قوانین مسیریابی PCB: ردیابی عرض، فاصله، و انتخاب های ساخت که مهم هستند

هر تخته روت شده ای که در کارخانه خود می بینیم داستانی در مورد تصمیماتی که قبل از رسیدن به آن گرفته شده است را بیان می کند. یک شماتیک تابع الکتریکی را تعریف می‌کند، اما مسیریابی تصمیم می‌گیرد که آیا این تابع می‌تواند با هزینه معقول، در یک زمان واقعی و با حاشیه کافی برای زنده ماندن سال‌ها گرما، ارتعاش و تنش ولتاژ تولید شود یا خیر. در تجربه ما به‌عنوان تولیدکننده PCB، بیشتر مشکلات تولید قابل پیشگیری - ردهای سوخته، ترخیص‌های ناموفق، پانل‌های تاب برداشته، آبکاری ضعیف - به تعدادی از قوانین مسیریابی بازمی‌گردد که یا نادیده گرفته شده‌اند یا اشتباه درک شده‌اند. این مقاله توضیح می‌دهد که واقعاً مسیریابی یک برد رایانه شخصی شامل چه پارامترهایی است، چه پارامترهایی بیشترین اهمیت را دارند و چگونه می‌توان محدودیت‌های مسیریابی را تعیین کرد که یک کارخانه واقعاً می‌تواند بدون اختلاف ایجاد کند.

مسیریابی برد رایانه شخصی واقعاً شامل چه چیزی است

مسیریابی مرحله طرح بندی است که در آن هر شبکه الکتریکی در شماتیک به یک مسیر مسی فیزیکی تبدیل می شود. نرم افزار می تواند آن مسیرها را به طور خودکار ترسیم کند، اما نتیجه فقط به اندازه محدودیت هایی است که طراح ارائه می کند: عرض ردیابی، فاصله بین هادی ها، لایه های مجاز، از طریق انواع، و توزیع مسی که فرآیند حکاکی و آبکاری مشاهده خواهد کرد.

این مسیر همچنین صفحات مرجع زمینی، جزایر نیرو، و مسیرهای حرارتی را ایجاد می کند که باعث می شود یک طراحی در دنیای واقعی کار کند. قرار دادن اجزا تعیین می کند که قطعات کجا بنشینند. مسیریابی نحوه اتصال آنها را تعیین می کند. بین این دو، مسیریابی تأثیر بیشتری بر هزینه و بازده تولید دارد، زیرا هندسه ردیابی و تعادل مس مستقیماً بر نحوه اچ کردن، صفحات و لایه‌بندی پانل توسط کارخانه تأثیر می‌گذارد.

عرض ردیابی: اولین تصمیم مسیر

عرض ردیابی اولین عددی است که تنظیم می‌شود، زیرا سه نیاز را همزمان دارد: ظرفیت جریان، افت ولتاژ و امپدانس مشخصه. ردیابی سیگنال می تواند نازک باشد. شبکه های قدرت نیاز به مقطع دارند. مرجع مورد استفاده اکثر کارخانه ها IPC-2221 است. برای 1 اونس (35 میکرومتر) مس روی یک لایه خارجی با افزایش دمای 10 درجه سانتیگراد، ظرفیت فعلی برآورد شده تقریباً به شرح زیر است.

دو اصلاح در عمل مهم است. آثار روی لایه‌های داخلی تقریباً نیمی از گرمای ردیابی خارجی را از بین می‌برند، بنابراین جدول فعلی باید بر این اساس کاهش یابد. و این مقادیر افزایش متوسط ​​10 درجه سانتیگراد را فرض می کنند. اگر محفظه اطراف جریان هوا را مسدود کند یا دمای محیط بالا باشد، جریان امن بیشتر کاهش می یابد. هنگامی که یک طرح باید دارای جریان بالا پایدار باشد، مسیر باید از یک ریزش مس، یک صفحه یا یک لایه مس ضخیم‌تر به جای یک رد باریک استفاده کند. خط ما به طور منظم تخته های مسی ضخیم 2 اونس تا 10 اونس را هدایت می کند، و جداول عرض ردیابی برای این وزن ها بسیار متفاوت از مقادیر 1 اونس در بالا به نظر می رسد.

فاصله و فاصله: آنها را برای ولتاژ تنظیم کنید، نه فقط برای بررسی قوانین طراحی

Clearance فاصله بین دو ویژگی مسی است: trace to trace، trace to pad، pad to via. بررسی قوانین طراحی هر عددی را که در ابزار CAD تایپ شده است تأیید می‌کند، اما عدد مناسب از ولتاژ، یکپارچگی سیگنال و قابلیت کارخانه است، نه از یک قانون پیش‌فرض. برای شبکه های سیگنال ولتاژ پایین در داخل یک محصول محصور، 0.1 میلی متر (4 میل) بین ردیابی ها معمول است. قابلیت استاندارد ما 4 میل است و می توانیم ردیابی 3 میلی متری و فضایی را در جایی که چگالی طراحی ایجاب می کند نگه داریم.

