Савети и технике за дизајнирање малих плочица за смањивање величине плочица

За било који електронски производ, било да је то сложен мобилни телефон или било која друга једноставна јефтина електроничка играчка, штампане плочице (ПЦБ) су битна компонента. У циклусу развоја производа, управљање трошковима дизајна је велико питање, а ПЦБ је најзанемаренија и најскупља компонента у БОМ-у. ПЦБ кошта много више од било које друге компоненте која се користи у колу, тако да смањење величине ПЦБ-а не само да ће смањити величину нашег производа већ ће у већини случајева и снизити трошкове производње. Али, како смањити величину ПЦБ- а сложено је питање у производњи електронике, јер величина ПЦБ-а зависи од неколико ствари и има своја ограничења. У овом чланку ћемо описати технике дизајна за смањење величине ПЦБ-а упоређивањем компромиса и могућих решења за њих.

Вишеслојна ПЦБ за смањење простора на стази и размака компонената

Главно место на штампаној плочи заузима рутирање. У фазама прототипа, кад год се коло тестира, користи се један или највише двослојних ПЦБ плоча. Међутим, већину времена склоп се прави помоћу СМД (Сурфаце Моунт Девицес) што приморава дизајнера да користи двослојну плочу. Дизајн плоче у двоструком слоју отвара површински приступ свим компонентама и обезбеђује просторе за плочу за усмеравање трагова. Простор површине плоче може се поново повећати ако се слој плоче повећа више од два слоја, на пример, четири или шест слојева. Али, постоји недостатак. Ако је плоча дизајнирана са два, четири или чак више слојева ствара огромну сложеност у погледу испитивања, поправки и прераде кола.

Стога су вишеструки слојеви (углавном четири слоја) могући само ако је плоча добро тестирана у фази прототипа. Осим величине плоче, време пројектовања је такође много краће од дизајнирања истог кола у већој једнослојној или двослојној плочи.

Генерално, трагови снаге и слојеви за испуњавање повратне путање тла су идентификовани као путање велике струје, па захтевају дебеле трагове. Ти високи трагови могу се усмеравати у горњи или доњи слој, а путање слабе струје или слојеви сигнала могу се користити као унутрашњи слојеви у четворослојним ПЦБ-има. Слика испод приказује четворослојну ПЦБ.

Али постоје генерички компромиси. Трошкови вишеслојних ПЦБ-а већи су од једнослојних плоча. Стога је неопходно израчунати сврху трошкова пре него што промените једнослојну или двослојну плочу у четворослојну ПЦБ. Али повећање броја слојева може драматично променити величину плоче.

Управљање топлотним проблемима променом дебљине бакра

ПЦБ доприноси врло корисном случају за дизајн струјних кола, а то је управљање топлотом у ПЦБ-у. Када велика струја прође кроз траг ПЦБ-а, то повећава одвођење топлоте и ствара отпор на стазама. Међутим, осим наменских дебелих трагова за управљање путањама велике струје, главна предност ПЦБ-а је стварање хладњака за ПЦБ. Дакле, ако дизајн кола користи значајну количину бакарне површине ПЦБ-а за термичко управљање или додељује огроман простор за трагове велике струје, може се смањити величина плоче коришћењем повећане дебљине слоја бакра.

Према ИПЦ2221А, пројектант треба да користи минималну ширину трага за тражене тренутне путање, али треба узети у обзир укупну површину трага. Генерално, ПЦБ су некада имали дебљину слоја бакра од 100 Оз (35 ум). Али дебљина бакра се може повећати. Према томе, употребом једноставне математике, удвостручење дебљине на 20 Оз (70 ум) могло би смањити величину трага упола као широк исти тренутни капацитет. Осим овога, дебљина бакра од 2 оз може бити корисна и за хладњак на бази ПЦБ-а. Такође постоји и већи капацитет бакра који такође може бити доступан и креће се од 4Оз до 10Оз.

Дакле, повећање дебљине бакра ефикасно смањује величину ПЦБ-а. Погледајмо како ово може бити ефикасно. Слика испод је калкулатор заснован на мрежи за израчунавање ширине трага ПЦБ-а.

Вредност струје која ће тећи кроз траг је 1А. Дебљина бакра је подешена на 1 Оз (35 ум). Пораст температуре на трагу износиће 10 степени на температури околине од 25 степени Целзијуса. Излаз ширине трага према стандарду ИПЦ2221А је-

Сада, у истој спецификацији, ако се повећа дебљина бакра, ширина трага се може смањити.

