Разработка печатных плат – Коммерсантъ Саратов

Печатная плата – специальная диэлектрическая пластина с цепями электронной схемы на поверхности для соединения электронных компонентов между собой. Соединение электронных компонентов выполняется электрическим или механическим способом. Одно из основных предназначений печатной платы – облегчение изготовления и повышение надежности электронных устройств, рассказали в AXONIM.

Какие бывают разновидности печатных плат

Различают несколько видов печатных плат. Нужный тип определяется с учетом предназначения и сложности электронного устройства на начальном этапе при составлении технического задания.

Основные виды плат:

• Однослойные. Это самые простые и недорогие в изготовлении платы. Они подходят для низкочастотных схем и представляют собой изоляционное основание с проводящим рисунком на одной стороне.

• Двухслойные. Такие платы имеют несколько слоев и сравнительно простую разводку схем. Они состоят из основания и проводящих рисунков с двух сторон.

• Многослойные. данная разновидность применяется для сложных электронных устройств. Конструкция плат состоит из нескольких тонких электронных подложек, которые соединены в одно многослойное основание. В таких изделиях каждый слой выполняет свою определенную функцию.

• Гибкие. В изготовлении данного вида изделий используется тонкий, но прочный диэлектрик. Характеристики таких плат аналогичны свойствам устройств из жесткого материала, при этом они обладают способностью сгибаться, не теряя свои качества.

• Гибко-жесткие. Данный вид плат состоит из жесткого и гибкого диэлектрика. Такие платы могут иметь различную конструкцию и количество слоев в разных частях изделия. Гибко-жесткие платы имеют широкую область применения – автомобилестроение, медицинская, военная промышленности, сложная бытовая техника и прочие.

Для соединения выводов электронных компонентов и проводящего рисунка используется пайка. Для изготовления электропроводящего рисунка применяется фольга. Каждая плата содержит в себе отверстия для монтажа, контактные площадки для крепления планарных или выводных компонентов.

Плата в несколько слоев в своей конструкции содержит переходные отверстия, предназначенные для соединения участков фольги, располагающихся на разных слоях изделия.

Одна сторона любой платы, как правило, содержит «паяльную маску» – защитное покрытие, а также маркировку – текст и рисунок, выполненный согласно конструкторской документации.

Выбор той или иной платы определяется характеристиками электронного устройства.

Разработка печатных плат

Разработка плат – тонкая и ответственная работа. Провести такие операции можно самостоятельно, но для этого потребуются специальные знания и навыки. Обращение в специализированные компании гарантирует получение профессионального результата.

Основные этапы разработки

Разработка печатных плат состоит из нескольких этапов. В процессе проведения работ стоит учитывать требования международных стандартов.

Разработка печатных плат состоит из следующих этапов:

• Определение требований к плате с учетом исходных данных.

• Создание принципиальной схемы (основа для разработки печатной платы) – визуальное отображение элементов и связи между ними.

• Создание перечня и подробного описания всех элементов платы, в частности размеров, функций, электрических свойств деталей.

• Предварительная установка используемых элементов и создание дорожек (операции могут проводиться вручную или с использованием специализированных компьютерных программ).

• Трассировка или проектирование проводников – установление связи между всеми компонентами устройства.

• Тестирование устройства и внесение исправлений, устранение неточностей и ошибок в случае необходимости.

• Заключительный этап – оформление конструкторской документации для производства электронных устройств.

Разработка печатных плат – тонкий и длительный процесс. На протяжении всего цикла изготовления стоит учитывать действующие стандарты IPC и требования, предъявляемые для производства и тестирования. Также необходимо анализировать тепловой режим работы изделия.

Специальные компьютерные программы для разработки

Применение специальных компьютерных программ для разработки печатных плат облегчает проведение операций.

Процесс моделирования самых простых электрических схем можно провести самостоятельно без специфического ПО. Для облегчения разработки более сложных устройств существуют специальные программы. Различные системы автоматизированного проектирования упрощают процесс разработки устройств и исключают вероятность допущения ошибок.

Разработку печатных плат можно провести с использованием специальных программ для установки на свой ПК, так и в режиме онлайн. В настоящее время пользователь может выбирать наиболее удобный для себя вариант.

