12 Κρίσιμες Προφυλάξεις για τον Σχεδιασμό Πλακέτας Κυκλώματος PCB: Αποφύγετε Δαπανηρά Λάθη και Εξασφαλίστε Αξιοπιστία

Ο σχεδιασμός πλακών κυκλωμάτων PCB είναι μια πράξη ισορροπίας: οι μηχανικοί πρέπει να βελτιστοποιήσουν τις επιδόσεις, τη μικροποίηση και την κατασκευαστικότητα, αποφεύγοντας ταυτόχρονα τα λάθη που οδηγούν σε αναδιατύπωση, καθυστερήσεις,ή βλάβες του προϊόντοςΑκόμη και μικρές παραλείψεις (π.χ. εσφαλμένη απόσταση των ίχνη, κακή θερμική διαχείριση) μπορούν να οδηγήσουν σε βραχυκυκλώματα, υποβάθμιση του σήματος ή πρόωρη βλάβη του συστατικού,κόστος των κατασκευαστών κατά μέσο όρο $1500 ευρώ ανά επανάληψη σχεδιασμού, σύμφωνα με τα στοιχεία του κλάδου IPC.

Ο οδηγός αυτός περιγράφει 12 βασικές προφυλάξεις για το σχεδιασμό PCB, καλύπτοντας τα πάντα από την τοποθέτηση των εξαρτημάτων έως τη θερμική διαχείριση και την ακεραιότητα του σήματος.εφαρμοστέες λύσεις, και παραδείγματα του πραγματικού κόσμου ∆ημιουργία PCB που είναι αξιόπιστα, κατασκευαστικά και οικονομικά αποδοτικά.Οι εγγυήσεις αυτές θα ελαχιστοποιήσουν τον κίνδυνο και θα εξορθολογίσουν την παραγωγή..

Γιατί έχουν σημασία οι προφυλάξεις στο σχεδιασμό των PCB
Προτού ασχοληθούμε με συγκεκριμένες προφυλάξεις, είναι κρίσιμο να κατανοήσουμε τις επιπτώσεις των σφαλμάτων σχεδιασμού:
1Κόστος: Η αναπαρασκευή μιας μόνο παρτίδας PCB μπορεί να κοστίσει (5.000 ¥) 50,000, ανάλογα με τον όγκο και την πολυπλοκότητα.
2Χρόνος: Λάθη σχεδιασμού καθυστερούν την κυκλοφορία των προϊόντων κατά 2·8 εβδομάδες, χωρίς παράθυρα αγοράς.
3Αξιοπιστία: Οι βλάβες στο πεδίο λόγω κακού σχεδιασμού (π.χ. θερμική πίεση, διασταύρωση) βλάπτουν τη φήμη της μάρκας και αυξάνουν τις απαιτήσεις εγγύησης.
Μια έρευνα του 2024 μεταξύ κατασκευαστών ηλεκτρονικών συσκευών διαπίστωσε ότι το 42% των προβλημάτων που σχετίζονται με τα PCB οφείλονται σε σφάλματα σχεδιασμού, καθιστώντας τις προληπτικές προφυλάξεις τον πιο αποτελεσματικό τρόπο μείωσης του κινδύνου.

Προφύλαξη 1: Ακολουθήστε τα πρότυπα IPC για τα ίχνη και το χώρο
Κίνδυνος
Η στενή απόσταση μεταξύ των σημάτων (λιγότερη από 0,1 mm) ή τα ελάχιστα σημάδια προκαλούν:
1.Crosstalk: παρεμβολές σήματος μεταξύ γειτονικών ίχνη, υποβαθμίζοντας τις επιδόσεις σε σχέδια υψηλής ταχύτητας (> 100MHz).
2.Σύντομα κυκλώματα: Σύνδεση συγκόλλησης κατά τη διάρκεια της συναρμολόγησης, ειδικά για εξαρτήματα λεπτής ακρίβειας.
3.Προβλήματα ισχύος: Υπερθερμότητα υπομετρημένων ίχνη, που οδηγεί σε εξάντληση χαλκού σε εφαρμογές υψηλής ισχύος.

