Punti chiave della progettazione di PCB
Progettazione PCB è la base dei prodotti elettronici. La qualità del PCB influisce direttamente sul funzionamento del dispositivo, sulla sua affidabilità e sui costi di produzione. La progettazione è caratterizzata da diversi aspetti importanti circuiti stampati (PCB). Ciò include la pianificazione del layout, la decisione delle strategie di instradamento e la garanzia che l'alimentazione e il segnale siano buoni. Anche i requisiti del processo di produzione sono importanti.
1. Pianificazione del layout del PCB
Layout del PCB è la fase principale della progettazione, in cui il corretto posizionamento dei componenti ottimizza il flusso dei segnali, riduce le interferenze e migliora l'efficienza termica.
1.1 Progettazione del partizionamento e dell'isolamento funzionale
- Isolamento di zona analogico/digitale/RF: Ottenuto grazie alla spaziatura fisica (≥5 mm) e alla separazione del piano di terra
- Divisione aree ad alta e bassa tensione: I moduli di conversione di potenza devono mantenere una distanza di 10-15 mm dai segnali sensibili.
- Posizionamento dei componenti termosensibili: I pacchetti BGA richiedono una zona di esclusione di 5 mm; i componenti che generano calore (ad esempio, i MOSFET di potenza) devono essere vicini ai bordi della scheda.
1.2 Standard di progettazione meccanica e termica
- Impostazione del sistema di coordinate: Origine al centro dei fori di montaggio angolari (precisione ±0,05 mm)
- Pianificazione della gestione termica:
- Layout a convezione naturale: Componenti ad alto calore sulla parte superiore del PCB
- Raffreddamento ad aria forzata: Componenti allineati alla direzione del flusso d'aria
- Compatibilità strutturale: I connettori devono essere allineati alle aperture dell'involucro (tolleranza di ±0,2 mm).
2.1 Principi di instradamento fondamentali
- Regola 3W: Spaziatura della traccia ≥3× larghezza della traccia (ad esempio, 15mil di spaziatura per 5mil di larghezza)
- Instradamento a livelli ortogonali: I livelli di segnale adiacenti utilizzano un instradamento perpendicolare (incrocio 0°/90°).
- Via Ottimizzazione: I segnali ad alta velocità che cambiano strato richiedono vias di ritorno a terra adiacenti (spaziatura ≤λ/10)
2.2 Gestione dei segnali speciali
| Tipo di segnale | Requisiti di instradamento | Parametri tipici |
|---|
| Coppie differenziali | Corrispondenza della lunghezza (±5mil) | 100Ω±10% impedenza |
| Segnali di orologio | Tracce di protezione | Larghezza 6mil |
| Segnali RF | Angoli curvi | Impedenza 50Ω |
3. Progettazione dell'integrità di potenza
3.1 Architettura di potenza della scheda multistrato
- Segmentazione del piano:
- Isolamento dell'alimentazione digitale (1,2 V/1,8 V) e analogica
- Regola 20H: Piano di potenza incassato a 20 volte lo spessore del dielettrico dalla massa.
- Posizionamento del condensatore di disaccoppiamento:
- Condensatori di massa (10μF) agli ingressi di alimentazione
- Piccoli condensatori (0,1μF) vicino ai pin del circuito integrato (≤3 mm)
3.2 Progettazione della conversione di tensione
- Elementi essenziali del layout CC-CC:
- Distanza induttore-interruttore ≤ 5 mm
- Tracce di retroazione allontanate dalle sorgenti di rumore
- Controllo dell'ondulazione:
- Risposta transitoria del carico ΔV<2%
- Attenuazione del rumore ≥40dB @100MHz
4. Ottimizzazione avanzata dell'integrità del segnale
4.1 Controllo della linea di trasmissione
- Calcolo dell'accoppiamento di impedenza:
Formula dell'impedenza della microstriscia:
Z0 = [87/sqrt(εr+1,41)] * ln[5,98h/(0,8w+t)]
- Strategie di risoluzione:
- Terminazione serie-sorgente (22-33Ω)
- Terminazione end-parallela (50Ω a terra)
4.2 Tecniche di attenuazione della diafonia
- Regole di spaziatura 3D:
- Spaziatura dello stesso strato ≥3H (H = altezza rispetto al piano di riferimento)
- Instradamento sfalsato a livello adiacente
- Metodi di schermatura:
- 1 traccia di terra per 5 segnali ad alta velocità
- Segnali critici in configurazione stripline
5. Standard DFM (Design for Manufacturing)
5.1 Parametri di capacità del processo
| parametro | Processo standard | Processo ad alta precisione |
|---|
| Larghezza minima della traccia | 0,1 mm | 0,05 mm |
| Dimensione minima della punta | 0,2 mm | 0,1 mm |
| Spaziatura del tampone | 0,15 mm | 0,08 mm |
5.2 Progettazione di strutture speciali
- Array di vie termiche: Diametro 0,3 mm, passo 0,6 mm
- Bilanciamento del rame: <30% differenza di area di rame per lato
- Progettazione della pannellatura: Linee di taglio a V che evitano le aree di instradamento ad alta densità
6. Processo di verifica della progettazione
6.1 Lista di controllo pre-produzione
- Controllo delle regole elettriche (ERC): Verifica apertura/cortocircuito
- Controllo delle regole di progettazione (DRC): Oltre 300 regole di processo
- Simulazione dell'integrità del segnale: Margine di setup/hold >15%
- Analisi termica: Temperatura di giunzione <80% rating