Способы изготовления

Существует два способа изготовления плат. Каждый из них имеет свое отличительные свойства и характеристики.

Изготовление печатных плат может проводиться одним из следующих методов:

1. Аддитивный. При использовании данного метода рисунок наносится на нефольгированную поверхность посредством химического меднения через маску.

2. Субтрактивный. Данный способ подразумевает формирование рисунка на фольгированном материале посредством удаления лишних участков.

Цена на услуги разработки

Цена услуг разработки печатных плат зависит от многих факторов. Среди них стоит отметить следующие:

• вид платы;

• сложность электронного устройства и, соответственно, самой схемы;

• объем работ.

Точная стоимость на услуги разработки печатных плат определяется на этапе составления технического задания.

Как происходит разработка печатных плат

PCB Layout DesignPCB Layout & Hardware Design Service

Печатная плата являет собой пластину из диэлектрика, на поверхности которой в объемном виде сформированы электропроводящие цепи электронной схемы. Печатные платы используются для того, чтобы электрическим и механическим способом соединять различные электронные компоненты.

Выводы электронных компонентов с элементами проводящего рисунка соединяются обычно с помощью пайки.

Электропроводящий рисунок выполняется из фольги, которая располагается на твердой изолирующей основе. В каждой печатной плате должны быть отверстия для монтажа, а так же контактные площадки, что дает возможность монтажа планарных или выводных компонентов.

Если плата имеет несколько слоев, тогда в ней обязательно должны быть переходные отверстия для электрического соединения участков фольги, расположенных на разных слоях платы.

С внешней стороны платы обычно наносится так званая “паяльная маска”, что являет собой защитное покрытие. Так же каждая плата обязана иметь маркировку, то есть текст и вспомогательный рисунок, который выполняется согласно конструкторской документации.

Рис 1. Внешний вид печатной платы

Виды печатных плат

Условно печатные платы можно разделить на 3 группы, среди которых есть свои различные виды:

Односторонние печатные платы

Они являют собой изоляционное основание, проводящий рисунок на котором выполнен только на одной стороне. В них имеются сквозные неметаллизированные отверстия, благодаря которым происходит механическая фиксация. Все печатные проводники заканчиваются контактными площадками, которые используются для присоединения. Если в такой плате возникает конфликт пересекающихся трасс, то его решают путем установки навесных проводных перемычек.

Двусторонние платы

Состоят из одного основания, но проводящие рисунки выполняются на обеих сторонах. При необходимости выполнения электрических соединений с двух сторон, используются  сквозные металлизированные отверстия. В случае, когда возникает конфликт пересекающихся соединений, его удается решить с помощью переноса конфликтующей трассы в обход на другую сторону печатной платы.

Многослойные печатные платы

В таких платах тонкие изоляционные подложки с нанесенными на них проводящими рисунками физически соединяются в одно многослойное основание.Когда в многослойном основании возникает необходимость осуществить электрические соединения, их делают с помощью сквозных или глухих отверстий.

В многослойных платах каждый слой имеет свою функцию:

• Для монтажа электронных компонентов используются наружные монтажные слои.
• На сигнальных слоях располагается топологическая схема сигнальных межсоединений.
• Слои, которые выполняют теплоотводящие и тепловыравнивающие функции.
• Слои питания и земли стараются выполнять большими полигонами с минимальным индуктивным и омическим сопротивлением. Эти слои используют в качестве электрических экранов, которые заземляются по высокой частоте развязывающими емкостями.

Существует и другая классификация печатных плат. В зависимости от сложности печатных плат, выделяют:

Гибкие печатные платы

Основание на таких платах является тонким и гибким. Такие платы применяются в случаях, когда возникает необходимость соединить различные части электронных устройств, которые выполняются на жестком основании. Также гибкие платы используются как база для антенны, катушек индуктивности и т.д.

Гибко-жесткие печатные платы

При производстве таких плат используется технология как гибкой, так и жесткой платы. Такие платы очень сложно производить и поэтому изготовить их могут не так много компаний.

