Seja uma placa simples ou complexa, um bom projeto de PCB garante que a placa de circuito funcione conforme o esperado e possa ser fabricada em grande volume. Neste blog, compilamos 10 diretrizes de design de PCB que se aplicam à maioria das placas de circuito padrão. Essas regras abrangem aspectos importantes, incluindo capacidade de fabricação, disposição de empilhamento, posicionamento de componentes, gerenciamento térmico, etc. Ajudando os projetistas a criar PCBs de alto desempenho e alta confiabilidade em 2025.
Regra 1: Garanta a capacidade de fabricação no projeto de PCB
Quando se trata das diretrizes de design de PCB, a capacidade de fabricação é a primeira consideração crítica. Mesmo que um projeto seja perfeito, ele não pode ser considerado um resultado verdadeiramente bem-sucedido se for difícil de produzir. Os projetistas devem levar em consideração fatores como as capacidades do equipamento de fabricação, a disponibilidade de materiais e a facilidade de montagem.
Regra 2: Plano estratégico de empilhamento de PCBs
Uma regra importante nas diretrizes de design de PCB é planejar estrategicamente a empilhamento de PCB. Cada camada tem sua função específica. A disposição dessas camadas afeta não apenas a estética, mas também o desempenho. Um empilhamento bem planejado pode minimizar a EMI (interferência eletromagnética) e manter a integridade do sinal.
A chave para alcançar a integridade do sinal é preservar a forma e o tempo do sinal. Isso pode ser alcançado por meio de um empilhamento cuidadosamente projetado para minimizar a perda de sinal e a diafonia. Além disso, a interferência eletromagnética pode causar danos aos seus circuitos. No entanto, um empilhamento bem projetado pode ajudar a controlar a EMI, fornecendo blindagem e caminhos de retorno de corrente.
Regra 3: Separe os blocos analógicos e digitais
Às vezes, os sinais analógicos e digitais podem precisar ser executados na mesma placa de circuito. Se esses sinais forem misturados, eles compartilham o mesmo caminho de retorno de corrente. O ruído dos circuitos digitais pode interferir nos circuitos analógicos, causando distorção do sinal e degradação do desempenho. Ao particionar adequadamente os módulos analógicos e digitais no layout, você pode garantir a estabilidade e a confiabilidade do circuito. Aqui estão algumas práticas úteis:
- Coloque componentes sensíveis (referência de tensão e amplificadores) no plano analógico. Da mesma forma, posicione componentes ruidosos (blocos de temporização e controle lógico) no plano digital.
- Um ADC (conversor analógico-digital) de sinal misto ou DAC (conversor digital-analógico) de baixa corrente digital pode ser colocado no plano analógico. Para vários ADCs/DACs de alta corrente, é recomendável separar as fontes de alimentação digitais e analógicas.
- Microcontroladores e microprocessadores devem ser colocados próximos aos módulos relacionados, bem como no centro da placa de circuito impresso, para facilitar a dissipação de calor e o roteamento.
Regra 4: Planeje a colocação dos componentes com sabedoria
A colocação dos componentes afeta diretamente o desempenho do circuito, a capacidade de fabricação e a acessibilidade. Nesse processo, você pode enfrentar diferentes desafios e ter que considerar muitas diretrizes de design de PCB. A seguir estão algumas regras cruciais:
- Coloque os componentes críticos e necessários primeiro, depois as outras peças, para evitar limitações mecânicas do gabinete ou de tamanho.
- Para circuitos de alta velocidade, analógicos e de energia, é recomendável colocar os componentes próximos uns dos outros para manter traços curtos e diretos.
- Para ICs e processadores grandes, é aconselhável colocá-los centralmente para simplificar o roteamento dos traços.
- Coloque todos os componentes SMD no mesmo lado para simplificar a montagem e reduzir custos.
- Para garantir a capacidade de fabricação, evite colocar os componentes muito próximos uns dos outros para impedir a montagem automatizada.
- A acessibilidade também é fundamental. Os componentes devem ser de fácil acesso para testes, retrabalho, etc.
Regra 5: Projeto para gerenciamento térmico eficaz
Um projeto de gerenciamento térmico eficaz pode garantir a confiabilidade dos componentes e prolongar sua vida útil. Algumas diretrizes de design de PCB para dissipação de calor são as seguintes:
Vias térmicas: oferecem um caminho térmico eficiente dos componentes para o material circundante da PCB.