ترخیص کالا نباید یک ارزش جهانی واحد باشد. ولتاژ کاری، درجه آلودگی، پوشش، ارتفاع و ولتاژهای گذرا همگی بر فاصله خزش مورد نیاز محصول تأثیر می‌گذارند. IPC-2221B شامل جداول فاصله در مقابل ولتاژ است که مهندسان انطباق از آنها استفاده می کنند. به عنوان یک قانون عملی، هر شبکه ای که بیش از 50 ولت را حمل می کند، یا هر اثری که در نزدیکی لبه تخته قرار گرفته باشد، باید از فاصله بسیار بیشتری نسبت به قانون طراحی پیش فرض استفاده کند.

برای سیگنال های با سرعت بالا، فاصله هم جفت و هم امپدانس را کنترل می کند. یک جفت دیفرانسیل منطبق امپدانس هدف خود را تنها زمانی حفظ می کند که شکاف بین دو ردپای ثابت بماند و صفحه مرجع زیر آن بیش از مقدار فاصله مطلق اهمیت داشته باشد. برای مدارهای RF، یک اثر 50 Ω با عرض، ضخامت دی الکتریک و فاصله تا سطح زمین زیر آن تعریف می شود.

انباشته لایه: چگالی مسیریابی هزینه و زمان تحویل را افزایش می دهد

تعداد لایه ها بزرگترین تصمیم یک طراحی برای مسیریابی است. اگر دو لایه بتوانند چگالی را تحمل کنند، یک پشته شش لایه پول هدر می رود. اگر طرح نیاز به قدرت پیوسته و سطوح زمین، کنترل امپدانس محکم، یا فن خروجی متراکم BGA داشته باشد، استک آپ به چهار، شش یا بیشتر لایه منتقل می شود. انتقال از دو لایه به چهار تقریباً هزینه فرآیند را دو برابر می‌کند، زیرا تصویربرداری لایه داخلی، لایه‌گذاری، تراز و مراحل مته اضافی به مسیر اضافه می‌شود. زمان سرب با شمارش لایه ها نیز رشد می کند. در تاسیسات ما در منطقه توسعه اقتصادی گوانگده، زمان های تولید منتشر شده بر اساس تعداد لایه ها به شرح زیر است.

مسیر، stackup را تنظیم می کند، و stackup تاریخ تحویل را تعیین می کند. اگر یک طرح فقط به 12 لایه نیاز دارد زیرا از لایه‌های سیگنال بیرونی ضعیف استفاده می‌شود، مسیر چهار لایه تمیزتر در کسری از زمان به دست می‌آمد. کارخانه ما از 1 تا 32 لایه می‌سازد، و الگوی آن ثابت است: مسیریابی کارآمد، زمان تحویل را با اطمینان‌تر از هر هزینه تسریع، کوتاه می‌کند.

قوانین DFM: مسیری که در یک کارخانه اچ، صفحات و ورقه ورقه ها ایجاد می شود

مسیری که از بررسی‌های نت‌لیست و سیگنال عبور می‌کند، همچنان ممکن است در کف کارخانه شکست بخورد. تخته باید اچ، سوراخ، آبکاری و پرس شود و هر فرآیند دارای محدودیت های هندسی است. قوانین زیر از رایج ترین شکست های تکراری جلوگیری می کند.

ترازوی مس و دزدی

هنگامی که یک ناحیه از یک لایه به صورت جامد ریخته می شود و قسمت دیگر تقریباً خالی است، ضخامت آبکاری ناهموار می شود و لمینیت می تواند پانل را منحرف کند. مسیریابی خوب مس را در هر لایه توزیع می کند. در جایی که غیرممکن است، بلوک های سارق یا مس متقاطع اضافه کنید. تیم CAM ما دزدی را در حین ابزارسازی اضافه می‌کند، اما یک طراحی مسیریابی که پاس‌های متعادل را دریافت می‌کند سریع‌تر بررسی می‌شود و صفحات یکنواخت‌تر می‌شوند.

