Съвети и техники за проектиране на малки платки за намаляване на размера на печатни платки

За всеки електронен продукт, било то сложен мобилен телефон или друга обикновена евтина играчка Electronics, печатните платки (PCB) са съществен компонент. В цикъла на разработване на продукта управлението на разходите за проектиране е огромен проблем и PCB е най-пренебрегваният и по-скъп компонент на спецификацията. ПХБ струва много повече от всеки друг компонент, използван във верига, така че намаляването на размера на ПХБ не само ще намали размера на нашия продукт, но и ще намали производствените разходи в повечето случаи. Но как да се намали размерът на печатни платки е сложен въпрос в производството на електроника, тъй като размерът на печатната платка зависи от няколко неща и има своите ограничения. В тази статия ще опишем техниките за проектиране за намаляване на размера на печатни платки чрез сравняване на компромисите и възможните решения за тях.

Многослойна печатна платка за намаляване на пистата и разстоянието между компонентите

Основното пространство в печатната платка се заема от маршрутизацията. При етапите на прототипа, когато веригата се тества, се използва един слой или максимум двуслойна платка. Въпреки това, през повечето време, веригата се прави с помощта на SMD (Surface Mount Devices), което принуждава дизайнера да използва двуслойна платка. Проектирането на платката в двоен слой отваря повърхностния достъп до всички компоненти и осигурява плоскости за маршрутизиране на следите. Пространството на повърхността на дъската може да се увеличи отново, ако слоят на дъската се увеличи повече от двата слоя, например четири или шест слоя. Но има недостатък. Ако платката е проектирана с помощта на два, четири или дори повече слоя, създава огромна сложност по отношение на тестване, ремонт и преработка на верига.

Следователно множество слоеве (главно четири слоя) са възможни само ако платката е добре тествана във фазата на прототипа. Освен размера на платката, времето за проектиране също е много по - кратко от проектирането на същата схема в по-голяма еднослойна или двуслойна платка.

По принцип слоевете за мощност и запълване на земната пътека за връщане се идентифицират като високи токови пътеки, поради което те изискват дебели следи. Тези високи следи могат да бъдат пренасочени в горния или долния слой, а пътищата с нисък ток или слоевете на сигнала могат да се използват като вътрешни слоеве в четири слоя печатни платки. Изображението по-долу показва 4-слойна платка.

Но има общи компромиси. Цената на многослойните печатни платки е по-висока от еднослойните платки. Поради това е от съществено значение да се изчисли цената на разходите, преди да се смени еднослойна или двуслойна платка на четирислойна ПХБ. Но увеличаването на броя на слоевете може драстично да промени размера на дъската.

Управление на топлинните проблеми чрез промяна на дебелината на медта

ПХБ допринася за един много полезен случай за проектиране на вериги с висок ток, което е управлението на топлината в ПХБ. Когато през тока на печатни платки протича силен ток, той увеличава разсейването на топлината и създава устойчивост по пътеките. Въпреки това, освен специалните дебели следи за управление на силни токови пътища, основно предимство на печатната платка е създаването на радиаторни печатни платки. По този начин, ако дизайнът на веригата използва значително количество медна площ от печатни платки за термично управление или разпределя огромни пространства за високи следи от ток, може да се намали размерът на платката, като се използва увеличаване на дебелината на меден слой.

Съгласно IPC2221A, дизайнерът трябва да използва минимална ширина на проследяване за необходимите текущи пътища, но трябва да се вземе предвид общата площ на проследяване. Обикновено печатните платки са имали дебелина на медния слой от 1Oz (35um). Но дебелината на медта може да се увеличи. Следователно, като се използва проста математика, удвояването на дебелината до 2Oz (70um) може да намали размера на следата наполовина като широк същият токов капацитет. Освен това дебелината на медта от 2Oz може да бъде от полза и за радиатора, базиран на печатни платки. Съществува и по-тежкият капацитет на медта, който също може да бъде на разположение, който варира от 4Oz до 10Oz.

По този начин увеличаването на дебелината на медта ефективно намалява размера на печатни платки. Нека да видим как това може да бъде ефективно. Изображението по-долу е онлайн базиран калкулатор за изчисляване на ширината на проследяване на печатни платки.

Стойността на тока, който ще тече през следата, е 1А. Дебелината на медта е зададена като 1 Oz (35 um). Повишаването на температурата по следите ще бъде 10 градуса при 25 градуса по Целзий околната температура. Изходът на ширината на проследяване съгласно стандарта IPC2221A е-

Сега, в същата спецификация, ако дебелината на медта се увеличи, ширината на следата може да бъде намалена.

