Pontos-chave da conceção de PCB
Conceção de PCB é a base dos produtos electrónicos. A qualidade da placa de circuito impresso afecta diretamente o bom funcionamento do dispositivo, a sua fiabilidade e o custo da sua produção. Existem várias partes importantes na conceção de placas de circuito impresso (PCBs). Isto inclui o planeamento da disposição, a decisão das estratégias de encaminhamento e a garantia de que a alimentação e o sinal são bons. Os requisitos do processo de fabrico também são importantes.
1. Planeamento da disposição da placa de circuito impresso
Disposição da placa de circuito impresso é a fase primária do design, em que a colocação correta dos componentes optimiza o fluxo de sinal, reduz a interferência e melhora a eficiência térmica.
1.1 Conceção da divisão funcional e do isolamento
- Isolamento de zona analógico/digital/RF: Alcançado através do espaçamento físico (≥5mm) e da separação do plano de terra
- Divisão de Áreas de Alta Tensão e Baixa Tensão: Os módulos de conversão de energia devem manter um espaçamento de 10-15 mm em relação aos sinais sensíveis
- Colocação de componentes sensíveis ao calor: Os pacotes BGA requerem uma zona de proteção de 5 mm; os componentes geradores de calor (por exemplo, MOSFETs de potência) devem estar próximos dos bordos da placa
1.2 Normas de conceção mecânica e térmica
- Configuração do sistema de coordenadas: Origem no centro dos orifícios de montagem dos cantos (precisão de ±0,05 mm)
- Planeamento da gestão térmica:
- Disposição por convecção natural: Componentes de elevado aquecimento no topo da PCB
- Arrefecimento por ar forçado: Componentes alinhados com a direção do fluxo de ar
- Compatibilidade estrutural: Os conectores devem estar alinhados com as aberturas do invólucro (tolerância de ±0,2 mm)
2.1 Princípios fundamentais de encaminhamento
- Regra 3W: Espaçamento do traço ≥3× largura do traço (por exemplo, espaçamento de 15mil para uma largura de 5mil)
- Encaminhamento em camadas ortogonais: As camadas de sinais adjacentes utilizam um encaminhamento perpendicular (cruzamento 0°/90°)
- Através da otimização: Os sinais de alta velocidade que mudam de camada exigem vias de retorno à terra adjacentes (espaçamento ≤λ/10)
2.2 Tratamento de sinais especiais
| Tipo de sinal | Requisitos de encaminhamento | Parâmetros típicos |
|---|
| Pares diferenciais | Correspondência de comprimento (±5mil) | 100Ω±10% impedância |
| Sinais de relógio | Guardar vestígios | 6mil de largura |
| Sinais de RF | Cantos curvos | Impedância de 50Ω |
3. Conceção da integridade da energia
3.1 Arquitetura de potência de placas multicamadas
- Segmentação de planos:
- Isolamento de alimentação digital (1,2V/1,8V) e analógica
- Regra 20H: Plano de potência rebaixado 20× a espessura dieléctrica do solo
- Colocação do condensador de desacoplamento:
- Condensadores de massa (10μF) nas entradas de alimentação
- Condensadores pequenos (0,1μF) perto dos pinos do CI (≤3mm)
3.2 Conceção da conversão de tensão
- Fundamentos do layout DC-DC:
- Distância indutor-interrutor ≤5mm
- Traços de feedback encaminhados para longe de fontes de ruído
- Controlo de ondulação:
- Resposta transitória da carga ΔV<2%
- ≥40dB de atenuação de ruído @100MHz
4. Otimização avançada da integridade do sinal
4.1 Controlo da linha de transporte
- Cálculo da correspondência de impedância:
Fórmula da impedância microstrip:
Z0 = [87/sqrt(εr+1.41)] * ln[5.98h/(0.8w+t)]
- Estratégias de rescisão:
- Terminação fonte-série (22-33Ω)
- Terminação em paralelo (50Ω à terra)
4.2 Técnicas de atenuação de diafonia
- Regras de espaçamento 3D:
- Espaçamento entre as mesmas camadas ≥3H (H = altura do plano de referência)
- Encaminhamento escalonado na camada adjacente
- Métodos de blindagem:
- 1 traço de terra por cada 5 sinais de alta velocidade
- Sinais críticos na configuração do stripline
5. Normas DFM (Design for Manufacturing)
5.1 Parâmetros de capacidade do processo
| Parâmetro | Processo padrão | Processo de alta precisão |
|---|
| Largura mínima do traço | 0,1 mm | 0,05 mm |
| Tamanho mínimo da broca | 0,2 mm | 0,1 mm |
| Espaçamento entre almofadas | 0,15 mm | 0,08 mm |
5.2 Conceção de estruturas especiais
- Matrizes de via térmica: 0,3 mm de diâmetro, passo de 0,6 mm
- Equilíbrio do cobre: <30% diferença de área de cobre por lado
- Conceção da Panelização: Linhas de corte em V que evitam zonas de encaminhamento de alta densidade
6. Processo de verificação do projeto
6.1 Lista de controlo da pré-produção
- Verificação das regras eléctricas (ERC): Verificação de abertura/curto-circuito
- Verificação das regras de conceção (DRC): Mais de 300 regras de processo
- Simulação da integridade do sinal: Margem de configuração/retenção >15%
- Análise térmica: Temperatura da junção <80%