигналы на внутренних слоях.
4. Микро-via или uVia – микроотверстия или отверстия малого диаметра и малой глубины, выполненные лазером или сверлением с контролем глубины и соединяющие внешний слой с внутренним.
Вот в принципе и все, что нужно знать про переходные отверстия.

Другие вещи

Разберем еще несколько концепция для построения печатных плат и затронем некоторые другие слои ПП, назначение которых нужно понять.
1. Паяльная маска (Soldermask) – если спросить любого человека, что такое плата, он скажет, что это что-то зеленое. Это зеленое и есть паяльная маска, которая выполняет защитные функции для ПП и не позволяет паяльной пасте попадать на нежелательные электрические контакты платы. И кстати, она бывает необязательно зеленого цвета, а практически любого цвета, все зависит от производителя плат.
2. Реперные точки (Fiducials) – это специальная маркировка на плате, которая позволяет системам автоматического монтажа компонентов калиброваться и правильно устанавливать элементы на плату при монтаже. Представляют собой небольшие окружности металла, не закрытые паяльной маской.
3. Шелкография (Silkscreen) – это еще один слой, который наносится на плату при производстве. Шелкография это рисунки на плате, которые дают подсказки пользователю, идентифицируют компонент на плате по размещению или номиналу и другая информация.
4. Медные полигоны (Copper fill) – участки меди, которые подключены электрически к земле или питанию, создание полигонов очень важная часть в проектировании ПП. Полигоны уменьшают шумы устройства, отводят лишнее тепло от мощных активных компонентов.

Разработка схемы

Перед тем как рассматривать проектирование платы или схемотехнику устройства вы должны определиться с идеей того, что вы хотите разработать. Т.е. нужно просто подумать, что вы хотите собрать и выбрать правильные компоненты для этого.

Определите свои цели

Первый шаг к успешному дизайну устройства — это правильно сформулированные цели того, что вы хотите получить в конце. Вы всегда должны ставить для своего проекта умные цели, что это означает:
— конкретные
— измеряемые
— достижимые
— реалистичные
— ограниченные в времени
Для примера, я начал работать над персональным проектом для собственных нужд. Свет ванной комнате в моей квартире тускл в вечернее время суток, но когда я включаю искусственное освещение свет довольно ярок и не комфортен. Можно было бы купить лампу меньшей мощности, но допустим их нет в продаже или меньше уже некуда. И я решаю сделать свою лампу, которая будет изменять цвет и яркость и контролироваться беспроводным способом.
Звучит довольно круто. Пока идея не вышла из головы садимся за компьютер и начинаем планировать. На данном этапе мои цели очень широки:
— лампа должна быть мультицветовой
— регулируемая яркость
— беспроводной контроль
Ни одна из этих целей не специфична для проекта. Что подразумевается под мультицветностью? Два, три или любое количество цветов? Что такое регулируемая яркость? Беспроводное управление каким способом? Wifi, Zigbee, Bluetooth или может быть голосом? Все способы возможны.
Немного переформулируем наши цели, чтобы они стали умными:
— Непрерывно регулируемые RGB светодиоды высокой яркости, закрытые акриловым покрытием для равномерного рассеивания света.
— Контроль яркости, который позволит мне выбрать любую яркость от полностью выключенного состояния до максимальной яркости светодиодов.
— Bluetooth Low Energy 4.0 интерфейс, для контроля параметров с iOS и Android девайсов.
Теперь все наши цели вполне конкретны и реализуемы.

Визуализируйте ваш концепт

Теперь у вас есть ясная идея вашего проекта, время начать проектирование. Перед тем как начинать искать компоненты и чертить схемы я предлагаю разработать ясную картину того, как ваш проект должен функционировать. Т.е. нам нужно нарисовать функциональную схему устройства, что с чем связано и как работает.

Пока что вы не знаете какой источник питания нужен или какие должны быть коннекторы на плате, но вы уже знаете, как компоненты будут соединены друг с другом и какие дополнительные компоненты понадобятся в проекте.
Это хороший момент рассмотреть эстетический аспект вашего дизайна. Вы хотите вместить плату в определенный форм-фактор? Нужно ли учитывать эргономику? Будете ли вы в состоянии открыть свой проект через год и понять что как работает? Эти казалось бы незначительные детали отличают хорошее проектирование от очень хорошего.

Выбор компонентов

Возможно это самый утомительный шаг в процессе проектирования, но он ключевой для успеха проекта. От выбора правильных компонентов зависит закончите ли вы проект успешно или откажетесь от него в отчаянии.
Производители интегральных микросхем много работают, чтобы создать наиболее функциональные компоненты по самой минимальной цене, но все же не все компании равны в этой гонке, особенно это заметно, когда речь заходит о простоте использования компонентов.
Выбирая реди миллионов различных компонентов, предлагаемых на рынке, очень трудно дать полное руководство по выбору, но я могу представить несколько советов, которые помогут выбрать наилучшие компоненты для вашего применения.
1. Проверяйте наличие. Самое последнее, что вы бы хотели сделать это отложить ваш проект на несколько недель или даже месяцев только из-за того, что ключевой компонент вашего проекта отсутствует в наличии у продавца. Выбирайте компоненты, которых в избытке в наличии и они доступны у разных дистрибьюторов.
2. Учитывайте цикл производства ваших компонентов. Иногда случается, что компоненты снимают с производства и возможно через короткий промежуток времени вам придется вносить изменения в проект, однако, если ваше устройство будет в единичном экземпляре, то это не играет ощутимой роли.
3. Используйте фильтры по компонентам. Многие интернет-магазины предоставляют на сайте очень функциональные фильтры по параметрам компонентов, а также по стоимости и наличию, используйте их, подбирайте компоненты с оптимальными для вас параметрами, а потом фильтруйте их по стоимости.
4. Помните о минимальном количестве. Многие компоненты продаются лишь минимально допустимыми партиями, например, начиная от 1000 штук.
5. Выбирайте правильный корпус. Обращайте внимание при выборе компонентов на корпус, в котором он выпускается, не стоит покупать компонент, который вы потом не сможете впаять.
6. Изучите компонент. Перед покупкой обязательно изучите документацию на компонент, чтобы в будущем не возникло проблем с его применением в проекте.
После того, как все компоненты выбраны, можно заказывать их. Лично мне нравится заказывать через интернет-магазины, например, mouser.com или digikey.com. Это, конечно, сугубо мои предпочтения. Если вы знаете других актуальных поставщиков можете написать о них в комментариях.

Зарисуйте ваши соединения

Финальный этап перед началом работы с софтом это перенести некоторые ключевые моменты проекта на бумагу. Наиболее подходящий вариант для этого разрисовать каждый блок раздельно на разных страницах блокнота. Также можете сделать все необходимые примечания, что как работает и за что отвечает тот или иной пин. Также внесите дополнительную информацию, которая понадобится в процессе проектирования, например, бывает утомительно каждый раз искать в даташите адреса I2C микросхемы, внесите их в блокнот.

После того как вы закончили все записи можно переходить к процессу проектирования непосредственно печатной платы. Об этом в следующей части руководства.

Данная статья перевод с дополнениями для сайта radiotech.kz

Заходите в наш чат Telegram, здесь всегда есть, что обсудить.

Правила при проектировании и разводке аналоговых схем

Из-за существенных отличий аналоговой схемотехники от цифровой, аналоговая часть схемы должна быть отделена от остальной части, а при ее разводке должны соблюдаться особые методы и правила. Эффекты, возникающие из-за неидеальности характеристик печатных плат, становятся особенно заметными в высокочастотных аналоговых схемах, но погрешности общего вида, описанные в этой статье, могут оказывать воздействие на качественные характеристики устройств, работающих даже в звуковом диапазоне частот.

Намерением этой статьи является обсуждение распространенных ошибок, совершаемых разработчиками печатных плат, описание воздействия этих ошибок на качественные показатели и рекомендации по разрешению возникших проблем.

Лишь в редких случаях печатная плата аналоговой схемы может быть разведена так, чтобы вносимые ею воздействия не оказывали никакого влияния на работу схемы. В то же время, любое такое воздействие может быть минимизировано так, чтобы характеристики аналоговой схемы устройства были такими же, как и характеристики модели и прототипа.

Разработчики цифровых схем могут скорректировать небольшие ошибки на изготовленной плате, дополняя ее перемычками или, наоборот, удаляя лишние проводники, внося изменения в работу программируемых микросхем и т.п., переходя очень скоро к следующей разработке. Для аналоговой схемы дело обстоит не так. Некоторые из распространенных ошибок, обсуждаемых в этой статье, не могут быть исправлены дополнением перемычек или удалением лишних проводников. Они могут и будут приводить в нерабочее состояние печатную плату целиком.

Очень важно для разработчика цифровых схем, использующего такие способы исправления, прочесть и понять материал, изложенный в этой статье, заблаговременно, до передачи проекта в производство. Немного внимания, уделенного при разработке, и обсуждение возможных вариантов помогут не только предотвратить превращение печатной платы в утильсырье, но и уменьшить стоимость из-за грубых ошибок в небольшой аналоговой части схемы. Поиск ошибок и их исправление может привести к потерям сотен часов. Макетирование может сократить это время до одного дня или менее. Макетируйте все свои аналоговые схемы

Шум и помехи являются основными элементами, ограничивающими качественные характеристики схем. Помехи могут как излучаться источниками, так и наводиться на элементы схемы. Аналоговая схема часто располагается на печатной плате вместе с быстродействующими цифровыми компонентами, включая цифровые сигнал-процессоры (DSP).

Высокочастотные логические сигналы создают значительные радиочастотные помехи (RFI). Количество источников излучения шума огромно: ключевые источники питания цифровых систем, мобильные телефоны, радио и телевидение, источники питания ламп дневного света, персональные компьютеры, грозовые разряды и т.д. Даже если аналоговая схема работает в звуковом частотном диапазоне, радиочастотные помехи могут создавать заметный шум в выходном сигнале.

Выбор конструкции печатной платы является важным фактором, определяющим механические характеристики при использовании устройства в целом. Для изготовления печатных плат используются материалы различного уровня качества. Наиболее подходящим и удобным для разработчика будет, если изготовитель печатных плат находится неподалеку. В этом случае легко осуществить контроль удельного сопротивления и диэлектрической постоянной – основных параметров материала печатной платы. К сожалению, этого бывает недостаточно и часто необходимо знание других параметров, таких как воспламеняемость, высокотемпературная стабильность и коэффициент гигроскопичности. Эти параметры может знать только производитель компонентов, используемых при производстве печатных плат.

Слоистые материалы обозначаются индексами FR (flame resistant, сопротивляемость к воспламенению) и G. Материал с индексом FR-1 обладает наибольшей горючестью, а FR-5 – наименьшей. Материалы с индексами G10 и G11 обладают особыми характеристиками. Материалы печатных плат приведены в табл. 1.

Не используйте печатную плату категории FR-1. Есть много примеров использования печатных плат FR-1, на которых имеются повреждения от теплового воздействия мощных компонентов. Печатные платы этой категории более похожи на картон.

FR-4 часто используется при изготовлении промышленного оборудования, в то время, как FR-2 используется в производстве бытовой техники. Эти две категории стандартизованы в промышленности, а печатные платы FR-2 и FR-4 часто подходят для большинства приложений. Но иногда неидеальность характеристик этих категорий заставляет использовать другие материалы. Например, для очень высокочастотных приложений в качестве материала печатных плат используются фторопласт и даже керамика. Однако, чем экзотичнее материал печатной платы, тем выше может быть цена.

При выборе материала печатной платы обращайте особое внимание на его гигроскопичность, поскольку этот параметр може оказать сильный негативный эффект на желаемые характеристики платы – поверхностное сопротивление, утечки, высоковольтные изоляционные свойства (пробои и искрения) и механическая прочность. Также обращайте внимание на рабочую температуру. Участки с высокой температурой могут встречаться в неожиданных местах, например, рядом с большими цифровыми интегральными схемами, переключения которых происходят на высокой частоте. Если такие участки расположены непосредственно под аналоговыми компонентами, повышение температуры может сказаться на изменении характеристик аналоговой схемы.

Категория	Компоненты, комментарии
FR-1	бумага, фенольная композиция: прессование и штамповка при комнатной температуре, высокий коэффициент гигроскопичности
FR-2	бумага, фенольная композиция: применимый для односторонних печатных плат бытовой техники, невысокий коэффициент гигроскопичности
FR-3	бумага, эпоксидная композиция: разработки с хорошими механическими и электрическими характеристиками
FR-4	стеклоткань, эпоксидная композиция: прекрасные механические и электрические свойства
FR-5	стеклоткань, эпоксидная композиция: высокая прочность при повышенных температурах, отсутствие воспламенения
G10	стеклоткань, эпоксидная композиция: высокие изоляционные свойства, наиболее высокая прочность стеклоткани, низкий коэффициент гигроскопичности
G11	стеклоткань, эпоксидная композиция: высокая прочность на изгиб при повышенных температурах, высокая сопротивляемость растворителям

После того, как материал печатной платы выбран, необходимо определить толщину фольги печатной платы. Этот параметр в первую очередь выбирается исходя из максимальной величины протекающего тока. По возможности, старайтесь избегать применения очень тонкой фольги.

Количество слоев печатной платы

В зависимости от общей сложности схемы и качественных требований разработчик должен определить количество слоев печатной платы.

Однослойные печатные платы

Очень простые электронные схемы выполняются на односторонних платах с использованием дешевых фольгированных материалов (FR-1 или FR-2) и часто имеют много перемычек, напоминая двухсторонние платы. Такой способ создания печатных плат рекомендуется только для низкочастотных схем. По причинам, которые будут описаны ниже, односторонние печатные платы в большой степени восприимчивы к наводкам. Хорошую одностороннюю печатную плату достаточно сложно разработать из-за многих причин. Тем не менее хорошие платы такого типа встречаются, но при их разработке требуется очень многое обдумывать заранее.

Двухслойные печатные платы

На следующем уровне стоят двухсторонние печатные платы, которые в большинстве случаев используют в качестве материала подложки FR-4, хотя иногда встречается и FR-2. Применение FR-4 более предпочтительнее, поскольку в печатных платах из этого материала отверстия получаются более лучшего качества. Схемы на двухсторонних печатных платах разводятся гораздо легче, т.к. в двух слоях проще осуществить разводку пересекающихся трасс. Однако для аналоговых схем пересечение трасс выполнять не рекомендуется. Где возможно, нижний слой (bottom) необходимо отводить под полигон земли, а остальные сигналы разводить в верхнем слое (top). Использование полигона в качестве земляной шины дает несколько преимуществ:

• общий провод является наиболее часто подключаемым в схеме проводом; поэтому резонно иметь “много” общего провода для упрощения разводки
• увеличивается механическая прочность платы
• уменьшается сопротивление всех подключений к общему проводу, что, в свою очередь, уменьшает шум и наводки
• увеличивается распределенная емкость для каждой цепи схемы, помогая подавлять излучаемый шум
• полигон, являющийся экраном, подавляет наводки, излучаемые источниками, располагающимися со стороны полигона

Двухсторонние печатные платы, несмотря на все свои преимущества, не являются лучшими, особенно для малосигнальных или высокоскоростных схем. В общем случае, толщина печатной платы, т.е. расстояние между слоями металлизации, равняется 1,5 мм, что слишком много для полной реализации некоторых преимуществ двухслойной печатной платы, приведенных выше. Распределенная емкость, например, слишком мала из-за такого большого интервала.

Многослойные печатные платы

Для ответственных схемотехнических разработок требуются многослойные печатные платы (МПП). Некоторые причины их применения очевидны:

• такая же удобная, как и для шины общего провода, разводка шин питания; если в качестве шин питания используются полигоны на отдельном слое, то довольно просто с помощью переходных отверстий осуществить подводку питания к каждому элементу схемы
• сигнальные слои освобождаются от шин питания, что облегчает разводку сигнальных проводников
• между полигонами земли и питания появляется распределенная емкость, которая уменьшает высокочастотный шум

Кроме этих причин применения многослойных печатных плат существуют другие, менее очевидные:

• лучшее подавление электромагнитных (EMI) и радиочастотных (RFI) помех благодаря эффекту отражения (image plane effect), известному еще во времена Маркони. Когда проводник размещается близко к плоской проводящей поверхности, большая часть возвратных высокочастотных токов будет протекать по плоскости непосредственно под проводником. Направление этих токов будет противоположно направлению токов в проводнике. Таким образом, отражение проводника в плоскости создает линию передачи сигнала. Поскольку токи в проводнике и в плоскости равны по величине и противоположны по направлению, создается некоторое уменьшение излучаемых помех. Эффект отражения эффективно работает только при неразрывных сплошных полигонах (ими могут быть как полигоны земли, так и полигоны питания). Любое нарушение целостности будет приводить к уменьшению подавления помех.
• снижение общей стоимости при мелкосерийном производстве. Несмотря на то, что изготовление многослойных печатных плат обходится дороже, их возможное излучение меньше, чем у одно- и двухслойных плат. Следовательно, в некоторых случаях применение лишь многослойных плат позволит выполнить требования по излучению, поставленные при разработке, и не проводить дополнительных испытаний и тестирований. Применение МПП может снизить уровень излучаемых помех на 20 дБ по сравнению с двухслойными платами.

Порядок следования слоев

У неопытных разработчиков часто возникает некоторое замешательство по поводу оптимального порядка следования слоев печатной платы. Возьмем для примера 4-слойную плату, содержащую два сигнальных слоя и два полигонных слоя – слой земли и слой питания. Какой порядок следования слоев лучший? Сигнальные слои между полигонами, которые будут служить экранами? Или же сделать полигонные слои внутренними, чтобы уменьшить взаимовлияние сигнальных слоев?

При решении этого вопроса важно помнить, что часто расположение слоев не имеет особого значения, поскольку все равно компоненты располагаются на внешних слоях, а шины, подводящие сигналы к их выводам, порой проходят через все слои. Поэтому любые экранные эффекты представляют собой лишь компромисс. В данном случае лучше позаботиться о создании большой распределенной емкости между полигонами питания и земли, расположив их во внутренних слоях.

Другим преимуществом расположения сигнальных слоев снаружи является доступность сигналов для тестирования, а также возможность модификации связей. Любой, кто хоть раз изменял соединения проводников, располагающихся во внутренних слоях, оценит эту возможность.

Для печатных плат с более, чем четырьмя слоями, существует общее правило располагать высокоскоростные сигнальные проводники между полигонами земли и питания, а низкочастотным отводить внешние слои.

Заземление

Хорошее заземление – общее требование насыщенной, многоуровневой системы. И оно должно планироваться с первого шага дизайнерской разработки.

Основное правило: разделение земли.

Разделение земли на аналоговую и цифровую части – один из простейших и наиболее эффективных методов подавления шума. Один или более слоев многослойной печатной платы обычно отводится под слой земляных полигонов. Если разработчик не очень опытен или невнимателен, то земля аналоговой части будет непосредственно соединена с этими полигонами, т.е. аналоговый возвратный ток будет использовать такую же цепь, что и цифровой возвратный ток. Авторазводчики работают примерно также и объединяют все земли вместе.

Если переработке подвергается ранее разработанная печатная плата с единым земляным полигоном, объединяющим аналоговую и цифровую земли, то необходимо сначала физически разделить земли на плате (после этой операции работа платы становится практически невозможной). После этого производятся все подключения к аналоговому земляному полигону компонентов аналоговой схемы (формируется аналоговая земля) и к цифровому земляному полигону компонентов цифровой схемы (формируется цифровая земля). И лишь после этого в источнике производится объединение цифровой и аналоговой земли.

Другие правила формирования земли:

• Шины питания и земли должны находится под одним потенциалом по переменному току, что подразумевает использование конденсаторов развязки и распределенной емкости
• Не допускайте перекрытий аналоговых и цифровых полигонов (рис. 1). Располагайте шины и полигоны аналогового питания над полигоном аналоговой земли (аналогично для шин цифрового питания). Если в каком-либо месте существует перекрытие аналогового и цифрового полигона, распределенная емкость между перекрывающимися участками будет создавать связь по переменному току, и наводки от работы цифровых компонентов попадут в аналоговую схему. Такие перекрытия аннулируют изоляцию полигонов


• Разделение не означает электрической изоляции аналоговой от цифровой земли (рис. 2). Они должны соединяться вместе в каком-то, желательно одном, низкоимпедансном узле. Правильная, с точки зрения земли, система имеет только одну землю, которая является выводом заземления для систем с питанием от сетевого переменного напряжения или общим выводом для систем с питанием от постоянного напряжения (например, аккумулятора). Все сигнальные токи и токи питания в этой схеме должны возвращаться к этой земле в одну точку, которая будет служить системной землей. Такой точкой может быть вывод корпуса устройства. Важно понимать, что при подсоединении общего вывода схемы к нескольким точкам корпуса могут образовываться земляные контуры. Создание единственной общей точки объединения земель является одним из наиболее трудных аспектов системного дизайна


• По возможности разделяйте выводы разъемов, предназначенные для передачи возвратных токов – возвратные токи должны объединяться только в точке системной земли. Старение контактов разъемов, а также частая расстыковка их ответных частей приводит к увеличению сопротивления контактов, следовательно, для более надежной работы необходимо использование разъемов с некоторым количеством дополнительных выводов. Сложные цифровые печатные платы имеют много слоев и содержат сотни или тысячи проводников. Добавление еще одного проводника редко создает проблему в отличие от добавляемых дополнительных выводов разъемов. Если это не удается сделать, то необходимо создавать два проводника возвратного тока для каждой силовой цепи на плате, соблюдая особые меры предосторожности.
• Важно отделять шины цифровых сигналов от мест на печатной плате, где расположены аналоговые компоненты схемы. Это предполагает изоляцию (экранирование) полигонами, создание коротких трасс аналоговых сигналов и внимательное размещение пассивных компонентов при наличии рядом расположенных шин высокоскоростных цифровых и ответственных аналоговых сигналов. Шины цифровых сигналов должны разводиться вокруг участков с аналоговыми компонентами и не перекрываться с шинами и полигонами аналоговой земли и аналогового питания. Если этого не делать, то разработка будет содержать новый непредусмотренный элемент – антенну, излучение которой будет воздействовать на высокоимпедансные аналоговые компоненты и проводники (рис. 3)

Почти все сигналы тактовых частот являются достаточно высокочастотными сигналами, поэтому даже небольшие емкости между трассами и полигонами могут создавать значительные связи. Необходимо помнить, что не только основная тактовая частота может вызывать проблему, но и ее высшие гармоники.