Λύση
Συμμορφώνονται με τα πρότυπα IPC-2221 τα οποία καθορίζουν ελάχιστο ίχνος/διάστημα με βάση την τάση, το ρεύμα και την ικανότητα κατασκευής:

Επαγγελματική συμβουλή
Χρησιμοποιήστε ελέγχους κανόνων σχεδιασμού (DRCs) στο λογισμικό PCB (Altium, KiCad) για να επισημάνετε παραβιάσεις σε πραγματικό χρόνο.

Προφύλαξη 2: Βελτιστοποίηση της τοποθέτησης των εξαρτημάτων για την κατασκευαστικότητα
Κίνδυνος
Η κακή τοποθέτηση των εξαρτημάτων οδηγεί σε:
α.Προκλήσεις συναρμολόγησης: Οι μηχανές επιλογής και τοποθέτησης αγωνίζονται για να διατηρήσουν τα εξαρτήματα αλληλεγγύη ή υπερπληθυσμό, αυξάνοντας τα ποσοστά ελαττωμάτων.
β.Θερμικά σημεία καύσης: Τα συστατικά ισχύος (π.χ. MOSFET, LED) που τοποθετούνται πολύ κοντά σε θερμικά ευαίσθητα μέρη (π.χ. πυκνωτές) προκαλούν πρόωρη βλάβη.
c.Δυσκολία επισκευής: Τα συστατικά που είναι στενά στοιβαγμένα καθιστούν αδύνατη την επισκευή χωρίς να καταστρέφονται τα παρακείμενα μέρη.

Λύση
Ακολουθήστε τις παρακάτω οδηγίες τοποθέτησης:
α.Κατηγορία ανά λειτουργία: Συγκέντρωση συστατικών ισχύος, αναλογικών κυκλωμάτων και ψηφιακών κυκλωμάτων χωριστά για την ελαχιστοποίηση των παρεμβολών.
β.Θερμικός διαχωρισμός: Τα συστατικά ισχύος (διαρροής > 1W) πρέπει να φυλάσσονται τουλάχιστον 5 mm μακριά από θερμικά ευαίσθητα μέρη (π.χ. ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές, αισθητήρες).
γ.Αποκλεισμός κατασκευής: Διατηρείται αποκλεισμός 0,2 mm μεταξύ του σώματος του κατασκευαστικού στοιχείου και των ακρών του πίνακα· 0,5 mm για τα BGA μικρής απόστασης (≤ 0,4 mm απόσταση).
δ.Συνεχή προσανατολισμού: ευθυγράμμιση των παθητικών (αντίστασης, πυκνότητας) προς την ίδια κατεύθυνση για την επιτάχυνση της συναρμολόγησης και τη μείωση των σφαλμάτων.

Πραγματικό Παράδειγμα
Μια εταιρεία καταναλωτικών ηλεκτρονικών προϊόντων μείωσε τα ελαττώματα συναρμολόγησης κατά 35% μετά την αναδιοργάνωση της τοποθέτησης των εξαρτημάτων σε ξεχωριστά κυκλώματα ισχύος και σήματος, σύμφωνα με τις κατευθυντήριες γραμμές IPC-A-610.

Προφυλάξεις 3: Σχεδιασμός πλακιδίων σύμφωνα με τα πρότυπα IPC-7351
Κίνδυνος
Γενικά ή λανθασμένα μεγέθη μαξιλαριών προκαλούν:
α.Κατασκευή από πέτρες: Μικρά εξαρτήματα (π.χ. αντίστασης 0402) σηκώνουν από ένα πάτωμα λόγω άνισης ροής συγκόλλησης.
β.Ανεπαρκείς συνδέσεις συγκόλλησης: αδύναμες συνδέσεις που είναι επιρρεπείς σε αποτυχίες κατά τη διάρκεια θερμικού κύκλου.
γ.Συγκοινωνία έλξης: Υπερβολική έλξη μεταξύ των πλακών, δημιουργώντας βραχυκυκλώματα.

