Jakie są kluczowe elementy projektowania efektywnej i kompaktowej płytki PCB?

Czym jest płytka PCB?

Zanim przejdziemy do omawiania poszczególnych etapów tworzenia projektu, warto rozpocząć od przypomnienia czym dokładnie jest płytka PCB oraz omówienia jak możemy wykorzystać jej właściwości.

Płytka PCB, czyli Printed Circuit Board po polsku nazywana jest płytą obwodu drukowanego lub po prostu płytą drukowaną. Jest ona wykonana ze specjalnych materiałów izolacyjnych, na których umieszczane są tak zwane pola lutownicze oraz ścieżki. Służy ona do tworzenia najróżniejszych modułów, które stanowią podstawę wielu urządzeń RTV i AGD.

Wybierając odpowiedni materiał wykonania, grubość, sztywność, obciążalność prądową oraz technologię montażu, płytkę PCB można swobodnie dostosować do specyfiki konkretnego projektu.

Jak wygląda proces projektowania płytki drukowanej?

Aby stworzona przez nas płytka PCB była funkcjonalna, już na etapie tworzenia projektu warto przemyśleć kilka podstawowych kwestii.

Rozmieszczenie komponentów

Każdy projekt płytki drukowanej należy rozpocząć od odpowiedniego rozplanowania rozmieszczenia poszczególnych komponentów. Choć istnieją pewne ogólne zasady, należy pamiętać, że w zależności od naszych priorytetów - takich jak na przykład najmniejsza wielkość urządzenia - nasze wybory będą wymagały pewnych kompromisów - na przykład dzięki zastosowaniu mniejszych i bardziej zintegrowanych komponentów możemy znacząco zmniejszyć ostateczną wielkość płytki.

Jeśli chodzi o umieszczanie komponentów na płytce drukowanej, poza przestrzeganiem konkretnej kolejności działań (zaczynamy od złącz, obwodów elektrycznych, a następnie obwodów precyzyjnych i krytycznych), warto również zadbać o odpowiednie rozplanowanie ich orientacji. Zaleca się, aby podobne do siebie elementy były skierowane w tym samym kierunku, co znacznie ułatwi lutowanie. Sama długość ścieżek połączeniowych powinna być jak najkrótsza - dzięki temu opór elektryczny oraz indukcyjność będą mniejsze, co pozytywnie wpływa na wydajność urządzenia. Natomiast elementy o podobnych funkcjach należy ulokować blisko siebie, co ułatwi układanie jak najkrótszych tras. W przypadku bardziej skomplikowanych projektów, zaleca się wielowarstwowe płytki drukowane, które ułatwiają przeprowadzanie tras oraz pozytywnie wpływają na wydajność. Zwiększenie liczby warstw pozwala również na bardziej kompaktowy układ płytki.

Uziemienie i zasilanie

W przypadku zasilania oraz uziemienia warto zadbać o to, aby znajdowały się po wewnętrznej warstwie płytki. Sama płaszczyzna zasilania i uziemienia powinna w miarę możliwości zostać rozdzielona. Dbając o odpowiednie wyśrodkowanie oraz symetrię, zminimalizujemy ryzyko zaginania się płytki, co mogłoby negatywnie wpłynąć na jej późniejsze działanie.

Zaleca się również, aby unikać tworzenia pętli uziemiających - najlepiej zastosować wspólne szyny dla każdego źródła zasilania. Jeżeli nasz projekt wymaga zastosowania zarówno sygnału analogowego, jak i cyfrowego, warto zadbać o zapewnienie minimum 0,25 milimetra szerokości. W przeciwnym razie mogą pojawić się zakłócenia elektromagnetyczne.

Przegrzewanie

Projektując płytki drukowane PCB, należy również zadbać o odpowiednie rozpraszanie ciepła. Przede wszystkim w celu zachowania bezpieczeństwa, wszystkie najważniejsze komponenty powinny znajdować się z dala od źródła ciepła. Już na etapie projektu płytki PCB warto sprawdzić, które elementy mogą wydzielać najwięcej ciepła. Możemy się tego dowiedzieć analizując odporność termiczną komponentów i stopniowo redukować ilość wytwarzanego ciepła zgodnie z zaleceniami producenta.

Jeśli decydujemy się na wielowarstwowe płytki drukowane, należy dodać zawory termiczne, które pomogą utrzymać odpowiednią temperaturę.

Testy

Jeśli skończyliśmy już projektować nasze płytki drukowane PCB, warto przejść do ostatnich testów, które pozwolą nam na wyeliminowanie ewentualnych kłopotów oraz dadzą pewność, że płytka jest zgodna z założeniami projektu.

Najczęściej zaleca się, aby w pierwszej kolejności sprawdzić czy w prawidłowy sposób zostały zastosowanie zasady dotyczące elektroniki oraz projektowania. W dalszej kolejności warto zająć się trasowaniem sygnałów poprzez uruchomienie wszystkich schematów. Aby upewnić się, że płytka PCB działa bez zarzutu, warto również przeprowadzić testy termiczne oraz zasilania. Na koniec należy zadbać o sporządzenie odpowiedniej dokumentacji, która będzie zawierać wyniki testów wraz ze wszystkimi adnotacjami dotyczącymi ewentualnych błędów oraz poprawek.

Wszystkie przeprowadzone przez nas testy pozawalają na sprawdzenie czy zaprojektowana przez nas płytka spełnia oczekiwania projektu. Tego typu próby minimalizują również ryzyko pojawienia się jakichkolwiek problemów już na etapie produkcji, co pozwala nam na uniknięcie dodatkowych kosztów związanych z naprawą błędów.