تصميم الدارات المطبوعة: ملاحظات قبل بدء التوصيل

هذا المقال من إعداد: أنس أبو هايلة- سراج محمد- يحيى طويل

مقدمة

إن العمل على إنجاز مخطط الدارة المطبوعة بعد انتهاء المخطط النظري يعد المرحلة الأساسية من أجل أن تحصل بعد هذا الجهد الطويل في التصميم على دارتك بين يديك. و على الرغم من أن الكثيرين يصفون رسم و تصميم الدارات المطبوعة بأنه فن من الفنون إلا أن هناك بعض القواعد التي لا بد من الانتباه لها أثناء الرسم. ستجد في هذا المستند بعض الملاحظات السريعة التي يجب الانتباه لها.

ملاحظات في تصميم الدارات المطبوعة – قبل رسم المسارات:

1- تأكد من خصائص العناصر الميكانيكية :

• أبعاد العنصر و تحديداً ما يسمى الأحزمة(Packages).مثلاً : تختلف الحزمة TO252 عن TO263 و لا يجب الخلط بينهم و إن كان يبدو أحياناً الغلاف الخارجي نفسه من الصور و لكن الأبعاد تختلف.

  

• حجم الثقوب اللازمة لأرجل العنصر الالكتروني (من المزعج ألا تكون الثقوب ملائمة تماماً).

2-ثقوب التثبيت

• تأكد من صحة أنصاف أقطار الثقوب (بما في ذلك السماحيات).
• تأكد من وجوب وجود اتصال كهربائي مع الأرضي.
• استخدم أمر lock (في حالة برنامج الإيغل) لتثبت توضع الثقوب حتى لا تتحرك خطأً أثناء العمل.

3-توضع الموصلات (Connectors) والجمبرات (Jumpers) والمفاتيح والليدات والشاشات

انتبه للتالي:

• هل قمت بتحديد الرجل رقم واحد للموصل؟
  
• استخدم أمر (Lock) لتثبيت هذه العناصر أيضاً.
• احرص على ترتيب الليدات المتعددة بحيث يكون قطبها السالب متجهاً بنفس الاتجاه. وهذا ينطبق على ديودات الـ SMD أيضاً.
• إذا كانت الدارة عرضة للضغوط الميكانيكية على الموصلات، ينصح بعدم وضعهم مباشرة على الدارة لأن الأرجل ستكون أكثر عرضة للانحلال والتخلخل. ضع تلك الموصلات في جدران حماية.

4- انظر للأمور التالية بعين الاعتبار طالما أن ذلك لا يؤثر على سلامة الإشارات الكهربائية

• اجمع المقاومات ذات القيم المتساوية في مجموعة واحدة.
• الديودات والمكثفات المستقطبة توضع بحيث يشير القطب الواحد فيها إلى نفس الاتجاه.
• هذه الأمور تجعل التصميم أقل عرضةً للخطأ وأسرع وأيضاً أقل كلفة.

5- رقم إصدار الدارة، على الوجه العلوي والسفلي

ضع اسم الدارة وإصدارها على الوجه العلوي أو السفلي، مثل: “ShamDuino V1” ويفضل أيضاً إضافة التاريخ.

6- بادات قصدير (Solder Pads) للتعديل أو التوسعة

في مراحل التطوير، قد تحتاج للتعديل على الدارة كإضافة مقاومة رفع أو خفض أو إضافة ليد، للاحتياط ضع هذه البادات مسبقاً كما هو موضح في الرسم والمحاطة بإطار أحمر.

ملاحظات في تصميم الدارات المطبوعة – أثناء رسم المسارات:

1.  استخدم أداة DRC من حين إلى آخر وقبل إرسال النموذج إلى المطبعة.
2.  خذ بعين الاعتبار تيار الحمل الأعظمي لمسارات النحاس. إذ أنه يجب توخي الحذر في الظروف الحرجة لعمل الدارة بأن لا تؤدي إلى مسارات محروقة.
   يمكنك استخدام أحد الآلات الحاسبة التي تقوم بحسابات حول قيم التيار التي تتحملها أسلاك الدارات المطبوعة حسب المعايير العالمية TraceWidth Calculator، أو يمكنك استخدام أدوات متقدمة أكثر مثل Saturn PCB Design.
   
