PCB Full Form

Mikä on piirilevy?

PCB Full Form: Painettu piirilevy, joka on eristävästä materiaalista valmistettu substraatti, jonka pinnalle on painettu kuparipiirejä. Sitä käytetään ensisijaisesti elektroniikkakomponenttien liittämiseen ja tukemiseen, ja se tarjoaa vakaan mekaanisen tuen ja sähköisen kytkennän tarkkuuskomponenteille, kuten vastuksille, kondensaattoreille ja integroiduille piireille.

Mitkä ovat piirilevyn peruskomponentit?

Piirilevy koostuu pääasiassa substraatista, johtavasta kerroksesta, tyynyistä, juotosmaskista ja silkkipainomerkinnöistä.
Substraatti, joka on tyypillisesti valmistettu eristävästä materiaalista, kuten FR-4:stä, antaa piirille rakenteellisen tuen.
Johtava kerros koostuu kuparijäljistä, jotka muodostavat sähköliitännät. Tyynyt toimivat kosketuspisteinä elektroniikkakomponenttien kiinnittämistä ja liittämistä varten.
Juotosmaski (yleensä vihreä) peittää piirin oikosulkujen ja korroosion estämiseksi.
silkkipainomerkinnät merkitsevät komponenttien paikat ja tekniset tiedot kokoonpanon ja huollon helpottamiseksi.

Miksi käyttää PCB:tä?

• Tuotannon tehokkuuden parantaminen
  Piirilevyt mahdollistavat automatisoidun massatuotannon, mikä takaa suuremman tarkkuuden ja johdonmukaisuuden verrattuna manuaaliseen kokoonpanoon.
• Kompakti muotoilu
  Piirilevyt mahdollistavat elektroniikkakomponenttien tiheän integroinnin, mikä pienentää tuotteen kokoa ja parantaa siirrettävyyttä.
• Parannettu luotettavuus
  Piirilevypiirit tarjoavat vakaat ja turvalliset liitännät, jotka minimoivat huonon kosketuksen tai oikosulun riskit.
• Kustannusten vähentäminen
  Massatuotanto ja optimoidut piirikaavioinnit vähentävät materiaalikustannuksia poistamalla liialliset johdotukset ja ylimääräiset osat.

Mitkä ovat perusvaiheet PCB-suunnittelu?

1. Kaavallinen suunnittelu
Määrittele piirikaavio, mukaan lukien komponenttien tyypit, määrät ja eritelmät toiminnallisten vaatimusten perusteella.

2. PCB-asettelun suunnittelu
Määritä piirilevyn mitat, kerrosluku, komponenttien sijoittelu ja kytkentämenetelmät.

3. PCB-piirustus
Käytä piirilevysuunnitteluohjelmistoa piirilevyn asettelun luomiseen kaavamaisen ja fyysisten rajoitusten mukaisesti.

4. Reititys- ja jäljityssuunnittelu
Yhdistä komponentit kuparijohdoilla ja täytä samalla sähkö- ja signaalin eheysvaatimukset.

5. Komponenttien sijoittelu
Sijoita elektroniset komponentit (vastukset, kondensaattorit, IC:t jne.) optimaalisesti suorituskyvyn ja valmistettavuuden kannalta.

6. Pad & silkkipaino lisäys
Lisää juotospinnat komponenttien kiinnittämistä varten ja silkkipainomerkinnät kokoonpanoa ja vianmääritystä varten.

7. Lopullinen suunnittelun tarkastelu
Tarkista piirilevyn asettelu, suorita suunnittelusääntöjen tarkistukset (DRC) ja luo Gerber-tiedostoja valmistusta varten.

8. Valmistus ja testaus
Lähetä suunnittelutiedostot PCB-valmistajalle, testaa ja debuggaa koottu levy.

Miten valita oikea PCB-suunnitteluohjelmisto?

Kun valitset PCB-suunnitteluohjelmistoa, ota huomioon seuraavat avaintekijät varmistaaksesi, että se vastaa tarpeitasi:

1. Toiminnallisuus

• Arvioi ominaisuuksia, kuten reititysominaisuuksia, komponenttikirjastoja, simulointityökaluja ja nopean prototyyppien rakentamisen tukea.
• Valitse ohjelmisto, joka vastaa projektisi monimutkaisuutta (esim. nopea suunnittelu, RF tai monikerroksiset piirilevyt).

