PCB boyutunu küçültmek için küçük devre kartları tasarlamak için ipuçları ve teknikler

İster karmaşık bir cep telefonu, ister başka bir basit düşük maliyetli Elektronik oyuncak olsun, herhangi bir elektronik ürün için, Baskılı Devre Kartları (PCB) önemli bir bileşendir. Bir ürün geliştirme döngüsünde, tasarım maliyet yönetimi büyük bir sorundur ve PCB, ürün reçetesinde en çok ihmal edilen ve maliyetli bileşendir. PCB'nin maliyeti bir devrede kullanılan diğer bileşenlerden çok daha fazladır, bu nedenle PCB boyutunu küçültmek sadece ürünümüzün boyutunu küçültmekle kalmaz, aynı zamanda çoğu durumda üretim maliyetlerini de düşürür. Ancak, PCB boyutunun nasıl küçültüleceği, elektronik üretiminde karmaşık bir sorudur çünkü PCB'nin boyutu birkaç şeye bağlıdır ve sınırlamaları vardır. Bu yazıda, PCB boyutunu küçültmek için Tasarım Tekniklerini anlatacağız. ödünleşimleri ve olası çözümleri karşılaştırarak.

İz Boşluğunu ve Bileşen Aralığını Azaltmak için Çok Katmanlı PCB

Bir Baskılı Devre Kartındaki büyük alan yönlendirme tarafından alınır. Prototip aşamaları, devre her test edildiğinde, bir katman veya maksimum çift katmanlı PCB kartı kullanır. Bununla birlikte, çoğu zaman devre, tasarımcıyı çift ​​katmanlı bir devre kartı kullanmaya zorlayan SMD (Yüzey Montaj Cihazları) kullanılarak yapılır. Kartın çift katmanlı olarak tasarlanması, tüm bileşenlere yüzey erişimini açar ve izlerin yönlendirilmesi için kart boşlukları sağlar. Tahta tabakası iki tabakadan, örneğin dört veya altı tabakadan daha fazla artırılırsa, tahta yüzey alanı tekrar artabilir. Ancak bir dezavantaj var. Kart iki, dört veya daha fazla katman kullanılarak tasarlanmışsa, bir devrenin test edilmesi, onarımı ve yeniden işlenmesi açısından büyük bir karmaşıklık yaratır.

Bu nedenle, birden çok katman (başlıca dört katman) yalnızca kartın prototip aşamasında iyi bir şekilde test edilmesi durumunda mümkündür. Kart boyutunun dışında, tasarım süresi de aynı devreyi daha büyük tek veya çift katmanlı bir kartta tasarlamaktan çok daha kısadır.

Genel olarak, Güç izleri ve Yere dönüş yolu dolgu katmanları yüksek akım yolları olarak tanımlanır, bu nedenle kalın izler gerektirirler. Bu yüksek izler, ÜST veya Alt katmanlarda yönlendirilebilir ve düşük akım yolları veya sinyal katmanları, dört katmanlı PCB'lerde dahili katmanlar olarak kullanılabilir. Aşağıdaki resimde 4 Katmanlı bir PCB gösterilmektedir.

Ancak genel ödünleşmeler var. Çok katmanlı PCB'nin maliyeti, tek katmanlı kartlardan daha yüksektir. Bu nedenle, tek veya çift katmanlı bir kartı dört katmanlı PCB'ye değiştirmeden önce maliyet amacını hesaplamak önemlidir. Ancak katman sayısını artırmak, kartın boyutunu önemli ölçüde değiştirebilir.

Bakır Kalınlığını Değiştirerek Termal Sorunları Yönetmek

PCB, PCB'deki Termal yönetim olan yüksek akım devre tasarımları için çok kullanışlı bir duruma katkıda bulunur. PCB izinden yüksek akım geçtiğinde, ısı dağılımını artırır ve yollarda direnç oluşturur. Bununla birlikte, yüksek akım yollarını yönetmek için özel kalın izler dışında, PCB'nin önemli bir avantajı, PCB ısı emiciler oluşturmaktır. Bu nedenle, devre tasarımı termal yönetim için önemli miktarda PCB bakır alanı kullanıyorsa veya yüksek akım izleri için büyük alanlar tahsis ediyorsa, artan bakır katman kalınlığı kullanılarak kart boyutu küçültülebilir.

IPC2221A'ya göre, bir tasarımcı gerekli akım yolları için minimum bir iz genişliği kullanmalıdır, ancak toplam izleme alanı dikkate alınmalıdır. Genel olarak, PCB'lerin bakır tabaka kalınlığı 1Oz (35um) idi. Ancak bakırın kalınlığı artırılabilir. Bu nedenle, basit matematik kullanarak, kalınlığın 2Oz'ye (70um) iki katına çıkarılması, iz boyutunu aynı akım kapasitesi kadar yarı yarıya kesebilir. Bunun dışında 2Oz bakır kalınlığı PCB bazlı ısı emici için de faydalı olabilir. Ayrıca 4Oz ile 10Oz arasında değişen daha ağır bakır kapasitesi de mevcuttur.

Böylelikle bakır kalınlığının arttırılması, PCB boyutunu etkin bir şekilde azaltır. Bunun nasıl etkili olabileceğini görelim. Aşağıdaki resim, PCB iz genişliğini hesaplamak için çevrimiçi tabanlı bir hesap makinesidir.

İz boyunca akacak akımın değeri 1A'dır. Bakırın kalınlığı 1 Oz (35 um) olarak ayarlanmıştır. İz üzerindeki sıcaklığın yükselmesi 25 santigrat derece ortam sıcaklığında 10 derece olacaktır. IPC2221A standardına göre iz genişliğinin çıktısı:

Şimdi aynı şartnamede bakır kalınlığı arttırılırsa iz genişliği azaltılabilmektedir.