3. تجنب وضع فيات (Vias) تحت العناصر الأخرى إذا كانت الفيا يدوية.
   
4. تأكد أن ثقب الـ Drill للفيا يناسب حاجتك (خاصة إذا كانت يدوية، فمثلاً: ثقب 0.5 ملم لا يمكن أن يمرر سلك سينري بقطر 0.6 ملم).
5. بقدر الإمكان، حاول زيادة مساحة النحاس للبادات وثقوب التثبيت وذلك لتحسين ثبات العناصر على الدارة. عادة ما يكون النحاس قليلاً حول بادات العناصر في مكاتب الـ Eagle، و من المفضل أن تستخدم للفيا اليدوية الشكل المثمّن لأنه سيعطيك مساحة أكبر من النحاس.
6. استخدم المضلعات (Polygons):
   إن رسم مضلع في طبقة النحاس وإعطاءه اسم “GND” على سبيل المثال، يمكن أن يوفر الكثير من الوقت لرسم المسارات.
   سيئة المضلعات أنها قد تتفكك أثناء الرسم، للتأكد من سلامة المضلع استخدم أمر “ratsnest” من حين إلى آخر. مشكلة أخرى يجب الانتباه إليها وهي الاختناقات بين مناطق النحاس، المنطقة المحددة في الشكل التالي هي عبارة عن قطاع ضيق جداً من النحاس يصل المنطقة اليمنى باليسرى، هذا الجسر الضيق جداً يفسد الإشارة وقد يحترق إذا كان يمرر تيارات عالية.
7. التباعد بين الأسلاك يجب ألا يقل عن 1.5 mm  في الحالات العامة، أو اسأل المصنع عن البعد الأفضل الذي يجب تركه والذي يسمى clearance.
8. احذر من تمرير أسلاك خلال ثقوب الترانزستورات، خصوصاً ترانزستورات التقويم مثل (LM7809, LM317…)، فهذه الثقوب ستؤدي لقطع المسار.
9. عند الطباعة اليدوية أو لدى المطابع التي لا تقدم خدمة الفيا فإنه يجب الانتباه إلى استخدام الأسلاك بشكل صحيح و بالطبقة الصحيحة، ففي بعض الأحيان قد يكون مستحيلاً استخدام سلك بطبقة ما و تلحيمه في نفس الوقت، لأنه قد يتوضع العنصر بشكل يمنع اللحام كما في الحالة التالية:
   ففي الحالة العلوية فإن الأسلاك تتوضع في الطبقة السفلية و هذا استخدام صحيح، إذ يمكن لحام أرجل “المداخل” دون مشاكل، أما في الحالة السفلية، فهي خاطئة عند استخدام دارات مطبوعة دون via حقيقة، إذ أن اللحام سيصبح مستحيلاً، أما في المطابع التي توفر الفيا بشكلها الصحيح (عند أرجل العناصر) فإن المشكلة محلولة فتلحيم الأرجل من الأسفل يعني وصلها مع المسار العلوي (حيث يكون مكان ثقب الرجل عبارة عن حلقة نحاسية مفرغة) أما في الطباعة اليدوية (دون فيا) فإن الثقب هو عبارة عن ثقب عادي (له بادة عند كل وجه و ثقب بين الوجهين دون إطار نحاسي داخل الثقب).
10. تجنب ترك زوايا حادة أو قائمة للمسارات وذلك بان تكون زوايا المسارات ملتفة أو منكسرة بزاوية 45 درجة .

    

    

11. كن حذرا من حالات القِصر مثل :
    – قِصر مسار مع مسار.
    – قِصر مسار مع بادة.
    – قِصر مسار مع فيا.
12. يجب أن تكون المسارات أقصر ما يمكن فطول أقل يعني مقاومة للسلك أقل و استهلاك للطاقة أقل (هبوط جهد أقل) :

    

    

     

أخيراً… توصيل ميسّر لدارتك المطبوعة!