Puntos clave del diseño de PCB
Diseño de PCB es la base de los productos electrónicos. La calidad de la placa de circuito impreso influye directamente en el funcionamiento del dispositivo, su fiabilidad y su coste de producción. El diseño tiene varias partes importantes circuitos impresos (PCB). Esto incluye planificar el trazado, decidir las estrategias de encaminamiento y asegurarse de que la potencia y la señal son buenas. También son importantes los requisitos del proceso de fabricación.
1. Planificación del diseño de la placa de circuito impreso
Diseño de PCB es la fase principal del diseño, en la que la colocación adecuada de los componentes optimiza el flujo de señales, reduce las interferencias y mejora la eficiencia térmica.
1.1 Particionamiento funcional y diseño del aislamiento
- Aislamiento de zonas analógicas/digitales/RF: Se consigue mediante el espaciado físico (≥5 mm) y la separación del plano de tierra
- División de Alta Tensión y Baja Tensión: Los módulos de conversión de potencia deben mantener una separación de 10-15 mm respecto a las señales sensibles
- Colocación de componentes termosensibles: Los paquetes BGA requieren una zona de seguridad de 5 mm; los componentes que generan calor (por ejemplo, los MOSFET de potencia) deben estar cerca de los bordes de la placa.
1.2 Normas de diseño mecánico y térmico
- Configuración del sistema de coordenadas: Origen en el centro de los orificios de montaje de las esquinas (±0,05 mm de precisión)
- Planificación de la gestión térmica:
- Disposición por convección natural: Componentes de alta temperatura en la parte superior de la placa de circuito impreso
- Refrigeración por aire forzado: Componentes alineados con la dirección del flujo de aire
- Compatibilidad estructural: Los conectores deben alinearse con las aberturas de la caja (tolerancia de ±0,2 mm).
2.1 Principios fundamentales de enrutamiento
- Regla de 3W: Espaciado de la traza ≥3× anchura de la traza (por ejemplo, espaciado de 15mil para anchura de 5mil).
- Enrutamiento por capas ortogonales: Las capas de señales adyacentes utilizan enrutamiento perpendicular (cruce 0°/90°)
- Optimización: Las señales de alta velocidad que cambian de capa requieren vías de retorno a tierra adyacentes (separación ≤λ/10)
2.2 Tratamiento de señales especiales
| Tipo de señal | Requisitos de encaminamiento | Parámetros típicos |
|---|
| Pares diferenciales | Coincidencia de longitud (±5 milímetros) | Impedancia 100Ω±10% |
| Señales de reloj | Guarda rastros | 6mil de ancho |
| Señales de RF | Esquinas curvas | Impedancia de 50Ω |
3. Diseño de la integridad de la energía
3.1 Arquitectura de potencia de la placa multicapa
- Segmentación de planos:
- Aislamiento de alimentación digital (1,2 V/1,8 V) y analógica
- Regla 20H: Plano de potencia empotrado 20× espesor dieléctrico desde tierra
- Colocación del condensador de desacoplamiento:
- Condensadores de masa (10μF) en las entradas de alimentación
- Condensadores pequeños (0,1μF) cerca de los pines del CI (≤3mm).
3.2 Diseño de la conversión de tensión
- Fundamentos del diseño DC-DC:
- Distancia inductor-conmutador ≤5mm
- Trazas de realimentación alejadas de fuentes de ruido
- Control de ondulaciones:
- Respuesta transitoria de carga ΔV<2%
- ≥40dB de atenuación de ruido @100MHz
4. Optimización avanzada de la integridad de la señal
4.1 Control de la línea de transmisión
- Cálculo de la adaptación de impedancias:
Fórmula de la impedancia microstrip:
Z0 = [87/sqrt(εr+1,41)] * ln[5,98h/(0,8w+t)].
- Estrategias de cese:
- Terminación serie fuente (22-33Ω)
- Terminación final en paralelo (50Ω a tierra)
4.2 Técnicas de mitigación de la diafonía
- Reglas de espaciado 3D:
- Distancia entre capas ≥3H (H = altura al plano de referencia)
- Enrutamiento escalonado en la capa adyacente
- Métodos de blindaje:
- 1 traza de tierra por cada 5 señales de alta velocidad
- Señales críticas en configuración stripline
5. Normas DFM (diseño para la fabricación)
5.1 Parámetros de capacidad del proceso
| Parámetro | Proceso estándar | Proceso de alta precisión |
|---|
| Anchura mínima de la traza | 0,1 mm | 0,05 mm |
| Tamaño mínimo de perforación | 0,2 mm | 0,1 mm |
| Espacio entre almohadillas | 0.15mm | 0,08 mm |
5.2 Diseño de estructuras especiales
- Vías térmicas: 0,3 mm de diámetro, 0,6 mm de paso
- Equilibrado del cobre: <30% de diferencia de área de cobre por lado
- Diseño de panelización: Líneas de corte en V que evitan las zonas de alta densidad de rutas
6. Proceso de verificación del diseño
6.1 Lista de comprobación previa a la producción
- Comprobación de las reglas eléctricas (ERC): Verificación de abierto/cortocircuito
- Comprobación de reglas de diseño (DRC): Más de 300 reglas de proceso
- Simulación de integridad de la señal: Margen de establecimiento/retención >15%
- Análisis térmico: Temperatura de unión <80% nominal