نصائح وتقنيات لتصميم لوحات الدوائر الصغيرة لتقليص حجم ثنائي الفينيل متعدد الكلور

بالنسبة لأي منتج إلكتروني ، سواء كان هاتفًا محمولًا معقدًا أو أي لعبة إلكترونية بسيطة أخرى منخفضة التكلفة ، تعد لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) مكونًا أساسيًا. في دورة تطوير المنتج ، تعد إدارة تكلفة التصميم مشكلة كبيرة ، ويعتبر ثنائي الفينيل متعدد الكلور هو المكون الأكثر إهمالًا وتكلفة في قائمة مكونات الصنف. يكلف ثنائي الفينيل متعدد الكلور أكثر بكثير من أي مكون آخر مستخدم في الدائرة ، لذا فإن تقليل حجم ثنائي الفينيل متعدد الكلور لن يقلل من حجم منتجنا فحسب ، بل سيؤدي أيضًا إلى خفض تكاليف الإنتاج في معظم الحالات. ولكن ، كيفية تقليل حجم ثنائي الفينيل متعدد الكلور هو سؤال معقد في إنتاج الإلكترونيات لأن حجم ثنائي الفينيل متعدد الكلور يعتمد على بعض الأشياء وله حدوده. في هذه المقالة سوف نصف تقنيات التصميم لتقليل حجم ثنائي الفينيل متعدد الكلور من خلال مقارنة المفاضلات والحلول الممكنة لها.

متعدد الطبقات ثنائي الفينيل متعدد الكلور لتقليل مساحة المسار وتباعد المكونات

المساحة الرئيسية في لوحة الدوائر المطبوعة مأخوذة عن طريق التوجيه. مراحل النموذج الأولي ، كلما تم اختبار الدائرة ، تستخدم طبقة واحدة أو كحد أقصى من لوحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور ذات الطبقة المزدوجة. ومع ذلك ، في معظم الأحيان ، يتم إنشاء الدائرة باستخدام SMD (أجهزة تثبيت السطح) التي تجبر المصمم على استخدام لوحة دائرة مزدوجة الطبقة. يؤدي تصميم اللوحة في طبقة مزدوجة إلى فتح وصول السطح إلى جميع المكونات وتوفير مساحات اللوحة لتوجيه الآثار. يمكن أن تزداد مساحة سطح اللوحة مرة أخرى إذا زادت طبقة اللوحة أكثر من الطبقتين ، على سبيل المثال ، أربع أو ست طبقات. لكن هناك عيب. إذا تم تصميم اللوحة باستخدام طبقتين أو أربع طبقات أو حتى أكثر ، فإنها تخلق تعقيدًا كبيرًا من حيث الاختبار والإصلاح وإعادة العمل في الدائرة.

لذلك ، فإن الطبقات المتعددة (أربع طبقات بشكل أساسي) ممكنة فقط إذا تم اختبار اللوحة جيدًا في مرحلة النموذج الأولي. بخلاف حجم اللوحة ، يكون وقت التصميم أيضًا أقصر بكثير من تصميم نفس الدائرة في لوحة طبقات مفردة أو مزدوجة أكبر.

بشكل عام ، يتم تحديد تتبعات القدرة وطبقات تعبئة مسار عودة الأرض على أنها مسارات عالية الحالية ، وبالتالي فهي تتطلب آثارًا كثيفة. يمكن توجيه هذه الآثار العالية في الطبقات العلوية أو السفلية ويمكن استخدام مسارات التيار المنخفض أو طبقات الإشارة كطبقات داخلية في أربع طبقات من مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور. تظهر الصورة أدناه 4 طبقات ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

لكن هناك مقايضات عامة. تكلفة PCB متعدد الطبقات أعلى من اللوحات أحادية الطبقة. وبالتالي ، من الضروري حساب الغرض من التكلفة قبل تغيير اللوحة ذات الطبقة الواحدة أو المزدوجة إلى أربع طبقات من ثنائي الفينيل متعدد الكلور. لكن زيادة عدد الطبقات يمكن أن يغير حجم اللوحة بشكل كبير.

