- Večplastna tiskana vezja za zmanjšanje prostora na progi in razmika komponent
- Obvladovanje toplotnih problemov s spreminjanjem debeline bakra
- Izbira paketa komponent
- Kompaktni priključki New Age
- Omrežja uporov
- Zloženi paketi namesto standardnih paketov
Za kateri koli elektronski izdelek, naj bo to zapleten mobilni telefon ali katera koli druga preprosta poceni igrača Electronics, so tiskana vezja (PCB) bistvena sestavina. V ciklu razvoja izdelka je obvladovanje stroškov načrtovanja velika težava in PCB je najbolj zapostavljena in dražja komponenta v specifikaciji. PCB stane veliko več kot katera koli druga komponenta, ki se uporablja v vezju, zato zmanjšanje velikosti PCB ne bo samo zmanjšalo velikost našega izdelka, ampak bo v večini primerov tudi znižalo proizvodne stroške. Toda kako zmanjšati velikost tiskanega vezja je zapleteno vprašanje pri proizvodnji elektronike, saj je velikost tiskanega vezja odvisna od nekaj stvari in ima svoje omejitve. V tem članku bomo opisali tehnike oblikovanja za zmanjšanje velikosti tiskanega vezja s primerjavo kompromisov in možnih rešitev zanje.
Večplastna tiskana vezja za zmanjšanje prostora na progi in razmika komponent
Glavno mesto na tiskanem vezju zavzame usmerjanje. V fazah prototipa, kadar koli preskusimo vezje, uporablja en sloj ali največ dvoslojne plošče PCB. Vendar večinoma vezje izdelujejo s pomočjo SMD (Surface Mount Devices), ki prisili oblikovalca, da uporabi dvoslojno vezje. Zasnova plošče v dvojnem sloju odpira površinski dostop do vseh komponent in zagotavlja plošče prostore za usmerjanje sledi. Prostor površine plošče se lahko znova poveča, če se sloj plošče poveča več kot dva sloja, na primer štiri ali šest slojev. Vendar pa obstaja pomanjkljivost. Če je plošča zasnovana z dvema, štirimi ali celo več plastmi, je to zelo zapleteno v smislu preskušanja, popravil in predelave vezja.
Zato je več plasti (večinoma štiri plasti) mogoče le, če je plošča dobro preizkušena v fazi prototipa. Razen velikosti plošče je čas načrtovanja tudi veliko krajši od načrtovanja istega vezja v večji enoslojni ali dvoslojni plošči.
Na splošno so plasti moči in polnilne plasti polnilne poti tal opredeljene kot visoke tokovne poti, zato zahtevajo debele sledi. Te visoke sledi je mogoče usmeriti v zgornjo ali spodnjo plast, poti nizkega toka ali plasti signala pa lahko uporabimo kot notranje plasti v štirih slojih PCB-jev. Spodnja slika prikazuje 4-slojni PCB.
Vendar obstajajo splošni kompromisi. Cena večplastnih PCB je višja kot pri enoslojnih ploščah. Zato je nujno izračunati namen stroškov, preden eno- ali dvoslojno ploščo zamenjate s štirislojno PCB. Toda povečanje števila slojev bi lahko drastično spremenilo velikost plošče.
Obvladovanje toplotnih problemov s spreminjanjem debeline bakra
PCB prispeva zelo koristen primer za zasnove močnostnih tokokrogov, to je upravljanje s toploto v PCB. Ko skozi tok PCB teče visok tok, povečuje odvajanje toplote in ustvarja odpornost na poteh. Razen namenskih debelih sledi za upravljanje visokotokovnih poti pa je glavna prednost PCB-ja ustvariti hladilnike PCB-ja. Če torej zasnova vezja uporablja veliko količino bakrovega PCB-ja za toplotno upravljanje ali dodelitev ogromnih prostorov za visoke tokovne sledi, lahko velikost plošče skrčimo z uporabo večje debeline bakrene plasti.
V skladu z IPC2221A mora oblikovalec uporabiti najmanjšo širino sledenja za zahtevane tokovne poti, vendar je treba upoštevati skupno površino sledenja. V splošnem so imele PCB debelino bakrene plasti 1Oz (35um). Toda debelino bakra lahko povečamo. Zato lahko z uporabo preproste matematike podvojitev debeline na 2Oz (70um) zmanjša velikost sledi za polovico enako široko trenutno zmogljivost. Razen tega je lahko debelina bakra 2 oz koristna tudi za hladilno telo na osnovi PCB. Na voljo je tudi večja zmogljivost bakra, ki je lahko na voljo od 4Oz do 10Oz.
Tako povečanje debeline bakra učinkovito zmanjša velikost PCB. Poglejmo, kako je to lahko učinkovito. Spodnja slika je spletni kalkulator za izračun širine sledi PCB.
Vrednost toka, ki bo tekel skozi sled, je 1A. Debelina bakra je nastavljena na 1 Oz (35 um). Dvig temperature na sledi bo 10 stopinj pri 25 stopinjah Celzija. Izhod širine sledi v skladu s standardom IPC2221A je
Zdaj, v isti specifikaciji, če se debelina bakra poveča, se lahko širina sledi zmanjša.
