Che si tratti di una scheda semplice o complessa, una buona progettazione dei PCB garantisce che la scheda funzionerà come previsto e potrà essere prodotta in serie. In questo blog abbiamo raccolto 10 linee guida per la progettazione di circuiti stampati applicabili alla maggior parte delle schede standard. Queste regole coprono aspetti chiave quali producibilità, disposizione degli strati, posizionamento dei componenti, gestione termica, ecc. Aiutano i progettisti a creare PCB ad alte prestazioni e alta affidabilità nel 2025.
Regola 1: Garantire la producibilità nella progettazione dei PCB
Quando si tratta delle linee guida per la progettazione di circuiti stampati, la producibilità è la prima considerazione fondamentale. Anche se un progetto è perfetto, non può essere considerato un risultato veramente riuscito se è difficile da produrre. I progettisti devono tenere conto di fattori quali le capacità delle attrezzature di produzione, la disponibilità dei materiali e la facilità di assemblaggio.
Regola 2: Piano strategico di impilamento dei PCB
Una regola importante nelle linee guida per la progettazione di circuiti stampati è quella di pianificare strategicamente lo stackup dei PCB. Ogni strato ha una sua funzione specifica. La disposizione di questi strati influisce non solo sull’estetica, ma anche sulle prestazioni. Uno stackup ben pianificato può ridurre al minimo le interferenze elettromagnetiche (EMI) e mantenere l’integrità del segnale.
La chiave per ottenere l’integrità del segnale è preservarne la forma e la temporizzazione. Ciò può essere ottenuto attraverso un impilamento accuratamente progettato per ridurre al minimo la perdita di segnale e il crosstalk. Inoltre, le interferenze elettromagnetiche possono causare danni ai circuiti. Tuttavia, un impilamento ben progettato può aiutare a controllare l’EMI fornendo schermature e percorsi di ritorno della corrente.
Regola 3: Separare i blocchi analogici e digitali
A volte, i segnali analogici e digitali possono dover funzionare sullo stesso circuito stampato. Se questi segnali sono mescolati, condividono lo stesso percorso di ritorno della corrente. Il rumore proveniente dai circuiti digitali può interferire con i circuiti analogici, causando distorsione del segnale e degrado delle prestazioni. Suddividendo correttamente i moduli analogici e digitali nel layout, è possibile garantire la stabilità e l’affidabilità del circuito. Ecco alcune pratiche utili:
- Posizionare i componenti sensibili (riferimento di tensione e amplificatori) sul piano analogico. Allo stesso modo, posizionare i componenti rumorosi (blocchi di temporizzazione e controllo logico) sul piano digitale.
- Un ADC (convertitore analogico-digitale) a segnale misto o un DAC (convertitore digitale-analogico) a bassa corrente digitale possono essere posizionati sul piano analogico. Per più ADC/DAC ad alta corrente, si consiglia di separare gli alimentatori digitali e analogici.
- I microcontrollori e i microprocessori devono essere posizionati vicino ai moduli correlati e al centro del PCB per facilitare la dissipazione del calore e il routing.
Regola 4: Pianificare con attenzione il posizionamento dei componenti
Il posizionamento dei componenti influisce direttamente sulle prestazioni del circuito, sulla producibilità e sull’accessibilità. In questo processo, potresti trovarti ad affrontare diverse sfide e dover prendere in considerazione molte linee guida per la progettazione di circuiti stampati. Di seguito sono riportate alcune regole fondamentali:
- Posizionare prima i componenti critici e necessari, poi le altre parti, per evitare limitazioni meccaniche dell’involucro o di dimensioni.
- Per i circuiti ad alta velocità, analogici e di potenza, si consiglia di posizionare i componenti vicini tra loro per mantenere tracce corte e dirette.
- Per i circuiti integrati e i processori di grandi dimensioni, si consiglia di posizionarli al centro per semplificare il routing delle tracce.
- Posizionare tutti i componenti SMD sullo stesso lato per semplificare l’assemblaggio e ridurre i costi.
- Per garantire la producibilità, evitare di posizionare i componenti troppo vicini tra loro per impedire l’assemblaggio automatizzato.
- Anche l’accessibilità è fondamentale. I componenti devono essere facilmente accessibili per i test, le rilavorazioni, ecc.
Regola 5: Progettazione per una gestione termica efficace
Una progettazione efficace della gestione termica può garantire l’affidabilità dei componenti e prolungarne la durata. Alcune linee guida per la progettazione di circuiti stampati per la dissipazione del calore sono le seguenti:
Via termiche: offrono un percorso termico efficiente dai componenti al materiale PCB circostante.
