6 نصائح عملية لتصميم لوحات الدوائر المطبوعة لتجنب 90% من أخطاء التصنيع! حتى المبتدئين يمكنهم البدء بسرعة

عند تصميم الدوائر، يركز الكثير من الأشخاص كل طاقتهم على المخططات واختيار المكونات، وينتهون على عجل من مرحلة تخطيط وتوجيه لوحة الدوائر المطبوعة. النتيجة؟ إما حدوث أخطاء متكررة أثناء الإنتاج في المصنع، أو تعطل لوحة الدائرة بعد فترة قصيرة من الاستخدام - ارتفاع درجة الحرارة، وتداخل الإشارات، وضعف اللحام - يمكن بالفعل تجنب هذه المشكلات مسبقًا من خلال التصميم العلمي. اليوم، سنقوم بتفصيل التقنيات الأساسية لتصميم لوحات الدوائر المطبوعة لمساعدتك على إنشاء لوحات دوائر قابلة للتصنيع ومستقرة وظيفيًا بسرعة!

أولاً. وضع المكونات: أكثر من مجرد أناقة، سهولة اللحام وقابلية الاستخدام

يعد وضع المكونات أساس تصميم لوحات الدوائر المطبوعة، ويتطلب الالتزام بمنطق الدائرة والتوافق مع عمليات الإنتاج. يكتفي العديد من المبتدئين بالسعي وراء "المظهر الأنيق" فقط، مع إهمال متطلبات اللحام والتجميع الفعلية.

التوجه الموحد يوفر الوقت

يؤدي وضع مكونات مماثلة مثل المقاومات والمكثفات في نفس الاتجاه إلى تقليل الحاجة إلى تعديلات الزاوية المتكررة بواسطة الجهاز أثناء اللحام، مما يحسن الكفاءة ويقلل من احتمالية وصلات اللحام البارد واللحام غير الصحيح. يجب ألا تعيق المكونات ذات الأحجام المختلفة بعضها البعض.

تجنب وضع المكونات الصغيرة مباشرة أسفل أو خلف المكونات الكبيرة. وإلا، عند لحام المكون الكبير، سيعيق المكون الصغير، مما يخلق "منطقة ظل" تعيق اللحام.

تبسيط التجميع عن طريق تصنيف المكونات.
حاول وضع مكونات التثبيت السطحي (SMT) على نفس جانب لوحة الدائرة، وتركيز مكونات الثقوب (TH) في الأعلى. هذا يتجنب التقليب المتكرر أثناء تجميع المصنع، مما يقلل من تكاليف الإنتاج. إذا كان يجب استخدام نوعين من المكونات معًا، ففكر في تكاليف عملية التجميع الإضافية مسبقًا.

ثانيًا. تصميم المسار: يجب أن تكون مسارات الطاقة والأرض والإشارة دقيقة.

بعد وضع المكونات، خطط لتوجيه مسارات الطاقة والأرض والإشارة، لأن هذا يؤثر بشكل مباشر على استقرار الدائرة. تنبع العديد من مشكلات تداخل الإشارات وعدم استقرار الطاقة من مشاكل التوجيه.

طبقات الطاقة والأرض على الطبقات الداخلية.
ضع طبقات الطاقة والأرض داخل لوحة الدائرة، مع الحفاظ على التماثل والتركيز. هذا يمنع لوحة الدائرة من الانحناء ويسمح بوضع مكونات أكثر دقة. عند تشغيل الرقائق، استخدم مسارات أكثر سمكًا وتجنب توصيلات سلسلة ديزي (توصيل المكونات على التوالي) لمنع عدم استقرار الجهد.

يجب أن تكون مسارات الإشارة "قصيرة ومستقيمة". يجب أن تتبع مسارات الإشارة بين المكونات أقصر مسار ممكن؛ التوصيلات المباشرة مفضلة على الانحناءات. إذا كان يجب تثبيت مكون أفقيًا، فقم بتشغيل المسار أفقيًا لمسافة قصيرة قبل التحول رأسيًا. هذا يمنع تدفق اللحام أثناء اللحام من التسبب في عدم محاذاة المكون؛ على العكس من ذلك، فإن تشغيل المسار رأسيًا أولاً يمكن أن يتسبب في إمالة المكون.

يجب أن يتبع عرض المسار التيار. بالنسبة لإشارات التيار المنخفض العادية (مثل الإشارات الرقمية والتناظرية)، يكفي مسار بعرض 0.010 بوصة (10 ميل). إذا تجاوز التيار 0.3 أمبير، فيجب زيادة عرض المسار؛ كلما زاد التيار، يجب أن يكون المسار أعرض لمنع ارتفاع درجة الحرارة والاحتراق.

ثالثًا. تصميم العزل: يجب فصل الإمدادات الرقمية والتناظرية والطاقة.

يمكن لدائرة إمداد الطاقة ذات الجهد العالي والتيار العالي أن تتداخل بسهولة مع الدوائر الحساسة للتحكم أو التناظرية، مما يؤدي إلى مشكلة "اهتزاز الإشارة" التي يواجهها الكثيرون. يقلل العزل المناسب من التداخل بشكل كبير.

يجب فصل أرضي الطاقة وأرضي التحكم. يجب توجيه أرضي الطاقة وأرضي التحكم لكل مصدر طاقة بشكل منفصل، وعدم خلطهما معًا. إذا كان الاتصال ضروريًا، فيجب إجراؤه فقط في نهاية مسار الطاقة لتجنب توصيل التداخل. العزل الصارم للدائرة الرقمية والتناظرية

إذا كانت لوحة الدائرة تحتوي على دوائر رقمية (مثل المتحكمات الدقيقة) ودوائر تناظرية (مثل المستشعرات)، فيجب تخطيطها بشكل منفصل، ويجب توفير مسارات معاوقة مناسبة للمستوى الأرضي للطبقة المتوسطة. يجب أن تنتقل الإشارات التناظرية فقط على الأرض التناظرية ويجب ألا تتقاطع مع الأرض الرقمية لتقليل تداخل الاقتران السعوي.