2. Helppokäyttöisyys

• Valitse intuitiivinen käyttöliittymä oppimisajan lyhentämiseksi.
• Etsi sisäänrakennettuja opetusohjelmia, dokumentaatiota tai aktiivisia käyttäjäyhteisöjä, jotka nopeuttavat käyttöönottoa.

3. Yhteensopivuus

• Varmista saumaton tiedostojen vienti/tuonti (esim. Gerber-, STEP- tai IDF-muodot), jotta voit tehdä yhteistyötä muiden työkalujen, kuten simulointi- tai mekaniikkasuunnitteluohjelmistojen, kanssa.
• Tarkista integraatio CAD/EDA-ekosysteemien kanssa (esim. Altium, KiCad tai Eagle).

4. Kustannukset

• Vertaile hinnoittelumalleja: ilmainen/avoimen lähdekoodin (esim. KiCad), tilauspohjainen (esim. Altium Designer) tai kertalisenssit.
• Tasapainota budjettirajoitukset ja vaaditut ominaisuudet (esim. harrastajien ja yritysten tarpeet).

5. Tuki ja yhteisö

• Aseta etusijalle ohjelmistot, joilla on luotettava tekninen tuki, erityisesti kaupallisissa hankkeissa.
• Aktiiviset foorumit (esim. GitHub, Reddit) tai myyjän tarjoamat resurssit voivat nopeuttaa vianmääritystä.

Miten reitittää PCB?

1. Reitityskerrosten määrittäminen

• Valitse reitityskerrokset piirilevyn pinoamisen (yksi-, kaksi- tai monikerroksinen) ja piirin monimutkaisuuden perusteella.
• Sisäiset kerrokset: Soveltuu suurnopeussignaaleille, teholle ja maatasoille häiriöiden vähentämiseksi.
• Ulommat kerrokset: Ihanteellinen yleisiin signaalijäljitelmiin, mikä helpottaa virheenkorjausta ja muutoksia.

2. Aseta reitityssäännöt

• Jäljen leveysN/OFF): Teho-/korkeavirtajohtimien tulisi olla leveämpiä (esim. ≥1mm), kun taas signaalijohtimet voivat olla ohuempia (0,2mm-0,5mm).
• Tyhjennys: Estä oikosulut; suurenna korkeajännitejohtimien väliä (esim. ≥0,3 mm).
• Virta ja maadoitus: Aseta etusijalle matalaimpedanssiset reitit; käytä kuparivaluja melun minimoimiseksi.

3.Optimoi komponenttien sijoittelu

• Ryhmittele komponentit toiminnon mukaan (esim. teho, analoginen, digitaalinen) pitkien jälkien minimoimiseksi.
• Sijoita suurtaajuuskomponentit (esim. oskillaattorit, RF-moduulit) lähelle integroituja piirilevyjä signaalireittien lyhentämiseksi.

4. Reititä virta ja maadoitus ensin

• Käytä tähtitopologia or maatasot maasilmukoiden välttämiseksi ja kohinan vähentämiseksi.
• Pidä virtajohdot lyhyinä ja leveinä; lisää irrotuskondensaattoreita (esim. 0,1μF) IC:iden läheisyyteen korkeataajuussuodatusta varten.

5. Signaalin reititystekniikat

• Vältä pitkiä rinnakkaisia johtoja ristikkäisviestinnän estämiseksi (noudata 3W-sääntöä: etäisyys ≥3× jäljen leveys).
• Suurnopeussignaalit (esim. USB, HDMI): Käytä differentiaalipareja, joiden pituus on sovitettu.
• Herkät signaalit (esim. analoginen): Reititä poispäin meluisista/korkeavirtaisista johtimista; lisää tarvittaessa suojaus.

6. Suodatus- ja erottelukomponenttien lisääminen

• Paikka irtokondensaattorit (10μF-100μF) virransyötöissä jännitevakauden varmistamiseksi.
• Käytä keraamiset kondensaattorit (0,1μF) lähellä IC:n virtanastoja korkeataajuisen melun suodattamiseksi.

7. Tarkista ja optimoi

• DRC (suunnittelusääntöjen tarkistus): Tarkista jäljen leveys, välys ja valmistuksen spesifikaatioiden noudattaminen.
• Signaalin eheyden analyysi: Simuloi heijastukset ja viiveet suurnopeussuunnittelua varten.
• Reitityksen optimointi: Poista terävät kulmat (käytä 45° tai kaarevia jälkiä) ja lyhennä kriittisiä polkuja.

