6 Dicas Práticas de Design de PCB para Evitar 90% das Armadilhas de Fabricação! Até Mesmo Iniciantes Podem Começar Rapidamente

Ao projetar circuitos, muitas pessoas concentram toda a sua energia em esquemas e seleção de componentes, finalizando apressadamente a etapa de layout e roteamento da PCB. O resultado? Ou ocorrem erros frequentes durante a produção na fábrica, ou a placa de circuito apresenta mau funcionamento após um curto período de uso—superaquecimento, interferência de sinal, soldagem deficiente—esses problemas podem, na verdade, ser evitados com antecedência por meio de um design científico. Hoje, vamos detalhar as técnicas principais do design de PCB para ajudá-lo a criar rapidamente placas de circuito fabricáveis e funcionalmente estáveis!

I. Posicionamento de Componentes: Mais do que Apenas Organização, Facilidade de Soldagem e Usabilidade

O posicionamento de componentes é a base do design de PCB, exigindo tanto a adesão à lógica do circuito quanto a compatibilidade com os processos de produção. Muitos iniciantes buscam apenas uma "aparência organizada", negligenciando os requisitos reais de soldagem e montagem.

Orientação Unificada Economiza Tempo

Colocar componentes semelhantes, como resistores e capacitores, na mesma direção reduz a necessidade de ajustes frequentes de ângulo pela máquina durante a soldagem, melhorando a eficiência e reduzindo a probabilidade de juntas de solda frias e soldagem incorreta. Componentes de tamanhos diferentes não devem obstruir uns aos outros.

Evite colocar componentes pequenos diretamente abaixo ou atrás de componentes grandes. Caso contrário, ao soldar o componente grande, o componente pequeno será obstruído, criando uma "área de sombra" que dificulta a soldagem.

Simplifique a montagem categorizando os componentes.
Tente colocar componentes de montagem em superfície (SMT) no mesmo lado da placa de circuito e concentre os componentes de furo passante (TH) na parte superior. Isso evita a inversão repetida durante a montagem na fábrica, reduzindo os custos de produção. Se dois tipos de componentes precisarem ser usados juntos, considere os custos adicionais do processo de montagem com antecedência.

II. Design de Trilhas: Rotas de Energia, Terra e Sinal Devem Ser Meticulosas.

Após posicionar os componentes, planeje o roteamento das trilhas de energia, terra e sinal, pois isso afeta diretamente a estabilidade do circuito. Muitos problemas de interferência de sinal e instabilidade de energia decorrem de problemas de roteamento.

Camadas de Energia e Terra em Camadas Internas.
Coloque as camadas de energia e terra dentro da placa de circuito, mantendo a simetria e o centralização. Isso evita que a placa de circuito se dobre e permite um posicionamento mais preciso dos componentes. Ao alimentar chips, use trilhas mais espessas e evite conexões em cadeia (conectando componentes em série) para evitar instabilidade de tensão.

As trilhas de sinal devem ser "curtas e retas". As trilhas de sinal entre os componentes devem seguir o caminho mais curto possível; conexões diretas são preferíveis a curvas. Se um componente precisar ser fixado horizontalmente, execute a trilha horizontalmente por uma curta distância antes de virar verticalmente. Isso impede que o fluxo de solda durante a soldagem cause desalinhamento do componente; por outro lado, executar a trilha verticalmente primeiro pode fazer com que o componente se incline.

A largura da trilha deve seguir a corrente. Para sinais de baixa corrente comuns (como sinais digitais e analógicos), uma trilha de 0,010 polegadas (10mil) de largura é suficiente. Se a corrente exceder 0,3 amperes, a largura da trilha deve ser aumentada; quanto maior a corrente, mais larga deve ser a trilha para evitar superaquecimento e queima.

III. Design de Isolamento: Fontes de Alimentação Digitais, Analógicas e de Energia Devem Ser Separadas.

Circuitos de fonte de alimentação de alta tensão e alta corrente podem facilmente interferir em circuitos de controle ou analógicos sensíveis, levando ao problema de "oscilação de sinal" que muitos encontram. O isolamento adequado reduz significativamente a interferência.

