Hem > Resurser > Bloggar > Bemästra konsten att designa och tillverka kretskort: Tips och tekniker för framgång

Bemästra konsten att designa och tillverka kretskort: Tips och tekniker för framgång

2023-06-20Reporter: SprintPCB

PCB (Printed Circuit Board) är en oumbärlig nyckelkomponent i moderna elektroniska apparater. Oavsett om det är en liten elektronisk apparat eller en stor industriell utrustning krävs högkvalitativa och tillförlitliga kretskort för att säkerställa enhetens prestanda och tillförlitlighet. Den här artikeln kommer att dela några framgångsrika tips och tekniker för entusiaster inom kretskortsindustrin, vilket hjälper dem att bemästra konsten att designa och tillverka kretskort.

Steg 1: Förstå principerna för kretskortsdesign

Innan man påbörjar designen av kretskort är det avgörande att ha en djup förståelse för principerna bakom det. Att behärska grunderna i elektriska principer, signalöverföring, bruskontroll och elektromagnetisk kompatibilitet kan hjälpa konstruktörer att undvika potentiella problem och förbättra designkvaliteten. När det gäller grunderna i elektriska principer, signalöverföring, bruskontroll och elektromagnetisk kompatibilitet, här är några viktiga begrepp och principer. Elektriska principer: Spänning: Representerar potentialskillnaden och fungerar som drivkraft för laddningsflödet i en krets. Ström: Avser den hastighet med vilken laddning passerar genom en ledare, vilket representerar laddningsflödet i en krets. Resistans: Bestämmer i vilken grad strömflödet hindras, mätt i ohm. Kapacitans: Förmågan att lagra laddningar, vilket resulterar i separation av laddningar mellan två ledare. Induktans: En ledares respons på strömförändringar, vilket genererar ett magnetfält. Signalöverföring: Transmissionsledning: En tråd eller kabel som används för att överföra signaler inom en krets. Bandbredd: Frekvensområdet som en signalöverföringsledning kan överföra. Klocksignal: En signal som används för att synkronisera och tidsstyra olika komponenter i elektroniska enheter. Seriell kommunikation: En kommunikationsmetod som överför data bit för bit. Parallell kommunikation: En kommunikationsmetod som samtidigt överför flera bitar. Bruskontroll: Signalstörningar: Elektromagnetisk störning från andra elektroniska enheter eller kretsar som påverkar signalkvaliteten. Jordslingor: Brus orsakat av potentiella skillnader i jordning mellan olika platser. Brusdämpning: Minskning av brusstörningar med hjälp av metoder som filter, skärmning och avkopplingskondensatorer. Differentialsignal: Minskning av brusstörningar genom att kombinera en signal med dess inverterade signal. Elektromagnetisk kompatibilitet: Elektromagnetisk strålning: Elektromagnetiska vågor som genereras av elektroniska enheter som kan störa andra enheter. Skärmning: Användning av metallhöljen eller lager för att blockera och isolera elektromagnetisk strålning och störningar. Jordningsdesign: Korrekt planering och anslutning av enhetsjordning för att minska elektromagnetisk störning och jordslingor. En grundlig förståelse av dessa koncept hjälper dig att åtgärda problem och optimera dina designer bättre under kretskortsdesign- och tillverkningsprocessen.

Steg 2: Välja lämpligt verktyg för design av kretskort

Att välja rätt verktyg för kretskortsdesign är en av nyckelfaktorerna för framgång. Det finns många kraftfulla programvaror för kretskortsdesign tillgängliga på marknaden, till exempel Altium Designer, Eagle och KiCad. Genom att välja ett verktyg som passar deras behov kan konstruktörer effektivt slutföra sitt kretskortsdesignarbete. Här är några fördelar och nackdelar med programvara för kretskortsdesign som Altium Designer , Eagle och KiCad .

verktyg för design av kretskort

Fördelar med Altium Designer: Kraftfulla funktioner och omfattande designmiljö lämplig för komplexa kretskortsdesigner. Erbjuder ett rikt bibliotek och en komponentdatabas för enkel användning av konstruktörer. Avancerade layout- och routingfunktioner som effektivt hanterar komplexa kretsdesigner. Stöder flera filformat och integrerade versionshanteringssystem för enkelt teamsamarbete. Erbjuder omfattande simulerings- och valideringsverktyg som hjälper till med designverifiering och problemlösning. Nackdelar med Altium Designer: Hög kostnad, vilket kanske inte är överkomligt för enskilda konstruktörer eller små team. Inlärningskurvan är brant och det tar lite tid att bekanta sig med och behärska programvaran. Att hantera storskaliga projekt kan kräva högre datorspecifikationer och resurser.

