כאשר רמת חיווט PCB משופרת, מה שהופך את עיצוב ה-PCB שלך ליעיל יותר

פריסת ה-PCB חשובה מאוד בכל עיצוב ה-PCB. כדאי ללמוד וללמוד כיצד להשיג חיווט מהיר ויעיל ולגרום לחיווט ה-PCB שלך להיראות ברמה גבוהה. מיינו 7 היבטים שצריך לשים אליהם לב בפריסת PCB. בואו לבדוק ולהשלים את החסר!

1. עיבוד קרקע נפוץ של מעגלים דיגיטליים ומעגלים אנלוגיים

כיום, PCB רבים אינם עוד מעגלים פונקציונליים בודדים (מעגלים דיגיטליים או אנלוגיים), אלא מורכבים מתערובת של מעגלים דיגיטליים ומעגלים אנלוגיים. לכן, יש צורך לשקול את ההפרעות ההדדיות ביניהם בעת החיווט, במיוחד את הפרעות הרעש על קו הקרקע. התדירות של מעגלים דיגיטליים גבוהה, והרגישות של מעגלים אנלוגיים חזקה. עבור קווי אות, קווי אות בתדר גבוה צריכים להיות רחוקים ככל האפשר מהתקני מעגל אנלוגי רגישים. עבור קווי הארקה, לכל ה-PCB יש רק צומת אחד לעולם החיצון, ולכן יש לטפל בבעיית הקרקע הדיגיטלית והאנלוגית בתוך ה-PCB. עם זאת, ההארקה הדיגיטלית והארקה האנלוגית למעשה מופרדות בתוך הלוח. הם אינם מחוברים זה לזה, אלא נמצאים רק בממשק שבו ה-PCB מתחבר לעולם החיצון (כגון תקעים וכו'). הארקה הדיגיטלית קצרה מעט לאדמה האנלוגית, שימו לב שיש רק נקודת חיבור אחת. יש גם קרקע שונה על ה-PCB, אשר נקבעת על ידי תכנון המערכת.

2. קווי האות מונחים על שכבת החשמל (הקרקע).

בעת חיווט לוחות מודפסים רב-שכבתיים, לא נותרו הרבה קווים לא גמורים בשכבת קו האות. הוספת שכבות נוספות תגרום לבזבוז ותגביר את עומס הייצור, וגם העלות תגדל בהתאם. כדי לפתור סתירה זו, אתה יכול לשקול חיווט על שכבת החשמל (הקרקע). יש לשקול תחילה את שכבת הכוח, ולאחר מכן את שכבת הקרקע. כי שלמות המבנה נשמרת.

3. טיפול ברגליים מחברות במוליכים בעלי שטח גדול

בהארקה בשטח גדול (חשמל), הרגליים של רכיבים נפוצים מחוברות אליו. יש לשקול באופן מקיף את הטיפול ברגלי החיבור. מבחינת ביצועים חשמליים, עדיף שהרפידות של רגלי הרכיב יהיו מחוברות במלואן למשטח הנחושת, אך ישנן כמה סכנות נסתרות במכלול הריתוך של רכיבים, כגון: ① ריתוך מצריך תנור חימום בעל הספק גבוה . ② קל לגרום למפרקי הלחמה וירטואליים. לכן, תוך התחשבות בביצועים החשמליים ובדרישות התהליך, מייצרים משטח הלחמה בצורת צלב, הנקרא מגן חום, הידוע בכינויו כרית תרמית (תרמית). בדרך זו, ניתן לבטל את האפשרות של חיבורי הלחמה וירטואליים עקב פיזור חום מוגזם בחתך במהלך הריתוך. סקס מופחת מאוד. הטיפול ברגלי שכבת הכוח (הקרקע) של לוחות רב-שכבתיים זהה.

4. תפקידה של מערכת הרשת בחיווט

במערכות CAD רבות, החיווט נקבע על סמך מערכת הרשת. אם הרשת צפופה מדי, למרות שמספר הערוצים גדל, השלבים קטנים מדי וכמות הנתונים בשדה התמונה גדולה מדי. לכך יהיו בהכרח דרישות גבוהות יותר לשטח האחסון של המכשיר, וזה גם ישפיע על מהירות המחשוב של מוצרים אלקטרוניים ממוחשבים. השפעה גדולה. חלק מהנתיבים אינם חוקיים, כגון אלו שנכבשו על ידי רפידות רגלי הרכיב או תפוסים על ידי חורי הרכבה וחורי הרכבה. רשת דלילה מדי ומעט מדי ערוצים ישפיעו מאוד על קצב הניתוב. לכן, חייבת להיות מערכת רשת סבירה שתתמוך בחיווט. המרחק בין הרגליים של רכיב סטנדרטי הוא {{0}}.1 אינץ' (2.54 מ"מ), כך שהבסיס של מערכת הרשת מוגדר בדרך כלל ל-0.1 אינץ' (2.54 מ"מ) או כפולה אינטגרלית קטנה מ-{{10}}.1 אינץ', כגון: 0.05 אינץ', 0.025 אינץ', 0.02 אינץ' וכו'.