إدارة المشكلات الحرارية عن طريق تغيير سماكة النحاس

يساهم ثنائي الفينيل متعدد الكلور في حالة مفيدة جدًا لتصميمات الدوائر ذات التيار العالي ، وهي الإدارة الحرارية في ثنائي الفينيل متعدد الكلور. عندما يتدفق تيار عالٍ عبر أثر ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، فإنه يزيد من تبديد الحرارة ويخلق مقاومة على المسارات. ومع ذلك ، بخلاف الآثار السميكة المخصصة لإدارة المسارات الحالية العالية ، فإن الميزة الرئيسية لثنائي الفينيل متعدد الكلور هي إنشاء أحواض حرارة ثنائية الفينيل متعدد الكلور. وبالتالي ، إذا كان تصميم الدائرة يستخدم قدرًا كبيرًا من مساحة النحاس ثنائي الفينيل متعدد الكلور للإدارة الحرارية أو تخصيص مساحات ضخمة لآثار التيار العالي ، فيمكن للمرء تقليص حجم اللوحة باستخدام زيادة سماكة طبقة النحاس.

وفقًا لـ IPC2221A ، يجب أن يستخدم المصمم حدًا أدنى لعرض التتبع للمسارات الحالية المطلوبة ، ولكن يجب مراعاة إجمالي مساحة التتبع. بشكل عام ، كان لثنائي الفينيل متعدد الكلور طبقة نحاسية بسمك 1 أوقية (35 ميكرومتر). لكن يمكن زيادة سمك النحاس. لذلك ، باستخدام الرياضيات البسيطة ، يمكن لمضاعفة السماكة إلى 2 أوقية (70 ميكرومتر) أن تقلل حجم التتبع إلى النصف مثل السعة الحالية الواسعة. بخلاف ذلك ، يمكن أن يكون سمك النحاس 2 أوقية مفيدًا للمشتت الحراري القائم على ثنائي الفينيل متعدد الكلور أيضًا. هناك أيضًا سعة نحاسية أثقل يمكن أن تكون متاحة أيضًا والتي تتراوح من 4 أوقية إلى 10 أوقية.

وبالتالي ، فإن زيادة سماكة النحاس تقلل بشكل فعال من حجم ثنائي الفينيل متعدد الكلور. دعونا نرى كيف يمكن أن يكون هذا فعالاً. الصورة أدناه عبارة عن آلة حاسبة على الإنترنت لحساب عرض تتبع ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

قيمة التيار الذي سيتدفق خلال التتبع هي 1A. تم تحديد سمك النحاس على أنه 1 أوقية (35 ميكرون). سيكون ارتفاع درجة الحرارة على التتبع 10 درجات على 25 درجة مئوية درجة الحرارة المحيطة. خرج عرض التتبع وفقًا لمعيار IPC2221A هو-

الآن ، في نفس المواصفات ، إذا زادت سماكة النحاس ، يمكن تقليل عرض التتبع.

السماكة المطلوبة هي فقط-

اختيار حزمة المكونات

اختيار المكونات هو شيء رئيسي في تصميم الدائرة. هناك نفس مكونات الحزمة ولكن مختلفة متوفرة في الإلكترونيات. على سبيل المثال ، يمكن أن يتوفر المقاوم البسيط مع تصنيف.125 وات في عبوات مختلفة ، مثل 0402 ، 0603 ، 0805 ، 1210 ، إلخ.

في معظم الأوقات ، يستخدم النموذج الأولي ثنائي الفينيل متعدد الكلور مكونات أكبر تستخدم مقاومات 0805 أو 1210 بالإضافة إلى مكثفات غير مستقطبة ذات خلوص أعلى من العام بسبب سهولة التعامل معها أو لحامها أو استبدالها أو اختبارها. لكن هذا التكتيك ينتهي به الأمر إلى وجود مساحة كبيرة على اللوحة. أثناء مرحلة الإنتاج ، يمكن تغيير المكونات إلى حزمة أصغر بنفس التصنيف ويمكن ضغط مساحة اللوحة. يمكننا تقليل حجم حزمة تلك المكونات.

لكن الوضع هو أي حزمة تختار؟ من غير العملي استخدام عبوات أصغر من 0402 لأن آلات الانتقاء والوضع القياسية المتوفرة للإنتاج قد يكون لها قيود على التعامل مع حزم SMD أصغر من 0402.