kretskortsdesignverktyg örn

Fördelar med Eagle: Användarvänligt gränssnitt som är lätt att lära sig och använda. Erbjuder en gratisversion lämplig för enskilda designers eller små projekt. Aktiv användargemenskap och omfattande resursstöd. Bra layout- och routingfunktioner lämpliga för medelstora kretskortsdesigner. Nackdelar med Eagle: Prestandabegränsningar vid hantering av komplexa och storskaliga projekt. Begränsad funktionalitet, saknar vissa avancerade funktioner och simuleringsverktyg. Köp av betalda versioner kan krävas för avancerade funktioner och utökad funktionalitet. verktyg för design av kretskort 1

Fördelar med KiCad: Gratis och öppen källkod, lämplig för enskilda konstruktörer och små team. Erbjuder stabila layout- och routingfunktioner för medelstora kretskortsdesigner. Aktiv användargemenskap och omfattande resursstöd. Anpassningsbar och utökningsbar programvarufunktionalitet för att möta individuella behov. Nackdelar med KiCad: Brant inlärningskurva, kräver mer tid att bemästra jämfört med annan kommersiell programvara. Vissa avancerade funktioner och simuleringsverktyg kan saknas eller vara mindre kraftfulla jämfört med kommersiell programvara. Saknar vissa avancerade funktioner som 3D-visualisering.

Steg 3: Noggrann layout och routing vid design av kretskort

layout i kretskortsdesign

Bra layout och routing kan minimera signalstörningar och brus samtidigt som det förbättrar kretsens prestanda och stabilitet. Under layouten bör konstruktörer arrangera komponentplaceringar på ett klokt sätt, vara uppmärksamma på routingen av signaler och kraftledningar samt utföra jordplansplanering. Vid routing bör lämpliga spårbredder och avstånd användas för att undvika korsstörningar och optimera signalintegriteten. Här är några praktiska exempel och tekniker för att minimera signalstörningar och brus, och förbättra kretsens prestanda och stabilitet under PCB-layout och routing. Separera analoga och digitala signaler: Separera layouten av analoga och digitala signaler för att undvika ömsesidig störning. Analoga signaler är vanligtvis mer känsliga och bör isoleras från digitala signaler så mycket som möjligt. Jordplansplanering: Korrekt jordplanplanering minskar brus och störningar på jordåtergångsvägen. Säkerställ tillräckliga jordplansytor och goda anslutningar till jordstiften på relevanta komponenter. Hantera höghastighetssignaler: För höghastighetssignalledningar, använd tekniker som differentialpar, impedansmatchning och signallängdsmatchning för att bibehålla signalintegriteten. Dessa tekniker kan minska signalförvrängning och överhörning, vilket förbättrar signalkvaliteten. Separera kraft- och signalledningar: Separera layouten av kraft- och signalledningar för att minimera effekten av kraftbrus på signaler. Undvik att dra kraft- och signalledningar parallellt och håll dem så långt ifrån varandra som möjligt. Undvik korsstörningar: Undvik att korsa signalledningar vid routing. Korsstörningar kan orsaka överhörning och elektromagnetisk störning, vilket leder till försämrad signalkvalitet. Använd routing mellan lager eller använd vias för anslutningar mellan lager för att undvika korsstörningar. Stiftallokeringsstrategi: Allokera stiften klokt för att hålla signalvägarna mellan relevanta komponenter så korta och direkta som möjligt. Detta hjälper till att minska signalöverföringsfördröjning, förlust och kretsöverhörning. Styrimpedans: Kontrollera impedansen hos signalledningarna så att den matchar den karakteristiska impedansen hos drivrutiner och mottagare enligt designkraven. Impedansavvikelse kan resultera i signalreflektion och integritetsproblem. Jordstiftlayout: För känsliga analoga kretsar, försök att koncentrera jordstiften tillsammans för att bilda bra jordningspunkter, vilket minskar brus på jordåtergångsvägen. Elektromagnetisk skärmning: För bruskänsliga kretsar eller moduler kan elektromagnetiska skärmningstekniker användas, såsom att använda skärmburkar, skärmning mellan lager och jordplansisolering, för att minska effekten av externa störningar. Koppling och vridning: För signaler som kräver koppling, såsom klocksignaler och motsvarande jordledningar, dra dem tillsammans på ett vridet sätt för att minimera störningar och överhörning.