• Хорошей концепцией является размещение аналоговой части схемы вблизи к входным/выходным соединениям платы. Разработчики цифровых печатных плат, использующие мощные интегральные схемы, часто склонны разводить шины шириной 1 мм и длиной несколько сантиметров для соединения аналогововых компонентов, полагая, что малое сопротивление трассы поможет избавиться от наводок. То, что при этом получается, представляет собой протяженный пленочный конденсатор, на который будут наводиться паразитные сигналы от цифровых компонентов, цифровой земли и цифрового питания, усугубляя проблему

Пример хорошего размещения компонентов

На рисунке 4 показан возможный вариант размещения всех компонентов на плате, включая источник питания. Здесь используются три отделенных друг от друга и изолированных полигона земли/питания: один для источника, один для цифровой схемы и один для аналоговой. Цепи земли и питания аналоговой и цифровой частей объединяются только в источнике питания. Высокочастоный шум отфильтровывается в цепях питания дросселями. В этом примере высокочастотные сигналы аналоговой и цифровой частей отнесены друг от друга. Такой дизайн имеет очень высокую вероятность на благоприятный исход, поскольку обеспечено хорошее размещение компонентов и следование правилам разделения цепей.

Имеется лишь один случай, когда необходимо объединение аналоговых и цифровых сигналов над областью полигона аналоговой земли. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи размещаются в корпусах с выводами аналоговой и цифровой земли. Принимая во внимание предыдущие рассуждения, можно предположить, что вывод цифровой земли и вывод аналоговой земли должны быть подключены к шинам цифровой и аналоговой земли соответственно. Однако в данном случае это не верно.

Названия выводов (аналоговый или цифровой) относятся лишь к внутренней структуре преобразователя, к его внутренним соединениям. В схеме эти выводы должны быть подключены к шине аналоговой земли. Соединение может быть выполнено и внутри интегральной схемы, однако получить низкое сопротивление такого соединения довольно сложно из-за топологических ограничений. Поэтому при использовании преобразователей предполагается внешнее соединение выводов аналоговой и цифровой земли. Если этого не сделать, то параметры микросхемы будут значительно хуже приведенных в спецификации.

Необходимо учитывать то, что цифровая элементы преобразователя могут ухудшать качественные характеристики схемы, привнося цифровые помехи в цепи аналоговой земли и аналогового питания. При разработке преобразователей учитывается это негативное воздействие так, чтобы цифровая часть потребляла как можно меньше мощности. При этом помехи от переключений логических элементов уменьшаются. Если цифровые выводы преобразователя не сильно нагружены, то внутренние переключения обычно не вызывают особых проблем. При разработке печатной платы, содержащей АЦП или ЦАП, необходимо должным образом отнестись к развязке цифрового питания преобразователя на аналоговую землю.

Частотные характеристики пассивных компонентов

Для правильной работы аналоговых схем весьма важен правильный выбор пассивных компонентов. Начинайте дизайнерскую разработку с внимательного рассмотрения высокочастотных характеристик пассивных компонентов и предварительного размещения и компоновки их на эскизе платы.

Большое число разработчиков совершенно игнорируют частотные ограничения пассивных компонентов при использовании в аналоговой схемотехнике. Эти компоненты имеют ограниченные частотные диапазоны и их работа вне специфицированной частотной области может привести к непредсказуемым результатам. Кто-то может подумать, что это обсуждение касается только высокоскоростных аналоговых схем. Однако, это далеко не так – высокочастотные сигналы достаточно сильно воздействуют на пассивные компоненты низкочастотных схем посредством излучения или прямой связи по проводникам. Например, простой низкочастотный фильтр на операционном усилителе может легко превращаться в высокочастотный фильтр при воздействии на его вход высокой частоты.

Резисторы

Высокочастотные характеристики резисторов могут быть представлены эквивалентной схемой, приведенной на рисунке 5.

Обычно применяются резисторы трех типов:

1. Проволочные
2. Углеродные композитные
3. Пленочные

Не надо иметь много воображения, чтобы понять, как проволочный резистор может превращаться в индуктивность, поскольку он представляет собой катушку с проводом из высокоомного металла. Большинство разработчиков электронных устройств не имеют понятия о внутренней структуре пленочных резисторов, которые также представляют собой катушку, правда, из металлической пленки. Поэтому пленочные резисторы также обладают индуктивностью, которая меньше, чем у проволочных резисторов. Пленочные резисторы с сопротивлением не более 2 кОм можно свободно использовать в высокочастотных схемах. Выводы резисторов параллельны друг другу, поэтому между ними существует заметная емкостная связь. Для резисторов с большим сопротивлением межвыводная емкость будет уменьшать полный импеданс на высоких частотах.

Конденсаторы

Высокочастотные характеристики конденсаторов могут быть представлены эквивалентной схемой, приведенной на рисунке 6.

Конденсаторы в аналоговых схемах используются в качестве элементов развязки и фильтрующих компонентов. Для идеального конденсатора реактивное сопротивление определяется по следующей формуле:

Следовательно, электролитический конденсатор емкостью 10 мкФ будет обладать сопротивлением 1,6 Ом на частоте 10 кГц и 160 мкОм на частоте 100 МГц. Так ли это?

В действительности, никто никогда не видел электролитического конденсатора с реактивным сопротивлением 160 мкОм. Обкладки пленочных и электролитических конденсаторов представляют собой свитые слои фольги, которые создают паразитную индуктивность. Эффект собственной индуктивности у керамических конденсаторов значительно меньше, что позволяет использовать их при работе на высоких частотах. Кроме этого, конденсаторы обладают током утечки между обкладками, который эквивалентен включенному параллельно их выводам резистору, добавляющему свое паразитное воздействие к воздействию последовательно включенного сопротивления выводов и обкладок. К тому же, электролит не является идеальным проводником. Все эти сопротивления складываясь создают эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Конденсаторы, используемые в качестве развязок должны обладать малым ESR, поскольку последовательное сопротивление ограничивает эффективность подавления пульсаций и помех. Повышение рабочей температуры довольно значительно увеличивает эквивалентное последовательное сопротивление и может привести к ухудшению характеристик конденсатора. Поэтому, если предполагается использование алюминиевого электролитического конденсатора при повышенной рабочей температуре, то необходимо использовать конденсаторы соответствующего типа (105°С).

Выводы конденсатора также вносят свой вклад в увеличение паразитной индуктивности. Для малых значений емкости важно оставлять длину выводов короткой. Сочетание паразитных индуктивности и емкости может создать резонансный контур. Полагая, что выводы имеют индуктивность порядка 8 нГн на один сантиметр длины, конденсатор емкостью 0,01 мкФ с выводами длиной по одному сантиметру будет иметь резонансную частоту около 12,5 МГц. Этот эффект известен инженерам, которые десятилетия назад разрабатывали электронные вакуумные приборы. Тот, кто восстанавливает антикварные радиоприемники и не знает об этом эффекте, сталкивается с множеством проблем.

При использовании электролитических конденсаторов необходимо следить за правильным подключением. Положительный вывод должен быть подключен к более положительному постоянному потенциалу. Неправильное подключение приводит к протеканию через электролитический конденсатор постоянного тока, что может вывести из строя не только сам конденсатор, но и часть схемы.

В редких случаях разность потенциалов по постоянному току между двумя точками в схеме может менять свой знак. Это требует применения неполярных электролитических конденсаторов, внутренняя структура которых эквивалентна двум полярным конденсаторам, соединенным последовательно.

Индуктивности

Высокочастотные характеристики индуктивностей могут быть представлены эквивалентной схемой, приведенной на рисунке 7.

Реактивное сопротивление индуктивности описывается следующей формулой:

Следовательно, индуктивность 10 мГн будет обладать реактивным сопротивлением 628 Ом на частоте 10 кГц, а на частоте 100 МГц – сопротивлением 6,28 МОм. Верно?

В действительности, не существует индуктивности с реактивным сопротивлением 6,28 МОм. Природу возникновения паразитного сопротивления легко понять – витки катушки выполнены из провода, обладающего некоторым сопротивлением на единицу длины. Паразитная емкость воспринимается труднее до тех пор, пока не принять во внимание то, что следующий виток катушки расположен вплотную к предыдущему, и между близко расположенными проводниками возникает емкостная связь. Паразитная емкость ограничивает верхнюю рабочую частоту. Небольшие проволочные индуктивности начинают становиться неэффективными в диапазоне 10…100 МГц.

Печатная плата

Сама печатная плата обладает характеристиками рассмотренных выше пассивных компонентов, правда, не столь очевидными.

Рисунок проводников на печатной плате может быть как источником, так и приемником помех. Хорошая разводка проводников уменьшает чувствительность аналоговой схемы к излучению источников.

Печатная плата восприимчива к излучению, поскольку проводники и выводы компонентов образовывают своеобразные антенны. Теория антенн представляет собой достаточно сложный предмет для изучения и не рассматривается в этой статье. Тем не менее, некоторые основы здесь приводятся.

Немного из теории антенн

Одним из основных типов антенн является штырь или прямой проводник. Такая антенна работает, потому что прямой проводник обладает паразитной индуктивностью и поэтому может концентрировать и улавливать излучение от внешних источников. Полный импеданс прямого проводника имеет резистивную (активную) и индуктивную (реактивную) составляющие.

На постоянном токе или низких частотах преобладает активная составляющая. При повышении частоты реактивная составляющая становится все более и более значимой. В диапазоне от 1 кГц до 10 кГц индуктивная составляющая начинает оказывать влияние, и проводник более не является низкоомным соединителем, а скорее выступает как катушка индуктивности.

Формула для расчета индуктивности проводника печатной платы выглядит следующим образом:

Обычно, трассы на печатной плате обладают значениями от 6 нГн до 12 нГн на сантиметр длины. Например, 10-сантиметровый проводник обладает сопротивлением 57 мОм и индуктивностью 8 нГн на см. На частоте 100 кГц реактивное сопротивление становится равным 50 мОм, а на более высоких частотах проводник будет представлять собой скорее индуктивность, чем активное сопротивление.

Правило штыревой антенны гласит, что она начинает ощутимо взаимодействовать с полем при своей длине около 1/20 от длины волны, а максимальное взаимодействие происходит при длине штыря, равной 1/4 от длины волны. Поэтому 10-сантиметровый проводник из примера в предыдущем параграфе начнет становиться довольно хорошей антенной на частотах выше 150 МГц. Необходимо помнить, что несмотря на то, что генератор тактовой частоты цифровой схемы может и не работать на частоте выше 150 МГц, в его сигнале всегда присутствуют высшие гармоники. Если на печатной плате присутствуют компоненты со штыревыми выводами значительной длины, то такие выводы также могут служить антеннами.

Другой основной тип антенн – петлевые антенны. Индуктивность прямого проводника сильно увеличивается, когда он изгибается и становится частью дуги. Увеличивающаяся индуктивность понижает частоту, на которой начинает происходить взаимодействие антенны с линиями поля.

Опытные дизайнеры печатных плат, достаточно хорошо разбирающиеся в теории петлевых антенн, знают, что нельзя создавать петли для критичных сигналов. Некоторые разработчики, однако, не задумываются об этом, и проводники возвратного и сигнального тока в их схемах представляют собой петли. Создание петлевых антенн легко показать на примере (рис. 8). Кроме того, здесь показано и создание щелевой антенны.

Рассмотрим три случая:

Вариант A – пример скверного дизайна. В нем вовсе не используется полигон аналоговой земли. Петлевой контур формируется земляным и сигнальным проводником. При прохождении тока возникают электрическое и перпендикулярное ему магнитное поля. Эти поля образовывают основу петлевой антенны. Правило петлевой антенны гласит, что для наибольшей эффективности длина каждого проводника должна быть равно половине длины волны принимаемого излучения. Однако, следует не забывать, что даже при 1/20 от длины волны петлевая антенна все еще остается достаточно эффективной.

Вариант Б лучше варианта A, но здесь присутствует разрыв в полигоне, вероятно, для создания определенного места для разводки сигнальных проводников. Пути сигнального и возвратного токов образуют щелевую антенну. Другие петли образуются в вырезах вокруг микросхем.

Вариант В – пример лучшего дизайна. Пути сигнального и возвратного тока совпадают, сводя на нет эффективность петлевой антенны. Заметьте, что в этом варианте также присутствуют вырезы вокруг микросхем, но они отделены от пути возвратного тока.

Теория отражения и согласования сигналов находится близко к теории антенн.

Когда проводник печатной платы поворачивает на угол 90° может возникнуть отражение сигнала. Это происходит, главным образом, из-за изменения ширины пути прохождения тока. В вершине угла ширина трассы увеличивается в 1.414 раза, что приводит к рассогласованию характеристик линии передачи, особенно распределенной емкости и собственной индуктивности трассы. Довольно часто необходимо повернуть на печатной плате трассу на 90°. Многие современные CAD-пакеты позволяют сглаживать углы проведенных трасс или проводить трассы в виде дуги. На рисунке 9 показаны два шага улучшения формы угла. Только последний пример поддерживает постоянной ширину трассы и минимизирует отражения.

Совет для опытных разводчиков печатных плат: оставляйте процедуру сглаживания на последний этап работ перед созданием каплеобразных выводов и заливкой полигонов. Иначе, CAD-пакет будет производить сглаживание дольше из-за более сложных вычислений.

Паразитные эффекты печатной платы

Между проводниками печатной платы, находящимися на разных слоях, возникает емкостная связь, когда они пересекаются. Иногда это может создать проблему. Проводники, находящиеся друг над другом на смежных слоях, создают длинный пленочный конденсатор. Емкость такого конденсатора рассчитывается по формуле, приведенной на рисунке 10.

Например, печатная плата может обладать следующими параметрами:

• 4 слоя; сигнальный и слой полигона земли – смежные
• межслойный интервал – 0,2 мм
• ширина проводника – 0,75 мм
• длина проводника – 7,5 мм

Типовое значение диэлектрической постоянной ER для FR-4 равняется 4.5.

Видно, что происходит удвоение амплитуды выходного сигнала на частотах, близких к верхнему пределу частотного диапазона ОУ. Это, в свою очередь, может привести к генерации, особенно на рабочих частотах антенны (выше 180 МГц).

Этот эффект порождает многочисленные проблемы, для решения которых, тем не менее, существует много способов. Самый очевидный из них – уменьшение длины проводников. Другой способ – уменьшение их ширины. Нет причины применения проводника такой ширины для подводки сигнала к инвертирующему входу, т.к. по этому проводнику протекает очень небольшой ток. Уменьшение длины трассы до 2,5 мм, а ширины до 0,2 мм приведет к уменьшению емкости до 0,1 пФ, а такая емкость уже не приведет к столь значительному подъему частотной характеристики. Еще один способ решения – удаление части полигона под инвертирующим входом и проводником, подходящим к нему.

Инвертирующий вход операционного усилителя, особенно, высокоскоростного, в большой степени склонен к генерации в схемах с высоким коэффициентом усиления. Это происходит из-за нежелательной емкости входного каскада ОУ. Поэтому, крайне важно уменьшить паразитную емкость и располагать компоненты обратной связи настолько близко к инвертирующему входу насколько это возможно. Если, несмотря на принятые меры, происходит возбуждение усилителя, то необходимо пропорционально уменьшить сопротивления резисторов обратной связи для изменения резонансной частоты цепи. Также может помочь и увеличение резисторов, правда, значительно реже, т.к. эффект возбуждения зависит и от импеданса схемы. При изменении резисторов обратной связи нельзя забывать и об изменении емкости корректирующего конденсатора. Также нельзя забывать и о том, что при уменьшении сопротивлении резисторов увеличивается потребляемая мощность схемы.

Ширину проводников печатной платы невозможно бесконечно уменьшить. Предельная ширина определяется как технологическим процессом, так и толщиной фольги. Если два проводника проходят близко друг к другу, то между ними образуется емкостная и индуктивная связь (рис. 12).

Зависимости, описывающие эти паразитные эффекты, достаточно сложны, чтобы их приводить в этой статье, но их можно найти в литературе, посвященной линиям передачи и полосковым линиям.

Сигнальные проводники не должны разводиться параллельно друг другу, исключая случаи разводки дифференциальных или микрополосковых линий. Зазор между проводниками должен быть минимум в три раза больше ширины проводников.

Емкость между трассами в аналоговых схемах может создать затруднения при больших сопротивлениях резисторов (несколько МОм). Относительно большая емкостная связь между инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилителя легко может привести к самовозбуждению схемы.

Всякий раз, когда при разводке печатной платы появляется необходимость в создании переходного отверстия, т.е. межслойного соединения (рис. 13), необходимо помнить, что при этом возникает также паразитная индуктивность. При диаметре отверстия после металлизации d и длине канала h индуктивность можно вычислить по следующей приближенной формуле:

Например, при d=0,4 мм и h=1,5 мм (достаточно распространенные величины) индуктивность отверстия равна 1,1 нГн.

Имейте в виду, что индуктивность отверстия вместе с такой же паразитной емкостью формируют резонансный контур, что может сказаться при работе на высоких частотах. Собственная индуктивность отверстия достаточно мала, и резонансная частота находится где-то в гигагерцовом диапазоне, но если сигнал в течение своего пути вынужден проходить через несколько переходных отверстий, то их индуктивности складываются (последовательное соединение), а резонансная частота понижается. Вывод: старайтесь избегать большого числа переходных отверстий при разводке ответственных высокочастотных проводников аналоговых схем. Другое негативное явление: при большом количестве переходных отверстий в полигоне земли могут создаваться петлевые участки. Наилучшая аналоговая разводка – все сигнальные проводники располагаются на одном слое печатной платы.

Кроме рассмотренных выше паразитных эффектов существуют еще такие, которые связаны с недостаточно чистой поверхностью платы.

Помните, что, если в схеме присутствуют большие сопротивления, то особое внимание следует уделить очистке платы. На заключительных операциях изготовления печатной платы должны удаляться остатки флюса и загрязнений. В последнее время при монтаже печатных плат достаточно часто применяются водорастворимые флюсы. Являясь менее вредными, они легко удаляются водой. Но при этом отмывка платы недостаточно чистой водой может привести к дополнительным загрязнениям, которые ухудшают диэлектрические характеристики. Следовательно, очень важно производить отмывку печатной платы с высокоимпедансной схемой свежей дистиллированной водой.

Развязка сигналов

Как уже отмечалось, помехи могут проникать в аналоговую часть схемы через цепи питания. Для уменьшения таких помех применяются развязывающие (блокировочные) конденсаторы, уменьшающие локальный импеданс шин питания.

Если необходимо развести печатную плату, на которой имеются и аналоговая, и цифровая части, то необходимо иметь хотя бы небольшое представление об электрических характеристиках логических элементов.

Типовой выходной каскад логического элемента содержит два транзистора, последовательно соединенные между собой, а также между цепями питания и земли (рис. 14).

Эти транзисторы в идеальном случае работают строго в противофазе, т.е. когда один из них открыт, то в этот же момент времени второй закрыт, формируя на выходе либо сигнал логической единицы, либо логического нуля. В установившемся логическом состоянии потребляемая мощность логического элемента невелика.

Ситуация кардинально меняется, когда выходной каскад переключается из одного логического состояния в другое. В этом случае в течение короткого промежутка времени оба транзистора могут быть открыты одновременно, а ток питания выходного каскада сильно увеличивается, поскольку уменьшается сопротивление участка пути тока от шина питания до шины земли через два последовательно соединенных транзистора. Потребляемая мощность скачкообразно возрастает, а затем также убывает, что приводит к локальному изменению напряжения питания и возникновению резкого, кратковременного изменения тока. Такие изменения тока приводят к излучению радиочастотной энергии. Даже на сравнительно простой печатной плате может быть десятки или сотни рассмотренных выходных каскадов логических элементов, поэтому суммарный эффект от их одновременной работы может быть очень большим.

Невозможно точно предсказать диапазон частот, в котором будут находиться эти выбросы тока, поскольку частота их возникновения зависит от множества причин, в том числе и от задержки распространения переключений транзисторов логического элемента. Задержка, в свою очередь, также зависит от множества случайных причин, возникающих в процессе производства. Шум от переключений имеет широкополосное распределение гармонических составляющих во всем диапазоне. Для подавления цифрового шума существует несколько способов, применение которых зависит от спектрального распределения шума.

В таблице 2 представлены максимальные рабочие частоты для распространенных типов конденсаторов.

Таблица 2

Тип	Максимальная частота
алюминиевый электролитический	100 кГц
танталовый электролитический	1 МГц
слюдяной	500 МГц
керамический	1 ГГц

Из таблицы очевидно, что танталовые электролитические конденсаторы применяются для частот ниже 1 МГц, на более высоких частотах должны применяться керамические конденсаторы. Необходимо не забывать, что конденсаторы имеют собственный резонанс и их неправильный выбор может не только не помочь, но и усугубить проблему. На рисунке 15 показаны типовые собственные резонансы двух конденсаторов общего применения – 10 мкФ танталового электролитического и 0,01 мкФ керамического.

Реальные характеристики могут отличаться у различных производителей и даже от партии к партии у одного производителя. Важно понимать, что для эффективной работы конденсатора подавляемые им частоты должны находиться в более низком диапазоне, чем частота собственного резонанса. В противном случае характер реактивного сопротивления будет индуктивным, а конденсатор перестанет эффективно работать.

Не стоит заблуждаться относительно того, что один 0,1 мкФ конденсатор будет подавлять все частоты. Небольшие конденсаторы (10 нФ и менее) могут работать более эффективно на более высоких частотах.

Развязка питания ИС

Развязка питания интегральных схем с целью подавления высокочастотного шума состоит в применении одного или нескольких конденсаторов, подключенных между выводами питания и земли. Важно, чтобы проводники, соединяющие выводы с конденсаторами, были короткими. Если это не так, то собственная индуктивность проводников будет играть заметную роль и сводить на нет выгоды от применения развязывающих конденсаторов.

Развязывающий конденсатор должен быть подключен к каждому корпусу микросхемы, независимо от того, сколько операционных усилителей находится внутри корпуса – 1, 2 или 4. Если ОУ питается двухполярным питанием, то, само собой разумеется, что развязывающие конденсаторы должны располагаться у каждого вывода питания. Значение емкости должно быть тщательно выбрано в зависимости от типа шума и помех, присутствующих в схеме.