Платы с несквозными переходными отверстиями

Рис 1. Плата с несквозными переходными отверстиями

Если рассматривать платы на металлической основе, то их можно разделить на такие виды:

Печатные платы на металлической основе

Если брать изделия, в который необходимо рассеивать большую тепловую мощность, то рекомендуют применять именно такие платы. В них очень часто используются мощные SMD светодиоды

Печатные платы для СВЧ применений

Используются в сверхвывсокочастотных устройствах. Как базовый материал при изготовлении таких плат часто используется тефлон, фторопласт или другие материалы, которые основаны на политетрафтроэтилена, а так же и другие.

Печатные платы для светодиодных решений

Чаще всего находят свое применение в светодиодной технике.

Печатные платы HDI

Такие платы имеют очень высокую плотность межсоединений.
Бесцветная технология печатных плат. Используются, когда определенными нормами запрещается использовать в производстве материалы, которые вредят окружающей среде. Одним из таких материалов является свинец. Поэтому бесцветная технология печатных плат подразумевает не использование свинца.
Разработка печатных плат – процесс длительный и состоит из нескольких этапов. На протяжении всего цикла разработки платы необходимо учитывать стандарты IPC, требования для производства и тестирования, а так же анализировать тепловой режим работы устройства.

Как происходит проектирование печатных плат:

1. Вы предоставляете исходные данные – техническое задание.

Для начала работы по проектированию печатной платы необходимо получить от заказчика следующие данные:

• Схема электрическая принципиальная. Вы можете дать нам ее в любом виде и формате.
• Перечень электронных компонентов со ссылкой на документы, предоставляемые фирмой-производителем (“Datasheet”) и указанным позиционным обозначением – в любом формате.
• Чертеж платы с указанием размеров габаритов, конфигурации платы, крепежных отверстий, мест установки разъемов, кнопок, высоты установки светодиодов, зон без трассировки, зон без установленных компонентов, мест с ограниченной высотой монтажа и т.д. – в любом формате.
• Информация непосредственно по самой трассировке – количество слоев, параметры групп цепей (дифференциальные пары, сигналы синхронизации,высоковольтные цепи, силовые цепи и т.д.), элементы с высокой рассеиваемой мощностью и т.д.

2. Создается библиотека компонентов.

Формирование посадочных мест происходит согласно нормам JEDEC или IPC.

3. Происходит предварительная компоновка.

• Компоненты располагаются согласно требованиям.
• Фиксируются компоненты, которые имеют жесткое расположение.
• Принимаются предложения по изменению габаритов печатной платы.
• Обсуждаются остальные требования

На этом этапе вы уже видите 3D модель платы. Мы согласовываем с вами все нюансы, получаем одобрения, ии начинаем трассировку плат.

4. Трассировка печатных плат.

• Проводится окончательная компоновка элементов.
• Осуществляется оптимизация связей.
• Задаются параметры цепей и правила трассировки.
• Производится разводка трасс.

Рис 3. Трассировка печатных плат

5. Моделирование печатных плат.

• проводится анализ целостности сигналов;
• анализируется электромагнитная совместимость;
• производится тепловое моделирование;
• проводится анализ целостности питания.

6. Верификация печатных плат.

Технические эксперты должны проводить дополнительный контроль смоделированного устройства, чтобы уменьшить количество вероятных ошибок.

7. Непосредственная сдача печатной платы.

Оформляются все документы и файлы, и передаются заказчику.

Download Center — EasyEDA

Загрузка клиента

Сравнение функций

Характеристики		Стандарт	Профессиональный
Клиент	Полный онлайн-режим
	Полуавтономный режим
	Полный автономный режим
Библиотека	Библиотека символов/посадочных мест/3D-моделей
	Символ специй
Схема	Схематическое изображение
	Экспорт спецификации
	Моделирование специй
	Иерархический дизайн/Блок повторного использования
	Проверка правил проектирования
PCBLib	Конструкция печатной платы
	Экспорт производственного файла Gerber
	Маршрутизация push-уведомлений
	Слепой/похоронен через
	Запрещенная зона
	Трехмерный дизайн оболочки
	Экспорт файла 3D ШАГ
Прочее	Импорт Altium/EAGEL/KiCad
	Экспорт Altium
	Импорт Protel/PADS/LTspice
	Панельная конструкция
	Дизайн Mutil-boards
Посмотреть больше Различные функции

У EasyEDA есть бесплатная версия для всех.

Fast Experience

— Простота использования. Если вы использовали другие инструменты для печатных плат, вы можете использовать их еще быстрее.

