Guia completo para a conceção de PCB

Dos fundamentos às estratégias avançadas para aplicações de IA e de alta velocidade

A placa de circuito impresso é o esqueleto e o sistema nervoso dos produtos electrónicos. A estabilidade e o desempenho de tudo, desde simples projectos de microcontroladores a complexos servidores de IA, estão profundamente enraizados na qualidade do design da placa de circuito impresso. Este guia, compilado pela equipa de peritos em engenharia da TOPFASTO livro, que é um guia completo desde os conceitos básicos até às estratégias avançadas.

Processo fundamental de design de PCB - Um ponto de partida robusto

Para os principiantes, seguir um processo de conceção normalizado é a chave do sucesso.

1: Preparação do projeto - Definição do esquema e das regras

• Desenho esquemático: Esta é a base lógica. Certifique-se de que os símbolos estão corretos, que as ligações são precisas e que atribui a cada componente a área de cobertura adequada.
• Planeamento de pré-layout: Comunicação precoce com o seu Fabricante de PCB (como TOPFAST) é fundamental. Obter os seus Documento de capacidade do processoA definição de parâmetros como a largura/espaçamento mínimo do traço, o tamanho mínimo do furo, a estrutura de empilhamento e a definição destes parâmetros como regras de conceção para evitar problemas de DFM desde o início.

2: Colocação de Componentes - O "Planeamento Urbano" de um Sistema Eletrónico

• Princípio fundamental: "A localização é tudo."
  • Componentes críticos em primeiro lugar: Coloque primeiro o controlador principal (CPU/FPGA), a memória e os CIs de gestão de energia.
  • Modularização funcional: Agrupar circuitos relacionados entre si (por exemplo, fonte de alimentação, circuito de relógio, secção analógica).
  • Considerar a térmica e a montagem: Distribuir componentes de alta potência e planear percursos térmicos; colocar conectores e interruptores tendo em conta a mecânica do armário e a experiência do utilizador.

3: Roteamento - A arte e a ciência da conexão

• O poder em primeiro lugar: Encaminhar precocemente os traços de alimentação e de terra, assegurando que são curtos e largos para minimizar a impedância.
  • Prioridade dos sinais críticos: Encaminhe relógios, pares diferenciais de alta velocidade e sinais analógicos sensíveis com os caminhos mais curtos e limpos.
  • Regra 3W: Manter um espaçamento entre traços paralelos de pelo menos 3 vezes a largura do traço para reduzir a diafonia.
  • Estratégia de ligação à terra: Normalmente, utiliza-se uma placa de terra dividida para as secções digitais e analógicas, ligadas num único ponto para evitar interferências de ruído.

4: Pós-processamento e criação de ficheiros de fabrico

• Controlo da RDC: Efetuar uma verificação final das regras de conceção para garantir que não existem omissões.
• Gerar ficheiros Gerber e Drill: Estes são os ficheiros padrão para a produção. Além disso, emite um ficheiro Lista de rede IPC-356 para testes de sondas de bordo para verificar se a conetividade eléctrica corresponde ao desenho.
• Comunicar com o fabricante: Fornecer uma Desenho de montagem e Requisitos do processo (por exemplo, acabamento da superfície - Ouro de imersão, HASLou ENIG?). Isto melhora a comunicação, assegurando um parceiro profissional como TOPFAST compreende com precisão as suas necessidades em matéria de "conceção para fabrico".

Dica TOPFAST: Para protótipos iniciais, recomendamos vivamente Teste elétrico (teste E) e Teste de sonda voadora. Esta é a linha de defesa final e mais económica contra potenciais curtos-circuitos ou aberturas.

Práticas avançadas - Filosofia de conceção para cenários de IA e alta velocidade

Quando o seu projeto entra na era dos GHz para placas aceleradoras de IA ou comutadores de alta velocidade, as regras básicas são apenas o ponto de partida. O sucesso depende da co-conceção de integridade e capacidade de fabrico.