В особо сложных случаях может появиться необходимость добавления индуктивности, включенной последовательно с выводом питания. Индуктивность должна располагаться до, а не после конденсаторов.

Другим, более дешевым способом является замена индуктивности резистором с малым сопротивлением (10…100 Ом). При этом вместе с развязывающим конденсатором резистор образует низкочастотный фильтр. Этот способ уменьшает диапазон питания операционного усилителя, который к тому же становится более зависимым от потребляемой мощности.

Обычно для подавления низкочастотных помех в цепях питания бывает достаточно применить один или несколько алюминиевых или танталовых электролитических конденсаторов у входного разъема питания. Дополнительный керамический конденсатор будет подавлять высокочастотные помехи от других плат.

Развязка входных и выходных сигналов

Множество шумовых проблем является результатом непосредственного соединения входных и выходных выводов. В результате высокочастотных ограничений пассивных компонентов реакция схемы на воздействие высокочастотного шума может быть достаточно непредсказуемой.

В ситуации, когда частотный диапазон наведенного шума в значительной степени отличается от частотного диапазона работы схемы, решение просто и очевидно – размещение пассивного RC-фильтра для подавления высокочастотных помех. Однако, при применении пассивного фильтра надо быть осторожным: его характеристики (из-за неидеальности частотных характеристик пассивных компонентов) утрачивают свои свойства на частотах, в 100…1000 раз превышающих частоту среза (f3db). При использовании последовательно соединенных фильтров, настроенных на разные частотные диапазоны, более высокочастотный фильтр должен быть ближайшим к источнику помех. Индуктивности на ферритовых кольцах также могут применяться для подавления шума; они сохраняют индуктивный характер сопротивления до некоторой определенной частоты, а выше их сопротивление становится активным.

Наводки на аналоговую схему могут быть настолько большими, что избавиться (или, по крайней мере, уменьшить) от них возможно только с помощью применения экранов. Для эффективной работы они должны быть тщательно спроектированы так, чтобы частоты, создающие наибольшие проблемы, не смогли попасть в схему. Это означает, что экран не должен иметь отверстия или вырезы с размерами, большими, чем 1/20 длины волны экранируемого излучения. Хорошая идея отводить достаточное место под предполагаемый экран с самого начала проектирования печатной платы. При использовании экрана можно дополнительно использовать ферритовые кольца (или бусинки) для всех подключений к схеме.

Корпуса операционных усилителей

В одном корпусе обычно размещаются один, два или четыре операционных усилителя (рис. 16).

Одиночный ОУ часто также имеет дополнительные входы, например,  для регулировки напряжения смещения. Сдвоенные и счетверенные ОУ имеют лишь инвертирующий и неинвертирующий входы и выход. Поэтому при необходимости иметь дополнительные регулировки надо применять одиночные операционные усилители. При использовании дополнительных выводов необходимо помнить, что по своей структуре они являются вспомогательными входами, поэтому управление ими должно осуществляться аккуратно и в соответствии с рекомендациями производителя.

В одиночном ОУ выход располагается на противоположной стороне от входов. Это может создать затруднение при работе усилителя на высоких частотах из-за протяженных проводников обратной связи. Один из путей преодоления этого состоит в размещении усилителя и компонентов обратной связи на разных сторонах печатной платы. Это, однако, приводит к как минимум двум дополнительным отверстиям и вырезам в полигоне земли. Иногда стоит использовать сдвоенный ОУ для разрешения данной проблемы, даже если второй усилитель не используется (при этом его выводы должны быть подключены должным образом). Рисунок 17 иллюстрирует уменьшение длины проводников цепи обратной связи для инвертирующего включения.

Сдвоенные ОУ особенно часто используются в стереофонических усилителях, а счетверенные – в схемах многокаскадных фильтров. Однако, в этом есть довольно значительный минус. Несмотря на то, что современная технология обеспечивает приличную изоляцию между сигналами усилителей, расположенных на одном кремниевом кристалле, между ними все же существуют некоторые перекрестные помехи. Если необходимо иметь очень малую величину таких помех, то необходимо использовать одиночные операционные усилители. Перекрестные помехи возникают не только при использовании сдвоенных или счетверенных усилителей. Их источником может служить очень близкое расположение пассивных компонентов разных каналов.

Сдвоенные и счетверенные ОУ, кроме вышесказанного, позволяют осуществить более плотный монтаж. Отдельные усилители как бы зеркально расположены друг относительно друга (рис. 18).

На рисунках 17 и 18 показаны не все подключения, требуемые для нормальной работы, например, формирователь среднего уровня при однополярном питании. На рисунке 19 приведена схема такого формирователя при использовании счетверенного усилителя.

На схеме показаны все необходимые подключения для реализации трех независимых инвертирующих каскадов. Необходимо обратить внимание на то, что проводники формирователя половины напряжения питания располагаются непосредственно под корпусом интегральной схемы, что позволяет уменьшить их длину. Этот пример иллюстрирует не то, как должно быть, а то, что должно быть сделано. Напряжение среднего уровня, например, могло бы быть единым для всех четырех усилителей. Пассивные компоненты могут быть соответствующего размера. Например, планарные компоненты типоразмера 0402 соответствуют расстоянию между выводами стандартного корпуса SO. Это позволяет сделать длину проводников очень короткой для высокочастотных приложений.

Типы корпусов операционных усилителей включают в себя, в основном, DIP (dual-in-line) и SO (small-outline). Вместе с уменьшением размера корпуса уменьшается и шаг выводов, что позволяет применять меньшие по размеру пассивные компоненты. Уменьшение размеров схемы в целом уменьшает паразитные индуктивности и позволяет работать на более высоких частотах. Однако это приводит также к возникновению более сильных перекрестных помех из-за увеличения емкостной связи между компонентами и проводниками.

Объемный и поверхностный монтаж

При размещении операционных усилителей в корпусах типа DIP и пассивных компонентов с проволочными выводами требуется наличие на печатной плате переходных отверстий для их монтажа. Такие компоненты в настоящее время используются, когда нет особых требований к размерам печатной платы; обычно они стоят дешевле, но стоимость печатной платы в процессе изготовления возрастает из-за сверловки дополнительных отверстий под выводы компонентов.

Кроме того, при использовании навесных компонентов увеличиваются размеры платы и длины проводников, что не позволяет работать схеме на высоких частотах. Переходные отверстия обладают собственной индуктивностью, что также накладывает ограничения на динамические характеристики схемы. Поэтому навесные компоненты не рекомендуется применять для реализации высокочастотных схем или для аналоговых схем, размещенных поблизости с высокоскоростными логическими схемами.

Некоторые разработчики, пытаясь уменьшить длину проводников, размещают резисторы вертикально. С первого взгляда может показаться что, это сокращает длину трассы. Однако при этом увеличивается путь прохождения тока по резистору, а сам резистор представляет собой петлю (виток индуктивности). Излучающая и принимающая способность возрастает многократно.

При поверхностном монтаже не требуется размещения отверстия под каждый вывод компонента. Однако возникают проблемы при тестирования схемы, и приходится использовать переходные отверстия в качестве контрольных точек, особенно при применении компонентов малого типоразмера.

Неиспользуемые секции оу

При использовании сдвоенных и счетверенных операционных усилителей в схеме некоторые их секции могут остаться незадействованными и должны быть в этом случае корректно подключены. Ошибочное подключение может привести к увеличению потребляемой мощности, большему нагреву и большему шуму используемых в этом же корпусе ОУ. Выводы неиспользуемых операционных усилителей могут быть подключены так, как изображено на рис. 20а. Подключение выводов с дополнительными компонентами (рис. 20б) позволит легко использовать этот ОУ при наладке.

Заключение

Помните следующие основные моменты и постоянно соблюдайте их при проектировании и разводке аналоговых схем.

Общие:

• думайте о печатной плате как о компоненте электрической схемы
• имейте представление и понимание об источниках шума и помех
• моделируйте и макетируйте схемы

Печатная плата:

• используйте печатные платы только из качественного материала (например, FR-4)
• схемы, выполненные на многослойных печатных платах, на 20 дБ менее восприимчивее к внешним помехам, чем схемы, выполненные на двухслойных платах
• используйте разделенные, неперекрывающиеся полигоны для различных земель и питаний
• располагайте полигоны земли и питания на внутренних слоях печатной платы.

Компоненты:

• осознавайте частотные ограничения, вносимые пассивными компонентами и проводниками платы
• старайтесь избегать вертикального размещения пассивных компонентов в высокоскоростных схемах
• для высокочастотных схем используйте компоненты, предназначенные для поверхностного монтажа
• проводники должны быть чем короче, тем лучше
• если требуется большая длина проводника, то уменьшайте его ширину
• неиспользуемые выводы активных компонентов должны быть правильно подключены

Разводка:

• размещайте аналоговую схему вблизи разъема питания
• никогда не разводите проводники, передающие логические сигналы, через аналоговую область платы, и наоборот
• проводники, подходящие к инвертирующему входу ОУ, делайте короткими
• удостоверьтесь, что проводники инвертирующего и неинвертирующего входов ОУ не располагаются параллельно друг другу на большом протяжении
• старайтесь избегать применения лишних переходных отверстий, т. к. их собственная индуктивность может привести к возникновению дополнительных проблем
• не разводите проводники под прямыми углами и сглаживайте вершины углов, если это возможно

Развязка:

• используйте правильные типы конденсаторов для подавления помех в цепях питания
• для подавления низкочастотных помех и шумов используйте танталовые конденсаторы у входного разъема питания
• для подавления высокочастотных помех и шумов используйте керамические конденсаторы у входного разъема питания
• используйте керамические конденсаторы у каждого вывода питания микросхемы; если необходимо, используйте несколько конденсаторов для разных частотных диапазонов
• если в схеме происходит возбуждение, то необходимо использовать конденсаторы с меньшим значением емкости, а не большим
• в трудных случаях в цепях питания используйте последовательно включенные резисторы малого сопротивления или индуктивности
• развязывающие конденсаторы аналогового питания должны подключаться только к аналоговой земле, а не к цифровой

Автор:Bruce Carter
Перевод статьи Op Amps For Everyone, chapter 17
Circuit Board Layout Techniques
Design Reference, Texas Instruments, 2002

KiCAD: как сделать печатную плату | others

В этой статье рассматриваются основные вопросы проектирования печатной платы (PCB) в KiCAD.

В KiCAD, как и во всех системах сквозного (“сквозного” означает, что в одной среде проектируется и схема, и печатная плата) проектирования печатных плат, процесс разработки платы включает в себя следующие основные шаги:

1. Подбор и/или создание элементов схемы (символов).
2. Подбор и/или создание посадочных мест деталей (модулей).
3. Рисование схемы, экспорт списка цепей.
4. Привязка символов и модулей друг к другу.
5. Рисование контура платы, загрузка списка цепей и привязки символов и модулей.
6. Ручная или автоматическая, или полуавтоматическая трассировка платы.
7. Получение Gerber-файлов для фотоплоттера и файлов для сверлильного станка.

[1. Подбор и/или создание элементов принципиальной схемы]

Иногда компонент, который Вы хотите поместить на свою создаваемую схему, отсутствует в библиотеках KiCad. Это обычная штатная ситуация, и нет причин для беспокойства.

В среде KiCad компонентом является блок текста (в файле с расширением *.lib), начинающийся с DEF и заканчивающийся на ENDDEF. Один или большее количество компонентов обычно помещаются в файл библиотеки (простой текстовый файл с расширением lib). Для того, чтобы копировать компоненты из одной библиотеки в другую, Вы можете использовать обычный текстовый редактор, и команды Copy/Cut и Paste. Библиотеки схемотехнических отображений компонентов, который поставляются вместе с KiCad, находятся в папке c:\Program Files\KiCad\share\library\.

Как создавать новый компонент схемы средствами KiCad, можно подробно прочитать по ссылке [5]. Однако помните, что готовые компоненты для KiCad можно попробовать найти в Интернете [6, 7].

[2. Подбор и/или создание посадочных мест деталей]

В KiCad посадочные места для компонентов (package) называются почему-то модулями (module). Модули объединены в библиотечные файлы с расширением *.mod. Точно так же как и файлы *.lib, это обычные текстовые файлы, которые можно легко просмотреть текстовым редактором. Библиотеки модулей (корпусов деталей), который поставляются вместе с KiCad, находятся в папке c:\Program Files\KiCad\share\modules\. Как создавать новое посадочное место детали средствами KiCad, можно подробно прочитать по ссылке [5].

[3. Рисование схемы, экспорт списка цепей]

Рисование схемы особенностей не имеет, все делается так же, как и в других системах сквозного проектирования радиоэлектроники. Нужно только освоить специфику редактора схем Eeschema, как делать основные операции: копирование и перемещение объектов, копирование и перемещение групп, добавление цепей, присваивание имен цепям.

Почему нужно обязательно рисовать схему, и нельзя сразу нарисовать печатную плату? Рисование схемы придумано не просто так. Схема позволяет проверить правильность дизайна платы, а также делает возможным дальнейшую поддержку разработки – исправление ошибок и изменения схемы. Кроме того, в схеме можно отдельным цепям назначить имена, чтобы в дальнейшем можно было использовать классы цепей – цепи земли и питания можно сделать толще, можно назначить для отдельных цепей особые значения зазоров (clearance), и т. п. Поэтому почти во всех пакетах рисование схемы – обязательный шаг.

Копирование, перемещение объектов. В KiCAD команды Copy/Paste отсутствуют как класс. Drag-and-drop не работает, как общепринято – оказывается, чтобы что-то перетащить, нужно это сначала обвести рамочкой, или навести курсор и нажать на клавишу M. Таким способом можно переместить как отдельные объекты, так и группу объектов. Копирование можно произвести, если предварительно нажать на клавишу Shift, обвести левой кнопкой мыши рамку вокруг копируемых объектов, и переместить обведенную область на новое место – при этом на новом месте образуется копия. Один объект можно скопировать, если нажать на клавишу Shift, кликнуть на объекте и перетащить его – перетащите копию объекта. При перемещении компонентов схемы уже проложенные проводники отрываются от деталей, и их приходится перекладывать заново.

Перенумерование компонентов на схеме. Когда схема будет готова, нужно присвоить каждому элементу схемы уникальную метку (R1, R2, C1 и т. д.). Чтобы пронумеровать схему (расставить RefDes), нужно выбрать в меню Tools -> Annotate.

После того, как схема готова и пронумерована, проверьте, что у Вас правильно настроены текущие библиотеки символов (меню Preferences -> Library) и выгрузите список цепей (netlist) через меню Tools -> Generate Netlist (*. net). Список цепей понадобится, чтобы перенести детали и соединения принципиальной схемы на печатную плату.

[4. Привязка символов и модулей друг к другу]

Из-за того, что имеется принципиальная схема и соответствующая им печатная плата, то компоненты (радиодетали) представлены в системе KiCAD как две разновидности объектов – символы и корпуса (в KiCAD корпуса деталей называются модулями). Этот принцип общий для всех систем проектирования плат, по разному устроена только привязка символов и модулей друг к другу. В KiCAD привязка делается с помощью специальной программы CvPcb. Интерфейс программы CvPcb тоже довольно необычен, но освоиться можно.

На входе программы CvPcb имеется список цепей (netlist) и библиотеки корпусов (модулей, файлы с расширением *.mod). На выходе CvPcb генерирует список соответствия символов и модулей (файл с расширением *.cmp) – т. е. каким символам какой корпус детали поставлен в соответствие. Проверьте правильную настройку библиотек (Preferences -> Library), и каждому символу в списке деталей схемы присвойте соответствующий модуль.

Сохраните файл привязки *.cmp.

[5. Создание чертежа печатной платы]

Чертеж печатной платы создается в программе Pcbnew. Предполагается, что схема уже нарисована, и библиотека (или библиотеки) посадочных мест (модулей) подготовлены. Запустите Pcbnew (PCB editor), поменяйте размер листа на нужный (меню File -> Page settings). Проверьте настройку библиотек модулей (меню Preferences -> Library).

Создание чертежа платы начинается с рисования контура на слое Edge.Cuts. Выберите слой Edge.Cuts и нарисуйте контур будущей печатной платы. Для того, чтобы ориентироваться в размерах, сделайте привязку относительных координат сетки к левому верхнему углу контура печатной платы. Эти координаты отражаются в строке статуса в виде параметров dx, dy, d.

Привязку относительных координат можно поменять в любой момент, для этого переместите курсор в нужную точку и нажмите пробел – параметры dx, dy, d сразу обнулятся, и по их значению теперь можно отсчитывать абсолютные размеры. Абсолютные координаты положения курсора Z, X, Y (они также отображаются в строке статуса) поменять нельзя, они всегда привязаны к верхнему левому углу чертежа.

После того, как нарисовали контур платы, загрузите список цепей (файл *.net) и соответствие символов модулям (файл *.cmp) с помощью операции Tools -> Netlist. Появится окно Netlist для загрузки списка цепей. Переведите радиокнопку Module Name Source в состояние From separate .cmp file, кнопкой Browse Netlist Files выберите сгенерированный файл списка цепей. Затем нажмите на кнопку Read Current Netlist.

Список цепей загрузится. Если в процессе загрузки будут ошибки, то они будут видны в поле Messages. Обычно ошибки бывают следующих видов – несоответствие нумерации выводов символа и модуля, отсутствие привязки символа к модулю, недоступность библиотек модулей.

После успешной загрузки списка цепей детали платы окажутся наваленными в кучу в правом нижнем углу платы. Можно растащить детали вручную, как обычно (кнопка M – Move), но лучше это сделать автоматически. На панели инструментов вверху есть кнопка Mode footprint: manual and automatic move and place modules. Активируйте её, как показано на скриншоте:

После этого в контекстном меню редактора (это меню вызывается правой кнопкой мыши) появится пункт Glob Move and Place. Выберите в этом меню Glob Move and Place -> Autoplace all modules, и на предупреждение “Footprints NOT LOCKED will be moved Yes/No” (“Все незафиксированные посадочные места будут перемещены Да/Нет”) ответьте положительно (Yes). Начнется процесс авторастаскивания компонентов по плате, который занимает несколько минут.

Обычно процесс авторазмещения запускают только после того, как на плате вручную перемещены и зафиксированы в нужных местах компоненты, которые должны быть в заранее известных местах. Обычно это коннекторы, которые размещены по краям платы. Фиксируются детали на плате тоже неочевидным образом – нужно навести курсор на фиксируемую деталь и нажать клавишу L (от сокращения Lock – зафиксировать). В результате авторазмещение получится нечто подобное, как показано на скриншоте.

[6. Трассировка токопроводящего рисунка платы]

Трассировка платы можно делать полностью вручную, можно автоматически, а можно смешанным способом – сначала развести важные цепи (например цепи кварцевого генератора, питание и т. п.), а затем оставить всю остальную разводку автороутеру. Я обычно использую смешанный вариант, он хорошо работает со всеми системами проектирования печатных плат. KiCAD в этом отношении не оказался исключением.

Рекомендации по соблюдению допусков трассировки. Завод, на котором Вы будете заказывать изготовления печатной платы, имеет технологические ограничения по минимальной толщине линии проводящего рисунка, минимальному зазору между проводниками, минимальной толщине линии шелкографии, минимальной высоте текста шелкографии, минимальному диаметру отверстия. Общие рекомендации китайского завода для двухслойной платы обычной точности приведены в таблице.

Наименование допуска	Значение допуска, mil	Значение допуска, mm	Где настраивается в KiCAD
Минимальная толщина линии проводящего рисунка (ширина медной дорожки, trace width)	6	0.1524	Design Rules -> Net Classes -> Track Width
Минимальный зазор между проводниками (clearance)	6	0.1524	Design Rules -> Net Classes -> Clearance
Минимальный диаметр переходного отверстия (via drill)	25	0.635	Design Rules -> Net Classes -> Via Drill
Минимальный внешний диаметр медного кольца переходного отверстия (via)	35	0.889	Design Rules -> Net Classes -> Via Dia
Минимальная высота и ширина символа текста шелкографии	32	0. 8128	Свойства текста -> Size Y и Size X
Минимальная толщина линии графики текста шелкографии	5	0.127	Свойства текста -> Thickness

Если Вы выполните при создании печатной платы эти условия, то у технологов завода скорее всего к Вам не будет много лишних вопросов.

Ручная трассировка. Правила разводки следующие: чтобы начать прокладывать трассу, кликните на выводе детали, или на уже проложенной дорожке. Далее ведите трассу, кликая на каждом конце сегмента. Направление трассы можно менять клавишей /, слой можно поменять клавишей V (при этом ставится переходное отверстие). Толщина прокладываемой дорожки и зазоры зависят от Design Rules, и может назначены на класс цепей. Заканчивается трасса двойным щелчком мыши.

Если дорожки не прокладываются ни вручную, ни автоматически, то значит это не позволяют правила Design Rules. Причем редактор не дает никаких предупреждений, и только что разведенная дорожка сразу исчезает. Исправить проблему можно, если исправить ограничения на толщину дорожки и зазор на класс проблемной цепи. Другое решение проблемы – откройте меню Preferences -> General и снимите галочки:

Enforce design rules when routing – если эта галочка снята, то Вы можете прокладывать дорожки как угодно, не взирая на установки DRC и существующие цепи.

Delete unconnected tracks – если эта галочка снята, то Вы можете проложить сегменты дорожек, ни к чему не подключенные. Например, Вы можете теперь для ножек питания микросхем с мелким шагом провести короткие тонкие сегменты, которые не укладываются в требования DRC.

Авторассировка. В систему KiCAD из коробки встроена поддержка бесплатного автороутера FreeROUTE. Трассировщик FreeRoute [1] в настоящее время находится в активной разработке. Однако уже есть стабильный релиз, который сейчас показывает отличные результаты при разводке с шагом угла 45 градусов. Скорость трассировки все еще оставляет желать лучшего, однако качество трассировки очень хорошее, если сравнивать с результатами имеющихся на рынке автотрассировщиков.

