Tips og teknikker til design af små kredsløb for at formindske pcb-størrelsen

For ethvert elektronisk produkt, hvad enten det er en kompleks mobiltelefon eller ethvert andet simpelt billigt elektroniklegetøj, er printkort (PCB) en vigtig komponent. I en produktudviklingscyklus er styring af designomkostninger et stort problem, og PCB er den mest forsømte og dyrere komponent i styklisten. PCB koster meget mere end nogen anden komponent, der bruges i et kredsløb, så reducering af PCB-størrelse vil ikke kun reducere størrelsen på vores produkt, men vil også sænke produktionsomkostningerne i de fleste tilfælde. Men hvordan man reducerer en PCB-størrelse er et komplekst spørgsmål i elektronikproduktion, fordi PCB-størrelsen er afhængig af et par ting og har sine begrænsninger. I denne artikel vil vi beskrive designteknikkerne for at reducere printkortstørrelsen ved at sammenligne kompromiser og mulige løsninger til det.

Multi-Layer PCB til reduktion af sporplads og komponentafstand

Det store rum i et printkort tages af routingen. Prototypetrinnene, når kredsløbet testes, bruger et lag eller maksimalt dobbeltlags printkort. Men det meste af tiden er kredsløbet lavet ved hjælp af SMD (Surface Mount Devices), som tvinger designeren til at bruge et dobbeltlags printkort. Ved at designe tavlen i et dobbeltlag åbnes overfladeadgangen til alle komponenter og giver tavlerummet til dirigering af sporene. Pladens overfladeplads kan øges igen, hvis pladelaget øges mere end de to lag, for eksempel fire eller seks lag. Men der er en ulempe. Hvis tavlen er designet med to, fire eller endda flere lag, skabes der en enorm kompleksitet med hensyn til test, reparationer og omarbejdning af et kredsløb.

Derfor er flere lag (primært fire lag) kun mulige, hvis tavlen er godt testet i prototypefasen. Bortset fra kortstørrelsen er designtiden også meget kortere end at designe det samme kredsløb i et større enkelt- eller dobbeltlagskort.

Generelt identificeres effektspor og fyldelag for jordretursti som højstrømsstier, og derfor kræver de tykke spor. Disse høje spor kan dirigeres i TOP- eller bundlagene, og de lave strømstier eller signallag kan bruges som interne lag i fire lag PCB'er. Billedet nedenfor viser et 4-lags printkort.

Men der er generiske afvejninger. Omkostningerne ved flerlags-printkort er højere end enkeltlagspladerne. Det er således vigtigt at beregne omkostningsformålet, før du ændrer et enkelt- eller dobbeltlagskort til fire lag PCB. Men at øge antallet af lag kan ændre størrelsen på tavlen dramatisk.

Styring af de termiske problemer ved at ændre kobbertykkelse

PCB bidrager med en meget nyttig sag til kredsløb med høj strøm, hvilket er den termiske styring i PCB. Når en høj strøm strømmer gennem et PCB-spor, øger det varmeafledningen og skaber modstand på stierne. Bortset fra de dedikerede tykke spor til styring af højstrømsveje er en stor fordel ved PCB imidlertid at oprette PCB-kølelegemerne. Således, hvis kredsløbsdesignet bruger en betydelig mængde PCB-kobberareal til termisk styring eller tildeler enorme rum til højstrømsspor, kan man krympe kortstørrelsen ved at bruge øget kobberlagtykkelse.

I henhold til IPC2221A skal en designer bruge en minimum sporbredde til de krævede aktuelle stier, men der skal tages hensyn til det samlede sporingsareal. Generelt plejede PCB'er at have kobberlagstykkelsen på 1 oz (35um). Men kobberets tykkelse kan øges. Ved at bruge simpel matematik kunne en fordobling af tykkelsen til 2 oz (70um) derfor skære sporestørrelsen halvt som en bred samme strømkapacitet. Bortset fra dette kan 2 oz kobbertykkelse også være gavnlig for den printbaserede kølelegeme. Der er også den tungere kobberkapacitet, der også kan være tilgængelig, der spænder fra 4 oz til 10 oz.

Forøgelse af kobbertykkelsen reducerer således effektivt PCB-størrelsen. Lad os se, hvordan dette kan være effektivt. Nedenstående billede er en online-baseret lommeregner til beregning af PCB-sporingsbredde.

Værdien af ​​strøm, der vil strømme gennem sporet, er 1A. Kobberets tykkelse er indstillet til 1 oz (35 um). Stigningen af ​​temperaturen på sporet vil være 10 grader ved 25 grader Celsius omgivelsestemperatur. Outputtet af sporbredden i henhold til IPC2221A-standarden er-

I samme specifikation, hvis kobbertykkelsen øges, kan sporets bredde reduceres.