Необходимата дебелина е само-

Избор на компонентни пакети

Изборът на компоненти е основно нещо в дизайна на веригата. В електрониката се предлагат едни и същи, но различни компоненти на пакета. Например, обикновен резистор с мощност от.125 вата може да се предлага в различни опаковки, като 0402, 0603, 0805, 1210 и т.н.

По-голямата част от времето прототипът на печатни платки използва по-големи компоненти, които използват резистори 0805 или 1210, както и неполяризирани кондензатори с по-голям просвет от общия, поради по-лесното боравене, запояване, подмяна или тестване. Но тази тактика в крайна сметка има огромно пространство на борда. По време на производствената фаза компонентите могат да бъдат сменени на по-малка опаковка със същия рейтинг и пространството на платката може да бъде компресирано. Можем да намалим размера на опаковката на тези компоненти.

Но ситуацията е кой пакет да изберете? Непрактично е да се използват по-малки пакети от 0402, тъй като стандартните машини за избор и поставяне, които са на разположение за производството, могат да имат ограничения за обработка на SMD пакети, по-малки от 0402.

Друг недостатък на по-малките компоненти е мощността. По-малките пакети от 0603 могат да се справят с много по-нисък ток от 0805 или 1210. Така че са необходими внимателни съображения, за да изберете правилните компоненти. В такъв случай, когато по-малките опаковки не могат да се използват за намаляване на размерите на печатни платки, може да се редактира отпечатъкът на пакета и да се свие подложката на компонентите, доколкото е възможно. Дизайнерът може да успее да стисне нещата малко по-стегнато, като смени отпечатъците. Поради конструктивните допустими отклонения, наличният отпечатък по подразбиране е общ отпечатък, който може да побере всяка версия на пакетите. Например отпечатъкът на пакетите 0805 е направен по такъв начин, че да може да обхване възможно най-много вариации за 0805. Вариациите се случват поради разликата в производствените възможности.Различните компании използват различни производствени машини, които преди са имали различни допустими отклонения за една и съща опаковка 0805. По този начин отпечатъците по подразбиране на пакета са малко по-големи от необходимото.

Човек може ръчно да редактира отпечатъка, като използва таблиците с данни на конкретните компоненти и може да намали размера на подложката, ако е необходимо.

Размерът на платката може да се свие, като се използват и електролитни кондензатори, базирани на SMD, тъй като те изглеждаха с по-малък диаметър от компонентите с отвори със същия рейтинг.

Компактни конектори New Age

Друг жаден за пространство компонент са съединителите. Конекторите използват по-голямо пространство на платката, а отпечатъкът също използва подложки с по-голям диаметър. Промяната на типовете съединители може да бъде много полезна, ако токът и напрежението позволяват.

Компанията за производство на конектори, например Molex или Wurth Electronics или други големи компании, винаги предлагат базирани на множество размери един и същи тип конектори. По този начин, изборът на правилния размер може да спести разходите, както и мястото на дъската.

Резисторни мрежи

Главно в дизайна, базиран на микроконтролер, серийните преминаващи резистори са това, което винаги е необходимо, за да се защити микроконтролерът от висок токов поток през IO щифтовете. Следователно повече от 8 резистора, понякога повече от 16 резистора са необходими, за да се използват като последователно преминаващи резистори. Такъв огромен брой резистори добавят много повече място в печатната платка. Този проблем може да бъде решен с помощта на резисторни мрежи. Една проста резисторна мрежа, базирана на пакет 1210, може да спести място за 4 или 6 резистора. Изображението по-долу е 5 резистор в пакет 1206.

Подредени пакети вместо стандартни пакети

Има много дизайни, които изискват множество транзистори или дори повече от два MOSFET за различни цели. Добавянето на отделни транзистори или Mosfets може да доведе до повече пространство, отколкото използването на подредени пакети.

Съществуват разнообразни опции, които използват множество компоненти в един пакет. Например, налични са и двойни Mosfet или четворни MOSFET пакети, които заемат пространството само на един Mosfet и могат да спестят огромно количество място на борда.

Тези трикове могат да бъдат приложени към почти всеки компонент. Това води до по-малко пространство на дъската и бонус точката е, че понякога цената на тези компоненти е по-ниска, отколкото при използването на отделни компоненти.

Горните точки са възможният изход за намаляване на размера на печатни платки. Въпреки това, разходите, сложността спрямо размера на печатни платки винаги имат някои важни компромиси, свързани с вземането на решения. Човек трябва да избере точния път, който зависи от целевото приложение или за конкретния дизайн на целевата схема.