5. טיפול בחוטי אספקת חשמל והארקה

גם אם החיווט בכל לוח ה-PCB הושלם בצורה טובה, הפרעות הנגרמות כתוצאה מחוסר התחשבות מספקת בחוטי החשמל והארקה תפגע בביצועי המוצר ולעיתים אף תשפיע על אחוזי ההצלחה של המוצר. לכן, יש להתייחס ברצינות לחיווט של ספק כוח וחוטי הארקה כדי למזער את הפרעות הרעש שנוצרות על ידי ספק כוח וחוטי הארקה כדי להבטיח את איכות המוצר. כל מהנדס העוסק בתכנון מוצרים אלקטרוניים מבין את הגורם לרעש בין חוט ההארקה לחוט החשמל. כעת אנו רק מתארים את דיכוי הרעש המופחת: הידוע הוא להוסיף רעש בין ספק הכוח לחוט ההארקה. קבל שורש לוטוס. הרחב את חוטי החשמל והארקה ככל האפשר. חוט ההארקה רחב יותר מחוט החשמל. הקשר ביניהם הוא: חוט הארקה > חוט חשמל > חוט אות. בדרך כלל רוחב חוט האות הוא: 0.2~0.3 מ"מ, והרוחב העדין יכול להיות עד 0.05~0.07 מ"מ. , כבל החשמל הוא 1.2~2.5 מ"מ. עבור PCB מעגלים דיגיטליים, ניתן להשתמש בחוטי הארקה רחבים ליצירת לולאה, כלומר ליצור רשת הארקה (לא ניתן להשתמש באדמה של מעגלים אנלוגיים בדרך זו). השתמש בשטח גדול של שכבת נחושת עבור חוטי הארקה, ובאלה שאינם בשימוש על הלוח המודפס. כל המקומות מחוברים לאדמה ומשמשים כחוטי הארקה. לחלופין, ניתן להפוך אותו ללוח רב-שכבתי, כאשר חוטי אספקת חשמל וחוטי הארקה תופסים שכבה אחת כל אחד.

6. בדיקת כלל עיצוב (DRC)

לאחר השלמת עיצוב החיווט, יש צורך לבדוק היטב האם עיצוב החיווט תואם את הכללים שנקבעו על ידי המעצב. כמו כן, יש לאשר האם הכללים שנקבעו עונים על הצרכים של תהליך ייצור הלוח המודפס. בדיקות כלליות כוללות את ההיבטים הבאים: קו לקו, קו לקו. האם המרחק בין רפידות רכיבים, קווים וחורים דרך, רפידות רכיבים וחורים דרך, וחורים מבעד סביר, והאם הוא עומד בדרישות הייצור. האם חוטי החשמל והארקה הם ברוחב המתאים, והאם חוטי החשמל והארקה מחוברים בחוזקה (עכבת גל נמוכה)? האם יש מקום ב-PCB שבו ניתן להרחיב את חוט ההארקה? האם ננקטו אמצעים עבור קווי אות מפתח, כגון אורכים קצרים, קווי הגנה וקווי כניסה וקווי פלט מופרדים בבירור? האם למעגל האנלוגי ולחלקי המעגל הדיגיטלי יש חוטי הארקה עצמאיים? האם גרפיקה (כגון אייקונים, תוויות) שנוספו ל-PCB מאוחר יותר תגרום לקצר חשמלי באות. שנה כמה צורות קו לא מספקות. האם נוספו קווי תהליך ל-PCB? האם מסכת ההלחמה עומדת בדרישות תהליך הייצור, האם גודל מסכת ההלחמה מתאים, והאם סימן התו נלחץ על כרית המכשיר כדי למנוע פגיעה באיכות המכלול החשמלי. האם הקצה של המסגרת החיצונית של שכבת ההארקה של ספק הכוח בלוח רב שכבתי מופחת? אם רדיד הנחושת של שכבת ההארקה של ספק הכוח חשוף מחוץ ללוח, קל לגרום לקצר חשמלי.