Den krævede tykkelse er kun-

Valg af komponentpakke

Komponentvalg er en vigtig ting i et kredsløbsdesign. Der er de samme, men forskellige pakkeelementer tilgængelige i elektronik. For eksempel kan en simpel modstand med en rating på.125 Watt være tilgængelig i forskellige pakker, som 0402, 0603, 0805, 1210 osv.

For det meste bruger prototypen PCB større komponenter, der bruger 0805 eller 1210 modstande såvel som ikke-polariserede kondensatorer med højere clearance end generelt på grund af den lettere at håndtere, lodde, udskifte eller teste. Men denne taktik ender med at have en enorm mængde bordplads. Under produktionsfasen kan komponenterne ændres til en mindre pakke med samme vurdering, og kortets plads kan komprimeres. Vi kan reducere pakkens størrelse på disse komponenter.

Men situationen er hvilken pakke du skal vælge? Det er upraktisk at bruge mindre pakker end 0402, fordi de standardvalg- og placeringsmaskiner, der er tilgængelige til produktion, kan have begrænsninger til at håndtere SMD-pakker, der er mindre end 0402.

En anden ulempe ved de mindre komponenter er effektklassificeringen. Mindre pakker end 0603 kunne håndtere meget lavere strøm end 0805 eller 1210. Så der kræves nøje overvejelser for at vælge de rigtige komponenter. I et sådant tilfælde, når de mindre pakker ikke kan bruges til at reducere PCB-størrelser, kan man redigere pakkens fodaftryk og kunne krympe komponentpuden så vidt muligt. Designeren kan muligvis presse tingene lidt strammere ved at ændre fodsporene. På grund af designtolerancerne er det tilgængelige standardaftryk et almindeligt fodaftryk, der kan indeholde enhver version af pakkerne. For eksempel er fodaftryk af 0805-pakkerne lavet på en sådan måde, at det kan dække så mange variationer som muligt for 0805. Variationerne sker på grund af forskellen i fremstillingsevne.Forskellige virksomheder bruger forskellige produktionsmaskiner, der tidligere havde forskellige tolerancer for den samme 0805-pakke. Standardpakningens fodspor er således lidt større end nødvendigt.

Man kan manuelt redigere fodaftryk ved hjælp af databladene for de specifikke komponenter og kunne formindske padstørrelsen efter behov.

Kortstørrelsen kan også krympes ved hjælp af SMD-baserede elektrolytkondensatorer, fordi de syntes at have mindre diametre end de gennemgående hulkomponenter med samme klassificering.

New Age kompakte stik

En anden pladshungrende komponent er stikkene. Stikkene bruger større plads på kortet, og fodaftryk bruger også pads med højere diameter. Ændring af stiktyper kan være meget nyttigt, hvis strøm- og spændingsklassificeringerne tillader det.

Stikproducentfirmaet, for eksempel Molex eller Wurth Electronics eller andre store virksomheder, leverer altid flere størrelsesbaserede samme type stik. Valg af den rigtige størrelse kan således spare både omkostningerne og pladsen på tavlen.

Modstandsnetværk

Hovedsageligt i mikrocontroller-baseret design er seriekortmodstande det, der altid kræves for at beskytte mikrocontrolleren mod høj strøm gennem IO-benene. Derfor kræves der mere end 8 modstande, undertiden mere end 16 modstande, til brug som seriemodstand. Et så stort antal modstande tilføjer meget mere plads i printkortet. Dette problem kan løses ved hjælp af modstandsnetværk. Et simpelt 1210 pakkebaseret modstandsnetværk kan spare plads til 4 eller 6 modstande. Billedet nedenfor er en 5 modstand i 1206-pakken.

Stablede pakker i stedet for standardpakker

Der er masser af designs, der kræver flere transistorer eller endda mere end to MOSFET'er til forskellige formål. Tilføjelse af individuelle transistorer eller Mosfets kan ende med mere plads end ved hjælp af stablede pakker.

Der er en række muligheder, der bruger flere komponenter i en enkelt pakke. For eksempel findes der også to Mosfet- eller quad-MOSFET-pakker, der kun optager pladsen på en Mosfet og kan spare en enorm mængde plads på kortet.

Disse tricks kan anvendes på næsten alle komponenter. Dette fører til et mindre bordplads, og bonuspointet er, nogle gange er omkostningerne ved disse komponenter lavere end at bruge individuelle komponenter.

Ovenstående punkter er den mulige vej ud for reduktion af PCB-størrelse. Imidlertid har omkostningerne, kompleksiteten i forhold til PCB-størrelsen altid nogle afgørende beslutningsrelaterede afvejninger. Man skal vælge den nøjagtige sti, der er afhængig af den målrettede applikation eller for det specifikke målrettede kredsløbsdesign.