Steg 4: Överväg värmehantering

Värmehantering är en viktig faktor att beakta vid konstruktioner av kretskort med hög effekt eller stora kretskort. Korrekt placering av kylflänsar, kylfläktar eller kylflänsar är nödvändig för att säkerställa att kretstemperaturen håller sig inom acceptabla gränser. Dessutom kan val av lämpliga termiska material och tekniker som kylflänsar, termiska dynor och termiskt fett förbättra värmeavledningseffektiviteten. När det gäller värmehantering i elektroniska enheter eller kretskort är kylflänsar, termiska dynor och termiskt fett vanliga lösningar. De fungerar var och en baserat på olika principer, och nedan följer en förklaring av var och en. En kylfläns är en metallkomponent med hög värmeledningsförmåga, vanligtvis tillverkad av aluminium eller koppar. Dess funktionsprincip innebär att öka ytan och ge en större avledningsyta för att accelerera värmeledning och avledning. Kylflänsen kommer i nära kontakt med den komponent som behöver kylas, såsom en processor eller effektförstärkare, och överför värme från komponentens yta till kylflänsen genom värmeledning. Värmen avleds sedan till den omgivande luften genom den större ytan på kylflänsens fenor. Kylflänsdesign fokuserar vanligtvis på att maximera ytan, förbättra värmeavledningseffektiviteten och förbättra luftflödets konvektion för att ytterligare förbättra kyleffektiviteten. En termisk kudde är ett mjukt material som vanligtvis är tillverkat av silikongel eller gummi med god värmeledningsförmåga. Dess funktionsprincip innebär att fylla gapet mellan värmekällan och kylflänsen för att förbättra värmeledningseffektiviteten. Termiska kudder kan placeras mellan elektroniska komponenter (såsom chips eller kraftmoduler) och kylflänsar. De har en viss kompressibilitet, vilket gör att de kan fylla oregelbundna mellanrum och ge en bättre värmeledningsväg. Termisk kuddes värmeledningsförmåga hjälper till att snabbt överföra värme från värmekällan till kylflänsen, vilket uppnår effektiv värmehantering. Termiskt fett är en förening med hög värmeledningsförmåga, vanligtvis tillverkad av silikonfett eller metalloxider. Dess funktionsprincip innebär att fylla små mellanrum mellan ytan på elektroniska komponenter och kylflänsen, vilket förbättrar värmeledningseffektiviteten mellan de två. Termiskt fetts huvudsakliga roll är att fylla i mindre ojämnheter och mellanrum i ytan, minska det termiska motståndet vid det termiska gränssnittet och förbättra värmeledningseffektiviteten. Genom att applicera en lämplig mängd kylfett kan bättre termisk kontakt uppnås, vilket förbättrar värmeledningen från värmekällan till kylflänsen. Dessa värmehanteringslösningar spelar en avgörande roll i elektroniska apparater, och hjälper till att effektivt överföra värme från värmekällor till kylflänsar och säkerställer att enhetens temperatur håller sig inom ett säkert intervall.

Steg 5: Val av lämpliga material och tillverkare

Att välja högkvalitativa kretskortsmaterial och pålitliga tillverkare är avgörande för att säkerställa kretskortets prestanda och tillförlitlighet. Premiummaterial kan ge bättre signalöverföring och mekanisk hållfasthet, medan pålitliga tillverkare kan säkerställa högkvalitativa tillverkningsprocesser och snabba leveranser. Här är några välkända varumärken för kretskortsmaterial. Isola är en globalt ledande tillverkare av högpresterande isoleringssubstratmaterial och erbjuder ett brett utbud av kretskortsmateriallösningar. Rogers Corporation specialiserar sig på högpresterande material och tillhandahåller innovativa kretskortsmaterial som RO4000-, RO3000- och RT/duroid-serien för elektronikindustrin.

Rogers Corporation

Panasonic är en välkänd elektroniktillverkare som även erbjuder en mängd olika kretskortsmaterial, inklusive högpresterande kopparfolie och polyimidsubstrat.

Panasonic

Shengyi Technology är en av de ledande tillverkarna av kretskortsmaterial i Kina och erbjuder ett brett utbud av kopparfolier, förimpregnerade filmer och substratmaterial.

ITEQ är en globalt ledande leverantör av högpresterande substratmaterial, inklusive glasfiberkort, polyimidkort och flerskiktsmaterial. Ventec International Group tillhandahåller innovativa kretskortsmateriallösningar, inklusive höghastighets-/högfrekvensmaterial, värmehanteringsmaterial och miljövänliga material. TUC är en leverantör inriktad på styva och flexibla kretskortsmaterial, vars produkter används i stor utsträckning inom fordons-, kommunikations- och konsumentelektronikindustrin.