Seuraamalla näitä vaiheita voit parantaa piirilevyn luotettavuutta, häiriönsietokykyä ja valmistettavuutta.

Kuinka suorittaa PCB-asettelu?

1. Määritä PCB-koko

• Valitse piirilevyn mitat ja muoto piirin monimutkaisuuden ja komponenttien määrän perusteella.
• Ota huomioon kotelorajoitukset ja mekaaniset asennusvaatimukset.

2. Komponenttien sijoittelu

• Järjestä komponentit loogisesti kaaviokuvan mukaisesti tehokkaan reitityksen ja huollon varmistamiseksi.
• Ryhmittele toisiinsa liittyvät komponentit (esim. virtalähde, MCU, anturit) jäljityspituuden minimoimiseksi.
• Vältä sijoittamasta komponentteja siten, että ne aiheuttavat häiriöitä tai estävät pääsyn.

3. Kerrosten pinoamisen suunnittelu

• Erillinen tehokoneet, maatasotja signaalikerrokset vähentää kohinaa ja ristikkäisääniä.
• Nopeat tai herkät piirit saattavat vaatia erityisiä kerroksia (esim. yli 4-kerroksiset levyt).

4. Asettelusääntöjen määrittäminen

• Noudata valmistajan ohjeita:
• Tyhjennys: Komponenttien/johtojen välinen vähimmäisetäisyys.
• Levyn reunamarginaali: Tyypillisesti 0,5-1 mm valmistusvirheiden välttämiseksi.
• Kokojen kautta ja porausreiät PCB:n paksuuden perusteella.

5. Aseta oheiskomponentit

• Aseta liittimet (USB- ja virtaliittimet), kytkimet, LEDit ja muut liitäntäelementit etusijalle, jotta ne ovat ergonomisesti käytettävissä.
• Varmista mekaaninen yhteensopivuus (esim. kohdistus kotelon leikkauksiin).

6. Aseta hallituksen ääriviivat ja kiinnitysreiät

• Määrittele piirilevyn reuna ja lisää tarvittaessa kiinnitysreikiä.
• Sisällytä automaattista kokoonpanoa (pick-and-place-koneet) varten tarvittavat vertailumerkit.

7. Viimeistele ulkoasu ja luo tiedostot

• Tarkista, että komponenttien sijoittelu optimoi reitityksen (esim. ei päällekkäisyyksiä, mahdollisimman vähän läpivientejä).
• Vie asettelutiedostot (Gerber, poratiedostot) valmistusta varten.

Miten valita oikea PCB-materiaali?

1. Piirin vaatimukset

• Taajuus:
• Suurtaajuuspiirit (RF, mikroaallot) vaativat matalahäviöisiä materiaaleja, joilla on vakaa dielektrisyysvakio (Dk) (esim, Rogers RO4003C, PTFE).
• Matalataajuuspiirit voi käyttää tavallista FR-4.
• Tehon käsittely:
• Suuritehoiset virtapiiritN/OFF) tarvitsevat materiaaleja, joilla on korkea lämmönjohtavuus (esim, metalliydinpiirilevyt kuten alumiini tai kupari).
• Suurjännitepiirit vaativat materiaaleja, joilla on korkea läpilyöntijännite (esim, polyimidi).

2. Kustannusnäkökohdat

• Budjettiystävällinen: FR-4 (yleisin, sopii yleiskäyttöisiin piireihin).
• Keskiluokka: Korkea Tg FR-4 (parempi lämmönkestävyys).
• Premium: Rogers, PTFE (RF/korkeanopeuksisia malleja varten).

3. Valmistusprosessin yhteensopivuus

• Jäykät PCB:t: Standardi FR-4, CEM-1/3.
• Joustavat PCB:t: Polyimidi (esim, Kapton) taivutettavissa piireissä.
• HDI (High-Density Interconnect) (tiheä liitäntä): Low-Dk-materiaalit (esim, Megtron 6).

4. Ympäristö- ja sääntelyn noudattaminen

• RoHS-yhteensopiva: Lyijyttömiä materiaaleja (esim, halogeenivapaa FR-4).
• Korkea luotettavuus: Polyimidi ilmailu- ja lääketieteellisiin sovelluksiin.

Materiaalien vertailutaulukko