Λύση
Χρησιμοποιούνται τα αποτυπώματα IPC-7351, τα οποία καθορίζουν τις διαστάσεις των πλακών με βάση τον τύπο και την κατηγορία των κατασκευαστικών στοιχείων (Τάξη 1: καταναλωτική, Τάξη 2: βιομηχανική, Τάξη 3: αεροδιαστημική):

Επαγγελματική συμβουλή
Για τα εξαρτήματα QFNs (Quad Flat No-Lead), προστίθενται διαδρομές διαφυγής από την πάστα συγκόλλησης (0,1 mm slots) για να αποφεύγεται η διακοπή της συγκόλλησης κάτω από το σώμα του εξαρτήματος.

Προφύλαξη 4: Εφαρμόστε κατάλληλες στρατηγικές γείωσης
Κίνδυνος
Κακή γείωση αιτίες:
α.ΕΜΙ (ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές): Τα ανεξέλεγκτα ρεύματα εδάφους εκπέμπουν θόρυβο, διαταράσσοντας ευαίσθητα κυκλώματα (π.χ. αισθητήρες, μονάδες ραδιοσυχνοτήτων).
β. Απώλεια ακεραιότητας του σήματος: Οι γήινοι βρόχοι δημιουργούν διαφορές τάσης, υποβαθμίζοντας τα σήματα υψηλής ταχύτητας (> 1 GHz).
γ.Σοχός τροφοδοσίας ηλεκτρικής ενέργειας: Οι διακυμάνσεις του δυναμικού εδάφους επηρεάζουν τη ρύθμιση της τάσης, προκαλώντας αστάθεια των κατασκευαστικών στοιχείων.

Λύση
Επιλέξτε τη σωστή τοπολογία γείωσης για το σχεδιασμό σας:

Επαγγελματική συμβουλή
Για τα σχέδια ραδιοσυχνοτήτων (5G, Wi-Fi 6E), χρησιμοποιήστε “ground stitching” (διαδρομές κάθε 5 mm κατά μήκος των επιπέδων εδάφους) για να μειώσετε το EMI κατά 40-60%.

Προφύλαξη 5: Διαχείριση της θερμικής διάσπασης για τα εξαρτήματα υψηλής ισχύος
Κίνδυνος
Το να αγνοείται η θερμική διαχείριση οδηγεί σε:
α.Αποδομή συστατικών: αύξηση της θερμοκρασίας διασταύρωσης κατά 10 °C μειώνει τη διάρκεια ζωής των συστατικών κατά 50% (νόμος του Arrhenius).
β.Απόγνωση της κόπωσης των αρθρώσεων: Ο θερμικός κύκλος (θέρμανση/ψύξη) αποδυναμώνει τις αρθρώσεις, προκαλώντας διαλείπουσες βλάβες.
c.Στρώσεις επιδόσεων: Οι επεξεργαστές και τα διακομιστικά διακυμάνσεων ισχύος μειώνουν την ταχύτητα για να αποφευχθεί η υπερθέρμανση, μειώνοντας τις επιδόσεις του προϊόντος.

Λύση
Εφαρμόστε τις ακόλουθες θερμικές διασφαλίσεις:
α.Θερμικές διάδρομοι: τοποθετούνται 4-6 διάδρομοι (0,3 mm διάμετρος) κάτω από στοιχεία ισχύος (π.χ. ρυθμιστές τάσης) για τη μεταφορά θερμότητας στα εσωτερικά επίπεδα εδάφους.
Β. Νησιά Χαλκού: Χρησιμοποιήστε μεγάλες περιοχές χαλκού πάχους 2 ουγκιών κάτω από LED υψηλής ισχύος ή IGBT για τη διάδοση της θερμότητας.
γ.Απορροφητήρες θερμότητας: Σχεδιασμός αποτυπωμάτων PCB για προσαρμόσιμους απορροφητές θερμότητας (π.χ. χρησιμοποιώντας θερμική κόλλα ή βίδες) για εξαρτήματα με διάχυση > 5W.
δ.Θερμική προσομοίωση: Χρησιμοποιήστε λογισμικό όπως το ANSYS Icepak για να μοντελοποιήσετε τη ροή θερμότητας και να εντοπίσετε τα σημεία θερμότητας πριν από την παραγωγή.

