为什么 DIY PCB 元件要直角放置?

电器工程 pcb设计 cad
2022-01-23 18:12:16

我正在学习PCB CAD。我想知道为什么组件似乎以直角放置并且与 PCB 正交(假设它是矩形的)。由于走线对于组件的放置是次要的,所以我并不特别关心走线。为什么我的 TO-220 晶体管不能与其去耦电容成 18.31 度?为什么不能放置一个由 13 个 LED 组成的环,每个 LED 旋转 27.69230769230769230769 度?

真正让我困惑的是连接器。将电阻器与 PCB 上的电容器放在一起的方式几乎无关紧要。它们只相互关联。但连接器不同。它们与不完全正交的外部世界有关。如果我有一个三角形的床头柜,我可能需要所有三个侧面的连接器/控件。所以彼此成120度角。如果靠近连接器焊盘,这也可能对走线产生影响。

我个人认为任何角度的组件都没有任何问题。即使在学校级别,您也从未见过他们。为什么?

三个指针:

  • 我只关心DIY项目。因此,机器人不会按照标准程序/行业规范自动放置组件。

  • 2010 年有一个类似的问题这比我的范围更广,因为它不将制造限制在仅限 DIY 的项目中。六年的 CAD / 软件开发是一生,很少相关。更容易以 45 度步进设计的软件不一定仍然相关。如果我使用 Illustrator、Blender、AutoCAD 或 Inkscape,则角度没有限制。

  • 我正在区分走线的方向和组件本身。

3个回答

在我设计了一些 PCB 之后,包括一些带有奇怪角度的组件,我将快速总结一下我的经验。

在我看来,坚持 90 度角有几个原因。

  1. 网格- 如果您试图在网格上很好地布置所有东西,那么偏角会让人头疼,因为东西不再与网格对齐。每次您尝试移动组件时,您都必须重新绘制迹线以将迹线重新放在网格上,以便您可以对其余部分进行布线。这在 Eagle 中是一个真正的痛点,尽管在其他跟踪更流畅的软件(例如 Mentor Xpedition)中没有那么多。

  2. Escape Routing - 对于具有许多引脚的 SMD 组件尤其如此。当您尝试将走线带出时,如果您坚持走线的 45 度布线模式,您最终不得不在整个地方曲折地尝试将走线拉出,这只是一团糟。

  3. 机器组装- 正如@PlasmaHH 在评论中指出的那样,一些拾放机器无法处理任意角度。许多仅限于正交放置,而另一些仅限于 45 度。这可能更不适用于 DIY 板,具体取决于您是计划手工焊接还是机器焊接。

  4. 焊接- 以各种角度放置组件可能会很痛苦。我发现让所有东西都正交更容易,因为你可以把 PCB 粘下来或放在支架上,然后依次焊接。虽然这个有点主观。

  5. 美学- 有人曾经对我说,如果 PCB 看起来很整洁,它就会很好用。这并不完全正确,但请记住这是一件好事。整齐地布置 PCB 需要小心谨慎,走线保持良好的 45 度角,数据总线的布线整齐等等。这种对细节的关注和花费的额外时间增加了您发现任何错误的可能性。

    为什么我要提这个?就我个人而言,我发现 PCB 的走线以各种奇怪的角度脱落,而组件以奇怪的角度离网放置,只是看起来凌乱或匆忙。

现在在某些情况下,尤其是 TQFP 或 QFN 封装,将它们放置在 45 度角上要容易得多。这实际上使逃生路由更容易和更紧凑,因为您可以在 45 度短走线后轻松地在 4 个正交方向中的任何一个方向上出去。请注意,在 TQFP 封装右上角的下图中,您实际上可以将引脚布线到 IC 边界内的 90 度布线网格上。

此外,有时空间限制需要奇数角度。通常我会正交地粘贴所有无源电阻器和电容。在某些情况下,例如,如果带有终端的数据总线在 45 度网格上运行,则有必要旋转无源器件以进行匹配,以避免大幅增加整体尺寸。还请注意,在下图中,我将晶体放置在 45 度以匹配 TQFP 封装。

45度TQFP

在某些情况下,我将组件放在奇数角度。但是,如果有非常具体的原因,我只会这样做。一个例子是,如果您需要将 LED 放置在某种图案中 - 例如边缘安装在一个圆圈上。在这种情况下,有必要将它们放在角度上。我将其作为下面的示例进行展示。

示例 PCB

事实上,您可能会注意到许多组件也被旋转了。确实是这样,也是另外一个具体案例。在这个设计中,完全相同的子系统有 11 个副本,每个副本都包含 32 度的 LED。各个部分的设计都包含所有组件,但 LED 正交放置。然后放置 11 个旋转的副本来构建圆圈。在这种情况下,组件在整个设计中不是正交的,但它们在其子块中是正交的。

正如 OP 已经收集到的那样,一些组件在机械上很重要。但大多数 PCB 组件(电阻器、电容器、小信号晶体管、运算放大器、逻辑 IC)在机械上并不重要。对于这些非机械上重要的组件,密集和方便的包装通常是目标。大多数 PCB 组件可以近似为一个矩形。这就是PCB布局软件默认为直角水平垂直旋转的原因。

话虽如此,我使用过的所有 PCB 布局包1都有一种为任何组件分配任意旋转角度的方法。这对于机械上重要的部件很重要。自动取放组装机也可以以任意角度放置组件。

在此处输入图像描述

在这块板上,大部分底部(蓝色)层组件都是倾斜的。它们具有机械意义。所有顶层(红色)层组件都以直角放置,因为它们在机械上并不重要。

1 OrCAD、Eagle、Altium。插图中的布局是使用 Eagle 完成的。

将两个引线表面贴装元件相互平行放置并垂直于印刷电路板进入烤箱的一个令人信服的理由也是防止墓碑效应。墓碑现象是指不均匀的加热使引线处的焊料熔化,从而将表面贴装元件拉到直立位置。

在此处输入图像描述

问题是专门针对您自己的印刷电路板进行的。所以墓碑可能不是一个直接的问题。但是,以防万一,最好创建可制造的电路板。