Версия трассировщика FreeRoute, основанная на Веб (web-based version), является бесплатной. Обмен данными между программным обеспечением разработки печатных плат (PCB design) происходит через стандартный интерфейс Specctra DSN. Этот интерфейс есть в Cadsoft-Eagle, KiCAD и многих других средах проектирования печатных плат. Трассировщик можно использовать с такими программами, как FreePCB, Kicad, gEDA, CadSoft-Eagle всеми системами разработки PCB, в составе которых есть интерфейс взаимодействия с автотрассировщиками Specctra или Electra.

Трассировщик FreeRoute можно запустить прямо в браузере по ссылке со странички [1], если у Вас установлен пакет Java 6. Трассировщик FreeRoute довольно прост в настройке и использовании. Вот общие указания по использованию автотрассировщика FreeRoute:

1. Трассировщик FreeRoute не перекладывает проводящий рисунок, который уже имеется на плате в момент запуска трассировки. Этим можно воспользоваться, если предварительно вручную оттрассировать важные цепи, которые должны быть определенным образом проложены. После того, как дизайн платы будет готов к автоматической трассировке, создайте файл *.dsn в интерфейсе Specctra – такая возможность есть во многих программах проектирования плат. К примеру, в KiCAD эта возможность вызывается в программе Pcbnew через меню File -> Export -> Specctra DSN.

2. Запустите трассировщик по ссылке со странички [1] (будет ссылка наподобие http://www.freerouting.net/java/freeroute.jnlp). Или в программе Pcbnew выберите Tools -> FreeRoute. Загрузится автотрассировщик FreeRoute, написанный на Java – откроется маленькое окошко диалога запуска трассировки.

Нажмите кнопку “Open Your own Design” и выберите файл DSN, который был создан на шаге 1.

3. Запустите процесс трассировки – нажмите кнопку Autorouter, и начнется неспешный процесс автотрассировки платы. Процесс трассировки состоит из двух основных стадий – сначала трассы прокладываются так, чтобы все соединения были разведены (routing). Стадия разводки не закончится, пока не останется неразведенных цепей. После этого запускается стадия оптимизации разводки (Bath Optimizer) – все трассы оптимизируются на предмет уменьшения длины и количества переходных отверстий. Вторая стадия оптимизации продолжается довольно долго. Прервать оптимизацию в любой момент можно, если кликнуть левой кнопкой мыши в окно Board Layout.

4. После завершения трассировки сохраните разводку в виде сессии Specctra (файл *.ses) через меню “Export Specctra Session File” окна Board Layout.

5. Импортируйте сгенерированную сессию через интерфейс Specctra на Вашей системе разработки плат. В программе KiCAD Pcbnew это делается через меню File -> Import -> Specctra session.

Особенности трассировки с помощью FreeRoute. Дорожки, которые уже были разведены перед запуском FreeRoute, никак не будут затронуты трассировщиком. Поэтому эту возможность следует использовать для предварительной трассировки заранее известных и критичных цепей. Перед началом трассировки обязательно удалите все заливки медью (добавленные инструментом Add filled zones), иначе после окончания разводки можете получить неподключенные выводы, которые относились к цепи заливки. Если трассировка застопорилась на первом этапе, то лучше остановить трассировку, передвинуть некоторые компоненты, которые мешают разводке, и/или предварительно развести некоторые цепи вручную. Когда первый этап трассировки прошел, и началась вторая стадия Bath Optimizer, то её можно не останавливать, и дождаться полного завершения оптимизации. 

Проверка платы – тест DRC. После полного завершения трассировки, перед генерацией файлов Gerber нужно проверить дизайн платы на ошибки и соответствие допускам толщины дорожек и зазоров. Для этого служит инструмент DRC. Запускается он из меню Tools -> DRC или кнопкой на панели инструментов.

Откроется окно DRC Control, где можно настроить допуски на минимальную ширину дорожки и минимальные размеры переходных отверстий. Можно ничего не менять, оставить как есть, и просто нажать на кнопку Start DRC.

Тест DRC займет несколько секунд, в окне Messages появятся сообщения наподобие “Compile ratsnest… Pad clearances… Track clearances… Fill zones… Test zones… Unconnected pads… Keepout areas … Finished”. Если в процессе теста будут обнаружены ошибки, то их можно увидеть на закладках Problems / Markers и Unconnected.

Если у Вас были наложены зоны заливки медью (filled zones), то после теста DRC они перезаливаются заново, даже если Вы отменили заливку на зоне.

[7. Как получить файлы Gerber]

Файлы для фотоплоттера и сверлильного станка в KiCAD получить очень просто. Предположим, что Ваша плата двухсторонняя, и у неё есть маска и шелкография с двух сторон. Все действия производятся в редакторе печатной платы Pcbnew. Далее описан процесс по шагам.

1. Установите зазор между контактными площадками для пайки и границей маски через меню Dimensions -> Pads Mask Clearance.

По умолчанию там указан зазор Solder mask clearance: 0.2 мм. Для простых плат этот зазор подойдет, но если к примеру у Вас есть микросхемы с шагом выводов 0.5 мм, то зазор лучше установить поменьше, порядка 0.05 мм.

2. Запустите диалог вывода файлов для фотоплоттера (Gerber) через меню File -> Plot.

Проверьте, что Plot Format задан Gerber, задайте папку для файлов Output directory относительно текущего рабочего каталога (в нашем примере gerbers/), поставьте галочки против нужных слоев:

F.Cu медь на верхней стороне платы (Forward, в других редакторах это слой Top).
B.Cu медь на нижней стороне платы (Bottom).
F.SilkS шелкография на верхней стороне платы (обычно надписи белой краской).
B.SilkS шелкография на нижней стороне платы.
F.Mask маска для пайки на верхней стороне платы (покрытие, открывающее только места пайки, обычно зеленое).
B.Mask маска для пайки на нижней стороне платы.
Edge.Cuts контур печатной платы.

Установите ширину линии по умолчанию 0.01 мм (Default line width mm), галочки поставьте как на скриншоте.

Нажмите кнопку Plot, и в папке gerbers/ появятся Gerber-файлы. Если Ваш проект называется MyProject, то файлы будут такие:

MyProject-B_Cu.gbl медь на нижней стороне платы
MyProject-B_Mask.gbs маска для пайки на нижней стороне платы
MyProject-B_SilkS.gbo шелкография на нижней стороне платы
MyProject-Edge_Cuts.gbr контур печатной платы
MyProject-F_Cu.gtl медь на верхней стороне платы
MyProject-F_Mask.gts маска для пайки на верхней стороне платы
MyProject-F_SilkS.gto шелкография на верхней стороне платы

3. Осталось получить файлы для сверлильного станка. Для этого нажмите кнопку Generate Drill File, и появится окно настройки генерации файлов для сверления. Тут точно так же установите выходную папку для файлов Output directory относительно текущего рабочего каталога (gerbers/), и проверьте правильность установки всех опций.

Нажмите кнопку Drill File, и в папке gerbers/ появятся файлы для сверлильного станка:

MyProject-NPTH.drl отверстия NPTH (Non-Plated Through-Hole), если таковые есть
MyProject.drl обычные отверстия

Для просмотра (проверки) выходных Gerber-файлов используйте программу ViewMate [3]. Она бесплатна для простого просмотра формата Gerber. Есть и другие инструменты – CAM350, GerbTool, Genesis 2000 (платные программы, для которых существуют демо-версии).

[Ссылки]

1. FreeRoute site:freerouting.net.
2. RefDes, reference designator – общепринятые префиксы для нумерации элементов принципиальной схемы.
3. ViewMate gerber viewer site:pentalogix.com.
4. KiCAD: бесплатная система проектирования печатных плат.
5. KiCAD: как сделать новый библиотечный элемент.
6. KiCAD Electronic CAD libraries site:smisioto.no-ip.org.
7. KiCAD libraries site:kicadlib.org.

Перестаньте травить печатные платы дома — заказывайте их на производстве / Хабр

В последней своей статье про Домофон с MQTT я проводил опрос на тему того, какую статью написать следующей. Выбор пал на заказ производства печатных плат, вот собственно немного расскажу об этом. Если статья зайдет, напишу по следующей теме из голосовалки.

Я ни в коем разе не принуждаю сразу выливать ваше хлорное железо / перекись водорода, оставьте их для макетирования. Я лишь хочу показать, что заказать платы на производстве в наше время совсем не сложно, как может показаться начинающему радиолюбителю. Есть в этом что-то магическое — подержать в руках красивую плату собственного изготовления.

Для меня электроника выступает в качестве хобби, и я, разводя очередную плату, просто отсылаю ее на производство и возвращаюсь к ней только после получения готовых плат. Таким образом, у меня может крутиться несколько проектов одновременно. Я не травлю платы сам и макетирую на проводах только в крайнем случае.

В статье затрону минимальную подготовку к производству плат в программе Eagle CAD. Другими программами не пользуюсь, но думаю смысл будет примерно таким.

Ну, начнем с того, что Eagle CAD (далее буду иногда называть его Орлом) — сама по себе программа платная, но есть бесплатная версия с ограничениями. На один проект допускается рисовать не более 2х листов схемы и разводить не более 2х слоев платы площадью до 80 см2. Мне пока что хватает. Зато всегда пользуюсь актуальной версией с сайта производителя, а не каким-то ломаным старьем.

Учить работать с программой я не буду, для этого есть хорошие статьи от DiHalt’а (ссылка будет в конце статьи), а лишь быстро пробегусь по тому, что нужно сделать для заказа плат.

Разводка платы и DRC контроль

Перед началом разводки необходимо ознакомиться с нормами, которые допускает производитель при изготовлении — это минимально допустимые размеры и зазоры. От них зависит, насколько корректную плату вы получите. Для начала разводки главное среди них это минимальный размер дорожки и переходного отверстия. Производители всегда указывают свои технологические возможности на сайте и почти все сейчас делают дорожки от 6 mil (0,150 мм). Конечно возможно и меньше, но чаще это будет дороже. Советую не мельчить и разводить покрупнее — вам же будет потом удобнее.

Допустим, вы худо-бедно развели печатную плату. Теперь необходимо проверить зазоры в автоматическом режиме по всей плате. Производители иногда прикладывают файлы для их контроля в разных программах. Вот, например, OSH Park подготовил свои нормы в файлах для скачивания. В принципе, по этим нормам можно заказывать и у других производителей, везде технологические возможности примерно одинаковые.

*Открываем в пункте DRC скаченный файл или настраиваем зазоры сами

Жмем Проверить и получаем кучу ошибок. По каждой ошибке можно посмотреть место, где она вызвана, и принять решение: либо исправлять, либо забить и ничего не делать. Заказ плат процедура простая: что нарисуешь, то и получишь, задача программы лишь подсказать тебе слабые места.

Выгрузка на сайт производителя

Все производители принимают платы в виде gerber файлов, но бывают приятные исключения. Например, тот же OSH Park позволяет загружать прямо *.brd файл из Орла или *.kicad_pcb из программы KiCAD с последующим просмотром получившегося результата.

CAM processor

Вернемся к gerber файлам. Для генерации этих файлов из Орла, необходим так называемый CAM процессор. Это файл, в котором настраивается какие слои в какой файл выводить.

Вы конечно можете настроить вывод сами по тем же требованиям с сайта производителя, а можете воспользоваться готовым, если найдете.

*Eagle выведет слои top, pads, vias в файл *.toplayer.ger

Но тут надо быть внимательным, т.к этот CAM процессор выведет файлы с названиями, которые будут понятны одному производителю, а другой в них запутается. Так что смотрим требования к именам gerber файлов на сайте производителя и называем их соответственно.

*требования с сайта одного из производителей

Предварительный просмотр gerber файлов

Прежде чем оплачивать заказ не будет лишним посмотреть, как сгенерировались ваши файлы.

Возможно, там съехал слой шелкографии или поехали шрифты (самая частая проблемы, всегда пишите векторными шрифтами).

Для этого есть разные бесплатные online сервисы или программы. Файлы загружаются в zip архиве. Иногда функция просмотра встроена прямо в форму заказа платы. Так, например, EaseEDA имеет свой просмоторщик.

Ну а как оплатить заказ, я уж думаю, сами разберетесь. Благодарю за внимание.

Ссылки:

1. Работа в Eagle Cad — цикл статей от DiHalt’a
2. Долой Sprint Layout, да здравствует Eagle Cad — а тут я когда-то писал про работу с Орлом
3. Проверенные производители печатных плат (всегда сравнивайте цены): OSH Park, EasyEDA, iTead, Seeed Studio
4. Онлайн просмоторщики gerber файлов: EasyEDA, Gerber-Viewer

Проектирование печатной платы в интерфейсе EasyEDA

Начало работы

После установки клиента EasyEDA на ПК в первую очередь необходимо зарегистрироваться в центре пользователя. В нем будут храниться наши проекты, а так же библиотеки компонентов и корпусов.

Стоит отметь такую интересную фишку, как команды. Они позволяют принимать участи в совместном проектировании и разработке ПП с другими пользователями EasyEDA. Здесь, вы сможете проявить себя не только как рядового разработчика, но и лидера проекта.

Сильно углубляться в интерфейс программы пока не имеет смысла, поэтому рассмотрим основные моменты на простом примере.

Создание схемы электрической принципиальной

Вернемся к начальному экрану и создадим новый проект: Документ→Новый→Проект (необходимо указать только название проекта). Для удобства настроим формат рабочего листа, используя модальное окно Инструменты рисования.

В качестве примера соберем преобразователь напряжения с 9 до 180 вольт, схема которого приведена ниже:

Схема электрическая преобразователя напряжения 9В-180В

Используя вкладку EELib, она находится левее рабочего поля, разместим базовые компоненты. Для поиска микросхемы МС34063, стабилизатора LM7805 и всех элементов отсутствующих во вкладке EELib, нам потребуются библиотеки.

Слева от рабочего поля выбираем вкладку Поиск библиотек. В появившемся окне вводим название искомого компонента. Затем из списка выбираем подходящий нам по УГО и типу корпуса. Так же в этом окне можно увидеть следствие интеграции с сервисом LCSC. Внизу окна есть быстрый доступ к покупке компонента, указана его цена, наличие на складе и приведен даташит.

После того как все необходимые компоненты расположены на рабочем поле, соединяем их с помощью «Провода», который находится в меню, с выпадающим списком, Соединения и приводим схему в подобающий вид. Результат приведен на изображении ниже.

Компоновка и трассировка

Так как все компоненты схемы уже связаны с посадочными местами, для создания ПП достаточно на верхней панели во вкладке Конвертировать нажать на ссылку Конвертировать в печатную плату.

Следующим шагом будет компоновка посадочных мест элементов на печатной плате ограниченной фиолетовой рамкой. Компоновку проводим вручную, в связи с отсутствием автоматической. Я не считаю это минусом так, как в основном после автокомпоновки приходится все переделывать под себя.

После компоновки, как правило, трассировка, и здесь мы максимально облегчим себе работу. На верхней панели во вкладке Разводка перейдем к Автотрассировщику. Далее не задавая никаких правил трассировки, кроме ширины дорожки 0,35 мм., жмем запустить. Ширина дорожки обусловлена тем, что при моей компоновке автотрассивщик просто не позволил установить шире.

Печатная плата готова!

Результат автотрассировки в EasyEDA

Но все же необходимо помнить, что нет трассировки лучше, чем ручная. Плата из примера не требует высокой плотности монтажа, а также в схеме не протекают высокие токи, именно это позволило мне воспользоваться автотрассировкой. После проделанной работы можно полюбоваться 3D видом печатной платы. Для этого кликаем по ссылке 3D View во вкладке Предпросмотр на верхней панели над рабочим полем.

Изготовление печатной платы. “Карандашный” метод.

“Карандашный” метод

Изготовление печатных плат методом травления для радиолюбителей не является чем-то новым, но начинающие любители электроники порой сталкиваются с проблемой изготовления качественной печатной платы для своих самодельных радиоустройств.

Стоит заметить, что обычно новички стремятся изготовить какую-либо несложную схему, с небольшим количеством радиоэлементов и низкой плотностью монтажа.

Основной сложностью при изготовлении печатной платы остаётся процесс формирования устойчивого к травлению слоя, который не позволяет раствору хлорного железа вступить в реакцию с будущими медными проводниками.

Сейчас в ходу так называемая лазерно-утюжная технология, которая позволяет изготавливать очень качественные печатные платы. Но для этого метода нужно соответствующее оборудование и материалы. Например, лазерный принтер, специальная бумага и прочие мелочи.

Но можно ли обойтись минимумом инструментов для производства простой с точки зрения размеров и плотности монтажа печатной платы? Да! Читайте далее.

“Карандашная” технология изготовления печатных плат.

Суть данной технологии заключается в использовании корректирующего карандаша. Данный карандаш служит для исправления помарок и корректировки ошибок при письме. Но этот же карандаш можно с лёгкостью использовать и для нанесения рисунка проводников на поверхность фольгированного стеклотекстолита или гетинакса.

Корректирующий карандаш

В широкой продаже есть также “замазка” – аналог корректирующего карандаша, в котором есть специальная кисточка и маленький тюбик с белой корректирующей жидкостью. Карандаш же замечателен тем, что он позволяет наносить рисунок в виде тонкой дорожки, шириной около 2 миллиметров, что в большинстве случаев вполне пригодно для нанесения рисунка печатной платы.

Процесс изготовления печатной платы “карандашным” методом.

Покажу наглядно весь процесс нанесения устойчивого к травлению слоя на заготовку при изготовлении печатной платы для усилителя на микросхеме TDA2822.

Для начала понадобиться рисунок (разводка) соединительных дорожек, который необходимо перенести на поверхность фольгированного текстолита, стеклотекстолита либо гетинакса. Рисунок можно нарисовать самому, а можно взять готовый из описания устройства, которое планируется собрать. Далее можно поступить таким образом. Если есть принтер – подойдёт любой – распечатываем рисунок на листе бумаги. Затем вырезаем шаблон.

Заготовка печатной платы и шаблон рисунка соединительных дорожек

Далее приклеиваем бумажный шаблон с рисунком на заготовку из фольгированного текстолита со стороны медной фольги. Перебарщивать с клеем не нужно, необходимо лишь 4-6 капель, чтобы зафиксировать шаблон рисунка на заготовке. Клей можно применять в принципе любой – от обычного ПВА до “Момента”. Всё равно, заготовку потом придётся шлифовать.

Далее необходимо просверлить отверстия под установку радиодеталей. Для этого понадобится миниатюрный сверлильный станок и свёрла диаметром 0,8 – 0,9 мм. Перед началом сверления отверстий рекомендуется сделать шилом небольшие углубления в местах сверления. Если этого не сделать, то сверло будет уводить. Стоит отметить, что широко распространённые в продаже свёрла плохо сверлят медную фольгу. Поэтому проделывая небольшие углубления в медной фольге, мы уменьшаем нагрузку на свёрла и облегчаем процесс сверления.

Печатная плата после сверления отверстий

После того, как отверстия просверлены – аккуратно отделяем шаблон от заготовки. Если бумажный шаблон не повреждён, то его лучше сохранить. Далее он нам ещё может понадобиться. Кроме всего прочего, его можно использовать повторно при изготовлении платы для такого же устройства.

Для шлифовки желательно использовать наждачную бумагу или ленту с мелкой зернистостью. От неё на медной фольге не останется глубоких царапин.

Шлифуем заготовку со стороны медной фольги до тех пор, пока поверхность не будет очищена от грязи, окисла и остатков клея. Также шлифовка необходима, чтобы убрать острые медные края у отверстий, образовавшиеся от сверления фольгированного стеклотекстолита.

Производить сверление отверстий рекомендуется до нанесения рисунка дорожек карандашом и последующего травления. Причина проста. При сверлении отверстий можно легко испортить уже готовые соединительные дорожки и “пятаки”. Например, при сверлении или шлифовке очень легко повредить медную окантовку вокруг отверстий.

Вот теперь настало время применения корректирующего карандаша. Наносим рисунок будущих проводников на фольгированную поверхность в соответствии с рисунком. Это довольно легко, так как отверстия служат своего рода координатами. Кстати, здесь может понадобиться наш бумажный шаблон, ведь на нём указана трассировка всех соединений.

Заготовка печатной платы после нанесения рисунка дорожек

Форму дорожек можно подкорректировать с помощью лезвия безопасной бритвы, скальпелем. Далее необходимо подготовить раствор хлорного железа. Для травления понадобиться небольшой пластиковый резервуар, но, ни в коем случае не металлический!

Корректировка дорожек

В резервуар для травления заливаем немного тёплой, чуть горячей воды. Температура увеличивает скорость протекания химических процессов, и медь вытравится быстрее. Добавляем в резервуар хлорного железа. При этом следует засыпать порошок хлорного железа медленно и держаться от резервуара на расстоянии. Растворение хлорного железа в воде сопровождается выделением пара и брызг.

В процессе травления время от времени рекомендуется покачивать резервуар либо помешивать раствор с целью очистить реагирующую медную поверхность от нерастворимого осадка, который появляется в результате химической реакции. Процесс травления может занять несколько часов, всё зависит от температуры раствора, концентрации реагирующих веществ, конвекции жидкости в резервуаре, чистоты поверхности заготовки.

Заготовка после травления

После того, как ненужные участки вытравились, печатную плату нужно промыть под струёй воды и очистить медные дорожки от защитного покрытия. Затем заготовку нужно ещё раз отшлифовать до блеска. Далее нужно облудить медные дорожки – покрыть их тонким слоем припоя. Чтобы процесс лужения проводников был быстрее и качественнее, рекомендуется покрыть их нейтральным паяльным флюсом, таким как ЛТИ-120. Также можно применить паяльный жир.

Очищенная печатная плата

Далее с помощью паяльника покрываем дорожки тонким слоем припоя. Если в процессе лужения отверстия под выводы деталей “закрыло” припоем, то берём деревянную зубочистку или остро заточенную спичку. Прогреваем место рядом с отверстием и “прокалываем” зубочисткой отверстие.

Готовая печатная плата

И ещё маленький совет. После того, как монтаж деталей в печатную плату будет произведён, протрите или отмойте места пайки тряпкой (или кусочком ваты), смоченной в растворителе (Уайт-спирите) или изопропиловом спирте, чтобы удалить остатки канифоли в местах пайки. Чтобы процесс пошёл быстрее, сначала очищаем от канифоли те места, где её особенно много обычным пинцетом. А оставшуюся канифоль отмываем растворителем.