7. עיצוב של via

Via (via) הוא אחד המרכיבים החשובים של PCB רב שכבתי. עלות הקידוח מהווה בדרך כלל 30% עד 40% מעלות ייצור לוח ה-PCB. במילים פשוטות, כל חור ב-PCB יכול להיקרא ויה. מנקודת מבט פונקציונלית, ניתן לחלק דרך לשתי קטגוריות: האחת משמשת לחיבורים חשמליים בין שכבות; השני משמש לקיבוע או מיקום התקני. מנקודת מבט של תהליך, דרך מחולקים בדרך כלל לשלוש קטגוריות, כלומר דרך עיוורת, דרך קבורה ודרך דרך.

חורים עיוורים ממוקמים על המשטח העליון והתחתון של המעגלים המודפסים. יש להם עומק מסוים והם משמשים לחיבור המעגלים פני השטח והמעגלים הפנימיים למטה. עומק החורים בדרך כלל אינו עולה על יחס מסוים (צמצם). דרך קבורה מתייחסת לחורי חיבור הממוקמים בשכבה הפנימית של לוח מעגלים מודפס ואינם נמשכים אל פני השטח של המעגל. שני סוגי החורים לעיל ממוקמים בשכבה הפנימית של המעגל. הם מושלמים באמצעות תהליך יצירת חורים דרך לפני הלמינציה. במהלך תהליך היווצרות חור דרך, מספר שכבות פנימיות עשויות להיות חופפות. הסוג השלישי נקרא חור דרך, העובר דרך כל לוח המעגלים וניתן להשתמש בו כדי ליישם חיבורים פנימיים או כחורי מיקום הרכבה לרכיבים. מכיוון שקל יותר ליישם חורים דרך בטכנולוגיה ויש להם עלויות נמוכות יותר, הם משמשים ברוב המעגלים המודפסים במקום בשני חורי המעבר האחרים. חורי המעבר הבאים נחשבים כחורים דרך אלא אם צוין אחרת.

1. מנקודת מבט עיצובית, חור דרך מורכב בעיקר משני חלקים, האחד הוא חור הקידוח באמצע, והשני הוא אזור הרפידה סביב חור הקידוח. הגודל של שני חלקים אלו קובע את גודל ה-via. ברור שכאשר מתכננים לוחות PCB מהירים וצפיפות גבוהה, מעצבים תמיד מקווים שה-vias יהיו קטנים ככל האפשר, כך שניתן יהיה להשאיר יותר שטח חיווט על הלוח. בנוסף, ככל שהמעברים קטנים יותר, הקיבול הטפילי שלהם קטן יותר. ככל שהוא קטן יותר, כך הוא מתאים יותר למעגלים מהירים. עם זאת, הקטנת גודל החור מביאה גם לעלייה בעלות, ולא ניתן להקטין את גודל החור דרך ללא הגבלת זמן. הוא מוגבל על ידי קידוח (קידוח) וציפוי אלקטרוני (ציפוי) וטכנולוגיות תהליך אחרות: ככל שהחור קטן יותר, כך קשה יותר לקדוח. ככל שהחור לוקח יותר זמן, כך קל יותר לסטות מהמרכז; וכאשר עומק החור עולה על פי 6 מקוטר החור הנקדח, אין ערובה שדופן החור יהיה מצופה בנחושת באופן שווה. לדוגמה, העובי הנוכחי (דרך עומק החור) של לוח PCB רגיל 6- הוא כ-50 מיליליטר, כך שקוטר הקידוח שיצרן המעגלים יכול לספק יכול להגיע רק ל-8 מיל.

2. קיבול טפילי של חור המעבר לחור המעבר עצמו יש קיבול טפילי לקרקע. אם ידוע שקוטר חור הבידוד של חור המעבר בשכבת הקרקע הוא D2, קוטר כרית חור המעבר הוא D1, ועובי לוח ה-PCB הוא T, הקבוע הדיאלקטרי של מצע הלוח הוא ε, אז גודל הקיבול הטפילי של חור המעבר הוא בקירוב: C=1.41εTD1/(D2-D1) ההשפעה העיקרית של הקיבול הטפילי של חור המעבר על המעגל היא להאריך את זמן העלייה של האות ולהפחית את מהירות המעגל. לדוגמה, עבור לוח PCB בעובי של 50 מיל, אם חור דרך עם קוטר פנימי של 10 מיל וקוטר רפידה של 2{{20} } נעשה שימוש ב-Mil, והמרחק בין הרפידה לאזור הנחושת הקרקע הוא 32 מיל, נוכל לחשב בקירוב את חור המעבר דרך הנוסחה לעיל. הקיבול הטפילי הוא בערך: C=1.41x4.4x{{31 }}.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF. השינוי בזמן העלייה שנגרם על ידי חלק זה של הקיבול הוא: T10-90=2.2C (Z0/2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. ניתן לראות מערכים אלו שלמרות שההשפעה של האטת עיכוב העלייה הנגרמת על ידי הקיבול הטפילי של דרך בודדת אינה ברורה במיוחד, על מעצבים עדיין לשקול זאת בזהירות אם נעשה שימוש ב-vias מספר פעמים בחיווט למעבר בין שכבות. .

