امروزه می توان اهمیت طراحی برد مدار چاپی را هم تراز با برق دانست چرا که تقریباً در تمامی وسایل برقی تولیدی امروزه، از بردهای مدار چاپی برای برقراری اتصال بین ادوات الکتریکی استفاده می گردد.
استفاده از بردهای مدار چاپی سبب افزایش سرعت و دقت و آسانی در مونتاژ، کاهش نویز، جلوگیری از اشتباهات انسانی و بسیاری مزایای دیگر می گردد. این موارد سبب شده نه تنها در تولیدات با تیراژ بالا بلکه در محصولات نمونه نیز از مدارات چاپی استفاده گردد. بنابراین صرف نظر از اینکه در چه زمینه ای از برق و یا سخت افزار فعالیت داشته باشیم، یادگیری طراحی برد مدار چاپی یک نیاز خواهد بود که دیر یا زود به آن دچار خواهیم شد.
سفارش و طراحی برد مدارچاپی
نکات مهم در طراحى مدار چاپى
هنگام شروع طراحی مدار چاپی جدید رها کردن نکته‌های طراحی PCB، آسان است؛ زیرا بیشتر وقت خود را صرف تمرکز بر روی طراحی مدار و انتخاب قطعه خود می‌کنید؛ اما در پایان روز، عدم داشتن وقت کافی و تلاش متمرکز بر اصول اولیه طرح PCB میتواند به طرحی منجر شود که ترجمه ضعیف از حوزه دیجیتالی را به واقعیت فیزیکی تبدیل کند و در نهایت میتواند برای تولیدکننده شما مشکل ساز شود؛ بنابراین چه عامل کلیدی برای طراحی یک برد که واقعی بر روی کاغذ و به صورت فیزیکی یکسان باشد، مهم است؟ بیایید 5 نکته برتر طراحی PCB را که شما باید برای طراحی بعدی مدار چاپی کاربردی و قابل اعتماد بدانید خود بررسی کنیم.
مهم ترین بخش طراحی برد مدار چاپی این است که برد طراحی شده جوابی درست دهد ! ، جواب دادن برد به چندین عامل بستگی دارد :
درست بودن طراحی کلی مدار ، یعنی منطقا مدار درست طراحی شده باشد و اشکال طراحی نداشته باشد .
معمولا یک طراحی مدار چاپی با احساس نیاز برای یک محصول شروع می شود و تا زمان تست نهایی محصول این پروسه ادامه خواهد داشت.
طراحی مفهومی طرح و عملکردهای مورد انتظار از یک برد باید تعیین گردند. ارتباطات برد با دیگر تجهیزات، ابعاد حدس زده شده و دمای محفظه از جمله این موارد است.
– معمولا یک طراحی برد خوب از یک شماتیک خوب شروع می گردد. شماتیک، مطابق با طراحی مفهومی طرح باید کشیده شود. انتخاب قطعات مطابق با نیازمندی های طرح باید صورت گیرد. همزمان با طراحی شماتیک، لیست قطعات نیز باید تهیه گردد. داشتن یک BOM کامل و دقیق ، طراحی را حرفه ای تر و فرایند تولید را سریع تر می سازد. پارامترهایی نظیر ماکزیمم دما، ولتاژ و جریان قابل تحمل در کنار مسائلی نظیر هزینه، در دسترس بودن و اندازه در انتخاب قطعات تاثیرگذار خواهد بود. لیست قطعات معمولا حاوی اطلاعات زیر برای هر قطعه می باشد.
- تعداد (quantity)
- reference designators
- مقدار عددی بر حسب اهم، فاراد و غیره
- پارت نامبر سازنده(manufacturer part number)
- فوت پرینت قطعات (PCB footprint)
داشتن لینکی از محصول نیز می تواند سرعت تامین قطعات را افزایش دهد.
صحت PCB
شماتیک قطعات درست تعریف شده باشد مثلا شماره پایه های آی سی ها ترانزیستور ها دیود ها led ها و هر قطعه استفاده شده در مدار، با pcb قطعه و واقعیت آن مطابقت داشته باشد. گاهی اوقات مهندسان تازه کار از طراحی شماتیک در طرح های ساده امتناع میکنند و آن را هدردادن زمان میدانند. به خصوص اگر قبلا یک یا دو طراحی مشابه انجام داده باشند، در حالیکه داشتن یک طرح شماتیک کامل از مدار و استفاده از آن به عنوان مرجع صحیح ارتباطات بین اجزا بسیار مفید خواهد بود. وجود تمام قطعات در یک سند و مشخص بودن ارتباطات تک تک اتصالات در مرحله طراحی pcb کمک بزرگی خواهد بود.
طراحی شماتیک برد مدار چاپی
دانش کافی نسبت به روشها و مراحل ساخت برد مدار چاپی داشته باشید: این دانش ها شامل حداقل قطر پد ، حداقل قطر خطوط (track) ، حداقل فاصله خطوط از هم (Clearance) می باشد که اگر درست انتخاب نکنیم باعث ایجاد اتصال کوتاه در برد مدار چاپی می شود و برد های مشکل دار طبیعتا درست کار نخواهند کرد!
به عنوان مثال، یک اشتباه رایج تازه کاران این است که ابعاد طرح را بسیار دقیق تعیین کرده و از ترک های با فواصل بسیار نزدیک و با خم های نود درجه استفاده میکنند. باید توجه کرد که علاوه بر عدم قابلیت اطمینان کافی در این نوع طراحی، ممکن است سازنده‌های کمی قادر به تولید چنین بردهای دقیقی باشند.