Επιπτώσεις στον πραγματικό κόσμο
Ένας κατασκευαστής ηλεκτρονικών συσκευών ισχύος μείωσε τις αποτυχίες πεδίου κατά 70% μετά την προσθήκη θερμικών διαδρόμων στα 100W PCB μετατροπέα του, μειώνοντας τις θερμοκρασίες των εξαρτημάτων κατά 22 °C.

Προφύλαξη 6: Διασφάλιση του κατάλληλου σχεδιασμού και τοποθέτησης
Κίνδυνος
Κακή σχεδίαση προκαλεί:
α. Ανάκλαση σήματος: Αν δεν χρησιμοποιηθούν μέσω κολώνων (υπερβολικό μήκος) λειτουργούν ως κεραίες, αντανακλώντας σήματα υψηλής ταχύτητας και προκαλώντας συγκίνηση.
β.Θερμική αντίσταση: Οι μικροί ή κακώς επιχρισμένοι διάδρομοι περιορίζουν τη μεταφορά θερμότητας, συμβάλλοντας στα σημεία θερμότητας.
c. Μηχανική αδυναμία: πάρα πολλοί διάδρομοι σε μια μικρή περιοχή αποδυναμώνουν το PCB, αυξάνοντας τον κίνδυνο ρωγμών κατά τη διάρκεια της συναρμολόγησης.

Λύση
Ακολουθήστε τις παρακάτω κατευθυντήριες γραμμές:
α.Μεγέθος διαδρόμου: Χρησιμοποιήστε διαδρόμους 0,2 mm (8 mil) για τις περισσότερες εφαρμογές· 0,15 mm (6 mil) για υπερπλήρους πυκνότητας HDI.
β.Αγγειοειδής δαχτυλισμός: διατηρείται ένας δαχτυλισμός τουλάχιστον 0,1 mm (αγγειοειδής δαχτυλισμός από χαλκό) για να αποφεύγεται η ανύψωση του πακέτου, η οποία είναι κρίσιμη για τη μηχανική γεώτρηση.
γ.Απομάκρυνση του κορμού: Χρησιμοποιήστε την ανάποδη γεώτρηση για σχέδια υψηλής ταχύτητας (> 10Gbps) για την εξάλειψη των κορμών, μειώνοντας την αντανάκλαση του σήματος κατά 80%.
δ.Διαχωρισμός διαύλων: Διατηρήστε διαχωρισμούς διαύλων τουλάχιστον 0,3 mm μεταξύ τους για να αποφεύγεται το σπάσιμο των τρυπών και να εξασφαλίζεται η αξιόπιστη επικάλυψη.

Επαγγελματική συμβουλή
Για τα σχέδια via-in-pad (VIPPO) (κάτω από τις BGA), γεμίστε τα διαδρόμια με χαλκό ή ρητίνη για να δημιουργήσετε μια επίπεδη επιφάνεια για συγκόλληση, αποτρέποντας τα κενά συγκόλλησης.

Προφύλαξη 7: Βεβαίωση της διαθεσιμότητας των εξαρτημάτων και της συμβατότητας των αποτυπωμάτων

Κίνδυνος
Η χρήση παρωχημένων ή δύσκολα προερχόμενων εξαρτημάτων ή μη συμβατών αποτυπωμάτων προκαλεί:
α.Παραθυμίες στην παραγωγή: Η αναμονή για εξαρτήματα προσαρμοσμένα μπορεί να παρατείνει τους χρόνους παράδοσης κατά 4-12 εβδομάδες.
β.Σφάλματα συναρμολόγησης: Τα PCB καθίστανται αχρησιμοποιήσιμα λόγω μη συμβατών αποτυπωμάτων (π.χ. χρησιμοποιώντας αποτύπωμα 0603 για ένα συστατικό 0402).
γ.Περιεκτάσεις κόστους: Τα παρωχημένα εξαρτήματα συχνά κοστίζουν 5-10 φορές περισσότερο από τις τυποποιημένες εναλλακτικές λύσεις.