Dissipatori di calore: vengono installati su componenti ad alta potenza per abbassarne la temperatura di esercizio ed evitare il surriscaldamento.
Colate di rame: è efficace dissipare il calore in modo più uniforme utilizzando grandi colate di rame sullo strato di alimentazione e sullo strato di massa.
Materiali ad alta conduttività termica: per favorire la dissipazione del calore, è anche possibile utilizzare materiali PCB con eccellente conduttività termica, tra cui substrati ceramici o alluminio.
Regola 6: Ottimizzare il tracciamento delle tracce per mantenere l’integrità del segnale
Un routing accurato delle tracce è essenziale per garantire prestazioni affidabili del PCB e un’elevata qualità del segnale. Ecco le linee guida per la progettazione di circuiti stampati chiave da tenere a mente:
Lunghezza delle tracce: mantenere le tracce il più corte e dirette possibile per ridurre al minimo il crosstalk e mantenere la spaziatura corretta.
Larghezza delle tracce: mantenere la larghezza del routing coerente all’interno della stessa rete per mantenere un’impedenza uniforme e ridurre al minimo i riflessi.
Angoli di tracciamento: si consiglia vivamente di utilizzare curve morbide a 135 gradi, evitando angoli retti o angoli acuti nelle tracce, poiché possono irradiare rumore e degradare le prestazioni.
Percorsi di ritorno: assicurarsi che i percorsi di ritorno dei segnali sui piani di riferimento siano chiari e brevi per mantenere l’integrità del segnale.
Routing ortogonale: al fine di ridurre al minimo il crosstalk, instradare le tracce su strati adiacenti in direzioni ortogonali.
Regola 7: Disporre correttamente i piani di alimentazione e di massa
I piani di alimentazione e di massa sono comunemente disposti sugli strati interni, mantenendoli simmetrici e centrati. Per i PCB con almeno 4 strati, utilizzare un piano di massa completo piuttosto che una traccia di massa separata. Con i componenti che richiedono un collegamento diretto all’alimentazione, è possibile utilizzare un rail di alimentazione condiviso se non è disponibile un piano di alimentazione dedicato. Tuttavia, evitare di collegare in serie gli alimentatori. Inoltre, è importante assicurarsi che le tracce siano sufficientemente larghe. Le tracce strette possono surriscaldarsi o addirittura bruciarsi quando scorre una corrente elevata.
Regola 8: Ottimizzare il layout del pannello PCB per la produzione
Nella progettazione dei circuiti stampati, ottimizzare correttamente il layout del pannello PCB può aiutare a ridurre i costi di produzione e migliorare l’efficienza produttiva. Contattare il produttore di PCB per ottenere le dimensioni del pannello consigliate, quindi regolare il progetto di conseguenza. È necessario applicare un layout che si adatti alle dimensioni del pannello preferite dal produttore, ripetendo il progetto ogni volta che è possibile.
Regola 9: Sfruttare la serigrafia per migliorare l’efficienza
La serigrafia viene utilizzata per contrassegnare varie informazioni sui circuiti stampati, svolgendo un ruolo fondamentale nell’assemblaggio e nella manutenzione. Un design serigrafico chiaro e ben progettato può indicare la posizione dei componenti, la polarità, l’orientamento, gli indicatori dei punti di prova, le informazioni sul produttore, la versione della scheda, ecc. Aiuta gli assemblatori a individuare rapidamente i componenti, completando in modo efficiente l’installazione e la saldatura. Inoltre, la serigrafia può facilitare il debug e le riparazioni successive. È importante notare che la serigrafia deve evitare di coprire i pad di saldatura e rimanere chiara e facile da leggere.
Regola 10: Eseguire controlli regolari
Prima di passare alla produzione, è consigliabile verificare il progetto regolarmente e ripetutamente. Qualsiasi errore può influire sulla produzione e sull’assemblaggio successivi. Si consiglia di eseguire sempre DRC ed ERC nel processo di progettazione per verificare che il progetto sia corretto. L’esecuzione del DRC richiede solo poco tempo, ma può far risparmiare molto tempo nel debug e nelle modifiche successive. Inoltre, il controllo continuo è una buona abitudine che vale la pena mantenere.
Conclusione
Imparando queste 10 linee guida per la progettazione di circuiti stampati principali, i progettisti e gli ingegneri possono semplificare il processo di progettazione, ottenendo circuiti stampati affidabili e ad alte prestazioni. Nella pratica, queste regole possono garantire una produzione fluida e prestazioni stabili. Tuttavia, per alcuni circuiti stampati speciali e complessi, è necessario seguire anche linee guida per la progettazione di circuiti stampati aggiuntive e speciali, al fine di soddisfare i requisiti di prestazioni e affidabilità.
