Trykte kredsløbskort (PCB) er de vigtigste dele af moderne elektroniske enheder. De holder de elektroniske komponenter sammen og sørger for de elektriske forbindelser. Kvaliteten af designet af printkort (PCB) har direkte indflydelse på elektroniske produkters ydeevne og pålidelighed. Denne artikel giver elektronikingeniører alle de nødvendige oplysninger om design af printkort. Den dækker, hvordan man designer printkort, hvordan man router dem, hvilke designregler der gælder, og hvordan man fremstiller og tester dem.
1. Omfattende oversigt over grundlæggende PCB
1.1 Definition og kerneværdi af PCB'er
Et PCB (Printed Circuit Board) er en elektronisk komponent, der bruger isolerende materiale som substrat til at skabe ledende baner gennem specifikke processer. Det giver ikke kun mekanisk støtte til elektroniske komponenter, men danner også grundlaget for kredsløbets funktionalitet. Fremragende PCB-design kan forbedre kredsløbets ydeevne betydeligt, reducere produktionsomkostningerne og forbedre produktets pålidelighed.
1.2 Teknologisk udvikling og udviklingstendenser
PCB-teknologien har udviklet sig fra enkeltlagsplader til nutidens flerlagsplader og HDI og bevæger sig mod udvikling af høj densitet, høj frekvens og høj hastighed. Med stigende efterspørgsel fra AI-hardware og intelligente køretøjer fortsætter PCB-teknologien med at udvide sig til områder som fleksible kredsløbskort og Stiv-flex pladerog strækker sig til banebrydende områder som enheder med foldbare skærme og rumfart.
1.3 PCB-klassificering og anvendelsesområder
| PCB-type | Karakteristika | Anvendelsesscenarier |
|---|
| Enkeltsidet | Lave omkostninger, enkelt design | Enkel forbrugerelektronik |
| Dobbeltsidet | Fleksibelt design, omkostningseffektivt | Industrielt kontroludstyr |
| Flere lag | Høj tæthed, god afskærmning | Kommunikationsudstyr, computere |
| HDI | Sammenkobling med høj densitet | Smartphones, bærbare enheder |
| Fleksibel | Bøjelig, letvægt | Bærbare enheder, medicinske instrumenter |
2.1 Betydningen af layoutdesign
Layoutdesign er en kritisk del af PCB-designprocessen, der bestemmer kredsløbets signalintegritet, effektiviteten af den termiske styring og den elektromagnetiske kompatibilitet. Et fornuftigt layout kan reducere signaloverhøring, forbedre kredsløbets stabilitet og sænke produktionsomkostningerne.
2.2 Grundlæggende layoutprincipper
- Princippet om funktionel opdeling: Opdel områder efter kredsløbsfunktioner (f.eks. analoge, digitale og strømområder)
- Princip for signalflow: Følg signalflowet i layoutet og reducer området med signalløkker
- Princip for termisk styring: Fordel varmeudviklende komponenter og placer dem i nærheden af varmeafledningsområder
- Princippet om højfrekvent prioritering: Prioritér layout af højfrekvente komponenter, og afkort kritiske signalveje
2.3 Layoutproces og inspektionspunkter
- Planlægning før layout: Bestem kortets størrelse og de vigtigste komponenters placering
- Placering af nøglekomponenter: Placer først kernekomponenter som processorer og hukommelse
- Arrangement af understøttende komponenter: Placer passive komponenter som modstande og kondensatorer
- Optimering af layout: Juster komponentpositioner, optimer routing-stier
- Designinspektion: Tjek afstand, varmeafledning og signalintegritet
3. Teknikker og strategier for PCB-routing
3.1 Grundlæggende routing-koncepter
Routing er processen med at omdanne kredsløbsskemaer til faktiske fysiske forbindelser, hvilket direkte påvirker signalkvaliteten og kredsløbets ydeevne. Fremragende routing bør sikre signalintegritet, reducere elektromagnetisk interferens og forbedre kredsløbets pålidelighed.
3.2 Vigtige routing-teknikker
- Valg af sporbredde: Bestem bredden ud fra strømmen; effektspor er typisk bredere end signalspor
- Impedans-kontrol: Oprethold konstant karakteristisk impedans for højfrekvente signallinjer
- Ruteføring af differentielle par: Hold differentielle signallinjer lige lange, lige langt fra hinanden og parallelle
- Undgå skarpe vinkler: Brug 45 graders vinkler eller buede hjørner for at reducere signalrefleksion.
3.3 Særlige krav til signalføring
| Signaltype | Krav til ruteføring | Forholdsregler |
|---|
| Højhastighedssignaler | Impedanstilpasning, længdekontrol | Undgå vias, reducer stubs |
| Ur-signaler | Korteste vej, væk fra følsomme kredsløb | Tilføj jordafskærmning |
| Analoge signaler | Væk fra digitale kredsløb, et separat jordplan | Undgå tværsegmentering |
| Power Traces | Tilstrækkelig bredde, stier med lav impedans | Det er bedst at bruge powerplanes |
4. Regler og specifikationer for PCB-design
4.1 Betydningen af designregler
Designregler er grundlaget for at sikre, at PCB-designet kan produceres og er pålideligt. Rimelige designregler kan forhindre produktionsproblemer, forbedre produktudbyttet og forkorte udviklingscyklusserne.