Λύση
α.Ελέγξτε τη διαθεσιμότητα συστατικών: Χρησιμοποιήστε εργαλεία όπως το Digi-Key, το Mouser ή το Octopart για να επαληθεύσετε τους χρόνους εκτέλεσης (στόχος <8 εβδομάδες) και τις ελάχιστες ποσότητες παραγγελίας.
β.Προτεραιότητα στα τυποποιημένα εξαρτήματα: Επιλέξτε κοινές τιμές (π.χ. αντίσταση 1kΩ, πυκνότητα 10μF) και μεγέθη συσκευασίας (0402, 0603, SOIC) για να αποφευχθεί η απαρχή.
γ.Επιβεβαίωση των αποτυπωμάτων: Ελέγξτε σταυροδρόμια τα φύλλα δεδομένων των εξαρτημάτων με τη βιβλιοθήκη PCB σας για να διασφαλίσετε τις διαστάσεις των πλακιδίων, τον αριθμό των πινών και την αντιστοιχία της γωνίας.
δ.Προσθήκη εναλλακτικών εξαρτημάτων: Περιλάβετε 1 ∆2 αριθμούς εναλλακτικών εξαρτημάτων στο BOM για κρίσιμα εξαρτήματα, μειώνοντας τον κίνδυνο της αλυσίδας εφοδιασμού.

Επαγγελματική συμβουλή
Χρησιμοποιήστε τα εργαλεία ελέγχου αποτυπωμάτων στο Altium ή το KiCad για να συγκρίνετε το σχεδιασμό σας με τα πρότυπα IPC-7351 και τα φύλλα δεδομένων συστατικών.

Προφύλαξη 8: Βελτιστοποιήστε τη μάσκα συγκόλλησης και την έλξη για την συναρμολόγηση
Κίνδυνος
Η κακή σχεδίαση της μάσκας συγκόλλησης ή της ταινίας μεταξιού οδηγεί σε:
α.Ελαττώματα συγκόλλησης: Τα πλακίδια που καλύπτουν τη μάσκα συγκόλλησης (γλιστρίσεις μάσκας) εμποδίζουν τη συγκόλληση· η απουσία μάσκας εκθέτει τον χαλκό στην οξείδωση.
β.Προκλήσεις επιθεώρησης: Η δυσανάγνωστη μεταξοειδής οθόνη καθιστά δύσκολο τον εντοπισμό των εξαρτημάτων κατά τη διάρκεια της συναρμολόγησης και της επανεπεξεργασίας.
c.Προβλήματα προσκόλλησης: Τα επικάλυπτα πλακίδια με νήμα μεταξιού μολύνουν τις αρθρώσεις συγκόλλησης, προκαλώντας μη υγρασία.

Λύση
α.Αποκλεισμός μάσκας συγκόλλησης: Διατηρήστε απόσταση 0,05 mm (2mil) μεταξύ μάσκας συγκόλλησης και υδραυλικών για να αποφευχθούν προβλήματα κάλυψης.
β. Δύψος μάσκας: Να προσδιοριστεί πάχος μάσκας 25μm ̇ πολύ λεπτός κίνδυνος τρυπών; πολύ παχύς εμποδίζει τη συγκόλληση με λεπτή απόσταση.
γ.Οδηγίες για την επιφάνεια μεταξιού:
Διατηρήστε το μέγεθος του κειμένου ≥ 0,8 mm x 0,4 mm (32 pts x 16 pts) για ευανάγνωστη χρήση.
Διατηρήστε απόσταση 0,1 mm μεταξύ της μεταξοειδούς οθόνης και των μαξιλαριών.
Χρησιμοποιήστε λευκό ή μαύρο μελάνι (υψηλότερη αντίθεση) για συμβατότητα AOI (Αυτοματοποιημένη Οπτική Επιθεώρηση).

Επαγγελματική συμβουλή
Για εφαρμογές υψηλής αξιοπιστίας (αεροδιαστημική, ιατρική), χρησιμοποιήστε μάσκα συγκόλλησης LPI (Liquid Photoimageable), η οποία προσφέρει καλύτερη ακρίβεια από τη μάσκα ξηρής ταινίας.