Как уже говорилось, данная технология годиться для быстрого изготовления печатных плат с низкой плотностью монтажа радиоэлементов. Но, несмотря на это, с её помощью можно изготавливать огромное количество электронных устройств или небольших совместимых модулей.

Также изготовить печатную плату можно с помощью маркера для печатных плат или с применением цапонлака.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Основы

PCB – learn.sparkfun.com

Обзор

Одно из ключевых понятий в электронике – это печатная плата или печатная плата. Это настолько фундаментально, что люди часто забывают объяснить, что такое PCB . В этом руководстве мы разберем, из чего состоит печатная плата, и разберем некоторые общие термины, используемые в мире печатных плат.

На следующих нескольких страницах мы обсудим состав печатной платы, рассмотрим некоторую терминологию, взглянем на методы сборки и кратко обсудим процесс проектирования, лежащий в основе создания новой печатной платы.

Рекомендуемая литература

Перед тем, как начать, вы можете ознакомиться с некоторыми концепциями, которые мы используем в этом руководстве:

---

Переводы

Минь Туун любезно перевел этот учебник на вьетнамский язык. Посмотреть перевод можно здесь.

Что такое печатная плата?

Печатная плата – наиболее распространенное название, но также может называться «печатными монтажными платами» или «печатными монтажными платами». До появления печатных плат схемы создавались посредством трудоемкого процесса двухточечной проводки.Это приводило к частым отказам в местах соединения проводов и коротким замыканиям, когда изоляция проводов начинала стареть и трескаться.

->
любезно предоставлено пользователем Википедии Wikinaut <-

Значительным достижением стала разработка обмотки проводов, при которой провод небольшого калибра буквально наматывается на столб в каждой точке соединения, создавая газонепроницаемое соединение, которое является очень прочным и легко заменяемым.

По мере того как электроника перешла от электронных ламп и реле к кремниевым и интегральным схемам, размер и стоимость электронных компонентов начали уменьшаться.Электроника стала более распространенной в потребительских товарах, и давление, направленное на уменьшение размеров и затрат на производство электронной продукции, побудило производителей искать лучшие решения. Так родилась печатная плата.

PCB – это аббревиатура от печатной платы . Это доска, на которой есть линии и контактные площадки, соединяющие различные точки вместе. На изображении выше есть следы, которые электрически соединяют различные разъемы и компоненты друг с другом. Печатная плата позволяет передавать сигналы и питание между физическими устройствами.Припой – это металл, который обеспечивает электрические соединения между поверхностью печатной платы и электронными компонентами. Припой, являясь металлом, также служит прочным механическим клеем.

Состав

Печатная плата похожа на слоеный пирог или лазанью – есть чередующиеся слои разных материалов, которые ламинируются вместе с помощью тепла и клея, так что в результате получается единый объект.

Давайте начнем с середины и продолжим работу.

FR4

Основным материалом или подложкой обычно является стекловолокно. Исторически наиболее распространенным обозначением для этого стекловолокна является «FR4». Этот прочный сердечник придает печатной плате жесткость и толщину. Существуют также гибкие печатные платы, построенные на гибком жаропрочном пластике (каптон или аналог).

Вы найдете много печатных плат разной толщины; наиболее распространенная толщина продуктов SparkFun – 1,6 мм (0,063 дюйма). В некоторых наших продуктах – платах LilyPad и Arudino Pro Micro – используется 0.Доска толщиной 8мм.

Более дешевые печатные платы и перфорированные платы (показанные выше) будут изготавливаться из других материалов, таких как эпоксидные смолы или фенолы, которые не обладают долговечностью FR4, но намного дешевле. Вы поймете, что работаете с этим типом печатной платы, когда припаяете к ней – они имеют очень неприятный запах. Эти типы подложек также обычно встречаются в бытовой электронике низкого уровня. Фенольные смолы имеют низкую температуру термического разложения, что приводит к их расслаиванию, дыму и обугливанию, когда паяльник слишком долго удерживается на плате.

Медь

Следующий слой представляет собой тонкую медную фольгу, которую ламинируют на плату с помощью тепла и клея. На обычных двусторонних печатных платах медь наносится на обе стороны подложки. В более дешевых электронных устройствах печатная плата может иметь медь только с одной стороны. Когда мы говорим о двухсторонней плате или двухслойной плате , мы имеем в виду количество слоев меди (2) в нашей лазаньи. Это может быть всего лишь 1 слой или целых 16 или более слоев.

Печатная плата с открытой медью, без паяльной маски и шелкографии.

Толщина меди может варьироваться и указывается по весу в унциях на квадратный фут. Подавляющее большинство печатных плат содержат 1 унцию меди на квадратный фут, но некоторые печатные платы, которые работают с очень высокой мощностью, могут использовать 2 или 3 унции меди. Каждая унция на квадрат соответствует примерно 35 микрометрам или 1,4 тысячным дюйма толщины меди.

Паяльная маска

Слой поверх медной фольги называется слоем паяльной маски. Этот слой придает печатной плате зеленый (или, в SparkFun, красный) цвет.Он накладывается на медный слой, чтобы изолировать медные следы от случайного контакта с другим металлом, припоем или токопроводящими насадками. Этот слой помогает пользователю паять в правильных местах и ​​предотвращает возникновение перемычек.

В приведенном ниже примере зеленая паяльная маска нанесена на большую часть печатной платы, закрывая небольшие следы, но оставляя серебряные кольца и контактные площадки SMD открытыми, чтобы их можно было припаять.

Паяльная маска чаще всего зеленого цвета, но возможен почти любой цвет.Мы используем красный почти для всех плат SparkFun, белый для платы IOIO и фиолетовый для плат LilyPad.

Шелкография

Белый слой шелкографии наносится поверх слоя паяльной маски. Шелкография добавляет к печатной плате буквы, цифры и символы, которые упрощают сборку, и индикаторы для лучшего понимания платы людьми. Мы часто используем шелкографические метки, чтобы указать, какова функция каждого контакта или светодиода.

Шелкография чаще всего белая, но можно использовать чернила любого цвета.Широко доступны черный, серый, красный и даже желтый цвета шелкографии; Однако редко можно увидеть более одного цвета на одной доске.

Терминология

Теперь, когда у вас есть представление о структуре печатной платы, давайте определим некоторые термины, которые вы можете услышать при работе с печатными платами:

• Кольцевое кольцо – кольцо из меди вокруг металлического сквозного отверстия в печатной плате.

Примеры кольцевых колец.

• DRC – проверка правил проектирования.Программная проверка вашего дизайна, чтобы убедиться, что он не содержит ошибок, таких как неправильное касание, слишком тонкие следы или слишком маленькие отверстия.
• Удар сверла – места на конструкции, в которых следует просверлить отверстия или где они действительно просверливались на доске. Неточные удары сверла, вызванные затупившимися долотами, являются частой производственной проблемой.

Не очень точные, но функциональные попадания сверла.

• Палец – открытые металлические площадки по краю платы, используемые для создания соединения между двумя печатными платами.Распространенные примеры – по краям компьютерных плат расширения или памяти и старых видеоигр на картриджах.
• Мышиные укусы – альтернатива v-score для отделения досок от панелей. Несколько ударов сверла сгруппированы близко друг к другу, создавая слабое место, где доску можно легко сломать. См. Хороший пример на досках SparkFun Protosnap.

Укусов мыши на LilyPad ProtoSnap позволяет легко отделять печатную плату.

• Контактная площадка – участок обнаженного металла на поверхности платы, к которому припаян компонент.

Контактные площадки PTH (сквозное отверстие) слева, контактные площадки SMD (устройство для поверхностного монтажа) справа.

• Панель – большая печатная плата, состоящая из множества меньших плат, которые перед использованием будут разобраны. У автоматизированного оборудования для работы с печатными платами часто возникают проблемы с меньшими платами, и, объединяя несколько плат одновременно, процесс можно значительно ускорить.
• Трафарет для пасты – тонкий металлический (или иногда пластиковый) трафарет, который лежит над платой и позволяет наносить паяльную пасту на определенные участки во время сборки.

ReplaceMeOpen

ReplaceMeClose

Abe быстро демонстрирует, как выровнять трафарет с пастой и нанести паяльную пасту.

• Самовывоз – машина или процесс, с помощью которого компоненты размещаются на печатной плате.

ReplaceMeOpen

ReplaceMeClose

Боб показывает нам машину SparkFun MyData Pick and Place. Это довольно круто.

• Плоскость – сплошной медный блок на печатной плате, обозначенный границами, а не дорожкой. Также обычно называют «заливкой».

Различные части печатной платы, которые не имеют следов, но вместо них залиты грунтом.

• Металлическое сквозное отверстие – отверстие на плате, имеющее кольцевое кольцо и покрытое металлической пластиной на всем протяжении доски.Может быть точкой соединения для компонента со сквозным отверстием, переходным отверстием для передачи сигнала или монтажным отверстием.

Резистор PTH, вставленный в печатную плату FabFM, готовый к пайке. Ножки резистора продеваются сквозь отверстия. К металлическим отверстиям могут быть прикреплены следы на передней и задней части печатной платы.

• Pogo pin – подпружиненный контакт, используемый для временного подключения в целях тестирования или программирования.

Популярная булавка с заостренным концом.Мы используем их огромное количество на наших испытательных стендах.

• Reflow – плавление припоя для создания стыков между контактными площадками и выводами компонентов.
• Silkscreen – буквы, цифры, символы и изображения на печатной плате. Обычно доступен только один цвет и разрешение обычно довольно низкое.

Шелкография, идентифицирующая этот светодиод как светодиод питания.

• Слот – любое отверстие в плате, которое не является круглым.Слоты могут быть покрыты, а могут и не быть. Слоты иногда увеличивают стоимость платы, поскольку требуют дополнительного времени на вырезку.

Сложные слоты, вырезанные в ProtoSnap – Pro Mini. Также показано множество укусов мышей. Примечание: углы пазов не могут быть полностью квадратными, потому что они прорезаны круговой фрезой.

• Паяльная паста – маленькие шарики припоя, суспендированные в гелевой среде, которые с помощью пасты наносятся на контактные площадки для поверхностного монтажа на печатной плате перед размещением компонентов.Во время оплавления припой в пасте плавится, создавая электрические и механические соединения между контактными площадками и компонентом.

Паяльная паста на печатной плате незадолго до размещения компонентов. Обязательно ознакомьтесь с описанием * пасты трафарета выше. *

• Горшок для припоя – горшок, используемый для быстрой ручной пайки плат со сквозными отверстиями. Обычно содержит небольшое количество расплавленного припоя, в который быстро погружается плата, оставляя паяные соединения на всех открытых площадках.
• Soldermask – слой защитного материала, нанесенный на металл для предотвращения коротких замыканий, коррозии и других проблем. Часто зеленый, хотя возможны другие цвета (красный SparkFun, синий Arduino или черный Apple). Иногда упоминается как «сопротивляться».

Паяльная маска закрывает сигнальные дорожки, но оставляет контактные площадки для пайки.

• Паяльная перемычка – небольшая капля припоя, соединяющая два соседних контакта на компоненте на печатной плате.В зависимости от конструкции можно использовать паяльную перемычку для соединения двух контактных площадок или контактов. Это также может стать причиной нежелательных коротких замыканий.
• Поверхностный монтаж – метод конструкции, позволяющий просто устанавливать компоненты на плату, не требуя, чтобы провода проходили через отверстия в плате. Сегодня это преобладающий метод сборки, который позволяет быстро и легко устанавливать платы.
• Thermal – небольшой след, используемый для соединения контактной площадки с плоскостью. Если контактная площадка не подвергается термической разгрузке, становится трудно нагреть контактную площадку до достаточно высокой температуры для создания хорошего паяного соединения.Контактная площадка с неправильной термической разгрузкой будет казаться «липкой» при попытке припаять ее, и на ее оплавление уйдет слишком много времени.

Слева паяльная площадка с двумя небольшими дорожками (термиками), соединяющими контакт с заземляющей пластиной. Справа – переходное отверстие без термиков, полностью соединяющее его с заземляющей пластиной.

• Воровство – штриховка, линии сетки или точки из меди, оставленные в областях платы, где нет плоскости или следов.Снижает сложность травления, поскольку для удаления ненужной меди требуется меньше времени в ванне.
• Trace – непрерывный путь меди на печатной плате.

-> Небольшая дорожка, соединяющая площадку Reset с другим местом на плате. Более крупная и толстая дорожка подключается к выводу питания 5V . <-

• V-образный разрез – частичный разрез доски, позволяющий легко защелкнуть доску вдоль линии.
• Via – отверстие в плате, используемое для передачи сигнала от одного уровня к другому. Шатровые переходные отверстия закрыты паяльной маской для защиты от припаивания. Переходные отверстия, к которым должны быть прикреплены разъемы и компоненты, часто открыты (открыты), чтобы их можно было легко припаять.

Передняя и задняя часть одной и той же печатной платы со сквозным отверстием. Это переходное отверстие передает сигнал с передней стороны печатной платы через ее середину на заднюю сторону.

• Волновой припой – метод пайки, используемый на платах с компонентами со сквозными отверстиями, когда плата пропускается над стоячей волной расплавленного припоя, который прилипает к открытым контактным площадкам и выводам компонентов.

Создай свой собственный!

Как вы подходите к разработке своей собственной печатной платы? Все тонкости проектирования печатных плат слишком подробны, чтобы здесь углубляться, но если вы действительно хотите начать, вот несколько советов:

1. Найдите пакет САПР: на рынке существует множество недорогих или бесплатных вариантов для проектирования печатных плат.На что следует обратить внимание при выборе пакета:
   • Поддержка сообщества: много ли людей используют этот пакет? Чем больше людей будет им пользоваться, тем больше у вас шансов найти готовые библиотеки с нужными вам частями.
   • Простота использования: если пользоваться им больно, не откажитесь.
   • Возможности: некоторые программы накладывают ограничения на ваш дизайн – количество слоев, количество компонентов, размер платы и т. Д. Большинство из них позволяют вам платить за лицензию для обновления их возможностей.
   • Переносимость: некоторые бесплатные программы не позволяют экспортировать или преобразовывать ваши проекты, ограничивая вас только одним поставщиком.Может быть, это справедливая цена за удобство и цену, а может, и нет.
2. Посмотрите на макеты других людей, чтобы увидеть, что они сделали. Оборудование с открытым исходным кодом делает это проще, чем когда-либо.
3. Практика, практика, практика.
4. Сохраняйте низкие ожидания. У вашего первого дизайна доски будет много проблем. У вашего 20-го дизайна доски будет меньше, но все равно будет. Вы никогда не избавитесь от них всех.
5. Схемы важны. Пытаться сначала спроектировать плату без хорошей схемы – бесполезное занятие.

Наконец, несколько слов о полезности разработки собственных печатных плат. Если вы планируете реализовать более одного или двух проектов в рамках одного проекта, окупаемость разработки платы будет довольно хорошей – схемы подключения точка-точка на прототипной плате доставляют хлопоты, и они, как правило, менее надежны, чем специально разработанные. доски. Это также позволяет вам продавать свой дизайн, если он окажется популярным.

Процесс производства печатных плат – Пошаговое руководство

Печатные платы (PCB) составляют основу всей основной электроники.Эти чудесные изобретения появляются почти во всей вычислительной электронике, включая более простые устройства, такие как цифровые часы, калькуляторы и т. Д. Для непосвященных печатная плата направляет электрические сигналы через электронику, что удовлетворяет требованиям электрических и механических схем устройства. Короче говоря, печатные платы сообщают электричеству, куда идти, оживляя вашу электронику.

Печатные платы направляют ток вокруг своей поверхности через сеть медных проводников. Сложная система медных трасс определяет уникальную роль каждой части печатной платы.

Перед проектированием печатных плат разработчикам схем рекомендуется совершить экскурсию по цеху печатных плат и лично пообщаться с производителями по поводу их требований к производству печатных плат. Это помогает предотвратить передачу конструкторами ненужных ошибок на этапе проектирования. Однако по мере того, как все больше компаний передают запросы на производство печатных плат зарубежным поставщикам, это становится непрактичным. В связи с этим мы представляем эту статью, чтобы обеспечить правильное понимание этапов процесса производства печатных плат.Надеюсь, это даст разработчикам схем и новичкам в индустрии печатных плат четкое представление о том, как производятся печатные платы, и позволит избежать ненужных ошибок.

Этапы процесса производства печатных плат

Шаг 1. Дизайн и вывод

Печатные платы должны быть строго совместимы с макетом печатной платы, созданным разработчиком с помощью программного обеспечения для проектирования печатных плат. Обычно используемое программное обеспечение для проектирования печатных плат включает Altium Designer, OrCAD, Pads, KiCad, Eagle и т. Д.ПРИМЕЧАНИЕ. Перед изготовлением печатной платы разработчики должны проинформировать своего контрактного производителя о версии программного обеспечения для проектирования печатных плат, используемой для проектирования схемы, поскольку это помогает избежать проблем, вызванных несоответствиями.

После того, как дизайн печатной платы одобрен для производства, дизайнеры экспортируют его в формат, поддерживаемый их производителями. Наиболее часто используемая программа называется расширенной Гербер. Рекламная кампания детского питания 1980-х годов была направлена ​​на поиск красивых младенцев, и эта программа создала красиво оформленное потомство.Гербер также известен под именем IX274X.

Индустрия печатных плат породила расширенный Gerber как идеальный выходной формат. Различное программное обеспечение для проектирования печатных плат, возможно, требует различных этапов создания файлов Gerber, все они кодируют исчерпывающую важную информацию, включая слои отслеживания меди, чертежи сверления, отверстия, обозначения компонентов и другие параметры. На этом этапе проверяются все аспекты конструкции печатной платы. Программное обеспечение выполняет алгоритмы надзора за дизайном, чтобы гарантировать, что никакие ошибки не останутся незамеченными.Дизайнеры также изучают план в отношении элементов, относящихся к ширине дорожки, расстоянию между краями платы, расстоянию между дорожками и отверстиями и размеру отверстий.

После тщательного изучения дизайнеры отправляют файл печатной платы в PC Board Houses для производства. Чтобы гарантировать соответствие конструкции требованиям минимальных допусков во время производственного процесса, почти все PCB Fab Houses проходят проверку Design for Manufacture (DFM) перед изготовлением печатных плат.

Шаг 2: от файла к фильму

Печать печатной платы начинается после того, как дизайнеры выдают файлы схемы печатной платы, а производители проводят проверку DFM.Для печати печатных плат производители используют специальный принтер, называемый плоттером, который делает фотопленку печатных плат. Производители будут использовать пленки для изображения печатных плат. Хотя это лазерный принтер, это не стандартный струйный лазерный принтер. Плоттеры используют невероятно точную технологию печати, чтобы получить детализированную пленку дизайна печатной платы.

Конечный продукт представляет собой пластиковый лист с фотонегативом печатной платы черными чернилами. Что касается внутренних слоев печатной платы, черные чернила представляют собой проводящие медные части печатной платы.Оставшаяся прозрачная часть изображения обозначает области из непроводящего материала. Внешние слои следуют противоположному шаблону: чистый для меди, но черный относится к области, которая будет вытравлена. Плоттер автоматически проявляет пленку, и пленка надежно хранится во избежание нежелательного контакта.

Каждый слой печатной платы и паяльной маски получает свой собственный прозрачный черный пленочный лист. Всего для двухслойной печатной платы требуется четыре листа: два для слоев и два для паяльной маски.Важно отметить, что все фильмы должны идеально соответствовать друг другу. При использовании в гармонии они отображают выравнивание печатной платы.

Чтобы добиться идеального совмещения всех пленок, необходимо пробить регистрационные отверстия во всех пленках. Точность отверстия достигается регулировкой стола, на котором сидит пленка. Когда крошечные калибровки стола приводят к оптимальному совпадению, отверстие пробивается. Отверстия войдут в регистрационные штифты на следующем этапе процесса визуализации.

Шаг 3: Печать внутренних слоев: куда пойдет медь?

Создание пленок на предыдущем шаге направлено на нанесение фигуры медного пути.Пришло время распечатать рисунок с пленки на медной фольге.

Этот шаг в производстве печатной платы подготавливает к созданию самой печатной платы. Основная форма печатной платы состоит из ламинатной платы, основным материалом которой является эпоксидная смола и стекловолокно, которые также называются материалом подложки. Ламинат служит идеальным корпусом для размещения меди, которая структурирует печатную плату. Материал подложки обеспечивает прочную и пыленепроницаемую отправную точку для печатной платы. Медь предварительно приклеена с обеих сторон. Процесс включает в себя удаление меди, чтобы раскрыть дизайн пленок.

В конструкции печатных плат чистота имеет значение. Ламинат с медной стороной очищается и передается в обеззараженную среду. На этом этапе очень важно, чтобы частицы пыли не оседали на ламинате. В противном случае случайное пятнышко грязи могло бы вызвать короткое замыкание или остаться разомкнутым.

Затем на чистую панель наносится слой фоточувствительной пленки, называемой фоторезистом. Фоторезист состоит из слоя фотоактивных химикатов, которые затвердевают под воздействием ультрафиолетового света.Это гарантирует точное соответствие фотопленки и фоторезиста. Пленки надеваются на штифты, которые удерживают их на ламинатной панели.

Пленка и картон выстраиваются в линию и получают свет ультрафиолетового излучения. Свет проходит через прозрачные части пленки, укрепляя фоторезист на меди под ней. Черные чернила из плоттера предотвращают попадание света на участки, не предназначенные для затвердевания, и их нужно удалить.

После того, как плита подготовлена, ее промывают щелочным раствором, удаляющим все не затвердевшие фоторезисты.Заключительная мойка под давлением удаляет все, что осталось на поверхности. Затем доска сушится.

Продукт выходит с резистом, должным образом покрывая медные участки, которые должны оставаться в окончательной форме. Техник осматривает платы, чтобы убедиться, что на этом этапе не возникает ошибок. Весь резист, присутствующий в этой точке, обозначает медь, которая появится на готовой печатной плате.

Этот шаг применим только к доскам с более чем двумя слоями. Простые двухслойные доски переходят к сверлению.Многослойные доски требуют большего количества шагов.

Шаг 4: Удаление нежелательной меди

После удаления фоторезиста и закаленного резиста, покрывающего медь, которую мы хотим сохранить, плата переходит к следующему этапу: удалению нежелательной меди. Подобно тому, как щелочной раствор удаляет резист, более мощный химический препарат разъедает излишки меди. Ванна с раствором медного растворителя удаляет всю обнаженную медь. Между тем желаемая медь остается полностью защищенной закаленным слоем фоторезиста.

