Qual é o aspeto mais importante da conceção de uma placa de circuito impresso?

Qual é o aspeto mais importante da conceção de uma placa de circuito impresso?

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.

conceção de placas de circuito impresso

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. PCB de alta velocidade Estratégias de encaminhamento

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 sinalRequisitos de encaminhamentoParâmetros típicos
Pares diferenciaisCorrespondência de comprimento (±5mil)100Ω±10% impedância
Sinais de relógioGuardar vestígios6mil de largura
Sinais de RFCantos curvosImpedância de 50Ω
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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
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5. Normas DFM (Design for Manufacturing)

5.1 Parâmetros de capacidade do processo

ParâmetroProcesso padrãoProcesso de alta precisão
Largura mínima do traço0,1 mm0,05 mm
Tamanho mínimo da broca0,2 mm0,1 mm
Espaçamento entre almofadas0,15 mm0,08 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

  1. Verificação das regras eléctricas (ERC): Verificação de abertura/curto-circuito
  2. Verificação das regras de conceção (DRC): Mais de 300 regras de processo
  3. Simulação da integridade do sinal: Margem de configuração/retenção >15%
  4. Análise térmica: Temperatura da junção <80%