Points clés de la conception des circuits imprimés
Conception de circuits imprimés est la base des produits électroniques. La qualité de la carte de circuit imprimé a une incidence directe sur le fonctionnement, la fiabilité et le coût de production de l'appareil. La conception comporte plusieurs aspects importants cartes de circuits imprimés (PCB). Il s'agit notamment de planifier la disposition, de décider des stratégies de routage et de s'assurer que l'alimentation et le signal sont bons. Les exigences en matière de processus de fabrication sont également importantes.
1. Planification de l'agencement des circuits imprimés
Disposition du circuit imprimé est la phase principale de la conception, où le placement correct des composants optimise le flux des signaux, réduit les interférences et améliore l'efficacité thermique.
1.1 Partitionnement fonctionnel et conception de l'isolation
- Isolation des zones analogiques, numériques et radioélectriques: Réalisé grâce à l'espacement physique (≥5mm) et à la séparation du plan de masse.
- Division de la zone haute tension et basse tension: Les modules de conversion de puissance doivent être espacés de 10 à 15 mm des signaux sensibles.
- Placement des composants thermosensibles: Les boîtiers BGA nécessitent une zone d'exclusion de 5 mm ; les composants générateurs de chaleur (par exemple, les MOSFET de puissance) doivent être placés près des bords de la carte.
1.2 Normes de conception mécanique et thermique
- Configuration du système de coordonnées: Origine au centre des trous de fixation des coins (précision de ±0,05 mm)
- Planification de la gestion thermique:
- Disposition à convection naturelle : Composants à haute température sur la partie supérieure du circuit imprimé
- Refroidissement par air forcé : Composants alignés dans le sens du flux d'air
- Compatibilité structurelle: Les connecteurs doivent être alignés avec les ouvertures du boîtier (tolérance de ±0,2 mm).
2.1 Principes fondamentaux du routage
- Règle 3W: Espacement de la trace ≥3× la largeur de la trace (par exemple, espacement de 15 millimètres pour une largeur de 5 millimètres).
- Routage par couche orthogonale: Les couches de signaux adjacentes utilisent un routage perpendiculaire (croisement 0°/90°).
- Via l'optimisation: Les signaux à grande vitesse changeant de couche nécessitent des vias de retour de masse adjacents (espacement ≤λ/10).
2.2 Traitement des signaux spéciaux
| Type de signal | Exigences en matière d'acheminement | Paramètres typiques |
|---|
| Paires différentielles | Adaptation de la longueur (±5mil) | 100Ω±10% impédance |
| Signaux d'horloge | Traces de garde | Largeur 6mil |
| Signaux RF | Coins incurvés | Impédance de 50Ω |
3. Conception de l'intégrité de l'alimentation
3.1 Architecture de puissance des cartes multicouches
- Segmentation de l'avion:
- Isolation de l'alimentation numérique (1,2V/1,8V) et analogique
- Règle des 20H : Le plan de puissance est en retrait de 20× l'épaisseur du diélectrique par rapport à la terre.
- Placement du condensateur de découplage:
- Condensateurs en vrac (10μF) aux entrées d'alimentation
- Petits condensateurs (0,1μF) à proximité des broches des circuits intégrés (≤3mm).
3.2 Conception de la conversion de tension
- L'essentiel de la mise en page DC-DC:
- Distance entre l'inducteur et le commutateur ≤5mm
- Traces de rétroaction éloignées des sources de bruit
- Contrôle des ondulations:
- Réponse transitoire de la charge ΔV<2%
- Atténuation du bruit ≥40dB à 100MHz
4. Optimisation avancée de l'intégrité du signal
4.1 Contrôle des lignes de transmission
- Calcul de l'adaptation d'impédance:
Formule d'impédance de microruban :
Z0 = [87/sqrt(εr+1.41)] * ln[5.98h/(0.8w+t)]
- Stratégies de résiliation:
- Terminaison source-série (22-33Ω)
- Terminaison en parallèle (50Ω à la terre)
4.2 Techniques d'atténuation de la diaphonie
- Règles d'espacement en 3D:
- Espacement des mêmes couches ≥3H (H = hauteur par rapport au plan de référence)
- Routage échelonné de la couche adjacente
- Méthodes de blindage:
- 1 trace de masse pour 5 signaux à grande vitesse
- Signaux critiques en configuration stripline
5. Normes DFM (conception pour la fabrication)
5.1 Paramètres de capacité du processus
| Paramètres | Processus standard | Processus de haute précision |
|---|
| Largeur minimale de la trace | 0,1 mm | 0,05 mm |
| Taille minimale du foret | 0,2 mm | 0,1 mm |
| Espacement des tampons | 0,15 mm | 0,08 mm |
5.2 Conception de structures spéciales
- Réseaux de canaux thermiques: 0,3 mm de diamètre, 0,6 mm de pas
- Équilibrage du cuivre: <30% différence de surface de cuivre par côté
- Conception de la panélisation: Lignes de coupe en V évitant les zones d'acheminement à haute densité
6. Processus de vérification de la conception
6.1 Liste de contrôle pour la préproduction
- Contrôle des règles électriques (ERC) : Vérification de l'ouverture/du court-circuit
- Vérification des règles de conception (DRC) : Plus de 300 règles de processus
- Simulation de l'intégrité du signal : Marge d'établissement/de maintien >15%
- Analyse thermique : Température de jonction <80% rating