Vias و حلقه حلقوی

هر ویا به یک حلقه حلقوی نیاز دارد: حلقه مسی در اطراف سوراخ حفر شده که بشکه را به ردی متصل می کند. اگر حلقه خیلی کوچک است، ثبت اشتباه مته اتصال را قطع می کند. یک حلقه حلقوی حداقل 4 میل (0.1 میلی متر) یک قانون کار ایمن برای پردازش استاندارد است. ویزهای کور و مدفون تعداد لایه‌ها را در طرح‌های متراکم کاهش می‌دهند، اما هر نوع از طریق، مراحل حفاری و لمینیت را اضافه می‌کند. via-in-pad، مفید در زیر BGAs، نیاز به پر کردن و آبکاری اضافی دارد. بردهای HDI با میکروویا یک خانواده فرآیند جداگانه را تشکیل می دهند که خط HDI ما ظرف 25 روز تحویل می دهد.

امدادهای حرارتی

هنگامی که یک پد سوراخ شده به یک آبریز مسی بزرگ متصل می شود، در حین لحیم کاری به عنوان یک هیت سینک عمل می کند. بدون پره های تسکین حرارتی، لنت ممکن است به دمای لحیم کاری نرسد. پدهای متصل به هواپیما را با تسکین دهنده های حرارتی در هر کجا که رتبه فعلی اجازه می دهد، مسیریابی کنید.

یک چک لیست مسیریابی عملی برای اجرا قبل از ارسال فایل:

• اندازه ردیابی قدرت و ریزش برای جریان پایدار در بدترین حالت، نه برای بار معمولی.
• از قوانین ترخیص به ازای هر کلاس استفاده کنید. شبکه های سیگنال ولتاژ بالا، پرسرعت و عمومی به ندرت به فاصله یکسانی نیاز دارند.
• توزیع مس را روی هر لایه بطور منطقی یکنواخت نگه دارید و به لایه هایی که عمدتا خالی هستند، دزدی را اضافه کنید.
• قبل از نهایی کردن مسیر، حداقل رد/فضا، حداقل حلقه حلقوی و حداقل از طریق اندازه مته را با کارخانه تأیید کنید.
• یک صفحه مرجع جامد را در زیر هر مسیر با سرعت بالا یا امپدانس کنترل شده قرار دهید.

مواد و پایانه های سطحی که قوانین مسیریابی را تغییر می دهند

زیرلایه و پایان پارامترهای مسیریابی را به اندازه مدار الکتریکی تغییر می دهد. استاندارد FR-4 بردهای دیجیتال و آنالوگ عمومی را به خوبی اداره می کند. High-Tg FR-4 در برابر شکست CAF در تخته های چند لایه ضخیم مقاومت می کند و در الکترونیک خودرو رایج است. FR-4 بدون هالوژن الزامات زیست محیطی را پوشش می دهد. ورقه های فرکانس بالا با Dk و Df کنترل شده برای RF و دیجیتال با سرعت بالا استفاده می شود و عرض ردیابی مورد نیاز برای یک خط 50 Ω با هر ماده تغییر می کند.

تخته های هسته فلزی - پایه آلومینیومی یا مسی - گرما را از طریق بستر هدایت می کنند، بنابراین مدارهای برق می توانند از مسیرهای باریک تری استفاده کنند، اما حفاری و حکاکی هسته های فلزی از قوانین طراحی متفاوتی پیروی می کند. گستره محصولات ما شامل تخته های FR-4، Tg بالا، بدون هالوژن، فرکانس بالا، پایه آلومینیومی، پایه مسی و سرامیکی، با روکش های سطحی مانند OSP، HASL بدون سرب، طلای غوطه وری و قلع غوطه وری است. انتخاب نهایی عمدتاً بر قابلیت لحیم کاری و ماندگاری تأثیر می گذارد، بنابراین باید با روند مونتاژ مطابقت داده شود تا اینکه به عنوان یک فکر بعدی در نظر گرفته شود.

مسیر با ساخت در ذهن

مسیریابی جایی است که یک طرح به یک شی فیزیکی تبدیل می شود و آن شی توسط یک کارخانه قضاوت می شود. تابلوهایی که به موقع ارسال می شوند و به طور قابل اعتماد کار می کنند به ندرت محصول تنظیمات هوشمندانه روتر خودکار هستند. آنها محصولات عرض ردیابی اندازه برای جریان، فاصله های تعیین شده برای ولتاژ، انباشته های انتخاب شده برای چگالی، و جزئیات DFM هستند که از اولین پاس طرح بندی رعایت شده اند. در صورت شک، زودتر بپرسید: یک نمونه اولیه دو طرفه از کارخانه ما می‌تواند در عرض 24 ساعت بچرخد، و یک تکرار سریع هزینه بسیار کمتری نسبت به یک دسته 16 لایه‌ای دارد که به دلیل خطای فاصله‌گذاری، آزمایش الکتریکی را انجام نمی‌دهد. اگر به یک توصیه stackup، یک بررسی DFM یا یک نقل قول برای یک برد مسیریابی از 1 تا 32 لایه نیاز دارید، تیم مهندسی ما برای پاسخگویی با جزئیات تنظیم شده است.