Terra de Energia e Terra de Controle Devem Ser Separados. A terra de energia e a terra de controle de cada fonte de alimentação devem ser roteadas separadamente, não misturadas. Se uma conexão for necessária, ela deve ser feita apenas no final do caminho de energia para evitar a condução de interferência. Isolamento Rigoroso de Circuitos Digitais e Analógicos

Se a placa de circuito contiver circuitos digitais (como microcontroladores) e circuitos analógicos (como sensores), eles devem ser dispostos separadamente, e caminhos de impedância adequados devem ser fornecidos para o plano de terra da camada intermediária. Os sinais analógicos devem viajar apenas na terra analógica e não devem cruzar com a terra digital para reduzir a interferência de acoplamento capacitivo.

IV. Dissipação de Calor: Não Deixe o Calor Destruir Sua Placa de Circuito

Muitas placas de circuito apresentam degradação de desempenho ou até mesmo queimam após um período de uso, muito provavelmente devido à dissipação de calor inadequada. Isso é especialmente verdadeiro para componentes de energia, onde o acúmulo de calor pode impactar severamente sua vida útil.

Identifique os "Gigantes do Calor"

Verifique a ficha técnica do componente para obter seu parâmetro de resistência térmica (TRT). TRT mais baixo resulta em melhor dissipação de calor. Mantenha componentes de alta potência (como transistores e chips de energia) longe de componentes sensíveis e adicione dissipadores de calor ou pequenos ventiladores, se necessário.

Pastilhas de Ar Quente são Essenciais

Componentes de furo passante devem usar pastilhas de ar quente. Elas retardam a dissipação de calor dos pinos, garantindo temperatura suficiente durante a soldagem e evitando juntas de solda frias. Além disso, adicionar pastilhas de "lágrima" nos pontos de conexão entre pastilhas e trilhas fortalece o suporte da folha de cobre e reduz o estresse térmico e mecânico.

Método Típico de Conexão de Pastilha de Ar Quente

V. Pastilhas de Ar Quente: Uma "Ferramenta Mágica" para Defeitos de Soldagem

Muitos iniciantes desconhecem a função das pastilhas de ar quente, resultando em circuitos abertos, juntas de solda frias e juntas de solda ruins, que não podem ser resolvidos ajustando repetidamente a temperatura do forno. A causa raiz do problema reside no design da fiação.

Grandes áreas de folha de cobre de energia ou terra aquecem lentamente e dissipam o calor rapidamente. Se os fios de solda de componentes pequenos (como resistores e capacitores embalados em 0402) forem conectados diretamente à grande folha de cobre, a temperatura não atingirá o ponto de fusão da solda durante a soldagem, resultando em uma junta de solda fria. Durante a soldagem manual, o calor é conduzido rapidamente, também impedindo a soldagem bem-sucedida.

O princípio das pastilhas de ar quente é simples: conectar as pastilhas a uma grande área de folha de cobre por meio de várias tiras finas de cobre garante a condutividade elétrica, reduzindo a área de dissipação de calor. Isso permite que as pastilhas mantenham uma temperatura suficiente durante a soldagem, garantindo que a solda adira firmemente às pastilhas.

VI. Verificação do Design: Não Economize na Etapa Final

Após concluir o design, sempre execute uma dupla verificação; caso contrário, mesmo pequenos erros podem tornar toda a placa de circuito inutilizável.

Primeiro, execute "verificações de regras": Use as funções de Verificação de Regras Elétricas (ERC) e Verificação de Regras de Design (DRC) no software de design para verificar a largura da trilha, espaçamento, curtos-circuitos, redes não roteadas, etc., para garantir a conformidade com os requisitos de fabricação.

Segundo, verifique sinal por sinal: Do esquema à PCB, verifique a conexão de cada linha de sinal para evitar omissões ou erros. Use a função de blindagem do software para confirmar se o layout corresponde ao esquema.

Conclusão

O design de PCB pode parecer complexo, mas seu núcleo gira em torno da "fabricabilidade" e "estabilidade". Posicionar corretamente os componentes, garantir trilhas curtas e largas, implementar boa isolação e dissipação de calor, utilizar pastilhas de ar quente de forma eficaz e, finalmente, conduzir uma verificação completa—essas seis etapas o ajudarão a evitar a maioria das armadilhas.

Os iniciantes não precisam se esforçar para a perfeição no início. Domine primeiro essas habilidades fundamentais e, em seguida, otimize-as em conjunto com projetos do mundo real. Você poderá projetar rapidamente placas de circuito de alta qualidade. Lembre-se, um bom design de PCB não apenas reduz os custos de produção, mas também torna o desempenho do circuito mais estável e prolonga sua vida útil.