Не все медные платы одинаковы. Некоторые более тяжелые платы требуют большего количества медного растворителя и различной продолжительности воздействия. Кстати, более тяжелые медные платы требуют дополнительного внимания к расстоянию между дорожками. Большинство стандартных печатных плат основаны на аналогичных спецификациях.

Теперь, когда растворитель удалил нежелательную медь, необходимо смыть затвердевший резист, защищающий предпочтительную медь. Другой растворитель выполняет эту задачу. Теперь на плате осталась только медная подложка, необходимая для печатной платы.

Шаг 5: выравнивание слоев и оптический контроль

Когда все слои чистые и готовые, для выравнивания слоев требуются центрирующие штампы. Отверстия для совмещения выравнивают внутренние слои с внешними. Техник помещает слои в машину, называемую оптическим перфоратором, которая обеспечивает точное соответствие, так что отверстия для совмещения точно пробиваются.

После того, как слои соединены вместе, невозможно исправить какие-либо ошибки, возникающие на внутренних слоях.Другая машина выполняет автоматический оптический контроль панелей, чтобы подтвердить полное отсутствие дефектов. Образцом служит оригинальный дизайн от Gerber, который получил производитель. Машина сканирует слои с помощью лазерного датчика и начинает электронное сравнение цифрового изображения с исходным файлом Gerber.

Если машина обнаруживает несоответствие, сравнение отображается на мониторе, чтобы технический специалист мог его оценить. После того, как слой проходит проверку, он переходит к завершающим этапам производства печатной платы.

Шаг 6: Наложение и приклеивание

На этом этапе печатная плата принимает форму. Все отдельные слои ждут своего объединения. Когда слои готовы и подтверждены, их просто нужно соединить вместе. Наружные слои должны стыковаться с основанием. Процесс происходит в два этапа: наложение слоя и склеивание.

Материал внешнего слоя состоит из листов стекловолокна, предварительно пропитанных эпоксидной смолой. Сокращение для этого называется препрег. Тонкая медная фольга также покрывает верх и низ исходной подложки, на которой нанесены травления медных следов.Теперь пришло время сложить их вместе.

Склеивание происходит на тяжелом стальном столе с металлическими зажимами. Слои надежно входят в штыри, прикрепленные к столу. Все должно плотно прилегать, чтобы предотвратить смещение во время центровки.

Техник начинает с нанесения слоя препрега на выравнивающую ванну. Слой подложки накладывается на препрег перед размещением медного листа. На слой меди ложатся дополнительные листы препрега. Наконец, стопку завершают алюминиевая фольга и медная прижимная пластина.Теперь он готов к прессованию.

Вся операция проходит в автоматическом режиме, выполняемом компьютером клеильного пресса. Компьютер управляет процессом нагрева стопки, точкой приложения давления и временем охлаждения стопки с контролируемой скоростью.

Далее происходит распаковка определенного объема. Со всеми слоями, сформованными вместе в супер-сэндвич великолепной печатной платы, технический специалист просто распаковывает многослойную печатную плату. Достаточно просто удалить стопорные штифты и выбросить верхнюю прижимную пластину.Качество печатной платы побеждает изнутри алюминиевых нажимных пластин. Медная фольга, включенная в процесс, по-прежнему составляет внешние слои печатной платы.

Наконец, в стековой доске просверливаются отверстия. Все компоненты, которые появятся позже, такие как соединение медью через отверстия и выводы с выводами, зависят от точности сверления прецизионных отверстий. Отверстия просверливаются на толщину волоса – сверло достигает 100 микрон в диаметре, а волосы в среднем – 150 микрон.

Чтобы определить местоположение целей бурения, локатор рентгеновского излучения определяет правильные целевые точки бурения.Затем просверливаются соответствующие регистрационные отверстия, чтобы закрепить стопку для ряда более конкретных отверстий.

Перед сверлением техник помещает доску буферного материала под мишень сверла, чтобы обеспечить чистоту ствола. Материал выхода предотвращает ненужные разрывы на выходах сверла.

Компьютер контролирует каждое микродвижение сверла – вполне естественно, что продукт, определяющий поведение машин, будет полагаться на компьютеры. Машина с компьютерным управлением использует файл сверления из оригинальной конструкции, чтобы определить правильные места для растачивания.

В сверлах используются шпиндели с пневматическим приводом, которые вращаются со скоростью 150 000 об / мин. На такой скорости вы можете подумать, что сверление происходит мгновенно, но есть много отверстий, которые нужно просверлить. Средняя печатная плата содержит более сотни неповрежденных отверстий. Во время сверления каждому нужен свой особый момент со сверлом, поэтому на это нужно время. Позже в этих отверстиях размещаются переходные отверстия и механические монтажные отверстия для печатной платы. Окончательная фиксация этих деталей происходит позже, после обшивки.

После завершения сверления дополнительная медь, покрывающая края производственной панели, удаляется профилирующим инструментом.

Шаг 8: покрытие и осаждение меди

После сверления панель переходит на обшивку. В процессе химического осаждения различные слои соединяются вместе. После тщательной очистки панель подвергается серии химических ванн. Во время ванн в результате химического осаждения на поверхность панели наносится тонкий слой меди толщиной около одного микрона. Медь входит в недавно просверленные отверстия.

Перед этим этапом внутренняя поверхность отверстий просто обнажает стекловолокно, составляющее внутреннюю часть панели.Медные ванны полностью покрывают или покрывают стенки отверстий. Кстати, вся панель покрывается новым слоем меди. Самое главное, чтобы новые отверстия были закрыты. Компьютеры контролируют весь процесс окунания, удаления и обработки.

Шаг 9: визуализация внешнего слоя

На шаге 3 мы применили фоторезист к панели. На этом этапе мы делаем это снова – за исключением того, что на этот раз мы отображаем внешние слои панели с дизайном печатной платы. Мы начинаем со слоев в стерильной комнате, чтобы предотвратить прилипание загрязнений к поверхности слоя, затем наносим слой фоторезиста на панель.Подготовленная панель переходит в желтую комнату. УФ-свет влияет на фоторезист. Волны желтого света не обладают достаточным УФ-излучением, чтобы повлиять на фоторезист.

Прозрачные пленки с черными чернилами фиксируются штифтами, чтобы предотвратить несовпадение с панелью. Когда панель и трафарет соприкасаются, генератор облучает их сильным УФ-светом, который укрепляет фоторезист. Затем панель передается в машину, которая удаляет незатвердевший резист, защищенный непрозрачностью черных чернил.

Этот процесс является инверсией внутреннего слоя.Наконец, внешние пластины подвергаются осмотру, чтобы убедиться, что весь нежелательный фоторезист был удален на предыдущем этапе.

Возвращаемся в обшивку. Как и на шаге 8, мы покрываем панель гальваническим покрытием тонким слоем меди. На открытые участки панели с этапа фоторезиста внешнего слоя наносится гальваническое покрытие медью. После первоначальной ванны для меднения панель обычно покрывается оловом, которое позволяет удалить всю медь, оставшуюся на плате, намеченную для удаления.Олово защищает участок панели, который должен оставаться покрытым медью на следующем этапе травления. Травление удаляет ненужную медную фольгу с панели.

На этом этапе олово защищает желаемую медь. Нежелательно обнаженные медь и медь под оставшимся слоем резиста удаляются. Снова применяются химические растворы для удаления излишков меди. Между тем, на этом этапе олово защищает ценную медь.

Теперь проводящие зоны и связи установлены должным образом.

Шаг 12: нанесение паяльной маски

Перед нанесением паяльной маски на обе стороны платы панели очищаются и покрываются эпоксидной краской для паяльной маски. Платы получают поток ультрафиолетового излучения, который проходит через фотопленку паяльной маски. Покрытые участки останутся незатвердевшими и будут удалены.

Наконец, плата отправляется в печь для отверждения паяльной маски.

Чтобы добавить печатной плате дополнительную способность к пайке, мы наносим на них химическое покрытие золотом или серебром.Некоторые печатные платы также получают на этом этапе контактные площадки, выравниваемые горячим воздухом. Выравнивание горячим воздухом приводит к получению однородных подушек. Этот процесс приводит к созданию отделки поверхности. PCBCart может обрабатывать несколько типов обработки поверхности в соответствии с конкретными требованиями клиентов.

На поверхности почти готовой платы наносится надпись струйным принтером, которая используется для обозначения всей важной информации, относящейся к печатной плате. Печатная плата, наконец, переходит на последнюю стадию нанесения покрытия и отверждения.

В качестве последней меры предосторожности технический специалист выполняет электрические испытания печатной платы.Автоматизированная процедура подтверждает работоспособность печатной платы и ее соответствие оригинальному дизайну. В PCBCart мы предлагаем расширенную версию электрического тестирования под названием Flying Probe Testing, которая зависит от движущихся зондов для проверки электрических характеристик каждой цепи на голой печатной плате.

Шаг 16: профилирование и V-оценка

Теперь мы подошли к последнему этапу: обрезке. Из оригинального панно вырезаются разные доски. Используемый метод основан на использовании фрезы или V-образной канавки.Фрезерный станок оставляет небольшие выступы по краям платы, а V-образный паз прорезает диагональные каналы по обеим сторонам платы. Оба способа позволяют доскам легко выскакивать из панели.

Нужен кто-то для изготовления вашей печатной платы? PCBCart может помочь!

Как видите, в процесс изготовления печатных плат идет очень много работы. Чтобы гарантировать, что печатные платы будут изготовлены с ожидаемым качеством, производительностью и долговечностью, вам необходимо выбрать производителя, который имеет высокий уровень знаний и уделяет особое внимание качеству на каждом этапе.

PCBCart – один из самых опытных поставщиков услуг по производству печатных плат в Китае. С мыслью о том, что наш успех измеряется успехом наших клиентов, мы уделяем особое внимание вниманию к деталям, которые требуются на каждом этапе производства печатных плат. Мы также предлагаем вакуумную упаковку, взвешивание и доставку, чтобы ваш заказ на печатную плату был доставлен в целости и сохранности. На данный момент у нас есть печатные платы для компаний любого размера из более чем 80 стран, и мы стремимся поставлять произведенные нами печатные платы во все уголки мира в ближайшие годы.

Мы предлагаем быстросъемные прототипы печатных плат, массовое производство и монтаж печатных плат. Расценки всегда быстро и БЕСПЛАТНО.

Цитируйте СЕЙЧАС, чтобы сэкономить до 300 долларов на печатных платах

ИЛИ ознакомьтесь со следующими статьями, чтобы узнать больше о наших услугах. Если у вас есть вопросы или вы предпочитаете обсудить с нами напрямую, напишите нам здесь.

• Краткое введение в PCBCart
• Услуга изготовления печатных плат на заказ, включающая несколько дополнительных услуг
• Расширенная услуга сборки печатных плат по рентабельной цене
• Требования к файлам для быстрого и точного коммерческого предложения печатной платы
• Получите немедленную стоимость изготовления печатной платы по вашему усмотрению Проект
• Запрос цены на сборку печатной платы для вашего индивидуального проекта
• Как оценить производителя печатной платы или сборщика печатных плат

10 простых шагов по созданию печатной платы

Altium Designer

| & nbsp Создано: 31 августа 2018 г. & nbsp | & nbsp Обновлено: 25 сентября 2020 г.

Трудно понять, как проектировать платы печатных плат, но правильное программное обеспечение для проектирования печатных плат может иметь большое значение.Другие инженеры нашли время, чтобы изучить искусство проектирования печатных плат, и вы можете извлечь пользу из их опыта. Если вы новичок в проектировании печатных плат и все еще изучаете разработку нестандартных печатных плат в Altium Designer ^® , мы собрали 10 важных шагов, которые вы можете использовать для создания современных макетов печатных плат практически для любого приложения.

В любой спроектированной конструкции есть много всего, от базовой печатной схемы до сложной нежесткой печатной платы. Любое новое электронное устройство начинается с блок-схемы и / или набора электронных схем.После того, как вы закончите и проверите свои схемы, вы можете выполнить следующие шаги, чтобы создать современные макеты печатных плат в Altium Designer. Вот полный список этапов компоновки и проектирования печатной платы:

1. Создание схемы
2. Создайте пустую компоновку печатной платы
Захват схемы
3. : подключение к печатной плате
4. Создание стека печатных плат
5. Определение правил проектирования и требований DFM
6. Размещение компонентов
7. Вставить отверстия для сверления
8. Следы маршрута
9. Добавить метки и идентификаторы
10. Создание файлов проекта

Как спроектировать печатную плату за 10 шагов

При разработке печатной платы иногда может казаться, что создание окончательного дизайна будет долгим и трудным.Будь то основы микроменеджмента вашей меди и припоя, или попытка убедиться, что ваша печатная плата в конечном итоге будет напечатана, или решение более конкретных проблем проектирования, таких как технология сквозных отверстий или проектирование макета с переходными отверстиями, контактными площадками и любым количеством проблемы с целостностью сигнала, убедитесь, что у вас есть подходящее программное обеспечение для проектирования.

Если вы занимаетесь этим десятилетиями, вам не нужно, чтобы я рассказывал вам, насколько ценно знание вашего программного обеспечения для проектирования для правильного проектирования печатных плат.Разметка трасс для разводки и размещения меди или управление слоем, необходимым для пайки, может стать трудным без точной и надежной интеграции от захвата схемы до разводки.

Несмотря на то, что Altium Designer представляет собой обширную программу, пользовательский опыт очень полезен как для новых, так и для опытных разработчиков печатных плат. Он предлагает среду проектирования, созданную с нуля для упрощенного процесса проектирования пользовательских плат в единой унифицированной среде компоновки печатных плат.

Шаг 1. Создайте схему

Создаете ли вы свой дизайн по шаблону или создаете печатную плату с нуля, вероятно, лучше всего начать со схемы. Ваша схема похожа на чертежи вашего нового устройства, и важно понимать, что показано на ваших схемах. Во-первых, ваши схемы показывают вам следующее:

• Какие компоненты используются в вашем дизайне
• Как компоненты связаны между собой
• Отношения между группами компонентов в различных схемах

Последний пункт выше очень важен, поскольку в сложных проектах могут использоваться иерархические схемы.Вы можете обеспечить значительную организацию в своей новой плате, если вы примените иерархический подход к своему дизайну и разместите разные блоки схемы в разных схемах. Вы можете узнать больше о ценности хорошо разработанных схем от Карла Шаттке в подкасте OnTrack.

Редактор схем в Altium Designer

Не только легче определить и редактировать взаимосвязь схем, но и преобразовать схему в макет платы намного проще, чем проектировать непосредственно на плате.Что касается компонентов, в Altium Designer есть обширная база данных библиотек компонентов. Кроме того, вы можете использовать Altium Vault, который предоставляет доступ к тысячам библиотек компонентов и добавляет гибкости в управление проектами и разработку продуктов. Однако вы также можете разработать свои собственные схематические символы и создать посадочные места. Или, если вы хотите создать деталь для вас, попробуйте услугу Altium EE Concierge.

Шаг 2. Создайте пустую компоновку печатной платы

После того, как вы создали схему, вам нужно будет использовать инструмент захвата схемы в Altium Designer, чтобы начать создание компоновки печатной платы.Сначала создайте пустой документ печатной платы, который будет генерировать файл PcbDoc. Это делается из главного меню Altium Designer, как показано ниже.

Запуск нового проекта печатной платы в Altium Designer

Если форма печатной платы, размеры и набор слоев для вашей платы уже определены, вы можете установить их сейчас. Если вы не хотите выполнять эти задачи сейчас, не волнуйтесь, форма, размер и набор слоев вашей доски (см. Шаг 4 ниже) могут быть изменены позже.Информация о схемах становится доступной для PcbDoc путем компиляции SchDoc. Процесс компиляции включает проверку дизайна и создание нескольких ваших проектных документов, которые позволяют вам проверять и исправлять дизайн до передачи в PcbDoc, например, тех, что показаны ниже. На этом этапе настоятельно рекомендуется просмотреть и обновить параметры проекта, которые используются для создания информации PcbDoc.

Варианты проекта для преобразования в печатную плату

Шаг 3: Захват схемы: подключение к печатной плате

Все инструменты Altium Designer работают в единой среде проектирования, где схема, макет печатной платы и спецификация взаимосвязаны и доступны одновременно.Другие программы заставляют вас вручную компилировать данные схемы, но Altium Designer делает это автоматически, пока вы создаете свой проект. Чтобы перенести информацию SchDoc во вновь созданный PcbDoc, нажмите Design »Update PCB {Filename of your new PCB} .PcbDoc. Откроется диалоговое окно Engineering Change Order (ECO) со списком всех компонентов и цепей из схемы, аналогичное приведенному ниже.

Пример заказа на технические изменения

Проверьте изменения (добавление информации SchDoc в проект без ошибок), щелкнув вкладку «Проверить изменения».Если статус всех элементов зеленый, щелкните вкладку «Выполнить изменения». Чтобы завершить процесс, закройте диалог.

Шаг 4. Разработка стека печатных плат

Когда вы переносите информацию о схеме в PcbDoc, посадочные места компонентов отображаются в дополнение к указанному контуру платы. Перед размещением компонентов вы должны определить компоновку печатной платы (то есть форму, набор слоев) с помощью диспетчера слоев слоев, показанного ниже.

Если вы новичок в мире проектирования печатных схем, большинство современных концепций проектирования печатных плат будут начинаться с четырехслойной платы на FR4, хотя вы можете определить любое количество слоев в Altium Designer.Вы также можете воспользоваться библиотекой стека материалов; это позволяет вам выбирать из целого ряда различных ламинатов и уникальных материалов для вашей печатной платы.

Определение стека слоев

Если вы работаете над высокоскоростной / высокочастотной конструкцией, вы можете использовать встроенный профилировщик импеданса, чтобы обеспечить контроль импеданса на вашей плате. Инструмент профиля импеданса использует встроенный решатель электромагнитного поля от Simberian, чтобы адаптировать геометрию ваших графиков к целевому значению импеданса.

Определение профиля импеданса для разводки в конструкции высокоскоростной печатной платы

Шаг 5: Определение правил проектирования и требований DFM

Количество категорий правил проектирования печатных плат обширно, и вам может не потребоваться использовать все эти доступные правила для каждого проекта. Вы можете выбрать / отменить выбор отдельных правил, щелкнув правой кнопкой мыши соответствующее правило из списка в редакторе правил и ограничений платы ниже.

Редактор правил и ограничений для плат в Altium Designer

Правила, которые вы используете, особенно при производстве, должны соответствовать спецификациям и допускам для оборудования вашего производителя печатной платы.Передовые конструкции, такие как конструкции с контролируемым импедансом и ряд высокоскоростных / высокочастотных схем, могут потребовать очень специфических правил проектирования, которые необходимо соблюдать для обеспечения правильной работы вашего продукта. Всегда проверяйте спецификации компонентов на соответствие этим правилам проектирования. При необходимости вы можете создать новые правила проектирования, следуя инструкциям мастера правил проектирования Altium Designer.

Мастер правил проектирования печатных плат в Altium Designer

Altium Designer будет обрабатывать ваши пользовательские правила проектирования так же, как встроенные правила проектирования.Когда вы размещаете компоненты, переходные отверстия, просверливание отверстий и трассировки, единый механизм проектирования в Altium Designer автоматически проверяет компоновку на соответствие этим правилам и визуально помечает вас в случае нарушения.

Шаг 6: Размещение компонентов

Altium Designer обеспечивает большую гибкость и позволяет быстро размещать компоненты на печатной плате. Вы можете расположить компоненты автоматически или вручную. Вы также можете использовать эти параметры вместе, что позволит вам воспользоваться преимуществами скорости автоматического размещения и убедиться, что ваша плата размещена в соответствии с хорошими рекомендациями по размещению компонентов.Дополнительная расширенная функция этой последней версии Altium Designer – это возможность упорядочивать компоненты в виде групп. Вы можете определить эти группы в компоновке печатной платы, или вы можете определить группы на схеме, используя режим перекрестного выбора, который доступен из меню Инструменты.

Размещение компонентов с использованием режима перекрестного выбора

Шаг 7: Вставьте отверстия для сверления

Перед тем, как разводить дорожки, рекомендуется просверлить отверстия (монтажные и переходные).Если ваша конструкция сложна, вам может потребоваться изменить по крайней мере некоторые из переходных отверстий во время трассировки трассировки. Это легко сделать в диалоговом окне «Свойства», показанном ниже.

Диалоговое окно параметров сверления отверстий

Ваши предпочтения здесь должны основываться на технических характеристиках конструкции для производства (DFM) вашего производителя печатной платы. Если вы уже определили требования DFM вашей печатной платы как правила проектирования (см. Шаг 5), Altium Designer будет автоматически проверять эти правила, когда вы размещаете переходные отверстия, просверливаете отверстия, контактные площадки и дорожки в вашем макете.

Шаг 8: Трассы маршрута

После того, как вы разместили компоненты и любые другие механические элементы, вы готовы провести трассировку. Обязательно соблюдайте правила маршрутизации и используйте инструменты Altium Designer для упрощения процесса, такие как выделение цепей и цветовое кодирование с помощью маршрутизации, как показано ниже.

Цветовая кодировка через разводку

Altium Designer включает ряд важных инструментов, которые помогут сделать вашу маршрутизацию проще и продуктивнее.У вас будет доступ к мощному автотрассировщику и инструментам автоматической интерактивной трассировки. Эти инструменты будут работать с несколькими сетями одновременно, что упрощает одновременную трассировку большого количества трасс.

Шаг 9: Добавьте метки и идентификаторы

После проверки макета печатной платы вы можете добавлять на плату ярлыки, идентификаторы, маркировку, логотип или любые другие изображения. Рекомендуется использовать ссылочные идентификаторы для компонентов, так как это поможет при сборке печатной платы. Также включите индикаторы полярности, индикаторы контакта 1 и любые другие метки, которые помогут идентифицировать компоненты и их ориентацию.Что касается логотипов и изображений, лучше всего проконсультироваться с производителем вашей печатной платы, чтобы убедиться, что вы используете читаемые шрифты.