Potrebna debelina je samo-
Izbira paketa komponent
Izbira komponent je glavna stvar pri zasnovi vezja. V elektroniki so na voljo enaki, a različni sestavni deli paketa. Na primer, preprost upor z močjo.125 W je na voljo v različnih paketih, kot so 0402, 0603, 0805, 1210 itd.
V večini primerov prototip PCB uporablja večje komponente, ki uporabljajo upore 0805 ali 1210, pa tudi nepolarizirane kondenzatorje z večjo zračnostjo kot splošno zaradi enostavnejšega rokovanja, spajkanja, zamenjave ali testiranja. Toda ta taktika ima na koncu ogromno prostora na deski. V proizvodni fazi lahko sestavne dele spremenite v manjši paket z enakim nazivom in stisnete prostor na plošči. Velikost paketa teh komponent lahko zmanjšamo.
A situacija je, kateri paket izbrati? Nepraktično je uporabljati manjše pakete od 0402, ker imajo običajni stroji za izbiro in postavitev, ki so na voljo za proizvodnjo, omejitve pri ravnanju s SMD paketi, manjšimi od 0402.
Druga pomanjkljivost manjših komponent je moč. Manjši paketi kot 0603 bi lahko obdelali precej nižji tok kot 0805 ali 1210. Torej so za izbiro ustreznih komponent potrebni previdni premisleki. V takem primeru, kadar manjših paketov ni mogoče uporabiti za zmanjšanje velikosti PCB, lahko uredimo odtis paketa in lahko čim bolj skrčimo blazinico komponent. Oblikovalec bo morda s stiskanjem stvari nekoliko bolj stisnil stvari. Zaradi toleranc načrtovanja je razpoložljivi privzeti odtis pogost odtis, ki lahko vsebuje katero koli različico paketov. Na primer, odtis paketov 0805 je narejen tako, da lahko zajema čim več različic za 0805. Spremembe se zgodijo zaradi razlike v proizvodni sposobnosti.Različna podjetja uporabljajo različne proizvodne stroje, ki so imeli različna odstopanja za isti paket 0805. Tako so privzeti odtisi paketa nekoliko večji, kot so potrebni.
Odtis lahko ročno uredite s pomočjo podatkovnih listov določenih komponent in lahko po potrebi zmanjšate velikost blazinice.
Velikost plošče lahko zmanjšate tudi z uporabo elektrolitskih kondenzatorjev, ki temeljijo na SMD, ker se zdi, da imajo manjše premere kot sestavni deli skozi odprtine z enako oceno.
Kompaktni priključki New Age
Druga prostorsko lačna komponenta so priključki. Priključki uporabljajo več prostora na plošči, odtis pa uporablja tudi blazinice z večjim premerom. Spreminjanje vrst konektorjev je lahko zelo koristno, če to dovoljujejo nazivne in trenutne napetosti.
Podjetje za proizvodnjo konektorjev, na primer Molex ali Wurth Electronics ali katero koli drugo veliko podjetje, vedno ponuja istovrstne konektorje na osnovi več velikosti. Tako lahko z izbiro prave velikosti prihranite stroške in prostor na plošči.
Omrežja uporov
Serijski prehodni upori so v glavnem zasnovani na osnovi mikrokrmilnika, kar je vedno potrebno za zaščito mikrokrmilnika pred visokim pretokom toka skozi IO zatiče. Zato je treba uporabiti več kot 8 uporov, včasih tudi več kot 16 uporov kot zaporedne uporovne upore. Tako veliko število uporov dodaja veliko več prostora na PCB. To težavo je mogoče rešiti z uporabo uporovnih omrežij. Preprosto omrežje uporov, ki temelji na paketu 1210, lahko prihrani prostor za 4 ali 6 uporov. Spodnja slika je 5 upor v paketu 1206.
Zloženi paketi namesto standardnih paketov
Obstaja veliko modelov, ki zahtevajo več tranzistorjev ali celo več kot dva MOSFET-a za različne namene. Seštevanje posameznih tranzistorjev ali Mosfetov bi lahko imelo več prostora kot uporaba zloženih paketov.
Obstajajo različne možnosti, ki uporabljajo več komponent v enem paketu. Na voljo so na primer dvojni paketi Mosfet ali quad MOSFET, ki zavzamejo prostor le enega Mosfet-a in lahko prihranijo ogromno prostora na plošči.
Te trike je mogoče uporabiti za skoraj vsako komponento. To vodi do manjšega prostora na plošči in dodatna točka je, da so včasih stroški teh komponent nižji kot pri uporabi posameznih komponent.
Zgornje točke so možen izhod za zmanjšanje velikosti PCB. Vendar pa imajo stroški, zapletenost v primerjavi z velikostjo PCB vedno nekaj bistvenih kompromisov, povezanih z odločitvijo. Treba je izbrati natančno pot, ki je odvisna od ciljne aplikacije ali za določeno zasnovo ciljnega vezja.