 — Легкий вес, меньшие требования к ресурсам, более плавная работа, ускорение проектирования.

— Бесплатная активация и авторизация, пользоваться можно зарегистрировавшись и авторизовавшись, и больше не надо терпеть взломанный EDA.

File Security

 — Автоматическое локальное резервное копирование с восстановлением документов в любое время.

 – Ваши файлы также будут сохранены на облачном сервере, что обеспечит вам двойную резервную копию для обеспечения безопасности данных.

Не нравится настольный клиент?

Вы можете использовать нашу онлайн-версию, схему (схему), моделирование

, проектирование печатной платы и генерацию Gerber бесплатно.

Access pro онлайн Стандарт доступа онлайн

Овладение искусством проектирования печатных плат Основы

Чтобы стать опытным дизайнером, жизненно важно понимать основы проектирования печатных плат. Знание правильного выбора компонентов, проверки схемы и окончательного контроля качества имеет важное значение для успешного проектирования.

Краткое описание проектирования печатных плат

Проектирование печатных плат начинается с создания концептуальной блок-схемы. Эта блок-схема преобразуется в схематический проект с использованием программного обеспечения САПР. Схема — это представление символов компонентов и сетевых соединений между ними. Сети — это следы на доске.

Предварительная компоновка — это следующий этап процесса проектирования, на котором спецификация (ведомость материалов) из схемы проверяется на наличие компонентов с длительным сроком изготовления и устаревших компонентов. Проверка включает проверку номеров деталей производителя (MPN) и номеров деталей поставщика (VPN). Кроме того, этот этап включает в себя проектирование стека.

Далее следует этап разводки печатной платы. Он включает в себя настройку параметров платы, определение ее контура, разводку компонентов и создание производственной документации с соблюдением подходящего контрольного списка проектирования.

Схема печатной платы

Основы проектирования печатных плат

При проектировании новой печатной платы необходимо придерживаться основ проектирования. Если пренебречь, это приведет к плохой конструкции платы, которую будет очень сложно изготовить. Поэтому необходимо обратить внимание на следующие понятия:

Основные соображения по проектированию печатной платы

Выбор подходящих компонентов и размеров упаковки

Как разработчик платы вы должны тщательно изучить спецификацию и изучить детали, которые входят в конструкцию. Когда на плате достаточно места, вы можете выбрать более крупные компоненты для резисторов и конденсаторов. Лучше использовать конденсатор/резистор размера 0603 или 0805 вместо 0402/0201. Выберите меньшую версию пакета компонента, если у вас есть проблемы с интервалами. Кроме того, выберите подходящий компонент и корпус в зависимости от требуемого тока, напряжения и частоты.

Меньшие компоненты производятся различными поставщиками. Это позволяет разработчикам выбирать альтернативные детали без изменения схемы или компоновки, обеспечивая своевременное решение для компонентов, которых нет на складе.

Кроме того, на этапе проектирования печатной платы очень важно выбрать подходящий размер корпуса. Пакеты меньшего размера рекомендуется выбирать только в случае необходимости; в противном случае выберите пакеты большего размера. Использование слишком большого количества мелких пакетов компонентов может создать проблемы при сборке печатной платы, что приводит к трудностям при очистке и доработке.

Как только вы определите идеальный размер упаковки, вы сможете выбрать компоненты той же категории плотности.

Компоненты малого размера на печатной плате

 Избегайте компонентов с длительным сроком поставки

Недоступность компонентов может привести к значительным задержкам. Таким образом, лучше проверить доступность при подтверждении расстояния между компонентами. Если ваш компонент имеет длительный срок поставки, закажите его немедленно. Может быть полезно иметь альтернативные компоненты с одинаковым размером основания. Поставщики сборки также могут закупать широко доступные детали, чтобы каждый компонент был легко доступен, когда придет время собирать платы.

Проверка схем

Принципиальная схема — это хорошо структурированная принципиальная схема, на которой представлены электрические соединения между различными электронными компонентами.

