Pravila usmjeravanja PCB-a: širina traga, razmak i izbori proizvodnje koji su važni

Svaka rutirana ploča koju vidimo u našoj tvornici priča priču o odlukama donesenim prije nego što je stigla. Shema definira električnu funkciju, ali usmjeravanje odlučuje može li se ta funkcija proizvesti uz razumnu cijenu, unutar realnog vremena isporuke i s dovoljno rezerve da preživi godine topline, vibracija i napona. Prema našem iskustvu kao proizvođača PCB-a, većina proizvodnih problema koji se mogu spriječiti - spaljeni tragovi, neispravni razmaci, iskrivljene ploče, loša oplata - vuku se unatrag do nekoliko pravila usmjeravanja koja su ili promašena ili pogrešno shvaćena. Ovaj članak objašnjava što zapravo uključuje usmjeravanje PC ploče, koji su parametri najvažniji i kako postaviti ograničenja usmjeravanja koja tvornica zapravo može izgraditi bez osporavanja.

Što usmjeravanje PC ploče zapravo uključuje

Usmjeravanje je korak rasporeda u kojem svaka električna mreža u shemi postaje fizički bakreni put. Softver može automatski nacrtati te staze, ali rezultat je dobar onoliko koliko su dobra ograničenja koja je postavio dizajner: širina traga, razmak između vodiča, dopušteni slojevi, tipovi prolaza i raspodjela bakra koju će vidjeti proces jetkanja i presvlačenja.

Ruta također stvara referentne ravnine na tlu, otoke snage i toplinske staze zbog kojih dizajn funkcionira u stvarnom svijetu. Postavljanje komponenti odlučuje gdje će dijelovi sjediti; usmjeravanje odlučuje kako se povezuju. Između to dvoje, usmjeravanje ima veći utjecaj na troškove proizvodnje i prinos, jer geometrija traga i ravnoteža bakra izravno utječu na to kako tvornica nagriza, ploča i laminira ploču.

Trace Width: Prva odluka o ruti

Širina traga je prvi broj koji se postavlja jer nosi tri zahtjeva odjednom: strujni kapacitet, pad napona i karakterističnu impedanciju. Tragovi signala mogu biti tanki; električne mreže trebaju presjek. Referenca koju koristi većina tvornica je IPC-2221. Za 1 oz (35 µm) bakra na vanjskom sloju s porastom temperature od 10°C, procijenjeni kapacitet struje je otprilike sljedeći.

U praksi su važne dvije korekcije. Tragovi na unutarnjim slojevima rasipaju otprilike upola manje topline od vanjskih tragova, tako da trenutnu tablicu treba smanjiti u skladu s tim. I ove vrijednosti pretpostavljaju skroman porast od 10°C; ako okolno kućište blokira protok zraka ili je temperatura okoline visoka, sigurna struja dodatno pada. Kada dizajn mora nositi stalnu visoku struju, trasa bi trebala koristiti bakreni izljev, ravninu ili deblji sloj bakra, a ne jednu usku traku. Naša linija redovito usmjerava bakrene ploče debljine 2 do 10 oz, a tablice širine tragova za te težine izgledaju vrlo drugačije od vrijednosti od 1 oz iznad.

Zazor i razmak: postavite ih za napon, a ne samo za provjeru pravila dizajna

Zazor je udaljenost između dvije bakrene značajke: trag do traga, trag do podloge, podloga do otvora. Provjera pravila dizajna potvrdit će koji god broj upisan u CAD alat, ali pravi broj dolazi iz napona, integriteta signala i tvorničke sposobnosti, a ne iz zadanog pravila. Za niskonaponske signalne mreže unutar zatvorenog proizvoda, uobičajeno je 0,1 mm (4 mil) između tragova; naša standardna sposobnost je 4 mil, a možemo držati trag od 3 mil i prostor gdje gustoća dizajna to zahtijeva.

Klirens ne bi trebao biti jedna globalna vrijednost. Radni napon, stupanj onečišćenja, premaz, nadmorska visina i prijelazni naponi utječu na puznu stazu koja je potrebna proizvodu. IPC-2221B sadrži tablice razmaka u odnosu na napon koje koriste inženjeri usklađenosti; kao praktično pravilo, svaka mreža koja nosi više od 50 V, ili bilo koji trag usmjeren blizu ruba ploče, treba koristiti znatno veći razmak od zadanog pravila projektiranja.

Za signale velike brzine, razmak kontrolira i spoj i impedanciju. Usklađeni diferencijalni par zadržava ciljnu impedanciju samo kada razmak između dva traga ostaje konstantan, a referentna ravnina ispod je važnija od apsolutne vrijednosti zazora. Za RF krugove, trag od 50 Ω definiran je svojom širinom, debljinom dielektrika i udaljenošću do ravni uzemljenja ispod njega.

Slaganje slojeva: gustoća usmjeravanja povećava troškove i vrijeme isporuke

Broj slojeva je najveća odluka o usmjeravanju koju dizajn donosi. Ako dva sloja mogu podnijeti gustoću, skup od šest slojeva je bačen novac. Ako dizajn zahtijeva kontinuirano napajanje i uzemljenje, čvrstu kontrolu impedancije ili gusto BGA rasklapanje, skup se pomiče na četiri, šest ili više slojeva. Prijelaz s dva sloja na četiri otprilike udvostručuje trošak procesa jer se ruti dodaju slike unutarnjeg sloja, laminacija, poravnavanje i dodatni koraci bušenja. Vrijeme isporuke također raste s brojem slojeva. U našem pogonu u zoni ekonomskog razvoja Guangde, objavljena vremena proizvodnje prema broju slojeva su sljedeća.

