Από τα σχέδια σχεδιασμού μέχρι την πραγματική μαζική παραγωγή, μια πλακέτα κυκλώματος πρέπει να ξεπεράσει πολλά εμπόδια, συμπεριλαμβανομένης της επεξεργασιμότητας, της κατασκευαστικότητας, της ακεραιότητας του σήματος και της ΕΜΚ.Αυτό το άρθρο θα περιγράψει συστηματικά τη λογική σχεδιασμού γύρω από 13 κοινές αλλά κρίσιμες βασικές έννοιες στο σχεδιασμό PCB, βελτιώνοντας τις ικανότητες σκέψης και σχεδιασμού της μηχανικής PCB.

1. FR4 υλικό πίνακα: Ο ακρογωνιαίος λίθος του κόσμου σήματος

Το FR-4, το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο υπόστρωμα PCB, είναι ένα επικάλυμμα χαλκού από γυάλινες ίνες και εποξική ρητίνη.

• Πίνακας χαμηλής Tg (Tg≈130°C): Χρησιμοποιείται για γενικές εφαρμογές.
• Πίνακα μεσαίου Tg (Tg> 150°C): Κατάλληλο για κυκλώματα μεσαίας πολυπλοκότητας.
• Υψηλή επιφάνεια Tg (Tg≥170°C): Συνιστάται για περιβάλλοντα συγκόλλησης υψηλής θερμοκρασίας, διαδικασίες χωρίς μόλυβδο και σενάρια υψηλής αξιοπιστίας, όπως η αυτοκινητοβιομηχανία και οι επικοινωνίες.

Τα πλαίσια υψηλής Tg έχουν όχι μόνο ισχυρή αντοχή στη θερμότητα, αλλά και σημαντικά βελτιωμένη αντοχή στην υγρασία και τα χημικά,διασφάλιση της διαμετρικής σταθερότητας των πολυεπίπεδων κατά τη διάρκεια της μακροχρόνιας λειτουργίας.

2Αντιστοίχιση παρεμπόδισης: Ο "φρουρός" της υψηλής ταχύτητας δρομολόγησης σήματος

Σε ψηφιακά κυκλώματα υψηλής ταχύτητας (όπως DDR, USB, PCIe), τα σήματα χωρίς ακριβή αντιστοιχία αντίστασης θα αντιμετωπίσουν προβλήματα όπως αντανάκλαση και διασταύρωση.:

• Διαφορετική αντίσταση: 100Ω/90Ω
• Ενιαία αντίσταση: 50Ω

Πώς να σχεδιάσετε την αντιστοίχιση; Απαιτείται ακριβής προσομοίωση, λαμβάνοντας υπόψη παράγοντες όπως η συσσώρευση στρωμάτων, το πλάτος και η απόσταση των ίχνων, το επίπεδο αναφοράς και τη διαμετρική σταθερά.

3- Διαδικασίες επεξεργασίας επιφάνειας: καθορισμός ποιότητας και διάρκειας ζωής της συγκόλλησης

Πέντε κοινές επεξεργασίες επιφάνειας:

Ο χρυσός ή ο κασσίτερος βύθισης συνιστάται έντονα για τον έλεγχο της αντίστασης υψηλής συχνότητας.

4. Κεντρικό Πίνακα/Προετοιμασία: Βασικά υλικά που καθορίζουν το πάχος του πίνακα, την στοίβαση των στρωμάτων και τις ηλεκτρικές επιδόσεις

Η δομή και η σταθερότητα της πολυστρωτής πλακέτας καθορίζονται από την πυρήνα της πλακέτας (Core) + PP (Prepreg).και ηλεκτρικές σταθερές πρέπει να εξεταστούν σε συνδυασμό με την προσομοίωση στοιβάσεως στρωμάτων.

• Κέντρο: Σκληρή πλάκα με διπλή πλάκα χαλκού
• PP: Ημισφαιρική ρητίνη που χρησιμοποιείται για τη σύνδεση μεταξύ των στρωμάτων

Οι σωστές αναλογίες είναι ζωτικής σημασίας για την αποφυγή προβλημάτων της διαδικασίας, όπως η παραμόρφωση της πλακέτας, τα κενά και το ξεφλούδισμα του χαλκού κατά τη διάρκεια της επικάλυψης.

5Διαφορετικές γραμμές: Η συμμετρική διαδρομή είναι απαραίτητη για την ακεραιότητα του σήματος.