Пример схемы печатной платы

Основы проектирования схемы часто игнорируются. Убедитесь, что вы проверили следующее:

• Проверка нумерации контактов и меток в символах компонентов
• Проверка полярности для всех поляризованных компонентов
• Перекрывающиеся этикетки и булавки
• Обеспечение выводов базы, коллектора и эмиттера в соответствии со схематическими обозначениями, таблицей данных и пакетом посадочных мест 902:30
• Проверка значения компонента, местоположения и позиционных обозначений
• Описание условных обозначений
• Межстраничные разъемы
• Проверка межлистовой ссылки
• Проверка развязывающего конденсатора для всех микросхем, разделение контактов заземления в зависимости от типа сигнала (аналоговый, цифровой, сигнальный, земля)
• Проверка списка соединений на правильность дизайна и неправильные соединения

Прочтите наш пост о проверках схем и списков соединений, чтобы обеспечить безошибочное проектирование, чтобы понять проверки схем, проверки чертежей, проверки подключения и проверки ERC.

Добавить тестовые точки ко всем важным сигналам

Дизайн для тестирования необходим для проверки электропроводности платы. Необходимо добавить контрольные точки для всех важных сигналов, чтобы облегчить электрические испытания (E-test) и внутрисхемные испытания (ICT). Обратите внимание на следующее:

1. Сторона платы: По возможности все контрольные точки должны располагаться на одной стороне платы для облегчения тестирования.
2. Минимальное расстояние между контрольными точками: Минимальное расстояние между контрольными точками составляет 0,100 дюйма. Это максимизирует эффективность тестирования.
3. Распределение контрольных точек: Равномерное распределение контрольных точек на печатной плате упрощает тестирование с использованием нескольких пробников.
4. Зона для более высоких компонентов : Выделение зоны для более высоких компонентов может упростить тестирование.
5. Производственные допуски: Обязательно учитывайте производственные допуски при разработке компоновки, чтобы обеспечить место для контрольных точек. 902:30

Убедитесь, что ваша спецификация актуальна при разработке

Спецификация – это подробный список всех компонентов, необходимых для производства продукта. Поддерживайте актуальную спецификацию при проектировании, и если вы вносите какие-либо изменения в свой проект, убедитесь, что вы также внедрили эти изменения в свою спецификацию. Например, если вы измените номер детали на схеме, обновите и спецификацию.

Перед проверкой файла спецификации убедитесь, что в него включены все активные части. Детали должны быть проверены в отношении следующих полей:

• Серийный номер
• Описание детали
• Обозначения, соответствующие схеме
• Количество деталей
• МПН
• VPN
• DNI (не устанавливать) компоненты

Пример спецификации

Подготовка стекирования при проектировании печатных плат

Стекирование является важным атрибутом в основах проектирования печатных плат. Он последовательно определяет структуру многослойной печатной платы. Stack-up предоставляет информацию о толщине материала и весе меди, которая имеет жизненно важное значение для производства печатных плат. Когда платы уложены точно друг на друга, уменьшаются электромагнитные излучения и перекрестные помехи, а целостность сигнала повышается.

Знайте механические ограничения вашей платы, включая толщину платы и высоту компонентов. Важно знать требования к контролируемому импедансу, включая количество дифференциальных пар, так как это повлияет на количество слоев на вашей плате. Плотность разводки печатной платы также влияет на количество слоев. Выберите материал печатной платы на основе самого быстрого времени нарастания.

Типичный многослойный стек печатных плат

Проверьте технологичность вашего стека с помощью нашего бесплатного планировщика стека. Для планировщика необходимы следующие параметры:

1. Материал печатной платы (FR4, I-Speed, Rogers и т. д.) зависит от требований к частоте и окружающей среды.
2. Уровни, включая уровни сигналов и мощности.
3. Требования к импедансу, такие как несимметричный 50 Ом, дифференциальный 90 Ом или дифференциальный 100 Ом
4. Толщина меди (½, 1 или 2 унции)

Внимательно осмотрите разработку посадочного места

Схема, полная спецификация и стек являются основой вашей печатной платы. Для некоторых компонентов легче создавать посадочные места, когда они поставляются в стандартизированных пакетах. В большинстве случаев посадочные места стандартных пакетов доступны в библиотеке программного обеспечения (Altium Designer, Allegro и т. д.). В противном случае вам придется создавать его на основе таблицы данных компонента.