Steg 6: Genomför rigorösa tester och validering

Att genomföra rigorösa tester och validering är ett viktigt steg innan man går vidare till massproduktion av kretskortet. Genom att använda olika testmetoder som funktionstestning, signalintegritetstestning och tillförlitlighetstestning säkerställs att kretskortets prestanda uppfyller förväntningarna och potentiella problem identifieras och åtgärdas. Funktionstestning, signalintegritetstestning och tillförlitlighetstestning är viktiga testmetoder inom kretskortsdesign och tillverkning som hjälper till att säkerställa kretskortets prestanda och tillförlitlighet. Här är några vanliga metoder och steg för dessa tester. Funktionstestning syftar till att verifiera om kretsarna och komponenterna på kretskortet fungerar som förväntat. Dessa tester kan utföras genom följande steg. Förbered en testplan: Bestäm de funktioner som ska testas och de förväntade resultaten. Skriv testskript: Förbered testskript eller testfall baserat på testplanen. Ställ in testutrustning: Skaffa nödvändig testutrustning och verktyg såsom oscilloskop, multimetrar etc. Anslut testutrustning: Anslut testutrustningen till relevanta gränssnitt eller stift på kretskortet. Utför testerna: Följ testskripten steg för steg och registrera testresultaten. Analysera resultaten: Analysera testresultaten för att bekräfta om funktionaliteten fungerar korrekt. Felsök problem: Om några problem identifieras under testningen, spåra och åtgärda felen, och testa sedan igen i enlighet därmed. Signalintegritetstestning används för att säkerställa att signaler inte påverkas av brus, distorsion eller störningar under överföringen på kretskortet. Här är de allmänna stegen för att utföra signalintegritetstestning. Designa ett signalintegritetstestkort: Skapa ett dedikerat kort eller en krets för signalintegritetstestning. Definiera testpunkter: Välj de signalvägar och testpunkter som ska testas. Lägg till signalprober: Anslut signalprober till testpunkterna för att övervaka signalernas vågform. Applicera signaler: Injicera lämpliga signaler vid testpunkterna. Observera signalvågformer: Använd enheter som oscilloskop eller logiska analysatorer för att observera signalernas vågform, brus och timing. Analysera resultaten: Utvärdera signalintegriteten genom att jämföra de förväntade signalvågformerna med de observerade vågformerna. Optimera designen: Om några signalintegritetsproblem upptäcks, justera kretskortets design, till exempel genom att ändra routing, lägga till termineringsmotstånd eller integrera skärmning. Tillförlitlighetstestning syftar till att bedöma kretskortets prestanda och tillförlitlighet under långvarig drift. Här är några vanliga metoder för att utföra tillförlitlighetstestning. Temperaturcyklingstestning: Placera kretskortet i olika temperaturmiljöer, såsom höga och låga temperaturer, för att simulera extrema driftsförhållanden. Vibrationstestning: Anslut kretskortet till ett vibrationsbord och utsätt det för vibrationstester vid olika frekvenser och amplituder för att simulera vibrationsmiljöer under transport eller drift. Fuktighetstestning:Exponera kretskortet för en miljö med hög luftfuktighet för att testa dess fukttålighet och simulera fuktiga arbetsförhållanden. Elektrisk termisk stresstestning: Utvärdera hållbarheten hos kretskortets elektroniska komponenter och lödfogar genom att applicera elektrisk ström och utföra termiska cyklingstester. Elektrisk prestandatestning: Utför mätningar av elektriska parametrar på kretskortet, såsom resistans, kapacitans, isolationsmotstånd etc., för att verifiera överensstämmelse med specifikationerna. Tillförlitlighetsbedömning: Utvärdera kretskortets tillförlitlighet och identifiera potentiella problem baserat på testresultaten och specifikationskraven. Att behärska konsten att designa och tillverka kretskort kräver kontinuerligt lärande och övning. Genom att få en djup förståelse för kretskortsdesignprinciper, välja lämpliga verktyg, utföra noggrann layout och routing, överväga termisk hantering, välja lämpliga material och tillverkare samt utföra rigorösa tester och valideringar kan entusiaster inom kretskortsindustrin förbättra designkvaliteten och säkerställa kretskortens prestanda och tillförlitlighet. Genom att ständigt sträva efter excellens kan även du bli en mästare på design och tillverkning av kretskort!

Förbättra din kretskortstillverkning med SprintPCB SprintPCB är ett ledande högteknologiskt företag som erbjuder förstklassiga kretskortstillverkningstjänster till kunder över hela världen. Med vår breda branschexpertis och kostnadseffektiva lösningar kan du koncentrera dig på kärnaspekterna av din verksamhet. Kontakta oss nu för att utforska möjligheterna till samarbete och bevittna förverkligandet av dina mål.