4.2 Detaljeret forklaring af centrale designregler
- Regler for mellemrum: Spor-til-spor, spor-til-pad og pad-til-pad-afstande
- Regler for sporbredde: Bestem minimumsbredde baseret på strømførende kapacitet
- Regler for blændeåbning: Forholdet mellem plug-huller, via-størrelser og puder
- Regler for loddemasker: Krav til afstand mellem loddemaskevindue og pad
4.3 Kontrol af designregler (DRC)
Moderne EDA-værktøjer har DRC-funktionalitet til automatisk at kontrollere, om design overholder forudbestemte regler. Regelmæssige DRC-tjek er afgørende for at sikre designkvaliteten.
5. Komplet PCB-produktions- og testproces
5.1 Oversigt over PCB-fremstillingsprocessen
PCB-fremstillingsprocessen omfatter materialeforberedelse, mønsteroverførsel, kemisk ætsning, mekanisk boring, plettering, loddemasketryk, overfladebehandling og andre faser. Hvert trin kræver streng kontrol af procesparametrene for at sikre det endelige produkts kvalitet.
5.2 Vigtige fremstillingsprocesser
- Valg af substrat: Vælg FR-4, højfrekvente materialer osv. baseret på applikationskrav
- Dannelse af mønstre: Skab kredsløbsmønstre gennem fotolitografi
- Lamineringsproces: Flerlagsplade, der presses til at danne en komplet struktur
- Overfladebehandling: Beskyt pads med processer som nedsænkningsguld, HASL, OSP osv.
5.3 PCB-testmetoder
- Test med flyvende sonde: Velegnet til test af prototyper i små partier
- Test af negle: Velegnet til test af masseproduktion
- AOI-inspektion: Automatiseret optisk inspektion for overfladefejl
- Røntgeninspektion: Tjek skjulte loddesamlinger som BGA
6. Designoptimering og løsning af fælles problemer
6.1 Optimering af signalintegritet
PCB med høj hastighed design kræver særlig opmærksomhed på signalintegritetsproblemer, herunder signalrefleksion, krydstale og timingproblemer. Signalkvaliteten kan forbedres effektivt ved hjælp af termineringstilpasning, fornuftigt stackup-design og impedanskontrol.
6.2 Design af strømintegritet
Designet af strømfordelingsnetværket er afgørende for kredsløbets stabilitet. Brug tilstrækkeligt med afkoblingskondensatorer, design strømveje med lav impedans og undgå, at strømstøj påvirker følsomme kredsløb.
6.3 Strategier for termisk styring
- Termisk analyse: Udfør termisk simuleringsanalyse under designfasen
- Design af varmeafledning: Brug termiske vias og køleplader til at forbedre spredningen
- Optimering af layout: Fordel varmeudviklende komponenter væk fra varmefølsomme komponenter
7. Introduktion til professionelle PCB-designtjenester
I komplekse PCB-designprojekter kan professionelle designtjenester give værdifuld teknisk support. Topfast har som professionel leverandør af elektroniske ingeniørtjenester stor erfaring med printkortdesign og kan give kunderne omfattende løsninger fra koncept til færdigt produkt.
Topfasts professionelle team er dygtige til forskellige PCB-designteknologier, herunder digitale højhastighedskredsløb, analoge kredsløb og RF-kredsløb, og er fortrolige med forskellige EDA-værktøjer og designprocesser. Vi fokuserer på at afbalancere designkvalitet og producerbarhed for at sikre, at kunderne får designs, der opfylder både krav til ydeevne og produktionsmuligheder.
Vores tjenester omfatter:
- Komplekst PCB-layout og routing-design
- Analyse af signalintegritet og strømintegritet
- EMC/EMI-design og -optimering
- Designgennemgang og teknisk support
- Hurtig fremstilling af prototyper og testning
Ved at samarbejde med Topfast kan kunderne forkorte produktudviklingscyklusserne, reducere de tekniske risici og forbedre produkternes konkurrenceevne. Uanset om det drejer sig om forbrugerelektronik, industrielt kontroludstyr eller kommunikationssystemer, kan vi levere professionelle og pålidelige PCB-designtjenester.
Konklusion
PCB-design er en blanding af teknologi og kunst. Designere skal finde den bedste balance mellem elektrisk ydeevne, mekanisk struktur, varmestyring og hvor meget det koster at fremstille pladerne. I takt med at den elektroniske teknologi bliver bedre og bedre, vil PCB-design stå over for både udfordringer og muligheder. For at blive en succesfuld printkortdesigner skal du lære det grundlæggende godt, følge den videnskabelige designproces og blive ved med at lære nye teknologier.