1. Mudança de paradigma: Da "Interligação" à "Co-conceção de Sistemas"

Uma placa de circuito impresso moderna de alta velocidade é um complexo 3D que inclui linhas de transmissão de sinais, a rede complexa de distribuição de energia (PDN)e um sistema de gestão térmica preciso. O objetivo deixa de ser "alcançar a funcionalidade" e passa a ser otimizar o equilíbrio entre Integridade do sinal (SI), Integridade da energia (PI) e Integridade térmica.

2. A base crítica: DFM e Conceção da Fiabilidade em Colaboração com TOPFAST

• Controlo preciso da impedância: Não se trata apenas de cálculos da largura do traço. Confirme o materiais de base/impregnados com o seu fabricante. TOPFAST's a equipa de engenharia oferece serviços de aconselhamento de empilhamento e cálculo de impedância para garantir a coerência desde a conceção até ao produto acabado.
• Design avançado de via e perfuração posterior: Vias cegas e enterradas são essenciais para BGAs de alta densidade. Para sinais superiores a 10 Gbps, Perfuração traseira (Stub Removal) é um processo padrão para eliminar os efeitos de stub e garantir a integridade do sinal. Confirme as capacidades de tais processos avançados com TOPFAST durante a fase de conceção.

3. Conceção orientada para a simulação: "Prototipagem" no mundo virtual

O antigo ciclo "conceção-fabrico-teste-revisão" é dispendioso e lento. O fluxo de trabalho moderno deve ser um ciclo iterativo "simular-otimizar-resimular" processo.

• Co-simulação SI/PI: Analisar a impedância de todo o PDN. Otimizar a colocação do condensador de desacoplamento para garantir uma impedância extremamente baixa nos pinos de alimentação do chip.
• Simulação Electromagnética (EM) 3D: Utilize solucionadores 3D de onda completa para modelar com precisão o comportamento de conectores e vias complexos em amplas gamas de frequência.

Estudo de caso TOPFAST: No projeto de placa aceleradora de IA de um cliente, o protótipo inicial apresentava uma elevada taxa de erro de bits (BER) a 25 Gbps. Através da combinação de simulação de canal e Análise do processo PCB da TOPFASTNo início do ano, foi identificado que a perda dieléctrica (Df) de um laminado específico era superior ao esperado. Após TOPFAST's recomendação, o material foi mudado para M7NEum material de perda ultra-baixa, e o estilo de trama do vidro foi optimizado. Isto permitiu um funcionamento estável a 32 Gbps com um BER melhor que 1E-12, sem quaisquer alterações de design.

4. Projetar para o futuro: Parcerias com especialistas para tecnologia de ponta

A fronteira tecnológica está sempre a avançar. A preparação para os sistemas da próxima geração requer atenção a:

• Materiais de perda ultra-baixa: À medida que os débitos de dados se aproximam dos 112 Gbps PAM-4, a norma FR-4 torna-se insustentável devido a perdas.
• Co-conceção a nível do sistema: Modelar e analisar a placa de circuito impresso, os conectores e os cabos como um sistema único.
• Colaboração profunda com um parceiro como a TOPFAST: Desde a consulta de stack-up e a revisão DFM a meio do ciclo até à implementação de processos especializados (por exemplo, press-fit híbrido, rigid-flex), um parceiro de fabrico experiente fornece não só produtos, mas conhecimento e garantia contínuos da engenharia durante todo o percurso.

Conclusão

O design de PCB é uma viagem meticulosa da lógica à física, do virtual à realidade. Os engenheiros excepcionais são tanto cientistas que dominam os circuitos e os campos electromagnéticos, como profissionais que compreendem profundamente os materiais e os processos. A parceria com um fabricante profissional como a TOPFAST significa ter um aliado de engenharia presente durante todo o seu percurso - desde a conceção à produção em massa. Isto assegura que as suas ideias, quer sejam fundamentais ou de ponta, são transformadas em produtos estáveis e fiáveis com a mais alta qualidade e a mais rápida velocidade, garantindo a sua vantagem competitiva no mercado.

FAQ sobre conceção de PCB