Petua dan teknik untuk merancang papan litar kecil untuk mengecilkan saiz pcb

Untuk sebarang produk elektronik, sama ada telefon bimbit yang rumit atau mainan Elektronik kos rendah yang lain, Printed Circuit Boards (PCB) adalah komponen penting. Dalam kitaran pengembangan produk, pengurusan kos reka bentuk adalah masalah besar dan PCB adalah komponen yang paling diabaikan dan lebih mahal pada BOM. Kos PCB jauh lebih tinggi daripada komponen lain yang digunakan dalam litar, jadi pengurangan ukuran PCB bukan sahaja akan mengurangkan ukuran produk kami tetapi juga akan menurunkan kos pengeluaran dalam kebanyakan kes. Tetapi, bagaimana cara mengurangkan ukuran PCB adalah persoalan yang rumit dalam pengeluaran elektronik kerana ukuran PCB bergantung pada beberapa perkara dan mempunyai batasannya. Dalam artikel ini, kami akan menerangkan Teknik Reka Bentuk untuk mengurangkan ukuran PCB dengan membandingkan pertukaran dan kemungkinan penyelesaian untuknya.

PCB Pelbagai Lapisan untuk Mengurangkan Ruang Trek dan Jarak Komponen

Ruang utama dalam Printed Circuit Board diambil oleh routing. Tahap prototaip, setiap kali litar diuji, menggunakan satu lapisan atau papan PCB lapisan dua maksimum. Namun, selalunya, litar dibuat menggunakan SMD (Surface Mount Devices) yang memaksa pereka menggunakan papan litar lapisan dua. Merancang papan dalam lapisan dua membuka akses permukaan ke semua komponen dan menyediakan ruang papan untuk mengarahkan jejak. Ruang permukaan papan dapat meningkat lagi jika lapisan papan meningkat lebih banyak daripada dua lapisan, misalnya, empat atau enam lapisan. Tetapi, ada kekurangannya. Sekiranya papan direka menggunakan dua, empat, atau lebih lapisan membuat kerumitan besar dari segi pengujian, pembaikan, dan penyusunan semula litar.

Oleh itu, beberapa lapisan (Empat lapisan terutamanya) hanya mungkin dilakukan jika papan diuji dengan baik dalam fasa prototaip. Selain daripada ukuran papan, masa reka bentuk juga jauh lebih pendek daripada merancang litar yang sama pada papan lapisan tunggal atau dua yang lebih besar.

Secara amnya, jejak Daya dan lapisan pengisi jalan balik Tanah dikenal pasti sebagai jalan arus tinggi, oleh itu ia memerlukan jejak tebal. Jejak tinggi tersebut dapat disalurkan ke lapisan ATAS atau Bawah dan jalur arus rendah atau lapisan isyarat dapat digunakan sebagai lapisan dalaman dalam empat lapisan PCB. Gambar di bawah menunjukkan PCB 4 Lapisan.

Tetapi terdapat pertukaran umum. Kos PCB berbilang lapisan lebih tinggi daripada papan lapisan tunggal. Oleh itu, adalah mustahak untuk mengira tujuan kos sebelum menukar papan lapisan tunggal atau dua ke PCB empat lapisan. Tetapi peningkatan jumlah lapisan dapat mengubah ukuran papan secara dramatik.

Menguruskan Masalah Termal dengan mengubah Ketebalan Tembaga

PCB menyumbang kes yang sangat berguna untuk reka bentuk litar arus tinggi, yang merupakan pengurusan Termal dalam PCB. Apabila arus tinggi mengalir melalui jejak PCB, ia meningkatkan pelesapan haba dan menimbulkan rintangan pada lintasan. Namun, selain jejak tebal khusus untuk menguruskan jalur arus tinggi, kelebihan utama PCB ialah membuat pendingin PCB. Oleh itu, jika reka bentuk litar menggunakan sejumlah besar kawasan tembaga PCB untuk pengurusan haba atau memperuntukkan ruang besar untuk jejak arus tinggi, seseorang dapat mengecilkan ukuran papan dengan menggunakan ketebalan lapisan tembaga yang meningkat.

Sesuai dengan IPC2221A, seorang perancang harus menggunakan lebar jejak minimum untuk jalur arus yang diperlukan, tetapi pertimbangan harus diambil untuk jumlah luas jejak. Secara umum, PCB biasanya mempunyai ketebalan lapisan tembaga 1Oz (35um). Tetapi ketebalan tembaga dapat ditingkatkan. Oleh itu, dengan menggunakan matematik sederhana, menggandakan ketebalan menjadi 2Oz (70um) dapat memotong ukuran jejak setengah sebagai kapasiti arus yang sama luas. Selain daripada ini, ketebalan tembaga 2Oz boleh bermanfaat untuk pendingin haba berasaskan PCB. Terdapat juga kapasiti tembaga yang lebih berat yang juga boleh didapati antara 4Oz hingga 10Oz.

Oleh itu, meningkatkan ketebalan tembaga berkesan mengurangkan ukuran PCB. Mari lihat bagaimana ini boleh berkesan. Gambar di bawah adalah kalkulator berasaskan dalam talian untuk mengira lebar jejak PCB.

Nilai arus yang akan mengalir melalui jejak adalah 1A. Ketebalan tembaga ditetapkan sebagai 1 Oz (35 um). Kenaikan suhu pada jejak akan menjadi 10 darjah pada suhu persekitaran 25 darjah Celsius. Keluaran lebar jejak mengikut standard IPC2221A adalah-

Sekarang, dalam spesifikasi yang sama, jika ketebalan tembaga meningkat, lebar jejak dapat dikurangkan.

