Proiectare PCB-uri (Partea #1) – Principii generale de proiectare PCB-uri

29 MAI 2017

Cum se proiecteazǎ în mod corect PCB-uri, pentru a ajunge la plǎci care sunt rentabile pentru a fi produse și plantate? Care sunt cele mai importante principii de proiectare a PCB-urilor? Ce ziceți de tehnologia de producție a PCB-urilor? Am pregătit pentru dvs. o serie de articole despre proiectarea PCB-urilor.

PCB-urile sunt parte integrantă a tuturor dispozitivelor electronice. Funcția lor de bază este de a crea o conexiune conductoare între pinii componentelor individuale. PCB-urile au apărut pentru prima dată în anii ’60, când au fost elaborate primele reguli de proiectare și producție – standardele IPC. Standardul pentru PCB-uri este standardul IPC-2221 „Generic Standards on Printed Design”.

Care este primul pas la proiectarea PCB?

În practica electronicǎ sunt utilizate 3 tipuri de componente iar posibilitățile de lipire ale acestora sunt:
componente cu terminale „Through Hole” – TH (axial, radial), pot fi lipite manual sau prin val,
componente cu terminale pentru montare pe suprafață – „Surface Mount Devices” – SMD, care pot fi lipite într-un cuptor reflow sau prin val,
componente fără terminale pentru montarea pe suprafață – „Surface Mount Devices” – SMD, care pot fi lipite în cuptor reflow.

Cu aceste trei tipuri de componente puteți crea un dispozitiv electronic în care aceste componente sunt plasate pe un suport – placa cu circuite imprimate (PCB). Componentele pot fi plantate pe un PCB, fie pe o parte (SMD, TH sau o combinație a celor două), fie pe ambele părți (TH numai pe partea superioară, SMT pe ambele). Atunci când PCB-ul este proiectat, trebuie să existe amplasarea componentelor pe PCB și tipul de tehnologie de lipit luatǎ în considerare, deoarece se aplică reguli diferite la lipirea prin val respectiv la lipirea în cuptor reflow.

1. Lipirea prin val de lipire

Dacă vrem să lipim prin val componente pe partea de jos a unui PCB, trebuie să ne asigurăm că în timpul procesului de lipire componentele nu vor cădea. Componentele SMT de pe partea de sus vor fi plantate într-o pastă de lipit, apoi lipite într-un reflow deschis. Componentele SMT de pe partea de jos a PCB-ului vor fi lipite printr-un adeziv iar apoi componentele TH vor intra în găurile PCB-ului. Componente SMT lipite cu adeziv și componentele TH vor fi lipite printr-un val de lipire.

Plantarea componentelor cu terminale pe de o parte a PCB-ului este un proces ușor, fiind nevoie doar de scufundarea în valul de lipire și un nod conductor este creat. Ȋn cazul componentelor SMD, atunci când toate componentele sunt scufundate în valul de lipire, acestea trebuie să reziste la temperatura valului, care poate fi de până la 260°C. Pe partea PCB-ului, care va fi lipitǎ ȋn val, pot fi plantate numai astfel de componente SMT, care au recomandarea producătorului cǎ pot sǎ fie lipite ȋn val iar ele trebuie să îndeplinească cerința de a rezista cel puțin 10 secunde la 260°C. Acestea pot fi rezistențe ceramice, MELF, MINIMELF, condensatoare monolitice, componente în capsule SOT, SOD, SOP cu un pas minim de 0,65 mm, pentru a evita un scurt-circuit al circuitului integrat, deoarece valul cuprinde fiecare terminal al pieselor și poate antrena crearea unei așa-numite punți rezistive sau capacitive dacă acestea sunt concepute ȋntr-un mod care previne pătrunderea soluției de lipit.

Trebuie să punem jos componentele care pot rezista la temperaturile valului de lipit și au distanța necesară ȋntre terminale. Pentru o lipire corectǎ este necesar să fie luate în considerare distanțele între componentele SMT, orientarea lor față de valul de lipire precum și înălțimea anumitor componente. Componentele trebuie să fie așezate astfel încât terminalele lor sǎ creeze un unghi drept cu valul de lipire. Astfel, va fi asigurată o lipire corespunzătoare. Cu toate acestea, această cerință poate fi îndeplinită numai dacă se folosesc componente cu terminale pe două laturi opuse (SO, SOP, SOIC …). În cazul circuitelor integrate cu terminale pe toate cele 4 laturi, este necesar sǎ le plasǎm pe partea de sus a PCB-ului și sǎ le lipim într-un cuptor reflow. De asemenea, este recomandat sǎ montǎm suporți în spatele circuitului integrat pentru a reduce punctul de lipire de la ultima pereche de terminale. Se poate preveni scurt-circuitul, dar se reduc posibilitățile de conectare a conductoarelor.

2. Lipirea cu pastǎ de lipire

Astăzi, acesta este cel mai comun mod de a lipi. În acest caz, conexiunea conductoare este creată de componentele plasate în pasta de lipire, care este aplicată înaintea plantǎrii componentelor. Conectarea componentelor este astfel creatǎ. Când se folosește o pastă de lipit pentru lipire, evitǎm problemele legate de răsucirea componentelor. Această metodă de lipire crește integrarea componentelor pe un PCB. Nu trebuie să luam ȋn considerare înălțimea anumitor componente SMT (condensatoare cu tantal, rezistențe de putere MELF, tranzistori de putere) iar această metodă este, de asemenea, potrivitǎ pentru lipirea componentelor SMT cu un radiator ȋn partea de jos a capsulei și, de asemenea, pentru lipirea componentelor SMT fără terminale. Valul de lipit poate provoca la unele componente SMT un efect nedorit numit “Tombstoning”. Prin influența dezechilibrului de forțe care acționează la ambele capete ale unei componente, componenta se poate „ridica“ precum o „Tomb stone“ (piatră de mormânt) (în principal la componente cu doi pini, cum ar fi rezistențe, condensatori, …..). Acest efect este cauzat de temperaturi neregulate răspândite pe un PCB în timpul scurgerii. Acest lucru poate fi eliminat prin aplicarea corectă a pastei de lipit utilizând un șablon metalic.

Reguli generale la proiectarea PCB-urilor în ceea ce privește tehnologia de producție

Mai întâi, trebuie să știți unde este fabricatǎ placa. Informațiile de bază pe care ar trebui să le știm sunt:
Lǎțimea minimǎ a traseului – W,
Diferența minimă de izolare – I,
Diametrul minim al Via (deschiderea ȋn metal) – D.

Acești parametri determină densitatea PCB-urilor care pot fi produse – așa-numita clasă de precizie. În prezent, este necesar să se utilizeze o clasă de precizie standard de 6 sau mai mare. Aceste informații trebuie să fie aplicate la stabilirea normelor de proiectare. Sistemul nu permite realizarea unei linii care nu este în conformitate cu aceste criterii.

Ce trebuie să fie luat în considerare la proiectarea PCB-urilor pentru a evita interferențele? Mai multe despre aceasta în articolul următor. Ȋn curând…

www.soselectronic.ro

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *