पीसीबी सर्किट को छोटा करने के लिए छोटे सर्किट बोर्ड डिजाइन करने के लिए टिप्स और तकनीक

किसी भी इलेक्ट्रॉनिक उत्पाद के लिए, यह एक जटिल मोबाइल फोन हो या कोई अन्य साधारण कम लागत वाला इलेक्ट्रॉनिक्स खिलौना, प्रिंटेड सर्किट बोर्ड (PCB) एक आवश्यक घटक है। उत्पाद विकास चक्र में, डिज़ाइन लागत प्रबंधन एक बहुत बड़ा मुद्दा है और BOM पर PCB सबसे उपेक्षित और महंगा घटक है। पीसीबी एक सर्किट में इस्तेमाल किए गए किसी भी अन्य घटक की तुलना में बहुत अधिक है, इसलिए पीसीबी के आकार को कम करने से न केवल हमारे उत्पाद का आकार कम हो जाएगा, बल्कि ज्यादातर मामलों में उत्पादन लागत में भी कमी आएगी। लेकिन, पीसीबी के आकार को कैसे कम किया जाए, यह इलेक्ट्रॉनिक्स उत्पादन में एक जटिल सवाल है क्योंकि पीसीबी का आकार कुछ चीजों पर निर्भर है और इसकी सीमाएं हैं। इस लेख में, हम पीसीबी आकार को कम करने के लिए डिजाइन तकनीकों का वर्णन करेंगे ट्रेडऑफ़्स और इसके संभावित समाधानों की तुलना करके।

ट्रैक स्थान और घटक रिक्ति को कम करने के लिए मल्टी-लेयर पीसीबी

एक मुद्रित सर्किट बोर्ड में प्रमुख स्थान रूटिंग द्वारा लिया जाता है। प्रोटोटाइप चरण, जब भी सर्किट का परीक्षण किया जाता है, एक परत या अधिकतम डबल-परत पीसीबी बोर्ड का उपयोग करता है। हालांकि, ज्यादातर समय, सर्किट एसएमडी (सरफेस माउंट डिवाइसेस) का उपयोग करके बनाया जाता है जो डिजाइनर को एक डबल लेयर सर्किट बोर्ड का उपयोग करने के लिए मजबूर करता है । बोर्ड को एक डबल लेयर में डिजाइन करना सभी घटकों के लिए सतह की पहुंच को खोलता है और निशान के मार्ग के लिए बोर्ड रिक्त स्थान प्रदान करता है। बोर्ड की सतह की जगह फिर से बढ़ सकती है यदि बोर्ड की परत दो परतों से अधिक बढ़ जाती है, उदाहरण के लिए, चार या छह परतें। लेकिन, एक खामी है। यदि बोर्ड को दो, चार, या इससे भी अधिक परतों का उपयोग करके डिज़ाइन किया गया है, तो सर्किट के परीक्षण, मरम्मत और मरम्मत के मामले में बड़ी जटिलता पैदा होती है।

इसलिए, कई परतें (मुख्य रूप से चार परतें) केवल तभी संभव हैं जब बोर्ड को प्रोटोटाइप चरण में अच्छी तरह से परीक्षण किया गया हो। बोर्ड के आकार के अलावा, डिज़ाइन का समय एक ही एकल या डबल लेयर्स बोर्ड में समान सर्किट को डिजाइन करने की तुलना में बहुत कम है।

आम तौर पर, बिजली के निशान और ग्राउंड रिटर्न पथ भराव की परतों को उच्च वर्तमान पथ के रूप में पहचाना जाता है, इस प्रकार उन्हें मोटे निशान की आवश्यकता होती है। उन उच्च निशानों को TOP या बॉटम लेयर्स में रूट किया जा सकता है और लो करंट पाथ या सिग्नल लेयर्स को चार लेयर्स PCB में इंटरनल लेयर के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। नीचे दी गई छवि में 4 लेयर पीसीबी दिखाया गया है।

लेकिन जेनेरिक ट्रेडऑफ हैं। मल्टीलेयर पीसीबी की लागत सिंगल-लेयर बोर्डों से अधिक है। इस प्रकार, एकल या डबल-लेयर बोर्ड को चार परतों पीसीबी में बदलने से पहले लागत उद्देश्य की गणना करना आवश्यक है। लेकिन परतों की संख्या बढ़ने से नाटकीय रूप से बोर्ड का आकार बदल सकता है।

कॉपर मोटाई को बदलकर थर्मल मुद्दों का प्रबंधन

पीसीबी उच्च वर्तमान सर्किट डिजाइनों के लिए बहुत उपयोगी मामले में योगदान देता है, जो पीसीबी में थर्मल प्रबंधन है । जब पीसीबी ट्रेस के माध्यम से एक उच्च धारा बहती है, तो यह गर्मी के प्रसार को बढ़ाता है और रास्तों पर प्रतिरोध बनाता है। हालांकि, उच्च वर्तमान रास्तों के प्रबंधन के लिए समर्पित मोटे निशान के अलावा, पीसीबी का एक बड़ा फायदा पीसीबी हीट सिंक बनाने के लिए है । इस प्रकार, यदि सर्किट डिजाइन थर्मल प्रबंधन के लिए पीसीबी तांबे क्षेत्र की एक महत्वपूर्ण मात्रा का उपयोग कर रहा है या उच्च वर्तमान निशान के लिए विशाल रिक्त स्थान आवंटित कर रहा है, तो एक तांबे की परत की मोटाई का उपयोग करके बोर्ड आकार को छोटा कर सकता है ।

IPC2221A के अनुसार, एक डिजाइनर को आवश्यक वर्तमान रास्तों के लिए न्यूनतम ट्रेस चौड़ाई का उपयोग करना चाहिए, लेकिन कुल ट्रेस क्षेत्र के लिए विचार किया जाना चाहिए। सामान्य तौर पर, PCBs में तांबे की परत की मोटाई 1Oz (35um) होती थी। लेकिन तांबे की मोटाई बढ़ाई जा सकती है। इसलिए, सरल गणित का उपयोग करके, मोटाई को 2Oz (70um) तक दोगुना करने से ट्रेस का आकार आधा एक ही समान वर्तमान क्षमता में कटौती हो सकती है। इसके अलावा पीसीबी आधारित हीट सिंक के लिए भी 2Oz कॉपर की मोटाई फायदेमंद हो सकती है। इसमें भारी तांबे की क्षमता भी उपलब्ध हो सकती है जो 4Oz से 10Oz तक होती है।

इस प्रकार, कॉपर की मोटाई बढ़ने से पीसीबी का आकार प्रभावी रूप से कम हो जाता है। आइए देखें कि यह कैसे प्रभावी हो सकता है। नीचे की छवि पीसीबी ट्रेस चौड़ाई की गणना के लिए एक ऑनलाइन-आधारित कैलकुलेटर है ।

ट्रेस के माध्यम से बहने वाली धारा का मान 1 ए है। तांबे की मोटाई 1 ओज़ (35 um) के रूप में सेट की गई है। ट्रेस पर तापमान का उदय 25 डिग्री सेल्सियस परिवेश के तापमान पर 10 डिग्री होगा। IPC2221A मानक के अनुसार ट्रेस चौड़ाई का आउटपुट है-

अब, एक ही विनिर्देश में, यदि तांबे की मोटाई बढ़ाई जाती है, तो ट्रेस चौड़ाई को कम किया जा सकता है।

केवल आवश्यक मोटाई है-

घटक पैकेज चयन

घटक चयन सर्किट डिजाइन में एक प्रमुख चीज है। इलेक्ट्रॉनिक्स में समान लेकिन विभिन्न पैकेज घटक उपलब्ध हैं। उदाहरण के लिए,.125 वॉट की रेटिंग के साथ एक साधारण अवरोधक विभिन्न पैकेजों में उपलब्ध हो सकता है, जैसे 0402, 0603, 0805, 1210, आदि।

अधिकांश समय, प्रोटोटाइप पीसीबी बड़े घटकों का उपयोग करता है जो 0805 या 1210 प्रतिरोधों के साथ-साथ गैर-ध्रुवीकृत कैपेसिटर का उपयोग करते हैं, क्योंकि हैंडल, मिलाप, प्रतिस्थापित या परीक्षण करने में आसान होने के कारण सामान्य से उच्च निकासी वाले कैपेसिटर होते हैं। लेकिन इस रणनीति में बोर्ड स्पेस की एक बड़ी मात्रा होती है। उत्पादन चरण के दौरान, घटकों को एक ही रेटिंग के साथ एक छोटे पैकेज में बदला जा सकता है और बोर्ड स्थान को संकुचित किया जा सकता है। हम उन घटकों के पैकेज आकार को कम कर सकते हैं।

लेकिन स्थिति यह है कि किस पैकेज को चुनना है? 0402 की तुलना में छोटे पैकेजों का उपयोग करना अव्यावहारिक है क्योंकि उत्पादन के लिए उपलब्ध मानक पिक और प्लेस मशीनें 0402 से छोटे एसएमडी पैकेजों को संभालने के लिए सीमाएं हो सकती हैं।

छोटे घटकों का एक और दोष बिजली रेटिंग है। 0603 से छोटे पैकेज 0805 या 1210 की तुलना में बहुत कम वर्तमान को संभाल सकते हैं। इसलिए, उचित घटकों का चयन करने के लिए सावधानीपूर्वक विचार आवश्यक है। ऐसे मामले में, जब भी छोटे पैकेजों का उपयोग पीसीबी आकारों की कमी के लिए नहीं किया जा सकता है, तो कोई पैकेज पदचिह्न को संपादित कर सकता है और जहां तक ​​संभव हो घटकों के पैड को सिकोड़ सकता है। डिज़ाइनर पैरों के निशान को बदलकर चीजों को थोड़ा तंग करने में सक्षम हो सकता है। डिज़ाइन सहिष्णुता के कारण, उपलब्ध डिफ़ॉल्ट पदचिह्न एक सामान्य पदचिह्न है जो संकुल के किसी भी संस्करण को पकड़ सकता है। उदाहरण के लिए, 0805 पैकेज के पदचिह्न इस तरह से बनाए गए हैं कि यह 0805 के लिए अधिक से अधिक विविधताएं कवर कर सकता है। विनिर्माण क्षमता के अंतर के कारण विविधताएं होती हैं।विभिन्न कंपनियां विभिन्न उत्पादन मशीनों का उपयोग करती हैं जो एक ही 0805 पैकेज के लिए अलग-अलग सहिष्णुता का उपयोग करती थीं। इस प्रकार, डिफ़ॉल्ट पैकेज पैरों के निशान जरूरत से थोड़े बड़े हैं।

कोई मैन्युअल रूप से विशिष्ट घटकों के डेटाशीट का उपयोग करके पदचिह्न को संपादित कर सकता है और आवश्यकतानुसार पैड के आकार को छोटा कर सकता है।

एसएमडी आधारित इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर का उपयोग करके बोर्ड के आकार को छोटा किया जा सकता है, क्योंकि वे उसी रेटिंग वाले छेद वाले घटकों की तुलना में छोटे व्यास वाले लगते थे।

नई आयु कॉम्पैक्ट कनेक्टर्स

एक और अंतरिक्ष-भूख घटक कनेक्टर्स है। कनेक्टर्स बड़े बोर्ड स्पेस का उपयोग करते हैं और पदचिह्न भी उच्च व्यास के पैड का उपयोग करते हैं। यदि वर्तमान और वोल्टेज रेटिंग की अनुमति हो तो कनेक्टर प्रकार बदलना बहुत उपयोगी हो सकता है।

कनेक्टर निर्माण कंपनी, उदाहरण के लिए, Molex या Wurth Electronics या कोई अन्य बड़ी कंपनियां हमेशा कई प्रकार के एक ही प्रकार के कनेक्टर प्रदान करती हैं। इस प्रकार, सही आकार का चयन करने से लागत के साथ-साथ बोर्ड की जगह भी बच सकती है।

रोकनेवाला नेटवर्क

मुख्य रूप से माइक्रोकंट्रोलर-आधारित डिज़ाइन में, श्रृंखला पास प्रतिरोधक हैं जो हमेशा आईओ पिन के माध्यम से माइक्रोकंट्रोलर को उच्च वर्तमान प्रवाह से बचाने के लिए आवश्यक होते हैं। इसलिए, 8 से अधिक प्रतिरोधों, कभी-कभी 16 से अधिक प्रतिरोधों को एक श्रृंखला पास प्रतिरोधों के रूप में उपयोग करने की आवश्यकता होती है। प्रतिरोधों की इतनी बड़ी संख्या पीसीबी में बहुत अधिक स्थान जोड़ती है। प्रतिरोधक नेटवर्क का उपयोग करके इस समस्या को हल किया जा सकता है। एक साधारण 1210 पैकेज आधारित रेसिस्टर नेटवर्क 4 या 6 रेसिस्टर्स के लिए जगह बचा सकता है। नीचे की छवि 1206 पैकेज में एक 5 अवरोध है।

स्टैक्ड पैकेज के बजाय मानक पैकेज

बहुत सारे डिज़ाइन हैं जिनके लिए अलग-अलग उद्देश्यों के लिए कई ट्रांजिस्टर या दो से अधिक MOSFETs की आवश्यकता होती है। अलग-अलग ट्रांजिस्टर या मोसेफेट्स को जोड़ने से स्टैक्ड पैकेज का उपयोग करने से अधिक स्थान समाप्त हो सकता है।

ऐसे कई विकल्प हैं जो एक पैकेज में कई घटकों का उपयोग करते हैं। उदाहरण के लिए, दोहरे मोसफेट या क्वाड एमओएसएफईटी पैकेज भी उपलब्ध हैं जो केवल एक मोसफेट की जगह लेते हैं और बोर्ड स्पेस की एक बड़ी राशि बचा सकते हैं।

इन ट्रिक्स को लगभग हर कंपोनेंट पर लागू किया जा सकता है। यह एक छोटे बोर्ड स्थान की ओर जाता है और बोनस बिंदु है, कभी-कभी उन घटकों की लागत व्यक्तिगत घटकों का उपयोग करने से कम होती है।

पीसीबी आकार में कमी के लिए उपरोक्त बिंदु संभव तरीका हैं। हालांकि, लागत, जटिलता बनाम पीसीबी आकार में हमेशा कुछ महत्वपूर्ण निर्णय-संबंधित ट्रेडऑफ़ होते हैं। किसी को सटीक पथ का चयन करने की आवश्यकता है जो लक्षित अनुप्रयोग पर या उस विशिष्ट लक्षित सर्किट डिजाइन पर निर्भर है।