Ketebalan yang diperlukan hanya-

Pemilihan Pakej Komponen

Pemilihan komponen adalah perkara utama dalam reka bentuk litar. Terdapat komponen pakej yang sama tetapi berbeza yang terdapat dalam elektronik. Sebagai contoh, perintang sederhana dengan penilaian.125 Watt boleh didapati dalam pakej yang berbeza, seperti 0402, 0603, 0805, 1210, dll.

Selalunya, prototaip PCB menggunakan komponen yang lebih besar yang menggunakan perintang 0805 atau 1210 serta kapasitor yang tidak terpolarisasi dengan jarak lebih tinggi daripada umum kerana lebih mudah dikendalikan, dipateri, diganti, atau diuji. Tetapi taktik ini akhirnya mempunyai sejumlah besar ruang papan. Selama fasa pengeluaran, komponen dapat diubah menjadi paket yang lebih kecil dengan penilaian yang sama dan ruang papan dapat dimampatkan. Kami dapat mengurangkan saiz pakej komponen tersebut.

Tetapi keadaannya adalah pakej mana yang harus dipilih? Tidak praktikal menggunakan pakej yang lebih kecil daripada 0402 kerana mesin pilih dan letakkan standard yang tersedia untuk pengeluaran mungkin mempunyai batasan untuk menangani pakej SMD yang lebih kecil daripada 0402.

Kelemahan lain dari komponen yang lebih kecil adalah penarafan kuasa. Pakej yang lebih kecil daripada 0603 dapat menangani arus yang jauh lebih rendah daripada 0805 atau 1210. Jadi, pertimbangan yang teliti diperlukan untuk memilih komponen yang sesuai. Dalam hal demikian, setiap kali paket yang lebih kecil tidak dapat digunakan untuk pengurangan ukuran PCB, seseorang dapat mengedit jejak paket dan dapat mengecilkan komponen pad sejauh mungkin. Pereka mungkin dapat meremas sedikit perkara dengan mengubah jejak kaki. Oleh kerana toleransi reka bentuk, tapak kaki lalai yang tersedia adalah jejak kaki biasa yang dapat memuat versi paket apa pun. Sebagai contoh, jejak pakej 0805 dibuat sedemikian rupa sehingga dapat mencakup sebanyak mungkin variasi untuk 0805. Variasi itu berlaku kerana perbezaan kemampuan pembuatan.Syarikat yang berbeza menggunakan mesin pengeluaran yang berbeza yang mempunyai toleransi yang berbeza untuk pakej 0805 yang sama. Oleh itu, jejak pakej lalai sedikit lebih besar daripada yang diperlukan.

Seseorang dapat mengedit jejak kaki secara manual menggunakan lembar data komponen tertentu dan dapat mengecilkan ukuran pad jika diperlukan.

Ukuran papan dapat dikecilkan dengan menggunakan kapasitor Elektrolitik berasaskan SMD juga kerana sepertinya memiliki diameter lebih kecil daripada komponen lubang melalui dengan penilaian yang sama.

Penyambung Kompak Zaman Baru

Komponen lain yang lapar adalah penyambungnya. Penyambung menggunakan ruang papan yang lebih besar dan tapak kaki juga menggunakan pad berdiameter yang lebih tinggi. Menukar jenis penyambung boleh sangat berguna sekiranya penilaian arus dan voltan mengizinkan.

Syarikat pembuatan penyambung, misalnya, Molex atau Wurth Electronics atau syarikat besar lain selalu menyediakan jenis penyambung yang sama berdasarkan pelbagai saiz. Oleh itu, memilih ukuran yang tepat dapat menjimatkan kos serta ruang papan.

Rangkaian Perintang

Terutama dalam reka bentuk berasaskan mikrokontroler, perintang pas siri adalah yang selalu diperlukan untuk melindungi mikrokontroler dari aliran arus tinggi melalui pin IO. Oleh itu, lebih daripada 8 perintang, kadangkala lebih daripada 16 perintang diperlukan untuk digunakan sebagai perintang lulus siri. Sebilangan besar perintang menambah lebih banyak ruang dalam PCB. Masalah ini dapat diselesaikan dengan menggunakan rangkaian perintang. Rangkaian perintang berasaskan pakej 1210 yang sederhana dapat menjimatkan ruang untuk 4 atau 6 perintang. Gambar di bawah adalah 5 perintang dalam pakej 1206.

Pakej Bertumpu dan bukannya Pakej Standard

Terdapat banyak reka bentuk yang memerlukan pelbagai transistor atau lebih daripada dua MOSFET untuk tujuan yang berbeza. Menambah transistor individu atau Mosfet dapat menghabiskan lebih banyak ruang daripada menggunakan paket yang disusun.

Terdapat pelbagai pilihan yang menggunakan pelbagai komponen dalam satu pakej. Sebagai contoh, pakej dual Mosfet atau quad MOSFET juga tersedia yang hanya memakan satu Mosfet dan dapat menjimatkan sejumlah besar ruang papan.

Trik ini dapat diterapkan pada hampir setiap komponen. Ini membawa kepada ruang papan yang lebih kecil dan titik bonus adalah, kadang-kadang kos komponen tersebut lebih rendah daripada menggunakan komponen individu.

Perkara di atas adalah jalan keluar untuk pengurangan ukuran PCB. Walau bagaimanapun, kos, kerumitan berbanding ukuran PCB selalu mempunyai beberapa pertukaran keputusan penting. Seseorang perlu memilih jalan tepat yang bergantung pada aplikasi yang disasarkan atau untuk reka bentuk litar yang disasarkan khusus.