Советы по проектированию и производству печатных плат

В этой статье мы рассмотрим ключевые аспекты проектирования, выбора материалов и покрытий, а также распространенные ошибки и способы их устранения.

Оптимизация трассировки

Трассировка — один из важнейших этапов проектирования печатной платы. От того, насколько грамотно проложены дорожки, зависят электромагнитная совместимость, надежность соединений и термостойкость платы.

Основные принципы трассировки

1. Разделение силовых и сигнальных цепей

- Высоковольтные и низковольтные сигналы должны быть разделены, чтобы избежать помех.

- Силовые цепи следует прокладывать отдельными слоями, используя широкие дорожки.

2. Минимизация длины дорожек

- Чем короче проводник, тем меньше его сопротивление и вероятность возникновения паразитных наводок.

- Для высокочастотных сигналов необходимо избегать резких изгибов, предпочтителен угол 45°.

3. Использование экранирующих слоев

- Для предотвращения электромагнитных помех (EMI) важно использовать экранирующие и заземляющие полигоны.

- Оптимально размещать слой "земли" непосредственно под сигнальным слоем.

4. Соблюдение правил разводки дифференциальных пар

- Дифференциальные пары (например, USB, HDMI, LVDS) должны быть равной длины и с минимальным разрывом.

- Ширина и зазор между проводниками должны быть согласованы с волновым сопротивлением трассы.

5. Оптимизация тепловыделения

- Для мощных компонентов (MOSFET, регуляторы напряжения) необходимо предусматривать теплоотводы в виде полигонов.

- Для равномерного распределения тепла используются металлизированные переходные отверстия (via).

Выбор материалов и покрытий

Материалы подложки играют ключевую роль в производительности и надежности печатной платы. Выбор материала определяется требованиями к теплоотводу, механической прочности и устойчивости к внешним воздействиям. Характеристики, срок службы и стоимость печатной платы зависят от материала подложки.

Подложки печатных плат

Основные типы материалов:

• FR-4 – наиболее распространенный стеклотекстолит, подходит для большинства электронных устройств.

• Polyimide (PI) – используется в гибких и термостойких платах.

• Rogers 4000, 5000 – специальные материалы для ВЧ и СВЧ устройств.

• Металлические подложки (IMS – Insulated Metal Substrate) – применяются в мощных источниках питания и светодиодных модулях.

Выбор покрытий

Покрытие меди играет важную роль в защите печатных плат и улучшении паяемости. Наиболее распространенные покрытия:

• HASL (горячее лужение) – экономичный, но не идеально ровный метод.

• ENIG (золото-никелевое покрытие) – обеспечивает высокую коррозионную стойкость и хорошую паяемость.

• OSP (органическое защитное покрытие) – дешевый и экологичный вариант, но подходит только для одноразовой пайки.

• Immersion Silver / Tin (погружное серебро или олово) – хорошая альтернатива ENIG, но требует специальных условий хранения.


Контроль импеданса и тестирование

Если проект включает ВЧ-сигналы (Ethernet, USB 3.0, RF), заказывайте контроль импеданса для стабильной работы.

• Рекомендуем 100% электрическое тестирование плат перед поставкой, чтобы избежать скрытых дефектов.

Хранение и транспортировка

• Платы с OSP паяются в течение 6 месяцев.
• ENIG долговечнее, подходит для многоразовой пайки.
• Хранить платы лучше в сухом месте, при 15–25°C, в герметичной упаковке.

Распространенные ошибки и их устранение

1. Ошибки при проектировании

Проблема: Несоблюдение минимальных зазоров между дорожками. 

✅ Решение: Использовать стандарты IPC (например, IPC-2221) и рекомендации производителя.

Проблема: Плохая компоновка компонентов (слишком плотное размещение, длинные проводники).

✅ Решение: Размещать компоненты группами, минимизировать длину трасс и учитывать тепловые зазоры.

Проблема: Нарушение правил разводки высокочастотных сигналов (резкие изгибы, разные длины дифференциальных пар). 

✅ Решение: Использовать симметричную разводку, согласованное волновое сопротивление, избегать острых углов.

2. Ошибки при производстве

Проблема: Дефекты пайки из-за некачественного покрытия или недостаточного припоя. 

✅ Решение: Контролировать параметры печати пасты и профили пайки. Использовать качественные покрытия, такие как ENIG.

Проблема: Деламинация (расслоение платы) при пайке. 

✅ Решение: Выбирать качественные материалы с низким коэффициентом теплового расширения.

Проблема: Обрыв дорожек или плохая металлизация отверстий. 

✅ Решение: Использовать качественную металлизацию, учитывать минимальные диаметры отверстий.

Вывод

Правильный подход к проектированию и производству печатных плат позволяет избежать проблем на стадии эксплуатации. Учитывая основные принципы трассировки, выбор качественных материалов и предотвращение типичных ошибок, можно добиться высокой надежности и долговечности печатных плат.

Нужна помощь?

Отправьте нам на почту info@fregat.ru Gerber-файлы для бесплатной консультации и расчёта стоимости.
Поможем с проектом, посоветуем оптимальные материалы и сократим срок производства.