Προφύλαξη 9: Δοκιμή ακεραιότητας σήματος σε σχέδια υψηλών ταχυτήτων
Κίνδυνος
Τα μη βελτιστοποιημένα σήματα υψηλής ταχύτητας (> 100MHz) υποφέρουν από:
α.Απώλεια εισαγωγής: εξασθένιση του σήματος λόγω αντίστασης ίχνη και διαλεκτρικής απώλειας.
β. Διασταύρωση: παρεμβολή μεταξύ παρακείμενων ίχνη, προκαλώντας σφάλματα δεδομένων.
γ.Αντιστοιχίες αντίστασης: Τα ασυμβίβαστα πλάτη των ίχνη ή το παχύ διάλεκτρο δημιουργούν σημεία αντανάκλασης.

Λύση
α.Ελεγχόμενη αντίσταση: Σχεδιαστικά ίχνη για 50Ω (μονομερή) ή 100Ω (διαφορετική) χρησιμοποιώντας υπολογιστές αντίστασης (π.χ. Saturn PCB Toolkit).
Παράδειγμα: Για μονοτελή ίχνη 50Ω σε FR-4 1,6 mm, χρησιμοποιήστε πλάτος ίχνη 0,25 mm με πάχος διηλεκτρικού 0,15 mm.
β.Διαδρομή διαφορικών ζευγαριών: Διατήρηση διαφορικών ζευγαριών (π.χ. USB 3.0, PCIe) παράλληλα και διαχωρισμένα 0,15·0,2 mm μεταξύ τους για την ελαχιστοποίηση της παραστροφής.
γ.Σύνθημα προσομοίωσης: Χρησιμοποιήστε εργαλεία όπως το Keysight ADS ή το Cadence Allegro για να προσομοιάσετε την ακεραιότητα του σήματος και να εντοπίσετε προβλήματα πριν από την παραγωγή.
δ.Αντίστοιχοι τερματισμού: Προσθήκη τερματισμού σειράς (50Ω) στην πηγή σήματος υψηλής ταχύτητας για τη μείωση της αντανάκλασης.

Πραγματικό Παράδειγμα
Μια εταιρεία τηλεπικοινωνιών βελτίωσε την ακεραιότητα του σήματος 10G Ethernet κατά 35% μετά την εφαρμογή ελεγχόμενης παρεμπόδισης και διαφορικής δρομολόγησης ζευγών, πληρώντας τα πρότυπα IEEE 802.3ae.

Προφύλαξη 10: Σχέδιο δοκιμής και επανεπεξεργασίας
Κίνδυνος
α.Αποκλείεται η πρόσβαση σε σημεία δοκιμής ή σε κατασκευαστικά στοιχεία τα οποία είναι δύσκολο να μεταποιηθούν προκαλούν:
β.Ανεξάρτητη δοκιμή: Η ελλιπή κάλυψη των κρίσιμων δικτύων αυξάνει τον κίνδυνο αποστολής ελαττωματικών PCB.
Υψηλά Κόστη Επανασκευής: Τα εξαρτήματα που απαιτούν εξειδικευμένα εργαλεία (π.χ. σταθμοί θερμού αέρα) για την αφαίρεση αυξάνουν το κόστος εργασίας.

Λύση
1Σχεδιασμός σημείου δοκιμής:
α. Τοποθετούνται σημεία δοκιμής (διάμετρος 0,8·1,2 mm) σε όλα τα κρίσιμα δίκτυα (ηλεκτρικά, γήινα, σήματα υψηλής ταχύτητας).
β. Διατηρείται διαχωρισμός 0,5 mm μεταξύ των σημείων δοκιμής και των εξαρτημάτων για την πρόσβαση στον ανιχνευτή.
2- Επανασχετήστε την πρόσβαση:
α.Αφήνετε διαχωρισμό 2 mm γύρω από τα εξαρτήματα BGA/QFP για εργαλεία επισκευής.
β. Αποφύγετε την τοποθέτηση των εξαρτημάτων κάτω από απορροφητήρες θερμότητας ή συνδέσμους, οι οποίοι εμποδίζουν την πρόσβαση.
3.DFT (Σχεδιασμός για δοκιμή):
α.Περιλαμβάνονται διεπαφές JTAG (boundary-scan) για σύνθετα διακυβερνητικά κύτταρα, προκειμένου να καταστεί δυνατή η ολοκληρωμένη δοκιμή.
β. Χρησιμοποιήστε κουπόνια δοκιμής (μικρά δείγματα PCB) για την επικύρωση των επιδόσεων της συγκόλλησης και του υλικού.

