我如何准备我的PCB制造?通过设计最佳实践加速PCB组件

在本文中，Parker Dillman，Lead EE和Macrofab的联合创始人覆盖了如何最好地准备PCB设计的制造和组装。

这是一个常见的情况：您是硬件开发人员和截止日期都是为您的下一个产品覆盖。坏原型PCB将延迟项目几周，您需要减少这种风险。首次，快速且不存在问题，将PCB正确组装在一起，是至关重要的。

为了尽量减少这些潜在的问题，我整理了一些提示列表，以帮助您准备制造下一个原型。

仔细检查足迹和包

确保内存占用与组件的包匹配是避免制造障碍的第一个方法。老式的印刷方式是在纸上按1:1比例打印PCB，然后将部件叠加在一起，考虑到一些组件已经变得非常小，并且像BGA组件这样的封装接触，这种方式目前也仅限于此。

仔细检查足迹上的尺寸是否与您的设计单元（mm或mil）匹配。

一些组件制造商是不友好的，并绘制组件的机械布局，如透过底部的清晰，透明的PCB。一定要注意这一点。

图1所示。硅实验室EFM8ub10F8G在QFN20封装中。将在EDA工具中绘制的布局进行比较到数据表中的着陆模式。

如果您的EDA工具可以绘制投影和尺寸线，则值得以与组件数据表中的机械绘图匹配的方式来测量您的足迹。验证数据表的测量单位和您的足迹。

这也是检查原理图符号和组件占用空间之间的映射的好时机。电压调节器引脚、离散MOSFET和晶体管通常很容易翻转。

具有极性的组件应检查其脚印以确保极性标记清晰明显。这包括IC引脚一个标记，二极管阴极标记和偏振电容标记。

图2。在CREE LED上的引脚1标记。

选择大量测试过的部件替换

当关键部件不可用并且没有替换已经预先测试并批准，产生的常见延迟发生。如果零件具有可行的替换，但在您的电路或产品的关键路径中，我强烈推荐在进行生产之前用每个替代构建原型和测试。这减少了在将来切换到替换部分时所涉及的风险。

图3。鼠标器上标示为NRND或不推荐用于新设计的寿命结束部分

如果你有独特的零件，没有任何直接替代品(微控制器，专用传感器等)，从零件制造开始检查零件的寿命。制造商将把被定为停产的部件标记为“不推荐用于新设计”。

通常，制造商为制造部件保证了一个固定的寿命，并将在部件寿命(EoL)结束时通知用户。确保你需要的部件在产品的生产寿命结束之前都是可用的，以避免昂贵的产品重新设计。

使用预先认证的无线电模块

如果您的产品使用蓝牙或WiFi，请使用预认证的无线电模块进行调查。这些模块是预先设计的和打包系统，保证使用相关的FCC识别号正确运行。使用预认证的无线电模块增加了正确运行的无线系统的机会，并且还将降低FCC和CE无线电发射合规性测试的可能性。

图4。osbeehive的蜂箱由预先认证的粒子光子无线电模块供电。图片由OSBeehives。

考虑一下你的无线天线布局

如果您认为滚动无线连接到PCB的成本节约是值得的，则天线的PCB布局至关重要。对于大多数无线连接部件（收发器），制造商的数据表将有推荐的布局。在建议的布局之后，很可能是您对成功的最快捷的路线。

在进行PCB布局时需要注意一些事情。首先，收发器和天线之间的阻抗必须匹配。第二，收发器的数据表应该有更多关于选择适当的天线，设计调谐滤波器，和最佳性能所需的正确阻抗的细节。

如果您设计自己的无线连接，我强烈建议在产品上对产品进行预致规性测试。预遵义测试将有望捕获您的设计中的任何明显的问题。寻找在时钟，振荡器和传输频谱中的频率谐波。

不要忘记去耦电容器

电子元件需要稳定的电压源和去耦电容应该包括在你的PCB上接近每一个单一的有源元件。解耦电容工作最好时，他们是尽可能接近的电源引脚的组件。

图5。去耦电容器确保此德州仪器LVDS转换器有光滑的力量。

对于有多个功率引脚的较大组件，您可能需要在每个功率引脚上解耦电容。功率敏感的部件，如传感器，adc和fpga，您可能需要包括接地引脚的解耦帽。去耦电容器应该从电源和组件内联，因为这提高了电容器的性能。

图6。旁路电容器或去耦电容器应该放置在电源的内联位置。

用适当的迹线宽度和间距保护您的电路板

必须正确尺寸为高电流迹线，以确保它们不会烧坏PCB。我建议使用在线跟踪宽度计算器来完成计算。板外侧的迹线可以处理比内部更多的电流，因为外部迹线更容易消散产生的热量。为了保持热量，尝试指定迹线宽度计算器上的温度升高为10℃。然而，如果没有痕迹的空间，但是，对于大多数应用来说，20ºC温度升高应该很好。

