Mindestlinienbreite und Mindestlinienabstand für PCB

Was sind Leiterbahnbreiten und Leiterbahnabstände?

Unter Entwurf von Leiterplatten (PCB), Leiterbahnbreite und Leiterbahnabstände sind zwei grundlegende, aber entscheidende Parameter:

• Spurbreite: Die Breite der leitenden Kupferfolie, die die Strombelastbarkeit und die Erwärmung bestimmt.
• Abstand zwischen den Spuren: Der Abstand zwischen benachbarten Leiterbahnen, der sich auf die Signalisolierung und das Kurzschlussrisiko auswirkt.

1. Industriestandard Mindestbreite und -abstand der Leiterbahnen

1.1 Konventionelle Prozessfähigkeiten

• Mainstream-Hersteller: Über 80% können stabil Designs mit 6 mil/6 mil (0,15 mm/0,15 mm) zu geringeren Kosten.
• Hochpräzise Hersteller70% Unterstützung 4 mil/4 mil (0,1 mm/0,1 mm), geeignet für die meisten Designs mit hoher Dichte.

1.2 Fortgeschrittene Prozesse (HDI)

• Laserbohren Microvia Technologie: Unterstützt 2 mil/2 mil (0,05 mm/0,05 mm), die in ultradünnen Anwendungen mit hoher Dichte wie Smartphones und RF-Modulen verwendet werden, aber die Kosten steigen erheblich.

1.3 Extreme Herausforderungen

• 3,5 mil/3,5 mil (0,09 mm/0,09 mm) ist auf einige wenige Hersteller beschränkt und erfordert eine strenge Ertragsprüfung.

2. Vier Schlüsselfaktoren, die die Auswahl der Leiterbahnbreite/-abstände beeinflussen

2.1 Aktuelle Tragfähigkeit und Temperaturanstieg

• Formel-Referenz: Gemäß der Norm IPC-2221 muss die Leiterbahnbreite den Stromanforderungen entsprechen. Bei einer Kupferdicke von 1 oz erfordert ein Strom von 1 A zum Beispiel mindestens 40 mil (1 mm) Leiterbahnbreite (bei einem Temperaturanstieg von 10°C).
• Hilfe zum Werkzeug: Verwenden Sie Online-Leiterbahnbreitenrechner (z. B. Saturn PCB Toolkit), indem Sie Stromstärke, Kupferdicke und Temperaturanstiegsgrenzen eingeben, um schnell empfohlene Werte zu erhalten.

2.2 Signalintegrität

• Hochgeschwindigkeits-Signale: Erfordern eine Impedanzanpassung, wobei die Leiterbahnbreite von der Dicke der dielektrischen Schicht und der Permittivität abhängt. Zum Beispiel hat eine 50 Ω-Mikrostreifenleitung auf einer FR4-Platte typischerweise eine Leiterbahnbreite von 8-12 mil.
• Differentiale Paare: Achten Sie auf gleiche Breite und gleiche Abstände (z. B. 5 mil/5 mil), um das Übersprechen zu reduzieren.

2.3 Herstellungsprozess und Kosten

• Kostenschwelle: Bei Leiterbahnbreiten/-abständen < 5 mil können sich die Preise verdoppeln (aufgrund der geringeren Ausbeute und der Anforderungen an den Laserprozess).
• Auswahl der Kupferdicke: Für die Außenschichten wird in der Regel 1 oz (35 μm) verwendet, für die Innenschichten 0,5 oz; für Hochstromszenarien können 2 oz Kupferstärke verwendet werden, was jedoch breitere Leiterbahnen erfordert.

2.4 Layout-Dichte und BGA-Design

• BGA-Escape-Routing: Für BGAs mit 1 mm Raster verwenden Sie 6 mil/6 mil, wenn Sie eine Leiterbahn zwischen zwei Pins verlegen; verwenden Sie 4 mil/4 mil, wenn Sie zwei Leiterbahnen verlegen.
• Vermeiden Sie Engpässe: Planen Sie Leiterbahnbreiten in Bereichen mit hoher Dichte frühzeitig, um spätere Nacharbeiten zu vermeiden.

3. Strategien zur Optimierung des PCB-Designs

3.1 Schichtstrategie

• Stromschichten: Verwenden Sie breite Leiterbahnen oder Kupferschichten (z. B. 50 mil+), um Impedanz und Wärmeentwicklung zu verringern.
• Signalschichten: Bevorzugung von Hochfrequenzsignalen auf den inneren Schichten (Stripline-Struktur) zur Minimierung von Strahlungsstörungen.

3.2 Vermeiden Sie häufige Fehler

• Scharfkantige Spuren: Ersetzen Sie sie durch 45° oder gebogene Ecken, um Impedanzunterbrechungen zu reduzieren.
• Hersteller-Feedback ignorieren: Bestätigen Sie die Dokumente zur Prozessfähigkeit (z. B. Mindestöffnung, Leiterbahnbreitentoleranzen), bevor Sie die Entwürfe fertigstellen.

3.3 Ausgleich der Kosten

• Priorisieren Sie das Entspannen von unkritischen Signalen: Verwenden Sie Leiterbahnbreiten von 8-10 mil für allgemeine E/A-Signale, um Platz für kritische Pfade zu sparen.

Die Optimierung von Leiterbahnbreiten und -abständen auf Leiterplatten erfordert einen Ausgleich zwischen elektrischer Leistung, Prozessbeschränkungen und Kosten. 4 mil/4 mil ist der Sweet Spot für die meisten High-Density-Designs, während 2 mil/2 mil ist für High-End-HDI-Anwendungen reserviert. In der frühen Entwurfsphase sollten Berechnungstools verwendet werden, um die aktuellen Anforderungen zu überprüfen und mit den Herstellern zu kommunizieren, um die Herstellbarkeit zu gewährleisten.

4. PCB Design Abstandsspezifikationen

1. Spurensuche

• Min. Breite: 5mil (0,127mm)
• Min. Abstand: 5mil (0,127mm)
• Leiterbahn bis Leiterplattenkante: ≥0,3mm (20mil)

2. Vias

• Min. Größe des Lochs: 0,3mm (12mil)
• Pad Ring Breite: ≥6mil (0.153mm)
• Via-zu-Via-Abstand: ≥6mil (Kante zu Kante)
• Über zum Board Edge: ≥0,508mm (20mil)

3. PTH-Pads (Durchkontaktierte Löcher)

• Min. Größe des Lochs: ≥0,2 mm größer als der Bauteilanschluss
• Pad Ring Breite: ≥0,2mm (8mil)
• Loch-zu-Loch-Abstand: ≥0,3mm (Kante an Kante)
• Pad bis Plattenkante: ≥0,508mm (20mil)

4. Lötmaske

• PTH/SMD Öffnung: ≥0,1mm (4mil) Spielraum

5. Siebdruck (Text)

• Min. Linienbreite6mil (0,153mm)
• Min. Höhe: 32mil (0,811mm)

6. Nicht-plattierte Steckplätze

• Min. Abstand: ≥1,6mm

7. Verkleidung

• Abstand (1,6 mm Platte): ≥1,6mm
• V-Schnitt/No-Spacing: ~0,5mm
• Prozesskante: ≥5mm