Επαγγελματική συμβουλή
Για την παραγωγή μεγάλου όγκου, τα PCB πρέπει να σχεδιάζονται έτσι ώστε να είναι συμβατά με τα δοχεία δοκιμής κρεβατιού νυχιών, τα οποία μειώνουν το χρόνο δοκιμής κατά 70%.

Προφύλαξη 11: Να λαμβάνεται υπόψη η συμμόρφωση προς το περιβάλλον και τους κανονισμούς
Κίνδυνος
Τα μη συμβατά σχέδια αντιμετωπίζουν:
α.Απαγορεύσεις αγοράς: Οι περιορισμοί RoHS για επικίνδυνες ουσίες (μόλυβδος, υδράργυρος) εμποδίζουν τις πωλήσεις στην ΕΕ, την Κίνα και την Καλιφόρνια.
β.Νομικές κυρώσεις: Οι παραβιάσεις προτύπων όπως η IEC 60950 (ασφάλεια) ή η CISPR 22 (EMC) οδηγούν σε πρόστιμα έως 100 δολαρίων,000.
c.Καταστροφή της φήμης: Τα μη συμβατά προϊόντα βλάπτουν την εμπιστοσύνη της μάρκας και χάνουν την αφοσίωση των πελατών.

Λύση
1.Σύμβαση RoHS/REACH:
α. Χρησιμοποιήστε συγκόλληση χωρίς μόλυβδο (SAC305), λαμινίδια χωρίς αλογόντα και κατασκευαστικά στοιχεία συμβατά με το RoHS.
β.Ζητήστε έγγραφα δήλωσης συμμόρφωσης από τους προμηθευτές.
2.EMC συμμόρφωση:
α. Προσθήκη φίλτρων EMI στις εισόδους ισχύος και στις γραμμές σήματος.
β.Χρησιμοποιήστε αεροπλάνα εδάφους και δοχεία προστασίας για τη μείωση των εκπομπών.
γ.Πρωτότυπα δοκιμών σύμφωνα με τα πρότυπα CISPR 22 (ακτινοβολούμενες εκπομπές) και IEC 61000-6-3 (αποστασία).
3Προϋποθέσεις ασφαλείας:
α.Σύμφωνα με την IEC 60950 για τον εξοπλισμό πληροφορικής ή την IEC 60601 για τα ιατρικά προϊόντα.
β. Διατηρούνται ελάχιστη ροπή (απόσταση μεταξύ των αγωγών) και διαχωρισμός (αέρος) με βάση την τάση (π.χ. 0,2 mm για 50V, 0,5 mm για 250V).

Επαγγελματική συμβουλή
Συνεργασία με εργαστήριο συμμόρφωσης από την αρχή της διαδικασίας σχεδιασμού για τον εντοπισμό προβλημάτων πριν από την παραγωγή

Προφύλαξη 12: Διενέργεια αναθεώρησης DFM (Σχεδιασμός για την κατασκευαστικότητα)
Κίνδυνος
Το να αγνοείται η DFM οδηγεί σε:
α.Ελαττώματα κατασκευής: Τα σχέδια που δεν ανταποκρίνονται στις δυνατότητες του εργοστασίου (π.χ. πολύ μικροί διάδρομοι) αυξάνουν τα ποσοστά απορριμμάτων.
β.Παράβαση του κόστους: Οι διαδικασίες προσαρμογής (π.χ. τρυπήματα με λέιζερ για διαδρόμους 0,075 mm) προσθέτουν 20-30% στα έξοδα παραγωγής.

