Как разработать печатную плату: особенности и нюансы

Как известно, печатная плата используется для электрического и механического соединения различных электронных компонентов. Процесс разработки платы также называют «разводкой». В данной статье мы рассмотрим этапы и особенности производственного процесса печатных плат.

Программы для моделирования

Для разработки печатных плат применяют специальные программы автоматического проектирования. Среди наиболее популярных:

• P-CAD
• OrCAD
• TopoR
• Altium Designer
• Specctra
• Proteus
• gEDA
• KiCad

Основные этапы разработки

Выделяют следующие 3 этапа разработки печатных плат

1. Подготовительный
2. Конструирование
3. Создание выходной документации

Рассмотрим их подробнее.

Подготовительный

• Импорт принципиальной электросхемы в базу данных САПР
• Добавление в САПР компонентов (схемы каждого компонента, расположение и предназначение выводов)
• Получение информации об условиях будущего производства платы (типы материалов, кол-во слоев, класс точности, диаметры отверстий и т.д.), подбор материалов на основе полученной информации

Конструирование

• Создание формы конструкции платы – контур, размеры, отверстия для крепежа, предельно допустимая высота компонентов
• Размещение всех компонентов – автоматическое или вручную
• Трассировка платы – так называется отрисовывание дорожек
• Проверка на ошибки – зазоры, замыкания, наложение одного компонента на другой и т.д.
• Расчет механических свойств будущей платы

Создание выходной конструкторской документации

Файл для платы переводится в формат, по которому будет работать изготовитель. Вся необходимая конструкторская документация оформляется по стандартам. В ней указываются:

• Тип материала основания платы
• Диаметры сверления отверстий
• Тип переходных отверстий – закрытые паяльной маской, открытые, луженые
• Кол-во областей гальванических покрытий и их тип
• Цвет и тип паяльной маски
• Необходимость/отсутствие необходимости в маркировке
• Способ обработки контура (фрезеровка, скрайбирование)

Далее мы рассмотрим материалы для производства и ряд других нюансов, которые учитываются в ходе разработки плат.

Материалы

Для изготовления базы платы применяется сплошной непроводящий материал. Чаще всего это стеклотекстолит (FR-4). Для придания ему проводящих свойств (создание проводящего слоя) он покрывается слоем меди или другого металла. Если требования к производительности схемы платы высокие, то тогда применяют керамику или PTFE.

Слои

Имеется в виду, будет ли ПП 1- или 2-х сторонней. Если плата односторонняя, то это самый экономичный вариант, так как надо использовать только 1 слой меди. Но такая ПП не подойдет для реализации каких-либо сложных проектов, например, коммерческих. Для больших задач потребуется плата с двумя слоями.

Отметим, что чем сложнее конструкция, чем сложнее стоящие перед нею задачи, тем больше дополнительных слоев металлизации требуется для платы.

Медные дорожки

Под этим названием скрывается один из самых важных компонентов ПП – электрические соединения. Они создаются посредством удаления лишней меди с металлизированного слоя.

Переходные отверстия

Это тоже один из важных элементов платы. Такие отверстия применяются в платах с двумя и более слоями для обеспечения электрического соединения одного металлизированного слоя с другим.

4 разновидности отверстий

1. Сквозные – самые популярные, когда отверстие просверливается через всю плату и покрывается металлом для формирования электрического контакта со слоями.
2. Глухие – соединяют наружный слой с одним или несколькими внутренними.
3. Скрытые – отверстия переходного назначения, которые не выходят наружу и соединяют сигналы на внутренних слоях.
4. Микро-отверстия – отверстия малых диаметра и глубины, которые проделываются либо лазером, либо высверливаются с тщательным контролем глубины (соединяют внешний слой с внутренним).

Другие важные нюансы

Далее мы разъясним значения ещё нескольких ключевых компонентов ПП.

• Паяльная маска – защитный зеленый слой, который у многих и ассоциируется собственно с самой платой (зеленый – самый популярный цвет, но может быть и другой).
• Реперные точки – небольшие окружности, не закрытые маской, которые рассчитаны на системы автоматического монтажа компонентов для калибровки и правильной установки элементов на плату
• Шелкография – дополнительный слой в виде рисунков, необходимый для визуального ориентирования в схеме платы
• Медные полигоны – участки меди, подсоединенные путем электрического соединения к земле или питанию, необходимые для снижения шумов устройства и отведения излишков тепла от мощных и активных компонентов

Что нужно учесть при разработке ПП?

Самое главное, что требуется решить на стадии подготовки к созданию платы – это выбор типа схемы. Все просто – он должен соответствовать требованиям в зависимости от того, на каком оборудовании ПП будет использоваться и какие задачи решать.

Если цели и задачи определены, если вам ясно, как будет функционировать устройство на основе будущей печатной платы, то можно приступать к её проектированию. А здесь появляется не менее важная задача – выбор материалов и компонентов для будущей платы. Для этого стоит руководствоваться следующими пунктами:

• Наличие в продаже – это определяет, насколько быстро будет изготовлена ПП
• Цикл производства компонентов – стоит учесть риск снятия выбранного компонента с производства
• Использование оптимальных фильтров по компонентам
• Выбор правильного корпуса – в противном случае могут возникнуть проблемы с впаиванием подходящего компонента

И перед тем как начинать проектировать ПП в одной из выбранных компьютерных программ, лучше набросать эскиз платы на бумаге. А лучше – более детально расписать работу каждого блока по отдельности, на отдельных листах.

Когда же подготовительный этап создания ПП будет завершен, то вы можете передавать все на производство. Для специалистов нашей компании вам достаточно будет подготовить файл будущего проекта в любом из форматов – PCAD, Gerber, CAM350, ACCEL EDA. После этого необходимо лишь заполнить бланк заказа на изготовление (его вы можете скачать у нас с сайта) или оформить онлайн-заявку.