Убедитесь, что компоненты библиотеки соответствуют рекомендованному шаблону площадки, указанному в техническом описании. После проектирования посадочного места проверьте качество. Отметьте ориентацию компонента. Посадочные места должны быть проверены на вид сверху и снизу, шаг штифта и высоту. Обеспечение точности вашего следа в соответствии с рисунком земли устранит проблемы во время сборки.

Чтобы идентифицировать правильную деталь и ее рисунок площадки, важно точно использовать ключ нумерации из таблицы данных. Неправильная интерпретация таблицы данных приведет к неправильному посадочному месту, что может потребовать полной переделки и повторного изготовления плат.

На следующем изображении показан пример ключа нумерации и различных посадочных мест.

Код нумерации включен в техническое описание.

 

Таблица, показывающая номера моделей и соответствующие им контакты.

Размещение компонентов. Правильное размещение компонентов на печатной плате обеспечивает лучшую производительность и качество сигнала. Он начинается с размещения частей, которые находятся в указанных местах в соответствии с проектными требованиями. Эти компоненты обычно состоят из соединителей и связанных с ними частей. После этого основные компоненты, такие как ЦП, память и аналоговые схемы, будут размещены на своих местах. Третий шаг включает в себя размещение вспомогательных компонентов, таких как кристаллы, развязывающие конденсаторы и последовательные резисторы.

Также прочтите, Как разместить компоненты в KiCad

Примечание. Убедитесь, что на механическом чертеже указано расположение монтажных отверстий и деталей с критическим расположением и вращением. Проверьте, есть ли на чертеже какие-либо ограничения по высоте для верхней и нижней сторон.

Надлежащее размещение компонентов на печатной плате

Разводка печатных плат

Разводка начинается с установки правил проектирования для правил физического расстояния и импеданса. Расчет ширины дорожки следует производить на основе текущих требований различных схем. Соответственно назначьте соответствующие правила для сетей. Все трассы контролируемого импеданса должны иметь непрерывный слой опорной плоскости.

Процесс маршрутизации включает прокладку медных трасс между узлами. Этот токопроводящий путь определяется размещением трасс, переходных отверстий и дуг, соединяющих узлы. После трассировки устанавливаются соединения плоскости питания/земли.

 

Руководство по проектированию высокоскоростных печатных плат

8 глав — 115 страниц — 150 минут чтения

 

 

Производственный чертеж печатной платы

Хорошо разработанный производственный чертеж может сэкономить время, снизить затраты и устранить проблемы. Чертеж изготовления содержит информацию об изготовлении и механике печатной платы. Он состоит из информации о стеке, примечаний к изготовлению, стандартов IPC и примечаний об импедансе.

Потрясающие чертежи отправляются производителям в формате PDF. Потрясающий чертеж должен содержать все необходимые детали, необходимые для изготовления платы. Он должен в основном состоять из:

1. Размеры платы 902:30
2. Контур платы
3. Карта сверления
4. Чертеж в сборе
5. Допуск на травление и медная дорожка

Пример производственного чертежа

Сборочный чертеж платы

Сборочный чертеж печатной платы содержит всю информацию, необходимую для сборки платы. Этот чертеж может быть в формате .pdf или .jpg и может включать очертания компонентов, контактные площадки для поверхностного монтажа и сквозных отверстий, метки полярности, очертания платы и заголовки.

Кроме того, сборочный чертеж состоит из нескольких ключевых моментов:

• Контуры компонентов: Убедитесь, что отображаются все формы компонентов и их соответствующие условные обозначения для пайки. Он также будет включать компоненты, которые должны быть запрессованы или прикреплены с помощью монтажного оборудования.
• Дополнительные виды: Для двусторонних плат обычно требуется вид спереди и сзади. Оба вида могут быть размещены на одном листе, если печатная плата небольшая, в противном случае вам потребуется включить дополнительные листы. 902:30
• Производственные этикетки: Идентификация производственных этикеток, таких как штрих-коды или сборочные бирки, с помощью указателя и ссылки на них в примечаниях.
• Примечания по сборке: Это набор инструкций, содержащий информацию по сборке, отраслевые стандарты и спецификации, а также расположение специальных элементов.

Окончательный контроль качества и экспорт правильных файлов Gerber

После того, как компоновка завершена, последним шагом является выполнение набора проверок. На этом этапе выполняется DFM (дизайн для технологичности) для проверки основных проблем, связанных с проектом.