عيب آخر للمكونات الأصغر هو تصنيف الطاقة. يمكن للحزم الأصغر من 0603 التعامل مع تيار أقل بكثير من 0805 أو 1210. لذلك ، هناك حاجة إلى اعتبارات دقيقة لاختيار المكونات المناسبة. في مثل هذه الحالة ، عندما لا يمكن استخدام الحزم الأصغر لتقليل أحجام ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، يمكن للفرد تعديل مساحة الحزمة ويمكن أن يتقلص لوحة المكونات إلى أقصى حد ممكن. قد يكون المصمم قادرًا على ضغط الأشياء بشكل أكثر إحكامًا عن طريق تغيير آثار الأقدام. نظرًا لتفاوتات التصميم ، فإن البصمة الافتراضية المتاحة هي بصمة شائعة يمكن أن تحتوي على أي إصدار من الحزم. على سبيل المثال ، تم صنع بصمة عبوات 0805 بطريقة يمكنها تغطية أكبر عدد ممكن من الاختلافات لـ 0805. تحدث الاختلافات بسبب الاختلاف في القدرة على التصنيع.تستخدم الشركات المختلفة آلات إنتاج مختلفة كان لها تفاوتات مختلفة لنفس حزمة 0805. وبالتالي ، فإن آثار أقدام الحزمة الافتراضية أكبر قليلاً مما هو مطلوب.

يمكن للفرد تحرير البصمة يدويًا باستخدام أوراق البيانات الخاصة بالمكونات المحددة ويمكن أن يتقلص حجم اللوحة حسب الحاجة.

يمكن تقليص حجم اللوحة باستخدام المكثفات الإلكتروليتية القائمة على SMD أيضًا لأنها تبدو ذات أقطار أصغر من مكونات الفتحة بنفس التصنيف.

موصلات العصر الجديد المدمجة

مكون آخر متعطش للفضاء هو الموصلات. تستخدم الموصلات مساحة أكبر للوحة وتستخدم البصمة أيضًا وسادات ذات قطر أعلى. يمكن أن يكون تغيير أنواع الموصل مفيدًا جدًا إذا سمحت تقديرات التيار والجهد.

تقدم شركة تصنيع الموصلات ، على سبيل المثال ، Molex أو Wurth Electronics أو أي شركات كبيرة أخرى دائمًا نفس النوع من الموصلات متعددة الأحجام. وبالتالي ، فإن اختيار الحجم المناسب يمكن أن يوفر التكلفة بالإضافة إلى مساحة اللوحة.

شبكات المقاومة

بشكل أساسي في التصميم القائم على المتحكم الدقيق ، فإن مقاومات تمرير السلسلة هي ما هو مطلوب دائمًا لحماية المتحكم الدقيق من تدفق التيار العالي عبر دبابيس IO. لذلك ، يلزم استخدام أكثر من 8 مقاومات ، وأحيانًا أكثر من 16 مقاومات لاستخدامها كمقاومات تمرير تسلسلية. يضيف هذا العدد الهائل من المقاومات مساحة أكبر بكثير في ثنائي الفينيل متعدد الكلور. يمكن حل هذه المشكلة باستخدام شبكات المقاوم. يمكن لشبكة المقاوم البسيطة القائمة على الحزمة 1210 توفير مساحة لـ 4 أو 6 مقاومات. الصورة أدناه عبارة عن 5 مقاومات في الحزمة 1206.

حزم مكدسة بدلاً من الحزم القياسية

هناك الكثير من التصميمات التي تتطلب ترانزستورات متعددة أو حتى أكثر من وحدتي MOSFET لأغراض مختلفة. يمكن أن تؤدي إضافة ترانزستورات فردية أو Mosfets إلى مساحة أكبر من استخدام الحزم المكدسة.

هناك مجموعة متنوعة من الخيارات التي تستخدم مكونات متعددة في حزمة واحدة. على سبيل المثال ، تتوفر أيضًا حزم Mosfet المزدوجة أو الرباعية MOSFET التي تشغل مساحة Mosfet واحدة فقط ويمكن أن توفر قدرًا كبيرًا من مساحة اللوحة.

يمكن تطبيق هذه الحيل على كل مكون تقريبًا. هذا يؤدي إلى مساحة لوحة أصغر ونقطة المكافأة هي ، في بعض الأحيان تكون تكلفة هذه المكونات أقل من استخدام المكونات الفردية.

النقاط المذكورة أعلاه هي المخرج المحتمل لتقليل حجم ثنائي الفينيل متعدد الكلور. ومع ذلك ، فإن التكلفة والتعقيد مقابل حجم ثنائي الفينيل متعدد الكلور لها دائمًا بعض المقايضات الحاسمة المتعلقة بالقرار. يحتاج المرء إلى تحديد المسار الدقيق الذي يعتمد على التطبيق المستهدف أو لتصميم الدائرة المستهدفة المحددة.