Дебљина која је потребна је само-

Избор пакета компонената

Избор компонената је главна ствар у дизајну кола. У електроници су доступне исте, али различите компоненте пакета. На пример, једноставни отпорник са снагом од.125 В може бити доступан у различитим пакетима, као што су 0402, 0603, 0805, 1210 итд.

Уобичајено, прототип ПЦБ користи веће компоненте које користе отпорнике 0805 или 1210, као и неполаризоване кондензаторе са већим клиренсом од општег, због лакшег руковања, лемљења, замене или тестирања. Али ова тактика на крају има огромну количину простора на плочи. Током фазе производње, компоненте се могу променити у мање паковање са истом оценом, а простор на плочи може бити компримован. Можемо смањити величину паковања тих компоненти.

Али ситуација је који пакет одабрати? Непрактично је користити мање пакете од 0402, јер стандардне машине за одабир и постављање које су доступне за производњу могу имати ограничења за руковање СМД пакетима мањим од 0402.

Још један недостатак мањих компонената је називна снага. Мањи пакети од 0603 могу да поднесу много нижу струју од 0805 или 1210. Дакле, потребна су пажљива разматрања како би се одабрали одговарајуће компоненте. У таквом случају, кад год се мањи пакети не могу користити за смањење величине ПЦБ-а, може се уредити отисак пакета и смањити подлога компонената што је више могуће. Дизајнер ће можда моћи мало стиснути ствари променом отисака стопала. Због толеранција дизајна, доступни задати отисак је уобичајени отисак који може садржати било коју верзију пакета. На пример, отисак пакета 0805 направљен је на такав начин да може да покрије што више варијација за 0805. Варијације се дешавају због разлике у производној способности.Различите компаније користе различите производне машине које су раније имале различите толеранције за исти пакет 0805. Стога су задати отисци пакета нешто већи него што је потребно.

Може се ручно уредити отисак помоћу листова података одређених компоненти и може се смањити величина подлоге по потреби.

Величина плоче се може смањити и употребом електролитских кондензатора заснованих на СМД-у, јер се чинило да имају мањи пречник од пролазних компонената са истим називом.

Компактни конектори Нев Аге

Друга компонента гладна простора су конектори. Конектори користе већи простор на плочи, а отисак такође користи јастучиће већег пречника. Промена типова конектора може бити врло корисна ако дозвољавају називне вредности струје и напона.

Компанија за производњу конектора, на пример, Молек или Вуртх Елецтроницс или било која друга велика компанија увек нуде исте типове конектора заснованих на више величина. Тако би одабир праве величине могао уштедети трошкове као и простор на плочи.

Отпорничке мреже

Углавном у дизајну заснованом на микроконтролеру, серијски пролазни отпорници су оно што је увек потребно за заштиту микроконтролера од великог протока струје кроз ИО пинове. Због тога је потребно више од 8 отпорника, понекад и више од 16 отпорника који се користе као серијски пролазни отпорници. Такав огроман број отпорника додаје много више простора на ПЦБ-у. Овај проблем се може решити употребом отпорничких мрежа. Једноставна мрежа отпорника заснована на пакету 1210 може уштедети простор за 4 или 6 отпорника. Слика испод је 5 отпорник у пакету 1206.

Сложени пакети уместо стандардних пакета

Постоји мноштво дизајна који захтевају више транзистора или чак више од два МОСФЕТ-а за различите намене. Додавањем појединачних транзистора или Мосфета могло би се добити више простора него коришћењем сложених пакета.

Постоји низ опција које користе више компоненти у једном пакету. На пример, доступни су и дуал Мосфет или куад МОСФЕТ пакети који заузимају простор само једног Мосфет-а и могу уштедети огромну количину простора на плочи.

Ови трикови се могу применити на скоро сваку компоненту. То доводи до мањег простора на плочи, а бонус поен је, понекад је трошак тих компонената нижи од коришћења појединачних компоненти.

Горе наведене тачке су могући излаз за смањење величине ПЦБ-а. Међутим, трошкови, сложеност у односу на величину ПЦБ-а увек имају неке пресудне компромисе повезане са одлукама. Треба одабрати тачан пут који зависи од циљане апликације или за тај специфични дизајн циљаног кола.