Этикетки добавлены к шелкографии

Шаг 10: Создание файлов проекта

Прежде чем создавать документы производителя, всегда полезно проверить макет печатной платы, запустив проверку правил проектирования (DRC). Altium Designer будет делать это автоматически при компоновке компонентов и маршрутизации проекта, но никогда не помешает запустить другой DRC вручную.Если ваша плата прошла проверку, значит, вы готовы опубликовать результаты от производителя.

После того, как ваша плата прошла окончательный DRC, вам необходимо сгенерировать файлы дизайна для вашего производителя. Файлы дизайна должны включать всю информацию и данные, необходимые для создания вашей доски; включая любые примечания или особые требования, чтобы ваш производитель четко понимал, что вам нужно. Для большинства производителей вы сможете использовать набор файлов Gerber, как показано ниже; однако некоторые производители предпочитают другие форматы файлов САПР.

Набор надфилей Gerber

Выполнив описанные выше шаги, процесс создания комплексного дизайна станет таким же простым, как сосчитать до десяти. Подобный систематический подход гарантирует, что все аспекты вашего дизайна будут учтены во время процесса, с минимальной необходимостью повторять ваши шаги.

Altium Designer – это расширенный пакет для проектирования и разработки печатных плат, который предоставляет вам множество инструментов для упрощения сложных задач проектирования.Но обсуждаемые здесь функциональные возможности и возможности – это лишь малая часть того, что вам доступно. Чтобы изучить эти и другие варианты, протестируйте программу самостоятельно с помощью бесплатной пробной версии. Для получения дополнительной информации о проектировании печатной платы с помощью Altium Designer обратитесь к эксперту по проектированию печатных плат Altium Designer. Вы также можете продолжить свое учебное путешествие, послушав подкаст Altium.

Как собрать печатную плату (PCB)

Одно из ключевых понятий в электронике – это печатная плата или печатная плата.Это настолько фундаментально, что люди часто забывают объяснить, что такое печатная плата.

Печатная плата (PCB) – это пластиковая плата, предназначенная для соединения электронных компонентов. Сегодня они используются почти во всех компьютерах и электронике.

Печатная плата (PCB) механически поддерживает и электрически соединяет электронные компоненты с помощью токопроводящих дорожек, контактных площадок и других элементов, вытравленных из медных листов, ламинированных на непроводящую подложку. Компоненты (например, конденсаторы, резисторы или активные устройства) обычно припаиваются к печатной плате.Усовершенствованные печатные платы могут содержать компоненты, встроенные в подложку.

Основная задача при проектировании печатной платы – выяснить, куда будут идти все компоненты. Обычно есть дизайн или схема, которые будут превращены в печатную плату.

Как собрать свои собственные печатные платы?

Как вы подходите к разработке своей собственной печатной платы? Все тонкости проектирования печатных плат слишком подробны, чтобы здесь углубляться, но если вы действительно хотите начать, вот несколько советов:

1.Найдите пакет САПР: на рынке существует множество недорогих или бесплатных вариантов проектирования печатных плат. Что нужно учитывать при выборе пакета:

• Поддержка сообщества: много ли людей используют этот пакет? Чем больше людей будет им пользоваться, тем больше у вас шансов найти готовые библиотеки с нужными вам частями.
• Простота использования: если пользоваться им больно, то не станете.
• Возможности: некоторые программы накладывают ограничения на ваш дизайн – количество слоев, количество компонентов, размер платы и т. Д.Большинство из них позволяют вам платить за лицензию, чтобы расширить свои возможности.
• Переносимость: некоторые бесплатные программы не позволяют экспортировать или преобразовывать ваши проекты, ограничивая вас только одним поставщиком. Может быть, это справедливая цена за удобство и цену, а может, и нет.

2. Посмотрите на макеты других людей, чтобы увидеть, что они сделали. Оборудование с открытым исходным кодом делает это проще, чем когда-либо.

3. Практика, практика, практика.

4. Сохраняйте низкие ожидания. У вашего первого дизайна доски будет много проблем.У вашего 20-го дизайна доски будет меньше, но все равно будет. Вы никогда не избавитесь от них всех.

5. Схема важна. Пытаться сначала спроектировать плату без хорошей схемы – бесполезное занятие.

Выберите инструмент для проектирования печатных плат

Прежде чем вы начнете рисовать провода и прочее, вам нужно знать, какую схему вы хотите построить. Итак, вам нужно найти или разработать схемы для вашей схемы. И вам понадобится программное обеспечение для проектирования печатных плат, такое как EasyEDA. EasyEDA – это облачный набор инструментов EDA, который поддерживает открытый исходный код и совместную работу, интегрируя схематический чертеж, симуляцию специй, компоновку печатных плат и производство печатных плат.Это бесплатное программное обеспечение без каких-либо ограничений. Он имеет множество встроенных библиотек от Seeed Studio Open Parts Library (OPL), Adafruit, Dangerous Prototype, Sparkfun и KiCad.

Обычно новички хотят, чтобы ваша конструкция печатной платы была проверена опытным специалистом, прежде чем приступить к ее производству, верно? С платформой EasyEDA вы можете легко поделиться своими проектами с другими опытными разработчиками печатных плат по всему миру. Вы можете получить их предложения и комментарии о том, как улучшить свой дизайн.Делясь своими проектами, это также помогает развивать сообщество разработчиков ПО с открытым исходным кодом и развивать дух обучения и обмена.

Начиная со схемы

Прежде чем приступить к проектированию печатной платы, важно составить схему. Схема будет служить планом при компоновке печатной платы. Не обязательно сначала создавать схему, но это значительно упрощает процесс проектирования. Вы можете найти схематическую диаграмму, созданную кем-то другим, или создать свою с нуля.Затем начните с рисования вашей принципиальной схемы в выбранном вами программном обеспечении.

Схема расположения печатной платы

Итак, у вас есть схемы, нарисованные в вашем средстве дизайна. Теперь вам нужно перенести вашу принципиальную схему на чертеж вашей печатной платы. Вам нужно нарисовать провода, соединяющие различные компоненты. Рисование печатной платы – это произведение искусства. Не торопитесь и убедитесь, что он хорошо выглядит. Следуйте рекомендациям по проектированию печатных плат для рисования печатных плат.

Изготовьте печатную плату

Когда вы закончите рисовать свою доску, пришло время сделать свою доску.Вы можете экспортировать свой дизайн печатной платы в файл PDF, распечатать его и протравить печатную плату самостоятельно. Но это грязный и трудоемкий процесс. Намного проще (и дешевле) заказать его у профессионального производителя.

Самый простой способ – напрямую заказать печатные платы в EasyEDA. Как только доска будет готова, вы можете использовать ее программу просмотра Gerber для последней проверки, а затем заказать изготовление по очень приличным ценам.

Создание собственной нестандартной печатной платы – это очень весело. Если вы хотите разработать новое электронное оборудование, мы рекомендуем вам прочитать приведенную ниже статью.Полное руководство – Как разработать новый электронный аппаратный продукт С нашим универсальным решением для электронной инженерии, от бесплатного редактора печатных плат EasyEDA до недорогих прототипов печатных плат и услуг по заказу компонентов, вы можете воплотить свои замечательные идеи в готовый продукт проще, быстрее и дешевле.

Руководство по производственному процессу печатных плат

Перейти к: Шаг 1: Проектирование печатной платы | Шаг 2: Обзор проекта и инженерные вопросы | Шаг 3: Печать дизайна печатной платы | Шаг 4: Печать меди для внутреннего слоя | Шаг 5: Протравите внутренние слои или сердцевину для удаления меди | Шаг 6: Выравнивание слоев | Шаг 7: Автоматическая оптическая проверка | Шаг 8: Ламинирование слоев печатной платы | Шаг 9: Бурение | Шаг 10: Покрытие печатной платы | Шаг 11: Визуализация внешнего слоя | Шаг 12: Травление внешнего слоя | Шаг 13: Внешний слой AOI | Шаг 14: Нанесение паяльной маски | Шаг 15: Приложение для шелкографии | Шаг 16: Чистовая обработка печатной платы | Шаг 17: Тест на электрическую надежность | Шаг 18: Профилирование и выход | Шаг 19: Проверка качества и визуальный осмотр | Шаг 20: Упаковка и доставка

Запросить бесплатное предложение

Процесс производства печатных плат (PCB) требует сложной процедуры для обеспечения рабочих характеристик готового продукта.Хотя печатные платы могут быть однослойными, двухслойными или многослойными, используемые процессы изготовления различаются только после изготовления первого слоя. Из-за различий в структуре печатных плат для изготовления некоторых из них может потребоваться 20 или более этапов.

Количество этапов, необходимых для изготовления печатных плат, зависит от их сложности. Пропуск любого шага или сокращение процедуры может отрицательно повлиять на производительность печатной платы. Однако после успешного завершения печатные платы должны правильно выполнять свои задачи как ключевые электронные компоненты.

Какие части печатной платы?

Печатная плата состоит из четырех основных частей:

• Подложка: Первая и самая важная – это подложка, обычно сделанная из стекловолокна. Стекловолокно используется, потому что оно обеспечивает прочность сердцевины печатной платы и помогает противостоять поломке. Думайте о подложке как о «скелете» печатной платы.
• Медный слой: В зависимости от типа платы этот слой может быть либо медной фольгой, либо сплошным медным покрытием.Независимо от того, какой подход используется, цель меди остается прежней – передавать электрические сигналы к печатной плате и от нее, так же, как ваша нервная система передает сигналы между вашим мозгом и мышцами.
• Паяльная маска: Третья часть печатной платы – это паяльная маска, которая представляет собой слой полимера, который помогает защитить медь от короткого замыкания от контакта с окружающей средой. Таким образом, паяльная маска действует как «кожа» печатной платы.
• Шелкография: Последняя часть печатной платы – шелкография.Шелкография обычно находится на стороне компонентов платы, используемой для отображения номеров деталей, логотипов, настроек переключателей символов, ссылок на компоненты и контрольных точек. Шелкография также может быть известна как легенда или номенклатура.

Получить цену и время выполнения

Теперь, когда мы ознакомились с основами печатных плат и анатомии печатных плат, мы рассмотрим весь процесс создания печатной платы.

Как производится печатная плата?

Этапы процесса проектирования печатной платы начинаются с проектирования и проверки и продолжаются до изготовления печатных плат.Многие шаги требуют компьютерного управления и инструментов с механическим приводом для обеспечения точности и предотвращения коротких замыканий или неполных замыканий. Готовые платы должны пройти строгие испытания, прежде чем они будут упакованы и доставлены клиентам.

Шаг первый: проектирование печатной платы

Начальным этапом производства любой печатной платы является, конечно же, дизайн. Производство и проектирование печатной платы всегда начинается с плана: дизайнер составляет проект печатной платы, который удовлетворяет всем изложенным требованиям.Наиболее часто используемое программное обеспечение для проектирования, используемое разработчиками печатных плат, – это программа под названием Extended Gerber, также известная как IX274X.

Когда дело доходит до дизайна печатной платы, Extended Gerber – отличное программное обеспечение, поскольку оно также работает как выходной формат. Extended Gerber кодирует всю информацию, которая нужна проектировщику, такую ​​как количество медных слоев, количество необходимых паяльных масок и другие элементы обозначения компонентов. После того, как чертеж печатной платы закодирован программным обеспечением Gerber Extended, все различные части и аспекты конструкции проверяются, чтобы убедиться в отсутствии ошибок.

После завершения проверки разработчиком готовый проект печатной платы отправляется в завод по изготовлению печатных плат, чтобы можно было построить печатную плату. По прибытии план конструкции печатной платы проходит вторую проверку изготовителем, известную как проверка конструкции для изготовления (DFM). Правильная проверка DFM гарантирует, что конструкция печатной платы соответствует, как минимум, допускам, необходимым для изготовления.

Шаг второй: Обзор проекта и инженерные вопросы

Еще один ключевой этап процесса изготовления печатной платы включает проверку конструкции на предмет возможных ошибок или недостатков.Инженер просматривает каждую часть конструкции печатной платы, чтобы убедиться, что нет недостающих компонентов или неправильных структур. После получения разрешения инженера дизайн переходит к этапу печати.

Шаг третий: Печать дизайна печатной платы

После завершения всех проверок проект печатной платы можно распечатать. В отличие от других планов, таких как архитектурные чертежи, планы печатных плат не печатаются на обычном листе бумаги 8,5 x 11. Вместо этого используется особый тип принтера, известный как плоттерный принтер.Плоттерный принтер делает «пленку» печатной платы. Конечный продукт этой «пленки» очень похож на прозрачные пленки, которые раньше использовались в школах – по сути, это фото-негатив самой доски.

Внутренние слои печатной платы представлены двумя цветами чернил:

• Черные чернила: Используются для медных проводов и схем печатной платы
• Прозрачные чернила: Обозначает непроводящие области печатной платы, такие как основание из стекловолокна.

На внешних слоях печатной платы эта тенденция обратная – прозрачные чернила относятся к линии медных дорожек, но черные чернила также относятся к областям, где медь будет удалена.

Каждый слой печатной платы и соответствующая паяльная маска получают свою собственную пленку, поэтому для простой двухслойной печатной платы требуется четыре листа – по одному для каждого слоя и по одному для соответствующей паяльной маски.

После того, как пленка напечатана, они выстраиваются в линию, и в них проделывается отверстие, известное как регистрационное отверстие. Отверстие для регистрации используется в качестве ориентира для выравнивания пленок позже в процессе.

Шаг четвертый: печать меди для внутренних слоев

Шаг четвертый – это первый шаг в процессе, на котором производитель начинает изготовление печатной платы.После того, как дизайн печатной платы напечатан на куске ламината, медь предварительно приклеивается к тому же куску ламината, который служит структурой для печатной платы. Затем медь вытравливается, чтобы показать более ранний чертеж.

Затем ламинатную панель покрывают фоточувствительной пленкой, называемой резистом. Резист состоит из слоя фотоактивных химикатов, которые затвердевают после воздействия ультрафиолета. Резист позволяет техническим специалистам получить идеальное соответствие между фотографиями чертежа и тем, что напечатано на фоторезисте.

Как только резист и ламинат выровнены, используя отверстия, сделанные ранее, на них падает волна ультрафиолетового излучения. Ультрафиолетовый свет проходит через полупрозрачные части пленки, укрепляя фоторезист. Это указывает на участки меди, которые предназначены для использования в качестве проходов. Напротив, черные чернила предотвращают попадание любого света на участки, которые не должны затвердевать, чтобы их можно было позже удалить.

После подготовки платы ее промывают щелочным раствором, чтобы удалить остатки фоторезиста.Затем доску промывают под давлением, чтобы удалить все, что осталось на поверхности, и оставляют сохнуть.

После высыхания единственный резист, который следует оставить на печатной плате, – это поверх меди, которая остается как часть печатной платы, когда она окончательно высвобождается. Техник просматривает печатные платы, чтобы убедиться в отсутствии ошибок. Если ошибок нет, переходите к следующему шагу.

Шаг пятый: Протравка внутренних слоев или сердцевины для удаления меди

Перед продолжением процесса изготовления печатной платы необходимо удалить лишнюю медь с сердечника или внутренних слоев печатной платы.Травление включает покрытие необходимой меди на плате и воздействие на остальную плату химического вещества. Процесс химического травления удаляет всю незащищенную медь с печатной платы, оставляя только необходимое количество платы.

Этот этап может варьироваться по времени или количеству используемого растворителя для травления меди. В больших печатных платах или печатных платах с более тяжелой структурой может использоваться больше меди, что приводит к большему количеству меди, которая должна подвергаться травлению для удаления. Следовательно, для этих плат потребуется дополнительное время или растворитель.

Если процесс производства печатных плат предназначен для многослойных конструкций

Многослойные печатные платы требуют дополнительных действий для учета дополнительных слоев конструкции во время их изготовления. Эти шаги отражают многие из тех, что используются при изготовлении однослойных печатных плат. Однако этапы повторяются для каждого слоя доски. Кроме того, в многослойных печатных платах медная фольга обычно заменяет медное покрытие между слоями.

Визуализация внутреннего слоя

Визуализация внутреннего слоя выполняется так же, как печать дизайна печатной платы.Дизайн распечатывается на плоттерном принтере для создания пленки. Также распечатывается паяльная маска для внутреннего слоя. После совмещения обоих, машина создает отверстие для совмещения в пленках, чтобы помочь сохранить правильное выравнивание пленок со слоями в дальнейшем.

После добавления меди в ламинат для внутреннего слоя техники помещают пленку с печатью поверх ламината и выравнивают их, используя отверстия для совмещения.

Ультрафиолетовый свет обнажает пленку, также известную как резист, чтобы отвердить химические вещества светлых участков в печатный рисунок.Эти затвердевшие участки не смываются во время фазы травления, а с незатвердевших участков под темной пленкой будет удалена медь.

Травление внутреннего слоя

После визуализации области, покрытые белыми чернилами, затвердеют. Этот закаленный материал защищает медь под ней, которая остается на плате после травления.

Технические специалисты сначала промывают доску щелочью, чтобы удалить с доски остатки резиста, который не затвердел.Эта очистка обнажает участки, которые закрывали непроводящие части печатной платы. Затем рабочие сотрут излишки меди с этих непроводящих участков, погрузив плату в медный растворитель, чтобы растворить открытую медь.

Удаление резиста

На этапе удаления резиста удаляется весь оставшийся резист, покрывающий медь внутреннего слоя печатной платы. Очистка оставшегося резиста гарантирует, что медь не будет препятствовать ее проводимости.После удаления резиста слой готов к проверке своей основной конструкции.

Пробойник для пост-травления

Пуансон для пост-травления выравнивает слои и пробивает в них отверстие, используя отверстия совмещения в качестве направляющих. Как и при последующем осмотре этого отверстия и выравнивании, перфорация происходит с компьютера, который точно направляет машину, известную как оптический перфоратор. После оптического штампа слои переходят на автоматический оптический контроль (AOI) внутреннего слоя.

Внутренний слой AOI

При автоматическом оптическом контроле внутреннего слоя используется компьютер для тщательного исследования внутреннего слоя в поисках неполных рисунков или резиста, которые все еще могут быть на поверхности. Если слой печатной платы проходит AOI, он переходит в процесс.

Оксид внутреннего слоя

Оксид, нанесенный на внутренний слой, обеспечивает лучшее соединение медной фольги и изолирующих слоев эпоксидной смолы между внутренним и внешним слоями.

Layup

Этап наложения в процессе изготовления многослойной печатной платы происходит, когда машина помогает выровнять, нагреть и скрепить слои вместе с помощью слоя медной фольги и изоляционного материала между внутренним и внешним слоями. Обычно компьютеры управляют этими машинами, потому что выравнивание слоев и соединение должно быть точным для правильной структуры печатной платы.

Ламинирование

При ламинировании используется тепло и давление для расплавления эпоксидной смолы между слоями.Правильно ламинированные печатные платы будут плотно удерживать свои слои вместе с эффективной изоляцией между слоями.

Рентгеновское выравнивание

При сверлении многослойных плит после ламинирования рентгеновское излучение обеспечивает центровку сверла. Эти отверстия позволяют создавать соединения между слоями многослойной печатной платы. Поэтому точность их размещения и размера по отношению к остальному слою и другим слоям имеет решающее значение. После совмещения слоев с помощью рентгеновских лучей печатная плата подвергается сверлению, после чего выполняется девятый этап изготовления односторонней или двусторонней печатной платы.

Шаг шестой: выравнивание слоев

После очистки каждого слоя печатной платы они готовы к выравниванию слоев и оптическому контролю. Отверстия, сделанные ранее, используются для выравнивания внутреннего и внешнего слоев. Чтобы выровнять слои, технический специалист помещает их на перфоратор, известный как оптический штамп. Оптический перфоратор продвигает штифт вниз через отверстия, чтобы выровнять слои печатной платы.

Шаг седьмой: Автоматическая оптическая проверка

После оптической штамповки другая машина выполняет оптический контроль, чтобы убедиться в отсутствии дефектов.Этот автоматический оптический контроль невероятно важен, потому что после того, как слои соединены вместе, любые существующие ошибки не могут быть исправлены. Чтобы убедиться в отсутствии дефектов, машина AOI сравнивает печатную плату с расширенным дизайном Gerber, который служит моделью производителя.

После того, как печатная плата прошла проверку – то есть ни техник, ни машина AOI не обнаружили никаких дефектов – она ​​переходит к последней паре этапов изготовления и производства печатной платы.

Шаг AOI имеет решающее значение для работы печатной платы.Без него платы, которые могут иметь короткое замыкание, не соответствовать проектным спецификациям или иметь лишнюю медь, которая не была удалена во время травления, могли пройти через остальную часть процесса. AOI предотвращает появление дефектных плат, служа контрольной точкой качества в середине производственного процесса. Позже этот процесс повторяется для внешних слоев после того, как инженеры завершат их визуализацию и травление.

Шаг восьмой: ламинирование слоев печатной платы

На шестом шаге процесса все слои печатной платы собираются вместе, ожидая ламинирования.Как только будет подтверждено, что слои не содержат дефектов, они готовы к сплавлению. Процесс ламинирования печатной платы выполняется в два этапа: этап укладки и этап ламинирования.

Внешняя часть печатной платы сделана из кусков стекловолокна, предварительно пропитанных / покрытых эпоксидной смолой. Оригинальный кусок подложки также покрыт слоем тонкой медной фольги, которая теперь содержит травления для медных следов. Когда внешний и внутренний слои готовы, пора соединить их вместе.

Укладка этих слоев производится металлическими зажимами на специальном столе пресса. Каждый слой укладывается на стол с помощью специальной булавки. Техник, выполняющий процесс ламинирования, начинает с размещения слоя эпоксидной смолы с предварительно нанесенным покрытием, известной как пропитка или препрег, на выравнивающую ванну стола. На предварительно пропитанную смолу наносят слой подложки, а затем слой медной фольги. За медной фольгой, в свою очередь, следуют дополнительные листы предварительно пропитанной смолы, которые затем завершаются куском и одним последним куском меди, известным как нажимная плита.

Как только медная пластина пресса установлена, стопка готова к прессованию. Техник переносит его на механический пресс и прижимает слои вниз и вместе. В рамках этого процесса булавки затем пробиваются сквозь стопку слоев, чтобы убедиться, что они надежно закреплены.