Λύση
1Συνεργαστείτε με τον κατασκευαστή σας: Μοιραστείτε τα αρχεία Gerber και τα BOM με τον προμηθευτή PCB σας για μια αναθεώρηση DFM.
2Κλειδί DFM:
α.Μπορεί το εργοστάσιο να πραγματοποιήσει τρύπες μεγέθους διαδρομής (ελάχιστο 0,1 mm για τους περισσότερους κατασκευαστές);
β.Είναι το ίχνος/το διάστημα εντός των δυνατοτήτων τους (συνήθως 0,1 mm/0,1 mm);
Γ. Έχετε επαρκή εμπιστευτικά σήματα για την ευθυγράμμιση;
3.Πρώτο πρωτότυπο: Παραγωγή 5-10 πρωτότυπων για να δοκιμαστεί η κατασκευαστικότητα πριν από την υψηλή παραγωγή.

Επιπτώσεις στον πραγματικό κόσμο
Μια εταιρεία ιατρικών συσκευών μείωσε τα ποσοστά απορριμμάτων από 18% σε 2% μετά την εφαρμογή αναθεωρήσεων DFM, εξοικονομώντας 120.000 δολάρια ετησίως.

Γενικές ερωτήσεις
Ε: Ποιο είναι το πιο συνηθισμένο σφάλμα σχεδιασμού που οδηγεί σε βλάβες PCB;
Α: Κακή θερμική διαχείριση (38% των αποτυχιών, ανά δεδομένα IPC), ακολουθούμενη από εσφαλμένα ίχνη/διαστήματα (22%) και μη συμβατά αποτυπώματα (15%).

Ε: Πώς μπορώ να μειώσω το EMI στον σχεδιασμό του PCB μου;
Α: Χρησιμοποιήστε στερεά επίπεδα εδάφους, ράψιμο εδάφους, διαχωριστική διαδρομή ζευγαριών και φίλτρα EMI. Για σχέδια υψηλής συχνότητας, προσθέστε θωράκιση γύρω από ευαίσθητα κυκλώματα.

Ε: Ποιο είναι το ελάχιστο πλάτος ίχνη για ένα ρεύμα 5A;
Α: Για 1 ουγκιά χαλκό, χρησιμοποιήστε ένα ίχνος 0,5 mm (20mil).

Ε: Πόσους θερμικούς διαδρόμους χρειάζομαι για ένα συστατικό 10W;
Απάντηση: 8 ̇10 διάδρομοι (0,3 mm διάμετρος) με απόσταση 1 mm, συνδεδεμένοι με ένα επίπεδο εδάφους χαλκού 2 oz, θα εξαλείψουν αποτελεσματικά 10W.

Ε: Πότε θα πρέπει να χρησιμοποιήσω πίσω τρύπα για vias;
Α: Η αναδρομική γεώτρηση είναι κρίσιμη για τα σχέδια υψηλής ταχύτητας (> 10Gbps) για την εξάλειψη των κοκκίων, τα οποία προκαλούν αντανάκλαση του σήματος και jitter.

Συμπεράσματα
Οι προφυλάξεις σχεδιασμού PCB δεν είναι μόνο “βέλτιστες πρακτικές”, αλλά είναι απαραίτητες για την αποφυγή δαπανηρών σφαλμάτων, τη διασφάλιση της αξιοπιστίας και τον εξορθολογισμό της παραγωγής.βελτιστοποίηση της τοποθέτησης των εξαρτημάτων, τη διαχείριση της θερμικής και της ακεραιότητας του σήματος, και την επικύρωση για την κατασκευαστικότητα, μπορείτε να κατασκευάσετε PCB που πληρούν τους στόχους απόδοσης, ελαχιστοποιώντας παράλληλα τον κίνδυνο.

Τα πιο επιτυχημένα σχέδια εξισορροπούν τις τεχνικές απαιτήσεις με τους πρακτικούς περιορισμούς της κατασκευής.και την απογοήτευση στο τέλος της γραμμής, μετατρέποντας ένα καλό σχέδιο σε ένα εξαιρετικό προϊόν..