Jesteś w:

Projektowanie PCB – praktyczne wskazówki dla początkujących

Opublikowano: 28-07-2015

Projektowanie PCB

Płyty obwodów drukowanych służą do utrzymywania układów scalonych i innych komponentów elektronicznych, oraz stanowią wzajemne połączenia między nimi. Praktycznie każde urządzenie elektroniczne zbudowane jest z co najmniej jednej płyty PCB. Tworzone są powszechnie dla elektroniki przenośnej, komputerów, telefonów i innych urządzeń, obecnie służących głównie komunikacji i rozrywce. Wykorzystuje się je również w sprzęcie pomiarowym, w branży motoryzacyjnej czy kosmonautycznej. Jak ważne jest projektowanie dobrej jakości PCB wiedzą głównie inżynierowie tam zatrudnieni. 

Projektowanie PCB nauczane jest jedynie w szkołach wyższych o odpowiednim profilu. Zadaniem techników i inżynierów jest zaprojektować wysokiej jakości obwody drukowane, trzymając się wcześniej ustalonej dokumentacji, listy komponentów, harmonogramu i budżetu. Najważniejszą rolę pełnią funkcje, jakie PCB mają posiadać. Dla wielu zleceniodawców niemałe znaczenie ma również wpływ na środowisko naturalne.

Wykaz materiałów BOM

Wykaz materiałów niezbędnych w projekcie (BOM ang. Bill Of Materials) generowany jest jednocześnie z tworzonym schematem. Zawiera on ilości referencyjne, wartości desygnatorów, numery produkcyjne. Są to wartości krytyczne, konieczne przy tworzeniu budżetu, w zaopatrzeniu oraz dla traceability – śledzenia historii produkcyjnej urządzenia. Listę komponentów do obwodu opiera się  na podstawie analizy maksymalnych napięć pracy i bieżących poziomów każdego węzła w obwodzie, biorąc pod uwagę kryteria tolerancji. Zamiany komponentów dokonuje się na życzenie zamawiającego, na podstawie dostępności i ceny, zachowując podstawowe parametry elementu. W razie zamiany, lista BOM ulega aktualizacji.

Dokumentacja PCB

Dokumentacja projektowanych PCB powinna zawierać sprzętowe rysunki wymiarowe, schemat, listę BOM, plik układu, plik kwalifikacyjny podzespołów, zestaw plików Gerber i, jeśli wymagane, dodatkowe instrukcje. Mianem plików Gerber określa się zestawienie plików wyjściowych układu, które są wykorzystywane przez producentów do tworzenia płytek drukowanych PCB. Kompletny zestaw plików Gerber zawiera pliki wyjściowe wygenerowane z pliku układu, zawiera informacje o sitodruku, soldermaskach, warstwach metalowych, montażu, wierceniu, współrzędnych położenia komponentów itp.

Projektowanie PCB – nie tylko schemat

Przed przystąpieniem do tworzenia schematu należy przemyśleć, jaki obwód chcemy zbudować. Potrzebne będzie również oprogramowanie do projektowania PCB, które przenosząc tworzony schemat obwodu na rysunek graficzny lub wizualizację PCB z komponentami, znacznie ułatwia pracę.

Podstawowym zadaniem projektanta PCB jest dobranie odpowiedniej szerokości ścieżek i ustalenie odstępów między komponentami. Projekt PCB powinien być dopasowany do możliwości montażowych danego zakładu produkcyjnego.

Należy kierować się zasadą, która zakazuje stosowania kątów prostych przy prowadzeniu ścieżek.

Zwykle, najlepiej jest umieszczać komponenty wyłącznie na wierzchniej (górnej, top) powierzchni PCB. Komponenty powinny być umieszczone w następującej kolejności: złącza, układy zasilające, obwody wrażliwe i precyzyjne, krytyczne elementy obwodu i pozostałe. Na ogół, komponenty mają standardową numerację pinów w lewym górnym rogu. Elementy symetryczne układa się wzdłuż tej samej osi, a elementy ze znakami orientującymi w tym samym kierunku. Na formatkach stosuje się marginesy oraz oznaczanie punktów odniesienia dla maszyn montażowych, zwykle okręgów, kwadratów lub krzyży.

Istotnym problemem jest zachowanie właściwych odległości, zarówno między komponentami, jak i odległości komponentów od krawędzi płytki. Chociaż umieszczenie komponentów blisko siebie, upakowanie i zmniejszenie rozmiarów PCB wydaje się być bardzo kuszące, w praktyce sprawiać będzie sporo problemów. Podstawowym błędem początkujących projektantów PCB jest zbyt bliskie ułożenie elementów, co prowadzi do tzw. „cieniowania”, czyli wzajemnego zasłaniania się przez komponenty podczas lutowania na fali. W tym samym celu stosuje się oddzielanie padów elementów SMD kolejnymi warstwami maski oraz układanie elementów SMD i THT według ich wysokości. Zbyt bliskie ułożenie komponentów przy krawędzi może spowodować ich mikropęknięcia przy separowaniu formatki. Pamiętać należy, że im więcej pinów posiada komponent, tym więcej miejsca potrzebuje, a zachowanie właściwych odstępów znacznie ułatwi automatyczne prowadzenie ścieżek i proces lutowania.

W przypadku elementów do montażu przewlekanego, ważną rolę odgrywa prawidłowa średnica otworów w PCB. Zbyt wąskie, wydłużą czas montażu THT lub doprowadzą do uszkodzenia elementów.

Powyższe wskazówki skierowane są do osób rozpoczynających przygodę z projektowaniem PCB. Zostały one oparte na praktykach stosowanych przez producentów elektroniki, jednak powinny znaleźć zastosowanie w każdej dziedzinie, również przy projektowaniu PCB do celów indywidualnych. Odrobina praktyki i wiedza techniczna wystarczą by zacząć projektowanie PCB.

grafika: wiktorkolodziej.pl   realizacja: wajcowicz.pl