Omfattende guide til PCB-design

Fra grundprincipper til avancerede strategier for AI og højhastighedsapplikationer

Printkortet er skelettet og nervesystemet i elektroniske produkter. Stabiliteten og ydeevnen i alt fra simple mikrocontrollerprojekter til komplekse AI-servere er dybt forankret i kvaliteten af printkortdesignet. Denne guide, der er udarbejdet af det tekniske ekspertteam hos TOPFASTgiver en komplet køreplan fra grundlæggende koncepter til avancerede strategier.

Grundlæggende PCB-designproces - et robust udgangspunkt

For begyndere er nøglen til succes at følge en standardiseret designproces.

1: Designforberedelse - skematisk og regeldefinition

• Skematisk design: Dette er det logiske fundament. Sørg for, at symbolerne er korrekte, at forbindelserne er præcise, og at hver komponent har det rette fodaftryk.
• Planlægning før layout: Tidlig kommunikation med din Producent af printkort (ligesom TOPFAST) er afgørende. Få fat i deres Dokument om proceskapacitetDefinér parametre som mindste sporbredde/afstand, mindste hulstørrelse, stack-up-struktur, og indstil dem som designregler for at undgå DFM-problemer fra starten.

2: Placering af komponenter - "Byplanlægning" af et elektronisk system

• Kerneprincip: "Beliggenhed betyder alt."
  • Kritiske komponenter først: Placer hovedcontrolleren (CPU/FPGA), hukommelsen og strømstyrings-IC'erne først.
  • Funktionel modularisering: Gruppér beslægtede kredsløb sammen (f.eks. strømforsyning, urkredsløb, analog sektion).
  • Overvej termisk og montering: Fordel højeffektkomponenter og planlæg termiske stier; placer stik og kontakter under hensyntagen til kabinetmekanik og brugeroplevelse.

3: Routing - kunsten og videnskaben bag forbindelser

• Power først: Før strøm- og jordledninger tidligt, og sørg for, at de er korte og brede for at minimere impedansen.
  • Prioritet for kritiske signaler: Før ure, højhastighedsdifferentielle par og følsomme analoge signaler ad de korteste og reneste veje.
  • 3W-regel: Oprethold en parallel sporafstand på mindst 3 gange sporbredden for at reducere krydstale.
  • Strategi for jordforbindelse: Brug typisk et delt jordplan til digitale og analoge sektioner, der er forbundet i et enkelt punkt for at undgå støjinterferens.

4: Efterbehandling og generering af produktionsfiler

• DRC Check: Udfør en sidste kontrol af designreglerne for at sikre, at der ikke er nogen forglemmelser.
• Generer Gerber- og Drill-filer: Dette er standardfilerne til produktion. Output også en IPC-356 netliste til test med flyvende probe for at kontrollere, at de elektriske forbindelser passer til designet.
• Kommuniker med producenten: Sørg for en klar Tegning af samling og Proceskrav (f.eks. overfladefinish - Immersion Gold, HASL, eller ENIG?). Dette forbedrer kommunikationen og sikrer en professionel partner som TOPFAST forstår præcist dine behov for "Design for Manufacture".

TOPFAST-tip: Til de første prototyper anbefaler vi kraftigt Elektrisk test (E-test) og Test med flyvende sonde. Dette er den sidste, mest omkostningseffektive forsvarslinje mod potentielle kortslutninger eller åbninger.

Avanceret praksis - designfilosofi for AI og højhastighedsscenarier

Når dit design går ind i GHz-æraen for AI-acceleratorkort eller højhastighedsswitche, er de grundlæggende regler blot udgangspunktet. Succes afhænger af co-design af integritet og fremstillingsevne.

1. Paradigmeskift: Fra "Interconnect" til "System Co-Design"

Et moderne højhastigheds-PCB er et 3D-kompleks bestående af Signaltransmissionslinjer, a komplekst strømforsyningsnetværk (PDN)og en præcist varmestyringssystem. Målet skifter fra "at opnå funktionalitet" til at optimere balancen mellem Signalintegritet (SI), strømintegritet (PI) og termisk integritet.

2. Det kritiske fundament: DFM og pålidelighedsdesign i samarbejde med TOPFAST

• Præcis styring af impedans: Det handler ikke kun om beregninger af sporbredde. Bekræft den specifikke kerne/prepreg-materialer med din producent. TOPFAST's ingeniørteam tilbyder Rådgivning om stack-up og impedansberegning for at sikre konsistens fra design til færdigt produkt.
• Avanceret Via-design og bagudboring: Blinde og nedgravede vias er afgørende for BGA'er med høj densitet. Til signaler på over 10 Gbps, Tilbage-boring (Stub Removal) er en standardproces til at eliminere stub-effekter og sikre signalintegritet. Bekræft mulighederne for sådanne avancerede processer med TOPFAST under designfasen.

3. Simulationsdrevet design: "Prototyping" i den virtuelle verden

Den gamle "design-fab-test-revision"-cyklus er dyr og langsom. Den moderne arbejdsgang bør være en iterativ "simulere-optimere-simulere" proces.

• SI/PI Co-Simulation: Analyser impedansen for hele PDN. Optimer placeringen af afkoblingskondensatorer for at sikre ekstremt lav impedans ved chippens strømstifter.
• Elektromagnetisk (EM) simulering i 3D: Brug 3D-fuldbølgeløsere til præcist at modellere opførslen af komplekse konnektorer og vias over brede frekvensområder.

TOPFAST Case Study: I en kundes AI-acceleratorkortprojekt viste den første prototype en høj bitfejlrate (BER) på 25 Gbps. Gennem kombineret Kanalsimulering og TOPFAST's PCB-procesanalyseblev det identificeret, at det dielektriske tab (Df) for et specifikt laminat var højere end forventet. På TOPFAST's anbefaling, blev materialet skiftet til M7NEDet er et ultra-low-loss materiale, og glasvævningen er optimeret. Dette muliggjorde stabil drift ved 32 Gbps med en BER bedre end 1E-12 uden nogen designændringer.

4. Design til fremtiden: Samarbejde med eksperter om banebrydende teknologi

Den teknologiske grænse flytter sig hele tiden. Forberedelse til næste generation af systemer kræver opmærksomhed:

• Materialer med ultralavt tab: Når datahastighederne nærmer sig 112 Gbps PAM-4, bliver standard FR-4 uholdbar på grund af tab.
• Co-design på systemniveau: Modeller og analyser PCB, stik og kabler som et enkelt system.
• Dybt samarbejde med en partner som TOPFAST: Fra stack-up-rådgivning og DFM-gennemgang midt i cyklussen til implementering af specialiserede processer (f.eks. hybrid press-fit, rigid-flex) - en erfaren produktionspartner leverer ikke kun produkter, men også løbende teknisk indsigt og sikkerhed under hele rejsen.

Konklusion

PCB-design er en omhyggelig rejse fra logik til fysik, fra virtuel til virkelighed. Fremragende ingeniører er både videnskabsmænd, der mestrer kredsløb og elektromagnetiske felter, og praktikere, der har en dyb forståelse af materialer og processer. At samarbejde med en professionel producent som TOPFAST betyder, at man har en teknisk allieret med på hele rejsen - fra design til masseproduktion. Det sikrer, at dine ideer, uanset om de er grundlæggende eller banebrydende, omdannes til stabile, pålidelige produkter af højeste kvalitet og med den hurtigste hastighed, hvilket sikrer din konkurrencefordel på markedet.

FAQ om PCB-design