Belangrijkste punten van PCB-ontwerp

PCB-ontwerp vormt de basis van elektronische producten. De kwaliteit van de PCB heeft een directe invloed op hoe goed het apparaat werkt, hoe betrouwbaar het is en hoeveel het kost om te produceren. Er zijn verschillende belangrijke onderdelen van het ontwerpen printplaten (PCB's). Dit omvat het plannen van de lay-out, het bepalen van de routingstrategieën en ervoor zorgen dat de voeding en het signaal goed zijn. De vereisten voor het fabricageproces zijn ook belangrijk.

1. PCB-indeling plannen

PCB-indeling is de primaire fase van het ontwerp, waarin de juiste plaatsing van componenten de signaalstroom optimaliseert, interferentie vermindert en de thermische efficiëntie verbetert.

1.1 Ontwerp van functionele partitionering en isolatie

• Analoog/digitaal/RF-zone-isolatie: Bereikt door fysieke afstand (≥5 mm) en scheiding van de grondplaat
• Gebiedsverdeling hoogspanning en laagspanning: Voedingsconversiemodules moeten 10-15 mm afstand houden van gevoelige signalen.
• Plaatsing van warmtegevoelige componenten: BGA-pakketten vereisen een keep-out zone van 5 mm; warmteproducerende componenten (bijv. power MOSFET's) moeten zich in de buurt van de randen van de printplaat bevinden.

1.2 Mechanische en thermische ontwerpnormen

• Coördinatensysteem instellen: Oorsprong op het midden van de hoekmontagegaten (nauwkeurigheid ±0,05 mm)
• Thermisch beheer plannen:
• Natuurlijke convectielay-out: Componenten met een hoog warmtegehalte op de bovenkant van de printplaat
• Geforceerde luchtkoeling: Onderdelen uitgelijnd met de luchtstroomrichting
• Structurele compatibiliteit: Connectoren moeten uitgelijnd zijn met behuizingsopeningen (±0,2 mm tolerantie)

2. PCB met hoge snelheid Routingstrategieën

2.1 Fundamentele routeringsprincipes

• 3W Regel: Spoorafstand ≥3× spoorbreedte (bijv. 15 mm afstand voor 5 mm breedte)
• Orthogonale laagroutering: Aangrenzende signaallagen gebruiken loodrechte routing (0°/90° kruising)
• Via optimalisatie: Signalen met hoge snelheid die van laag wisselen vereisen aangrenzende aardretourvias (afstand ≤λ/10)

2.2 Speciale signaalverwerking

3. Stroomintegriteitsontwerp

3.1 Meerlagige vermogensarchitectuur voor printplaten

• Vlak segmentatie:
• Digitale (1,2V/1,8V) en analoge stroomisolatie
• Regel 20H: Vermogensvlak verzonken 20× diëlektrische dikte van aarde
• Plaatsing ontkoppelingscondensator:
• Bulkcondensatoren (10μF) bij stroomingangen
• Kleine condensatoren (0,1μF) in de buurt van IC-pennen (≤3mm)

3.2 Ontwerp voor spanningsconversie

• DC-DC Lay-out Essentials:
• Inductor-tot-schakelaar afstand ≤5mm
• Terugkoppelsporen weggeleid van ruisbronnen
• Rimpels controleren:
• Belasting transiënte respons ΔV<2%
• ≥40 dB ruisonderdrukking @100MHz

4. Geavanceerde signaalintegriteitsoptimalisatie

4.1 Beheer van transmissielijnen

• Berekening van impedantieaanpassing:

  Microstrip impedantieformule:  
  Z0 = [87/sqrt(εr+1,41)] * ln[5,98h/(0,8w+t)]  

• Beëindigingsstrategieën:
• Bronafsluiting (22-33Ω)
• Eindparallelle afsluiting (50Ω naar aarde)

4.2 Technieken voor overspraakbeperking

• 3D spatiëringsregels:
• Afstand tussen dezelfde laag ≥3H (H = hoogte tot referentievlak)
• Aangrenzende-laag gespreide routering
• Afschermingsmethoden:
• 1 massaspoor per 5 hogesnelheidssignalen
• Kritische signalen in striplijnconfiguratie

5. DFM-normen (ontwerp voor productie)

5.1 Parameters voor procesmogelijkheden

5.2 Speciaal structuurontwerp

• Thermische Via Arrays: 0,3 mm diameter, 0,6 mm steek
• Koper balanceren: <30% verschil in koperoppervlak per zijde
• Paneelontwerp: V-snijlijnen die gebieden met hoge freesdichtheid vermijden

6. Ontwerpverificatieproces

6.1 Checklist vóór productie

1. Elektrische regelcontrole (ERC): Open/kortsluiting verificatie
2. Ontwerpregelcontrole (DRC): 300+ procesregels
3. Simulatie signaalintegriteit: Setup/hold-marge >15%
4. Thermische analyse: Verbindingstemperatuur <80% classificatie