Dissipadores de calor: são instalados em componentes de alta potência para reduzir sua temperatura de operação e evitar superaquecimento.
Derramamentos de cobre: É eficaz dissipar o calor de maneira mais uniforme usando grandes derramamentos de cobre na camada de alimentação e na camada de aterramento.
Materiais de alta condutividade térmica: para ajudar na dissipação do calor, você também pode usar materiais de PCB com excelente condutividade térmica, incluindo substratos cerâmicos ou alumínio.
Regra 6: Otimize o roteamento de traços para manter a integridade do sinal
O roteamento cuidadoso dos traços é essencial para um desempenho confiável do PCB e alta qualidade do sinal. Aqui estão as principais diretrizes de design de PCB que você deve ter em mente:
Comprimento do traço: mantenha os traços o mais curtos e diretos possível para minimizar a interferência e manter o espaçamento adequado.
Largura do traço: mantenha a largura do roteamento consistente dentro da mesma rede para manter a impedância uniforme e minimizar reflexos.
Ângulos de roteamento: é altamente recomendável usar curvas suaves de 135 graus, em vez de ângulos retos ou agudos nos traços, pois eles podem irradiar ruído e degradar o desempenho.
Caminhos de retorno: garanta caminhos de retorno claros e curtos para os sinais nos planos de referência para manter a integridade do sinal.
Roteamento ortogonal: para minimizar a diafonia, roteie os traços em camadas adjacentes em direções ortogonais.
Regra 7: Organize os planos de alimentação e aterramento adequadamente
Os planos de alimentação e aterramento são comumente organizados nas camadas internas, mantendo-os simétricos e centralizados. Para PCBs com pelo menos 4 camadas, use um plano de aterramento completo em vez de um traço de aterramento separado. Com componentes que requerem uma conexão direta de alimentação, um trilho de alimentação compartilhado pode ser usado se um plano de alimentação dedicado não estiver disponível. No entanto, evite conectar fontes de alimentação em série. Além disso, é importante garantir que os traços sejam largos o suficiente. Traços estreitos podem aquecer ou até mesmo queimar quando há fluxo de alta corrente.
Regra 8: Otimize o layout do painel da PCB para produção
No projeto de placas de circuito, otimizar adequadamente o layout do painel da PCB pode ajudar a reduzir os custos de fabricação e melhorar a eficiência da produção. Entre em contato com o fabricante da PCB para obter as dimensões recomendadas para o painel e, em seguida, ajuste seu projeto de acordo. Você deve aplicar um layout que se adapte aos tamanhos de painel preferidos do fabricante, repetindo o projeto sempre que possível.
Regra 9: Aproveite a serigrafia para obter eficiência
A serigrafia é usada para marcar várias informações nas placas de circuito, desempenhando um papel vital na montagem e manutenção. Um design de serigrafia claro e bem projetado pode indicar a posição do componente, polaridade, orientação, indicadores de ponto de teste, informações do fabricante, versão da placa, etc. Isso ajuda os montadores a localizar rapidamente os componentes, concluindo com eficiência a instalação e a soldagem. Além disso, a serigrafia pode facilitar a depuração e os reparos subsequentes. É importante observar que a serigrafia deve evitar cobrir as almofadas de solda e permanecer clara e fácil de ler.
Regra 10: Realize verificações regularmente
Antes de passar para a produção, é melhor verificar o design regularmente e repetidamente. Quaisquer erros podem afetar a produção e a montagem posteriores. Recomendamos que você sempre execute DRC e ERC no processo de design para verificar se seu design está correto. Leva apenas um pouco de tempo para executar o DRC, o que pode economizar significativamente tempo em depuração e alterações posteriores. Além disso, a verificação contínua é um bom hábito que vale a pena manter.
Conclusão
Ao aprender essas 10 principais diretrizes de design de PCB, designers e engenheiros podem otimizar o processo de projeto, obtendo placas de circuito confiáveis e de alto desempenho. Na prática, essas regras podem garantir uma fabricação tranquila e um desempenho estável. No entanto, para algumas placas de circuito especiais e complexas, também precisamos seguir diretrizes de design de PCB adicionais e especiais para atender aos requisitos de desempenho e confiabilidade.