3. השראות טפילית של ויאסים באופן דומה, יש קיבולים טפיליים בוויאס ואינדוקטציות טפיליות. בתכנון של מעגלים דיגיטליים במהירות גבוהה, הנזק הנגרם על ידי השראות טפילית של חיבורים הוא לרוב גדול מההשפעה של קיבול טפילי. השראות הסדרה הטפילית שלו תחליש את תרומת הקבל המעקף ותחליש את אפקט הסינון של מערכת החשמל כולה. אנו יכולים להשתמש בנוסחה הבאה כדי פשוט לחשב את השראות הטפילית המשוערת של דרך: L=5.08h [ln (4h/d) + 1] כאשר L מתייחס לשראות של ה-via, h הוא אורך ה-via, ו-d הוא המרכז קוטר החור הקדח. ניתן לראות מהנוסחה שלקוטר חור המעבר יש השפעה קטנה על השראות, אך אורך חור המעבר משפיע על השראות. עדיין באמצעות הדוגמה שלמעלה, ניתן לחשב את השראות של ה-via כך: L=5.08x0.050 [ln (4x0.050/0.010) + 1 ]=1.015nH. אם זמן העלייה של האות הוא 1ns, אז העכבה המקבילה שלו היא: XL=πL/T10-90=3.19Ω. אי אפשר להתעלם מעכבה כזו כאשר זרם בתדר גבוה זורם דרכה. יש להקדיש תשומת לב מיוחדת לעובדה שקבל המעקף צריך לעבור דרך שני דרך בעת חיבור שכבת הכוח ושכבת האדמה, כך שההשראות הטפילית של המעברים תגדל באופן אקספוננציאלי.

4. עיצוב חורי דרך ב-PCB במהירות גבוהה דרך הניתוח לעיל של המאפיינים הטפילים של חורי דרך, אנו יכולים לראות שבתכנון PCB מהיר, חורי דרך פשוטים לכאורה מביאים לרוב השפעות שליליות גדולות לתכנון המעגל. השפעה. על מנת להפחית את ההשפעות השליליות הנגרמות על ידי ההשפעות הטפיליות של דרך, נסה לבצע את הפעולות הבאות בתכנון:

1. מההיבטים של עלות ואיכות האות, בחר גודל סביר דרך חור. לדוגמה, עבור 6-10-עיצוב PCB של מודול זיכרון שכבה, עדיף להשתמש ב-10/20Mil (קידוח/פד). עבור כמה לוחות בגודל קטן בצפיפות גבוהה, אתה יכול גם לנסות להשתמש ב-8/18Mil vias. חור. בתנאים הטכניים הנוכחיים, קשה להשתמש ב-vias בגודל קטן יותר. עבור חיבורי חשמל או קרקע, שקול להשתמש בגדלים גדולים יותר כדי להפחית את העכבה.

2. משתי הנוסחאות שנדונו לעיל, ניתן להסיק ששימוש בלוח PCB דק יותר מועיל להפחתת שני הפרמטרים הטפיליים של ה-vias.

3. השתדלו לא לשנות שכבות של עקבות אותות בלוח ה-PCB, כלומר השתדלו לא להשתמש בוויאים מיותרים.

4. יש לקדוח את פיני הכוח והארקה בקרבת מקום. ככל שהמובילים בין הצינורות והפינים קצרים יותר, כך ייטב, מכיוון שהם יגרמו לעלייה בהשראות. יחד עם זאת, מובילי המתח והארקה צריכים להיות עבים ככל האפשר כדי להפחית את העכבה.

5. הנח כמה חיבורים מוארקים ליד המעברים המשתנים שכבת האות כדי לספק לולאה קרובה לאות. אתה יכול אפילו למקם מספר רב של חיבורי הארקה מיותרים על לוח ה-PCB. כמובן, אתה גם צריך להיות גמיש בעיצוב שלך. מודל ה-via שנדון קודם לכן הוא מקרה שבו לכל שכבה יש פד. לפעמים, אנחנו יכולים להפחית או אפילו להסיר את הרפידות בשכבות מסוימות. במיוחד כאשר הצפיפות של חורי דרך גבוהה מאוד, זה עלול לגרום לחריץ שבור לבודד את המעגל בשכבת הנחושת. כדי לפתור בעיה זו, בנוסף להזזת מיקום ה-vias, נוכל לשקול גם מיקום ה-vias בשכבת הנחושת. גודל הרפידה מצטמצם.