如果您不能将踪迹宽得足够宽，您可能需要转到较厚的铜重量，这会增加电流能力。但是，增加铜重量厚度会导致设计规则检查（DRC）的最小迹线宽度和间距问题，因此请务必考虑到这一点。通常与铜重量较厚，需要较大的迹线宽度和空间，并增加每个PCB单价的价格。

图7。为了增加电压隔离，在焊盘之间剪断线路。图片由Scott Swaaley提供MAKESafe工具。

一个经常被忽视的问题是确保高压线路彼此之间足够隔离。如果你的产品连接到市电电压，你需要确保电压不会跳气隙和短路。

选择右电源稳压器路由

那里有两个主要类型的电压嵌入式系统中的调节器：线性稳压器和开关稳压器。每种类型都有不同的PCB布局和路由指南。

使用线性调节器

线性调节器采用过量的电压并将其转换为浪费。这是效率低下，但线性调节器通常只需要外部电容器正确运行并且可能比开关稳压器更少。有两件事可以用线性稳压器来实现：

1. 考虑您的电容选择。遵循制造商关于用于绕过稳压器的电容器类型、值和位置的指导方针。通常，电容器应该尽可能地靠近稳压器的输入和输出管脚。
2. 照顾热量。一般来说，这意味着确保您为调节器选择的包可以处理您将产生的热量，并且您的布局可以支持它。铜倾泻和通过缝合将是你的朋友在这里。如果一个铜浇头不够大，那么就需要一个散热器。

图8。铜线性稳压器倒散热。

使用开关调节器

开关调节器比线性调节器更有效，但设计更复杂。通常，热量不是开关调节器的问题，但您需要仔细选择组件以确保开关调节器将正常工作。开关调节器也更容易产生不需要的电磁场（EMF）并在产品的FCC / CE合规阶段导致故障。

1. 遵循推荐的布局与制造商密切联系。这些布局已经过测试，以正确工作。
2. 保持切换器的反馈回路尽可能小。这将降低EMF和寄生电阻，电感和电容。
3. 密切关注切换稳压器输出电容ESR和ESL评级。在查找组件时，交换稳压器的数据表通常会告诉您在哪里设置值。

用于设计切换器，我喜欢使用德州仪器Webench。它为您所需的规格产生多种设计，并为您提供您需要正确设计开关的电感和电容部件编号。

包括热释放大铜痕迹和倾泻

通过将垫块与铜迹连接或使用更小的窄轨而不是直接连接，就可以创建一个带散热功能的铜垫块。散热降低了焊接元件到焊盘的热负荷。这减少了由于铜散热过快而导致的冷焊点的机会。

图9。在大型SMT焊盘上散热，以促进正确焊接连接。

你应该注意通过热卸区的电流负荷。如果保险丝被设计得太窄，就会产生单向保险丝。

优化您的SMT组装设计

当您使用尽可能多的SMT组件时，生产成本和组装时间都受到积极影响。如果连接器仅在产品组件期间接地（如在产品组件期间连接内部锂电池），则可以创建SMT连接器。

图10。波峰托盘工具，使更快的通孔连接器焊接。

有时通孔部件是必要的。与人类接口的连接器几乎总是通过孔，以防止部件在操作期间被强行拆除。使用通孔部件时，与合同制造商合作，了解您需要多大的空间，以优化波浪或选择性焊接。如果其他组件过于靠近通孔触点，则合同制造商可能需要焊接连接器，减慢组装过程并增加成本。

仔细检查您的设计规则检查

仔细检查设计规则可能是这个列表中最重要的一项。与你的制造商检查他们的设计规则。大多数制造商都有不同层次的伸缩设计规则。如果您可以使用更大、更标准的设计规则，那么您应该这样做。

在将设计文件发送给您的制造商之前，我建议您最后一次运行DRC并检查以下事项:

• 运行设计规则检查(DRC)
• 检查连接和路由
• 使用您的EDA工具的“机器”或“RAT线”在视觉上显示，在信号网上彼此连接到哪个部件焊盘
• 更新日期代码，PCB版本控制或元数据的任何丝网文本

包起来

我希望这篇文章指导您提高PCB设计过程，并帮助您在订购PCB组件时降低风险并扩大产品生产。您更加规划的计划越多，生产中的打嗝越少。

有关其他信息，请查看我的采访全部关于电路团队读一读我写的清单预晶圆厂和生产考虑。

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