Если слои закреплены должным образом, стопка печатных плат отправляется в следующий пресс, пресс для ламинирования. В ламинатном прессе используется пара нагретых пластин для приложения тепла и давления к стопке слоев.Тепло пластин расплавляет эпоксидную смолу внутри преграда, и давление пресса объединяется, чтобы сплавлять стопку слоев печатной платы вместе.

После того, как слои печатной платы прижаты друг к другу, нужно немного распаковать. Технику необходимо удалить верхнюю прижимную пластину и штифты, которые были ранее, что затем позволяет им вытащить саму печатную плату.

Девять шагов: сверление

Перед сверлением используется рентгеновский аппарат для определения места сверления.Затем просверливаются регистрационные / направляющие отверстия, чтобы стопку печатных плат можно было закрепить до того, как будут просверлены более конкретные отверстия. Когда приходит время просверлить эти отверстия, сверло с компьютерным управлением используется для выполнения самих отверстий, руководствуясь файлом из расширенного дизайна Гербера.

После завершения сверления любая дополнительная медь, оставшаяся по краям, опиливается.

Шагов десять: покрытие печатной платы

После того, как панель просверлена, она готова к нанесению покрытия.В процессе нанесения покрытия используются химические вещества для сплавления всех слоев печатной платы вместе. После тщательной очистки печатная плата обрабатывается рядом химикатов. Часть этого процесса купания покрывает панель слоем меди толщиной в микрон, которая наносится поверх самого верхнего слоя и в только что просверленные отверстия.

Перед тем, как отверстия будут заполнены медью, они просто служат для обнажения стекловолоконной подложки, которая составляет внутреннюю часть панели. Купание этих отверстий в меди покрывает стенки ранее просверленных отверстий.

Шаг одиннадцатый: Визуализация внешнего слоя

Ранее в процессе (шаг четвертый) на панель печатной платы был нанесен фоторезист. На шаге одиннадцатом пора нанести еще один слой фоторезиста. Однако на этот раз фоторезист наносится только на внешний слой, так как его еще нужно отобразить. После того, как внешние слои были покрыты фоторезистом и отображены, на них наносят покрытие точно так же, как внутренние слои печатной платы были нанесены на предыдущем этапе.Однако, хотя процесс такой же, внешние слои покрываются оловом, чтобы защитить медь внешнего слоя.

Шаг двенадцатый: травление внешнего слоя

Когда приходит время протравить внешний слой в последний раз, оловянный кожух используется для защиты меди во время процесса травления. Любая нежелательная медь удаляется с помощью того же медного растворителя, что использовалось ранее, а олово защищает ценную медь в зоне травления.

Одно из основных различий между травлением внутреннего и внешнего слоя касается участков, которые необходимо удалить.В то время как внутренние слои используют темные чернила для проводящих областей и прозрачные чернила для непроводящих поверхностей, эти чернила перевернуты для внешних слоев. Следовательно, непроводящие слои покрыты темными чернилами, а медь – светлыми чернилами. Эти легкие чернила позволяют лужению покрывать медь и защищать ее. Инженеры удаляют ненужную медь и любое оставшееся покрытие резиста во время травления, подготавливая внешний слой для AOI и маскирования припоем.

Тринадцать шагов: Внешний слой AOI

Как и внутренний слой, внешний слой также должен проходить автоматическую оптическую проверку.Этот оптический контроль гарантирует, что слой точно соответствует требованиям конструкции. Он также проверяет, что на предыдущем шаге из слоя была удалена вся лишняя медь, чтобы создать правильно работающую печатную плату, которая не будет создавать неправильные электрические соединения.

Шаги четырнадцать: нанесение паяльной маски

Панели требуют тщательной очистки перед нанесением паяльной маски. После очистки поверхность каждой панели покрывается эпоксидной краской и пленкой для паяльной маски.Затем ультрафиолетовый свет падает на платы, указывая, где нужно удалить паяльную маску.

Как только техники снимают паяльную маску, печатная плата отправляется в печь для отверждения маски. Эта маска обеспечивает дополнительную защиту меди платы от повреждений, вызванных коррозией и окислением.

Шаг пятнадцатый: Приложение шелкографии

Поскольку информация о печатных платах должна находиться непосредственно на плате, изготовители должны печатать важные данные на поверхности платы в процессе, называемом нанесением шелкографии или печатью легенды.Эта информация включает следующее:

• Идентификационные номера компании
• Предупреждающие таблички
• Знаки или логотипы производителей
• Номера деталей
• Локаторы кеглей и аналогичные марки

После печати вышеуказанной информации на печатных платах, часто на струйном принтере, на печатные платы наносится обработка поверхности. Затем они переходят к этапам тестирования, резки и проверки.

Шаг шестнадцатый: Обработка печатной платы

Для отделки печатной платы требуется покрытие из токопроводящих материалов, например следующих:

• Иммерсионное серебро: Низкие потери сигнала, не содержит свинца, соответствует требованиям RoHS, покрытие может окисляться и тускнеть
• Жесткое золото: Прочный, длительный срок хранения, соответствует требованиям RoHS, не содержит свинца, дорого
• Иммерсионное золото, полученное методом химического восстановления никеля (ENIG): Один из наиболее распространенных вариантов отделки, длительный срок хранения, соответствует требованиям RoHS, дороже, чем другие варианты
• Выравнивание припоя горячим воздухом (HASL): Экономичный, долговечный, поддающийся переработке, содержит свинец, не соответствует требованиям RoHS
• Бессвинцовый HASL: Экономичный, не содержащий свинца, соответствует требованиям RoHS, поддается переработке
• Иммерсионное олово (ISn): Популярно для запрессовки, жесткие допуски для отверстий, соответствие RoHS, обращение с печатной платой может вызвать проблемы с пайкой, усы олова
• Органический консервант для пайки (OSP): Соответствует RoHS, экономичный, короткий срок хранения
• Никель с иммерсионным палладием, нанесенный методом химического восстановления (ENEPIG ): высокая прочность припоя, снижает коррозию, требует тщательной обработки для обеспечения надлежащих характеристик, менее экономична, чем варианты, в которых не используется золото или палладий.

Правильный материал зависит от проектных требований и бюджета заказчика.Однако нанесение такой отделки создает важную особенность печатной платы. Отделка позволяет сборщику монтировать электронные компоненты. Металлы также покрывают медь, чтобы защитить ее от окисления, которое может произойти на воздухе.

Шаг семнадцатый: Проверка электрической надежности

После нанесения покрытия на печатную плату и ее отверждения (при необходимости) технический специалист выполняет серию электрических тестов на различных участках печатной платы для проверки работоспособности.Электрические испытания должны соответствовать стандартам IPC-9252, Руководства и требования к электрическим испытаниям незаполненных печатных плат. Основные выполняемые тесты – это проверка целостности цепи и изоляции. Проверка целостности цепи проверяет наличие любых отключений в печатной плате, известных как «обрыв». С другой стороны, тест изоляции цепи проверяет значения изоляции различных частей печатной платы, чтобы проверить, нет ли коротких замыканий. Хотя электрические испытания в основном существуют для проверки работоспособности, они также служат проверкой того, насколько хорошо первоначальная конструкция печатной платы выдерживала производственный процесс.

Помимо основного тестирования электрической надежности, существуют другие тесты, которые можно использовать для определения работоспособности печатной платы. Один из основных тестов, используемых для этого, известен как тест «кровать гвоздей». В этом тексте к контрольным точкам на печатной плате прикреплено несколько пружинных приспособлений. Затем пружинные приспособления подвергают контрольные точки на печатной плате давлением до 200 г, чтобы увидеть, насколько хорошо печатная плата выдерживает контакт под высоким давлением в своих контрольных точках.

Если печатная плата прошла испытания на электрическую надежность – и любые другие испытания, которые производитель решит осуществить, – ее можно переходить к следующему этапу: разводка и осмотр.

Шаг восемнадцатый: профилирование и выход

Профилирование требует от инженеров-изготовителей определения формы и размера отдельных печатных плат, вырезанных из строительной платы. Эта информация обычно находится в файлах Gerber проекта. Этот этап профилирования направляет процесс фрезерования, программируя, где машина должна создавать счёты на строительной доске.

Разводка или надрезание позволяет облегчить разделение досок.Фрезерный станок или станок с ЧПУ создает несколько небольших деталей по краям доски. Эти края могут позволить доске быстро сломаться без повреждений.

Однако некоторые производители могут использовать вместо этого V-образную канавку. Эта машина сделает V-образные надрезы по бокам доски.

Оба варианта надрезания печатных плат позволят платам аккуратно разделиться без растрескивания плат. Подрезав доски, производители отламывают их от строительной доски, чтобы переместить на следующий этап.

Шаг девятнадцатый: Проверка качества и визуальный осмотр

После надрезания и разрушения плат печатная плата должна пройти одну окончательную проверку перед упаковкой и отправкой. Эта последняя проверка проверяет несколько аспектов конструкции плат:

• Размеры отверстий должны совпадать на всех слоях и соответствовать проектным требованиям.
• Размеры платы должны соответствовать размерам, указанным в проектных спецификациях.
• Изготовители должны обеспечивать чистоту, чтобы на панелях не было пыли.
• Готовые плиты не должны иметь заусенцев или острых краев.
• Все платы, не прошедшие испытания на электрическую надежность, должны пройти ремонт и повторные испытания.

Шаг двадцать: упаковка и доставка

Последний этап изготовления печатных плат – упаковка и доставка. Упаковка обычно включает в себя материал, который герметизирует печатные платы для защиты от пыли и других посторонних материалов. Затем запечатанные доски помещаются в контейнеры, которые защищают их от повреждений во время транспортировки.Наконец, они отправляются на доставку покупателям.

Как реализовать эффективный процесс производства печатных плат

Часто за процессами проектирования и изготовления печатных плат стоят разные стороны. Во многих случаях контрактный производитель (CM) может изготовить печатную плату на основе конструкции, созданной производителем оригинального оборудования (OEM). Совместная работа этих групп по компонентам, конструктивным соображениям, форматам файлов и материалам платы обеспечит эффективный процесс и плавный переход между этапами.

Компоненты

Проектировщик должен проконсультироваться с изготовителем о доступных компонентах. В идеале производитель должен иметь под рукой все компоненты, требуемые по проекту. Если чего-то не хватает, разработчику и изготовителю необходимо будет найти компромисс, чтобы обеспечить более быстрое производство при соблюдении минимальных проектных спецификаций.

Соображения по проектированию для производства (DFM)

Проектирование для производства учитывает, насколько хорошо дизайн может продвигаться на различных этапах производственного процесса.Часто производитель, обычно CM, имеет набор руководящих принципов DFM для своего предприятия, с которыми OEM может проконсультироваться на этапе проектирования. Разработчик может запросить эти руководящие принципы DFM, чтобы сообщить свою конструкцию печатной платы для адаптации к производственному процессу изготовителя.

Форматы файлов

Связь между OEM и CM имеет решающее значение для обеспечения полного изготовления печатной платы в соответствии с проектными спецификациями OEM. Обе группы должны использовать одинаковые форматы файлов для дизайна.Это предотвратит ошибки или потерю информации, которые могут возникнуть в случаях, когда файлы должны изменить формат.

Картонные материалы Производители

OEM могут разрабатывать печатные платы из более дорогих материалов, чем ожидает CM. Обе стороны должны согласиться с имеющимися материалами и тем, что лучше всего подойдет для конструкции печатной платы, оставаясь при этом рентабельным для конечного покупателя.

Свяжитесь с Millennium Circuits по вопросам

Высококачественное проектирование и производство печатных плат являются критически важными компонентами работы печатных плат в электронике.Понимание сложности процесса и того, почему должен происходить каждый шаг, даст вам лучшее представление о стоимости и усилиях, вложенных в каждую печатную плату.

Если вашей компании нужны печатные платы для какой-либо работы, свяжитесь с нами в Millennium Circuits Limited. Мы работаем, чтобы поставлять нашим клиентам небольшие и большие партии печатных плат по конкурентоспособным ценам.

). “, “dateCreated”: “2017-12-01T22: 01Z” } } ] }

Как разработать печатную плату, печатную плату »Электроника

При проектировании базовых плат для печатных плат необходимо знать, как выполнить несколько ключевых этапов, чтобы создать наилучшую конструкцию печатной платы для конкретного приложения.

---

Конструкция печатной платы Включает:
Основы конструирования печатной платы Схема захвата и рисования Компоновка / разводка печатной платы Рекомендации по проектированию печатных плат Целостность сигнала печатной платы

---

Зная, как спроектировать печатную плату, печатная плата является ключевым элементом любого процесса проектирования электронных схем.

Компоновка и конструкция печатной платы имеют большое влияние на способ работы схемы, и поэтому, если печатная плата спроектирована эффективным образом, схема будет работать более надежно и в пределах своих технических характеристик.

Типовая сложная конструкция печатной платы

Оборудование для проектирования печатной платы

Для программ коммерческой разработки могут быть доступны САПР и пакеты автоматизированного проектирования, которые необходимы из-за сложности.

Даже для студентов и любителей есть много очень хороших пакетов, которые можно получить бесплатно по умеренной цене.

Старый процесс проектирования печатных плат с использованием ленты, помещенной на лист чертежа-эталона, давно ушел, хотя возможно, что это все еще может быть сделано в ряде очень ограниченных случаев.

Возможности программного обеспечения печатной платы значительно различаются. Бюджетное или даже бесплатное программное обеспечение обеспечивает основные функции, тогда как пакеты высшего уровня позволяют включить в дизайн гораздо больше возможностей. Доступны симуляции, сложная маршрутизация и многие другие возможности.

Возможность проводить моделирование становится все более требовательной по мере увеличения скорости цифровых плат, а радиочастотные конструкции достигают все более высоких частот.

Принципиальная схема захвата

Первым этапом разработки дизайна печатной платы является создание схемы схемы.Этого можно добиться разными способами. Схемы могут быть введены в средство схематического захвата. Это может быть частью набора для проектирования печатных плат, или это может быть внешний пакет, выходные данные которого можно экспортировать в подходящем формате.

Помимо простого выполнения схематического захвата, на этом этапе может быть выполнено моделирование схемы. Некоторые пакеты могут иметь возможность взаимодействовать с пакетами моделирования. Для таких приложений, как моделирование конструкции радиочастотной схемы, можно будет оптимизировать окончательную схему без создания прототипа.

После завершения захвата схемы электронный дизайн схемы содержится в файле и может быть преобразован в так называемый «список соединений». Список соединений – это информация о взаимосвязях, и это, по сути, выводы компонентов и узлы схемы, или цепи, к которым подключается каждый вывод.

Дизайн печатной платы с указанием компонентов и дорожек

Первоначальное размещение компонентов на плате

Прежде чем приступить к детальному проектированию и компоновке печатной платы, необходимо получить приблизительное представление о том, где будут располагаться компоненты и достаточно ли на плате места для размещения всех необходимых схем.Это позволит принять решение о количестве слоев, необходимых на плате, а также о том, достаточно ли места для размещения всех схем, которые могут потребоваться.

После того, как была сделана приблизительная оценка пространства и примерного расположения компонентов, можно сделать более подробную компоновку компонентов для проекта печатной платы. Это может учитывать такие аспекты, как близость устройств, которым может потребоваться связь друг с другом, и другую информацию, относящуюся, например, к любым соображениям RF.

Для того, чтобы компоненты могли быть включены в конструкцию печатной платы, они должны иметь всю соответствующую информацию, связанную с ними. Это будет включать площадь основания для контактных площадок печатной платы, любую информацию о сверлении, недоступные зоны и т.п. Обычно несколько устройств могут иметь одну и ту же посадочную площадь, поэтому эту информацию не нужно вводить для каждого номера детали компонента. Однако библиотека для всех используемых устройств будет создана в системе проектирования компоновки печатных плат.Таким образом можно легко вызвать компоненты, которые использовались ранее.

Маршрутизация

После того, как базовое размещение завершено, следующим этапом проектирования печатной платы является разводка соединений между всеми компонентами. Затем программное обеспечение печатной платы направляет физические соединения на плате в соответствии со списком соединений на схеме. Для этого он будет использовать количество слоев, доступных для соединений, при необходимости создавая сквозные отверстия. Часто один слой выделяется для использования в качестве заземляющего слоя, а другой – для использования в качестве слоя питания.Это не только снижает уровень шума, но и позволяет подключать источник питания с низким сопротивлением.

Маршрутизация может использовать значительную вычислительную мощность. Это особенно верно для больших проектов, где может быть от трех до четырех тысяч компонентов. Если трассировка затруднена из-за высокой плотности компонентов, это может привести к тому, что трассировка займет значительное количество времени.

Файлы печатной платы: файлы Gerber и т. Д.

Информация для фото-схем разводки печатной платы выводится в виде файлов Gerber.Этот формат является стандартом для файлов печатных плат и представляет собой форму файла с числовым программным управлением, используемого фотоплоттером. В дополнение к файлам Gerber, также создается информация о сверлении, а также информация о снимках экрана и фоторезисте.

Одним из основных элементов стоимости печатной платы является сверление. В любой конструкции требуются отверстия для крепления, а также отверстия для любых необходимых компонентов. Однако для снижения затрат разумно использовать отверстия как можно меньшего размера.Таким образом, сверло нужно будет реже менять, а время сокращается.

После завершения информация о печатной плате будет использоваться во многих областях производственного процесса. Он будет использоваться не только для изготовления самой печатной платы, но и файлы также будут использоваться в других областях производственного процесса. Их можно использовать для разработки программы выбора и размещения, и в дополнение к этому файлы могут использоваться при изготовлении паяльной маски для печатной платы для добавления паяльной пасты на плату перед размещением компонентов.Файлы также могут быть использованы для разработки различных форм тестовых программ, таких как «внутрисхемный тест» (ICT), и, в частности, при разработке любого приспособления для тестирования гвоздей. Таким образом, конструкция печатной платы является важным элементом всего производственного процесса любого продукта. Дизайн печатной платы – это больше, чем просто дизайн базовой платы.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы».. .

Создание печатной платы онлайн

Мы иногда используем партнерские ссылки в нашем контенте. Это вам ничего не будет стоить, но поможет нам компенсировать расходы на оплату труда нашей команде писателей. Вы можете поддержать нас прямо на BuyMeACoffee. Спасибо!

Как производитель, я всегда хотел создать печатную плату онлайн, но изготовление печатных плат всегда казалось утомительной задачей. Затем я наткнулся на бесплатный онлайн-инструмент под названием EasyEDA.В этой статье я покажу вам, как начать работу с EasyEDA, чтобы начать создавать профессиональные печатные платы для ваших проектов.

В этом проекте я проведу вас через процесс проектирования и изготовления печатной платы для ИК-датчика приближения. Давайте начнем!

Шаг 1. Планирование нестандартной конструкции печатной платы

Во-первых, нам нужно спланировать дизайн, нарисовав принципиальную схему на бумаге. Как только схема будет завершена, мы сможем сделать прототип на макете для проверки схемы.При необходимости внесите изменения в схемный чертеж.

Теперь, когда у нас есть рабочая схема, мы можем доработать дизайн в программном обеспечении.

Шаг 2. Перевод схемы в оперативный режим с помощью EasyEDA

Существует множество онлайн-инструментов для создания пользовательских печатных плат онлайн. Для этого проекта мы будем использовать EasyEDA. Здесь вы можете либо скачать инструмент, либо воспользоваться онлайн-дизайнером. Затем щелкните EasyEDA Designer, чтобы использовать онлайн-инструмент.

Теперь нам нужно создать учетную запись в EasyEDA.Нажмите «Проекты» и «Войти» в левом меню. Создайте учетную запись или войдите в систему.

Затем нажмите «Новый проект». Дайте проекту имя и описание. Я назвал проект «Инфракрасный датчик приближения».

Сохраните проект. Вы заметите пустой холст и некоторые символы деталей с левой стороны. Мы будем использовать эти детали для создания нашего дизайна. Если вы не можете найти деталь, вы можете поискать ее в библиотеках. Просто найдите ту деталь, которую ищете. Убедитесь, что на нем есть символ и посадочные места печатной платы.

Дважды щелкните деталь, чтобы выбрать ее, и поместите на холст. Затем ищите следующую часть. Повторите этот процесс для остальных частей. Используйте нарисованную от руки принципиальную схему, чтобы создать цифровую схему. Нарисуйте провода, нажав на конец одной части и клемму другой части.

На приведенной выше диаграмме GND представляет собой заземляющие соединения, а + 5V – силовые соединения. Когда вы довольны дизайном, преобразуйте эту схему в печатную плату.Для этого сначала щелкните опцию PCB в верхнем меню (рядом со значком звездочки). Затем выберите «Преобразовать в печатную плату».

Шаг 3. Сделайте проект печатной платы онлайн

EasyEDA может попросить вас проверить цепи или соединения, но вы можете пропустить это, если уверены, что ваши соединения правильные. Вы увидите новую вкладку с рамкой и компонентами, которые нужно расположить на плате.

Начните размещать компоненты на плате.Убедитесь, что вы физически расположили ближе те компоненты, которые подключаются напрямую. Это упростит и упростит маршрутизацию. После размещения всех компонентов мы можем приступить к трассировке.

PCB Routing – это когда вы добавляете трассы, которые будут соединять компоненты. Как любитель, мы будем делать двухслойные печатные платы, потому что они более доступны в производстве. Красные дорожки представляют верхний слой, а синие дорожки – нижний слой. Вы всегда можете добавить больше слоев, но они увеличат стоимость вашей доски.

Как проложить следы на печатной плате

EasyEDA также имеет инструмент автотрассировщика, который сделает трассировки за вас. Этот инструмент отлично подходит для небольших и менее сложных схем, но может допускать ошибки в больших проектах. Рекомендую ручную маршрутизацию.

Вот несколько ключевых моментов, которые следует учитывать при прокладке проводов на вашей печатной плате.

1. Используйте более толстые гусеницы для линий электропередач.
2. При создании следов избегайте поворотов на 90 °. Следы могут легко стереться под углом 90 °. Кроме того, это может вызвать сильный шум в цепи, который может повлиять на беспроводные приложения.
3. Не подключайте дорожки GND. Используйте инструмент медной области в конце, чтобы создать единую пластину заземления.
4. Убедитесь, что вы сохраняете хороший зазор между дорожками и пластинами заземления, чтобы избежать коротких замыканий.