Gerekli olan kalınlık sadece-

Bileşen Paketi Seçimi

Bileşen seçimi, devre tasarımında önemli bir şeydir. Elektronikte aynı fakat farklı paket bileşenleri mevcuttur. Örneğin,.125 Watt değerine sahip basit bir direnç, 0402, 0603, 0805, 1210, vb. Gibi farklı paketlerde mevcut olabilir.

Çoğu zaman, prototip PCB, kullanımı, lehimlemesi, değiştirilmesi veya test etmesi daha kolay olduğu için, 0805 veya 1210 dirençleri kullanan daha büyük bileşenler ve genelden daha yüksek boşluklu polarize olmayan kapasitörler kullanır. Ancak bu taktik, büyük miktarda tahta alanına sahip olur. Üretim aşamasında, bileşenler aynı derecelendirmeye sahip daha küçük bir pakete dönüştürülebilir ve pano alanı sıkıştırılabilir. Bu bileşenlerin paket boyutunu küçültebiliriz.

Ama hangi paketin seçileceği durum? 0402'den daha küçük paketlerin kullanılması pratik değildir, çünkü üretim için mevcut olan standart alma ve yerleştirme makinelerinin 0402'den daha küçük SMD paketlerini işlemede sınırlamaları olabilir.

Daha küçük bileşenlerin bir başka dezavantajı, güç derecesidir. 0603'ten daha küçük paketler, 0805 veya 1210'dan çok daha düşük akımla başa çıkabilir. Bu nedenle, uygun bileşenleri seçmek için dikkatli düşünmek gerekir. Böyle bir durumda, daha küçük paketler PCB boyutlarının küçültülmesi için kullanılamadığında, paket ayak izi düzenlenebilir ve bileşen altlığı mümkün olduğunca küçültülebilir. Tasarımcı, ayak izlerini değiştirerek işleri biraz daha sıkı bir şekilde sıkıştırabilir. Tasarım toleransları nedeniyle, mevcut varsayılan ayak izi, paketlerin herhangi bir sürümünü tutabilecek ortak bir ayak izidir. Örneğin, 0805 paketlerinin kapladığı alan, 0805 için mümkün olduğu kadar çok varyasyonu kapsayacak şekilde yapılmıştır. Farklılıklar, üretim kabiliyetinin farklılığından kaynaklanmaktadır.Farklı şirketler, aynı 0805 paketi için farklı toleranslara sahip olan farklı üretim makinelerini kullanır. Bu nedenle, varsayılan paket ayak izleri gerekenden biraz daha büyüktür.

Belirli bileşenlerin veri sayfalarını kullanarak ayak izi manuel olarak düzenlenebilir ve ped boyutunu gerektiği gibi küçültebilir.

Kart boyutu, SMD tabanlı Elektrolitik kapasitörler kullanılarak da küçültülebilir, çünkü aynı dereceye sahip açık delikli bileşenlerden daha küçük çaplara sahip görünüyorlardı.

New Age Compact Connecters

Bir başka yer aç bileşen de konektörlerdir. Konektörler daha geniş kart alanı kullanır ve kapladığı alan da daha yüksek çaplı pedler kullanır. Akım ve voltaj değerleri izin veriyorsa, konektör türlerini değiştirmek çok faydalı olabilir.

Örneğin, Molex veya Wurth Electronics veya diğer büyük şirketler gibi konektör üretim şirketi, her zaman birden çok boyut tabanlı aynı türde konektörler sağlar. Böylece, doğru boyutun seçilmesi, hem maliyetten hem de pano alanından tasarruf sağlayabilir.

Direnç Ağları

Esas olarak mikro denetleyici tabanlı tasarımda, seri geçiş dirençleri, mikro denetleyiciyi IO pinlerinden yüksek akım akışından korumak için her zaman gerekli olan şeydir. Bu nedenle seri geçiş direnci olarak 8'den fazla direnç, bazen 16'dan fazla direnç kullanılması gerekir. Bu kadar çok sayıda direnç, PCB'de çok daha fazla alan ekler. Bu sorun direnç ağları kullanılarak çözülebilir. Basit bir 1210 paket tabanlı direnç ağı, 4 veya 6 direnç için yerden tasarruf sağlayabilir. Aşağıdaki görüntü 1206 paketindeki 5 dirençtir.

Standart Paketler Yerine Yığılmış Paketler

Farklı amaçlar için birden fazla transistör veya hatta ikiden fazla MOSFET gerektiren birçok tasarım vardır. Bireysel transistörler veya Mosfetler eklemek, istiflenmiş paketler kullanmaktan daha fazla alan sağlayabilir.

Tek bir pakette birden çok bileşeni kullanan çeşitli seçenekler vardır. Örneğin, yalnızca bir Mosfet'in alanını kaplayan ve büyük miktarda kart alanı tasarrufu sağlayan ikili Mosfet veya dörtlü MOSFET paketleri de mevcuttur.

Bu numaralar hemen hemen her bileşene uygulanabilir. Bu, daha küçük bir pano alanına yol açar ve bonus puanı, bazen bu bileşenlerin maliyetinin, tek tek bileşenleri kullanmaktan daha düşük olmasıdır.

Yukarıdaki noktalar, PCB boyutunun küçültülmesi için olası çıkış yoludur. Bununla birlikte, maliyet, karmaşıklık ve PCB boyutunun her zaman kararla ilgili bazı önemli ödünleşimleri vardır. Hedeflenen uygulamaya veya belirli hedeflenen devre tasarımına bağlı olan kesin yolu seçmeniz gerekir.