رابعًا. تبديد الحرارة: لا تدع الحرارة تدمر لوحة الدائرة الخاصة بك

تعاني العديد من لوحات الدوائر من تدهور الأداء أو حتى الاحتراق بعد فترة من الاستخدام، على الأرجح بسبب عدم كفاية تبديد الحرارة. هذا صحيح بشكل خاص بالنسبة لمكونات الطاقة، حيث يمكن أن يؤثر تراكم الحرارة بشدة على عمرها.

تحديد "عمالقة الحرارة"

تحقق من ورقة بيانات المكون لمعرفة معلمة المقاومة الحرارية (TRT) الخاصة به. تؤدي قيم TRT الأقل إلى تبديد حرارة أفضل. حافظ على المكونات عالية الطاقة (مثل الترانزستورات ورقائق الطاقة) بعيدًا عن المكونات الحساسة، وأضف مشتتات حرارة أو مراوح صغيرة إذا لزم الأمر.

وسادات الهواء الساخن هي المفتاح

يجب أن تستخدم مكونات الثقوب وسادات الهواء الساخن. هذه تبطئ تبديد الحرارة للدبابيس، مما يضمن درجة حرارة كافية أثناء اللحام ويمنع وصلات اللحام الباردة. بالإضافة إلى ذلك، فإن إضافة وسادات "الدمعة" عند نقاط الاتصال بين الوسادات والمسارات تقوي دعم رقائق النحاس وتقلل من الإجهاد الحراري والميكانيكي.

طريقة توصيل وسادة الهواء الساخن النموذجية

خامسًا. وسادات الهواء الساخن: "أداة سحرية" لعيوب اللحام

العديد من المبتدئين غير مدركين لوظيفة وسادات الهواء الساخن، مما يؤدي إلى الدوائر المفتوحة، وصلات اللحام الباردة، وضعف وصلات اللحام، والتي لا يمكن حلها عن طريق تعديل درجة حرارة الفرن بشكل متكرر. يكمن السبب الجذري للمشكلة في تصميم الأسلاك.

تسخن مساحات كبيرة من رقائق النحاس الخاصة بالطاقة أو الأرض ببطء وتبدد الحرارة بسرعة. إذا كانت أسلاك اللحام الخاصة بالمكونات الصغيرة (مثل المقاومات والمكثفات ذات العبوة 0402) متصلة مباشرة برقائق النحاس الكبيرة، فلن تصل درجة الحرارة إلى نقطة انصهار اللحام أثناء اللحام، مما يؤدي إلى وصلة لحام باردة. أثناء اللحام اليدوي، يتم توصيل الحرارة بسرعة، مما يمنع أيضًا اللحام الناجح.

مبدأ وسادات الهواء الساخن بسيط: توصيل الوسادات بمنطقة كبيرة من رقائق النحاس عبر عدة شرائح نحاسية رفيعة يضمن التوصيل الكهربائي مع تقليل منطقة تبديد الحرارة. يسمح هذا للوسادات بالحفاظ على درجة حرارة كافية أثناء اللحام، مما يضمن التصاق اللحام بقوة بالوسادات.

سادسًا. فحص التصميم: لا تبخل على الخطوة النهائية

بعد الانتهاء من التصميم، قم دائمًا بإجراء فحص مزدوج؛ وإلا، حتى الأخطاء الصغيرة يمكن أن تجعل لوحة الدائرة بأكملها غير قابلة للاستخدام.

أولاً، قم بتشغيل "فحوصات القاعدة": استخدم وظائف فحص القاعدة الكهربائية (ERC) وفحص قاعدة التصميم (DRC) في برنامج التصميم للتحقق من عرض المسار والتباعد والدوائر القصيرة والشبكات غير الموجهة، وما إلى ذلك، لضمان الامتثال لمتطلبات التصنيع.

ثانيًا، تحقق من الإشارة تلو الأخرى: من المخطط إلى لوحة الدوائر المطبوعة، تحقق من اتصال كل خط إشارة لتجنب الحذف أو الأخطاء. استخدم وظيفة التدريع الخاصة بالبرنامج للتأكد من أن التخطيط يتطابق مع المخطط.

الخلاصة

قد يبدو تصميم لوحات الدوائر المطبوعة معقدًا، لكن جوهره يدور حول "قابلية التصنيع" و "الاستقرار". يؤدي وضع المكونات بشكل صحيح، وضمان المسارات القصيرة والعريضة، وتنفيذ العزل الجيد وتبديد الحرارة، واستخدام وسادات الهواء الساخن بشكل فعال، وأخيرًا، إجراء فحص شامل - ستساعدك هذه الخطوات الست على تجنب معظم المخاطر.

لا يحتاج المبتدئون إلى السعي لتحقيق الكمال في البداية. أتقن هذه المهارات الأساسية أولاً، ثم قم بتحسينها بالتزامن مع المشاريع الواقعية. ستتمكن بسرعة من تصميم لوحات دوائر عالية الجودة. تذكر، تصميم لوحات الدوائر المطبوعة الجيد لا يقلل فقط من تكاليف الإنتاج ولكنه يجعل أداء الدائرة أكثر استقرارًا ويطيل عمرها الافتراضي.