اصول طراحی برد مدار چاپی PCB
از ایجاد زوایای تیز داخلی و خارجی خودداری کنید، شارش الکترونها در مدار و ایجاد جریان الکتریکی همانند عبور رودخانه در مسیر خود، ممکن است به پیج و خم ها و تنگناها یی برخورد کند. وجود این تنگناها منتهی به ایجاد یک فیوز خودکار در مدار میشود! مثلا تنظیم یک مسیر به شکل V با زاویه خمش زیاد و عرض باریک آن باعث میشود در نقطه خاصی از جریان، مقاومت مسیر تحمل نداشته و به دمای ذوب رسیده و باعث قطع مدار شود ، یک خمش نود درجه اگر با دو خمش 45 درجه جایگزین شود بسیار بهینه تر خواهد بود. زوایای خمش زیاد مانند شکل V باعث کاهش سرعت انتشار سیگنال و حالت سوئیچبک میشود و حتی ممکن است ناخواسته باعث ایجاد یک اتوفیوز گردد
زوایای تیز داخلی و خارجی در طراحی برد مدار چاپی
از ارتباط دو نقطه با پهنای یکسان خودداری کنید زیرا باعث جاری شدن لحیم میشود
همیشه از کوتاه ترین مسیر ارتباط استفاده کنید.
فواصل خطوط کشیده شده را رعایت کنید. اولویت های مسیریابی باید بر پایه سطوح پاور، نویز و … باشد. برای کاهش هزینه ها تا جایی که امکان دارد مدارات چاپی را ساده طراحی نمایید، تا با ساده ترین تکنولوژی ممکن قابل تولید باشد. برای این منظور، مسیرها باید 10 میل یا بیشتر از لبه برد فاصله داشته باشند. فاصله بین دو مسیر که در واقع فاصله بین مراکز دو مسیر می باشد باید 10 میل یا بیشتر باشد
فواصل خطوط کشیده شده در طراحی برد مدار چاپی
رعایت حریم برد ( Outline) : بهتر است رئوس برد (PCB Outline) مشخص گردد. برای این منظور می توان با استفاده از خط خیلی نازک معمولا 0.05 میلیمتری (20 mil ) که مرکز آن بر مرز برد قرار دارد اینکار را انجام داد. این خطوط در فرایند ساخت درنظر گرفته نمی شود.
جایابی قطعات : بعد از مشخص کردن خط برش اطراف فیبر، اولین کار چیدمان قطعات بر روی فیبر است که باید فضای فیبر را به قسمتهای پاوری، سیگنالی، فرکانس بالا (High Frequency)، فرکانس پایین (Low Frequency)، ورودی، خروجی و … تقسیم بندی کنید. مهمترین قسمت طراحی یک برد مدار چاپی حرفه ای، چیدمان درست می باشد. اگر در چیدمان درست قطعات دقت کافی را داشته باشید ترکینگ مدار زمان زیادی طول نمی کشد.
هرگز چندجای سوراخ پی در پی را کناریکدیگر و مماس برهم قرار ندهید زیراباعث برجسته شدن لحیم میشود.
فوت پرینت (Footprint) کلیه قطعات را چک کنید و بررسی کنید که از لحاظ ابعادی کاملا با دیتاشیت قطعه مطابقت داشته باشد.
پین های کلیه قطعات در شماتیک را با دیتاشیت چک کنید و مطمئن شوید که ترتیب پین های شماتیک با ترتیب پین های فوت پرینتی که انتخاب کرده اید مطابقت دارد.
از اتصالات مدار شماتیک (مثلا Float نبودن نت ها) اطمینان حاصل کنید.
تعداد لایه های برد را مشخص کنید : گر قصد دارید برد چند لایه طراحی کنید ابتدا باید تعداد لایه ها را مشخص کنید و در مرحله بعد باید تفکیک لایه ها را مشخص کنید و تعیین کنید که کدام لایه را به زمین و کدام لایه را به تغذیه اختصاص می دهید.
ولتاژهای مدار را مشخص کنید و با توجه به ولتاژ مورد استفاده ایزولاسیون لازم را تعریف کنید.
جریانهای مدار را مشخص کنید و با توجه به جریان مورد استفاده ضخامت Track لازم را تعریف کنید. از ابزار Autorouter استفاده کنید، اما اعتماد نه! از مشکلات استفاده از این ابزار میتوان به ضخامت خطوط اشاره کرد. فقط طراح است که میداند از هر مسیری چه جریانی عبورمیکند
Autorouter همه مسیرها را با عرض یکسان در نظر خواهد گرفت. حتی اگر تنظیمات مربوطه را نیز با دقت انجام داده باشید باز هم قسمتی خواهد بود که به بازبینی طراح نیاز داشته باشد. با کمی خلاقیت میتوان بهترین استفاده را زا این ابزار برد. مثلا قسمت های مهم را به روش دستی مسیریابی کرد و سپس با قفل کردن مسیرهای طراحی شده، قسمت های باقیمانده را توسط ابزار خودکار کامل کرد!.
با توجه به نکات ذکر شده مربوط به فاز طراحی، قابل ذکر است ، شرکت با توانمندیهای قابل توجه در تولید و تامین بردهای مدار چاپی ، بنابر نیاز تولید کننده ، میتواند در زمان و هزینه شما صرفه جویی ایجاد کند ،سورنا الکترونیک، توانایی سفارش بردهای مدارچاپی PCB شما را به کمپانی های بزرگ و مطرح چین و تایوان سپرده و با کیفیت ترین PCBها را به شما ارائه می‌دهد .