Ruta postavlja gomilu, a gomila postavlja datum isporuke. Ako je dizajnu potrebno samo 12 slojeva jer se vanjski slojevi signala slabo koriste, čišća ruta od četiri sloja stigla bi u djeliću vremena. Naša tvornica gradi od 1 do 32 sloja, a obrazac je dosljedan: učinkovito usmjeravanje skraćuje vrijeme isporuke pouzdanije od bilo koje naknade za ubrzanje.

Pravila DFM-a: Usmjerite način na koji tvornica nagriza, ploče i laminate

Ruta koja prolazi popis mreža i provjere signala još uvijek može pasti u tvornici. Ploča mora biti urezana, izbušena, obložena i prešana, a svaki proces ima geometrijska ograničenja. Sljedeća pravila sprječavaju najčešće ponavljane kvarove.

Stanje bakra i krađa

Kada je jedno područje sloja čvrsti izliveni sloj, a drugo je gotovo prazno, debljina sloja postaje neujednačena i laminacija može iskriviti ploču. Dobro usmjeravanje raspoređuje bakar po svakom sloju; gdje je to nemoguće, dodajte kradljive blokove ili šrafirani bakar. Naš CAM tim dodaje krađe tijekom izrade alata, ali usmjereni dizajn koji dolazi uravnoteženo prolazi pregled brže i ploče su jednoličnije.

Vias i prstenasti prsten

Svaki otvor treba prstenasti prsten: bakreni prsten oko izbušene rupe koji povezuje cijev s tragom. Ako je prsten premali, pogrešna registracija bušilice prekida vezu. Prstenasti prsten od najmanje 4 mila (0,1 mm) sigurno je radno pravilo za standardnu ​​obradu. Slijepi i ukopani otvori smanjuju broj slojeva u gustim dizajnima, ali svaki tip otvora dodaje korake bušenja i laminacije; via-in-pad, koristan za BGA, zahtijeva punjenje i dodatnu oplatu. HDI ploče s mikroprozorima čine zasebnu familiju procesa, koju naša linija HDI isporučuje u roku od 25 dana.

Toplinski reljefi

Kada se jastučić s rupom spoji na veliki bakreni izljev, izljev djeluje kao hladnjak tijekom lemljenja. Bez žbica za toplinsko rasterećenje, jastučić možda neće postići temperaturu lemljenja. Jastučiće povezane s ravninom rute s toplinskim olakšicama gdje god to trenutna ocjena dopušta.

Praktičan kontrolni popis za usmjeravanje koji treba pokrenuti prije slanja datoteka:

• Dimenzionirajte tragove snage i izljeve za trajnu struju u najgorem slučaju, a ne za tipično opterećenje.
• Upotrijebite pravila razrješenja po mrežnoj klasi; mreže visokog napona, velike brzine i opće signalne mreže rijetko trebaju isti razmak.
• Držite raspodjelu bakra na svakom sloju razumno ravnomjernom i dodajte krađu slojevima koji su uglavnom prazni.
• Potvrdite minimalni trag/prostor, minimalni prstenasti prsten i minimalnu veličinu bušenja s tvornicom prije finaliziranja trase.
• Postavite čvrstu referentnu ravninu ispod svake rute velike brzine ili impedancije kontrolirane.

Materijali i završni slojevi koji mijenjaju pravila usmjeravanja

Podloga i završna obrada mijenjaju parametre usmjeravanja isto koliko i električni krug. Standardni FR-4 dobro se nosi s općenitim digitalnim i analognim pločama. High-Tg FR-4 otporan je na kvar CAF-a u debelim višeslojnim pločama i uobičajen je u automobilskoj elektronici; bez halogena FR-4 pokriva ekološke zahtjeve; visokofrekventni laminati s kontroliranim Dk i Df koriste se za RF i digitalni signal velike brzine, a širina traga potrebna za liniju od 50 Ω mijenja se sa svakim materijalom.

Ploče s metalnom jezgrom — aluminijska ili bakrena baza — provode toplinu kroz podlogu, tako da strujni krugovi mogu koristiti uže rute, ali bušenje i jetkanje metalnih jezgri slijede različita pravila dizajna. Naš asortiman proizvoda uključuje ploče na bazi FR-4, visoke Tg, bez halogena, visoke frekvencije, ploče na bazi aluminija, bakra i keramike, s površinskim obradama kao što su OSP, bezolovni HASL, uronjeno zlato i uronjeni kositar. Odabir završne obrade uglavnom utječe na sposobnost lemljenja i vijek trajanja, stoga ga treba uskladiti s postupkom sastavljanja, a ne tretirati ga kao naknadnu misao.

Ruta s proizvodnjom na umu

Usmjeravanje je mjesto gdje dizajn postaje fizički objekt, a taj objekt ocjenjuje tvornica. Ploče koje se isporučuju na vrijeme i rade pouzdano rijetko su proizvodi pametnih postavki automatskog usmjerivača; oni su proizvodi širina tragova dimenzioniranih za struju, razmaka postavljenih za napon, naslaga odabranih za gustoću i DFM detalja poštovanih od prvog prolaza rasporeda. Ako ste u nedoumici, pitajte ranije: dvostrani prototip iz naše tvornice može se pretvoriti u 24 sata, a jedna brza iteracija košta daleko manje od serije od 16 slojeva koja ne prođe električni test zbog greške u razmaku. Ako trebate preporuku za slaganje, DFM recenziju ili ponudu za rutiranu ploču od 1 do 32 sloja, naš inženjerski tim spreman je odgovoriti s pojedinostima.