Топ-10 ошибок разработчиков при проектировании печатных плат

18 августа 2022

Через нас проходит большое количество разнообразных проектов печатных плат и каждый день, мы наблюдаем похожие ошибки начинающих инженеров при разработке печатных плат.

Здесь мы собрали самые популярные ошибки, пожалуйста, не повторяйте их в своих проектах.

Неполноценный контакт проводника с контактной площадкой

Данная ошибка не будет отмечена при проверке в САПР, так как контакт с площадкой есть, но из-за того, что ширина проводника минимальна, это может привести к перегоранию дорожки от протекания тока, не рассчитанного для данной ширины. К тому же это может повлиять на электрические характеристики проходящих по дорожкам сигналов. Для защиты проекта от этой ошибки в Altium Designer вы можете использовать специальное правило вкладка unrouted net пункт check for incomplete connections.

Слишком маленький гарантийный поясок переходного отверстия

На этот параметр при изготовлении не влияет диаметр отверстия, отверстие сверлится отдельно. Влияет ширина гарантированного пояска. В САПР могут быть выставлены стандартные значения ширины гарантийных поясков очень узкие, что приведёт к удорожанию печатной платы, либо невозможности ее производства. На этот момент необходимо обращать внимание. Этот параметр так же можно отслеживать автоматически через правила в вашей среде разработки. Поясок шириной от 0.2 мм будет достаточным для большинства ваших проектов.

Замыкание проводников элементами корпуса

Такое часто происходит потому, что печатная плата разрабатывается в одном пакете программ, корпус и детали — в другом, а их примерка происходит уже на реальных образцах. К тому же паяльная маска не является защитой от коротких замыканий. Конечно, паяльная маска — это диэлектрик, но зачастую она легко стирается шайбами, головками винтов, элементами корпуса. Всё это ведёт к непреднамеренным замыканиям на печатной плате.

Решением этой проблемы могут послужить различные диэлектрические прокладки и шайбы. Кроме этого, рекомендуется изначально закладывать расстояние, в котором не будут вестись проводники вокруг крепежного отверстия.

Переходные отверстия слишком близко к контактным площадкам элементов

Этот недочет, на первый взгляд не влияющий на электрические свойства платы, может доставить вам немалые неудобства. На рисунке все отверстия расположены слишком близко к контактным площадкам и открыты от маски. Это может привести к тому, что при пайке элементов на печатную плату может произойти перетекание припоя на противоположный слой и, если у элемента много контактов, то при автоматическом монтаже на некоторых ножках может не остаться припоя.

Очень тонкие проводники, соединяющие полигоны

Слабое соединение полигонов будет являться «бутылочным горлышком» для всего полигона. Такое соединение может вызвать непреднамеренный нагрев или даже выгорание тончайшего места цепи вследствие большого не рассчитанного на такую ширину дорожки тока. Эта рекомендация работает даже в том случае, если это полигон земли, так как по нему так же протекают возвратные токи.

Решением может послужить отказ от использования проводников при трассировке слоев питания и земли, а также внесение изменений в топологию таким образом, чтобы все островки слоя были соединены.

Тонкая масочная перемычка

Если у вас на печатной плате имеется микросхема с большим количеством выводов, то скорее всего между контактными площадками образуется тонкий перешеек маски, который ограничивает площадь растекания припоя. Этот тонкий перешеек может быть не изготовлен ввиду сложности производства. При пайке контактов микросхемы вследствие того, что границ для растекания припоя нет, припой может без труда затечь на соседние площадки, тем самым произвести короткое замыкание ножек микросхемы. Также такое может произойти при выборе финишного покрытия типа HASL. Следить за шириной узких мест слоя маски можно с помощью задания правил (Minimum solder mask sliver) и проверки на ошибки в вашей среде разработки.

Для большинства проектов будет достаточно ширины мостика маски 0.2 мм.

Медь у края платы

Зачастую разработчики мало внимания уделяют краям платы. Одна из грубых ошибок — отсутствие отступа меди от края платы.

1. При производстве печатной платы на этапе механической обработки контура и отделения ее от заготовки, на краях печатной платы появляются задиры меди, что может привести к коррозии. В то же время, как основная же часть печатной платы защищена от окисления маской.
2. При неаккуратном отделении печатной платы от заготовки может произойти замыкание соседних слоев вследствие вышеуказанных задиров, так же может произойти замыкание на корпус устройства. Если вам необходимо сделать замыкание на корпус устройства, то лучше для этого предусмотреть заранее обозначенные вскрытия от маски.
3. За края платы мы беремся руками и, если взять за открытую медь, то можно банально получить удар током. В среднем отступа в размере 0.3 мм хватает для того, чтобы избежать таких проблем.

Выбор толщины меди

При создании мощных устройств вам понадобится материал с более толстой медью, что позволит дорожкам вашей печатной платы пропускать через себя больший ток с меньшим нагревом. Проектировщикам нужно понимать, что увеличение толщины меди влияет на допустимые зазоры при изготовлении. Поэтому данный вопрос необходимо решать еще до трассировки печатной платы, ведь потом это может привести к тому, что придётся делать переразводку дорожек на печатной плате ввиду невозможности изготовления. Помимо этого, увеличение толщины меди ведет к удорожанию платы, это тоже необходимо учитывать при проектировании.

К примеру, для самой большой толщины меди 105 мкм минимальная ширина проводника — 0,350 мм, а для толщины меди 18 мкм — 0,125 мм.

Отслоение тонких участков меди от текстолита

При проектировании печатной платы, особенно тестовых образцов для отладки, разработчики допускают тонкие участки меди, которые при воздействии температуры или при перепайке компонентов несколько раз, могут оторваться от основания и испортить плату. Чаще это встречается, когда печатная плата изготавливается без защиты паяльной маской.

Для решения этой проблемы есть несколько способов: первый — усиление дорожек и площадок переходными отверстиями, где переходные отверстия выполняют роль «гвоздиков», которые «прибивают» медь к текстолиту; второй способ — увеличить толщину дорожки, тогда контакт с текстолитом будет больше и крепче.

Отсутствие запаса диаметра отверстия

Довольно часто разработчики не закладывают запас под диаметр ножки микросхем. В худшем случае это ведет к тому, что ножка не пролезет и придётся «дорабатывать» напильником. Ну, а в лучшем — это ведет к тому, что ножка заходит с усилием и места под затекание припоя уже не остается. Образуется слабое место всего электронного устройства из-за плохого контакта. Это особенно важно в аналоговых устройствах. Запас необходимо закладывать порядка 0,1 — 0,2 мм для ножки.

Также, распространенной ошибкой является измерять квадратные выводы не по диагонали, а по стороне квадрата, а это 1,4 соотношение.

Использование этих рекомендаций поможет вам найти ошибки в своих проектах, но не стоит слепо им следовать, где-то вам может понадобиться специально их нарушить для достижения наилучших результатов.

Мы постарались описать наиболее частые ситуации, приводящие к ошибкам, которым следует уделять наибольшее внимание! Удачных проектов!

Завод печатных плат «ЭлектроКоннект» выступает надежным поставщиком для предприятий приборостроения и связи. Здесь вы можете оформить изготовление печатных плат на заказ для промышленных станков, базовых станций и измерительных комплексов. Если нужна небольшая партия для ремонта или опытного образца — можно купить печатную плату в розницу. Производство печатных плат ведется с использованием импортных материалов, что гарантирует долговечность готовых изделий.