Τα διαφορικά σήματα χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά δεδομένων υψηλής ταχύτητας, όπως LVDS, USB και PCIe, και πρέπει να πληρούν τις ακόλουθες απαιτήσεις:

• Ίδιο μήκος, πλάτος και απόσταση
• Συνεπής αναφορά επιπέδου εδάφους
• Αποφύγετε τα ασυνήθιστα επίπεδα αναφοράς

Η ασυμμετρία στα διαφορικά ίχνη επηρεάζει άμεσα την κλίση του ρολογιού και την διασταύρωση και πρέπει να λαμβάνεται υπόψη συνολικά κατά τη διάρκεια της φάσης διάταξης.

6Ακεραιότητα σήματος (SI): Η ψυχή του σχεδιασμού PCB υψηλής ταχύτητας

Πέντε βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν την ακεραιότητα του σήματος:

• Αντανάκλαση (αντιστοιχία αντίστασης)
• Διασταυρούμενη ακοή (απόλυτους πολύ κοντά)
• Επανάκτηση εδάφους (διαταραχή του ρεύματος επιστροφής εδάφους που παράγεται από ταυτόχρονη εναλλαγή πολλαπλών τσιπ)
• Λάθος σχεδιασμός φιλτραρίσματος
• Ανεπαρκής σχεδιασμός δομής PCB

Τα προβλήματα του SI συχνά οδηγούν σε αποτυχίες του συστήματος, συχνές επαναπροσαρμογές και σφάλματα δεδομένων.

7Αντανάκλαση σημάτων: Αποτρέψτε τα σήματα από το να "επιστρέψουν στο ίδιο μονοπάτι"

Η αντανάκλαση του σήματος μπορεί να προκαλέσει:

• Υπερβολική πίεση
• Υπόκλιση
• Χτυπάει
• Σχηματισμοί κυμάτων σε βαθμίδες

Για τον έλεγχο της αντανάκλασης, εκτός από την αντιστοίχιση της αντίστασης, είναι απαραίτητη η κατάλληλη αντιστοίχιση τερματισμού (πηγή και άκρη φορτίου) και πρέπει να αποφεύγονται οι σπασμοί στο επίπεδο αναφοράς.

8- Διασταυρούμενη ακοή: "Ανοή θορύβου" μεταξύ των γραμμών σήματος

Οι στενά σχηματισμένες γραμμές υψηλής ταχύτητας χωρίς επίγεια αναφορά θα δημιουργήσουν σοβαρή διασταύρωση, ιδιαίτερα αισθητή στην DDR ή την παράλληλη διαδρομή λεωφορείου υψηλής ταχύτητας.

Δυναμική ζεύξη → διασταύρωση ρεύματος
Επαγωγική ζεύξη → Διασταυρούμενη τάση
Λύσεις: Προσθέστε προστάτες εδάφους, διατηρήστε την κατάλληλη απόσταση μεταξύ των ίχνη και ελέγξτε την κατεύθυνση ίχνη.

9Εσωτερικό στρώμα ενέργειας: Το μυστικό όπλο για σταθερή παροχή ενέργειας και καταστολή παρεμβολών

Η ισχύς και το έδαφος πρέπει να σχεδιάζονται ως επίπεδα μεγάλης έκτασης με εύλογο διαχωρισμό και πυκνή τοποθέτηση, ώστε να αποφεύγονται πλωτά νησιά και σπασμένα κυκλώματα ισχύος.

10. Σοφές/Καταφιδευμένες διαστάσεις: Βασική τεχνική στο σχεδιασμό PCB υψηλής πυκνότητας

• Ανοιχτό πρώτης τάξης μέσω: L2-TOP
• Κρύφωμα δεύτερης τάξης μέσω: L3-TOP
• Ενταφιασμένη μέσω: Διασύνδεση μεταξύ L3-L6

Οι τυφλοί / θαμμένοι διάδρομοι χρησιμοποιούνται ευρέως σε πλαίσια HDI, βελτιώνοντας σημαντικά τη χρήση του χώρου, αλλά επιβάλλουν υψηλά κόστη και απαιτήσεις επεξεργασίας.

11- Τεστ σημεία: "Φυτέτες" για την αποδιορθωτική επεξεργασία μαζικής παραγωγής

Χρησιμοποιείται για λειτουργικές δοκιμές, προγραμματισμό στο κύκλωμα και εντοπισμό θέσεων διορθώσεων.

12Σημεία σημειώσεων: Διασφάλιση της ακρίβειας τοποθέτησης SMT

Χρησιμοποιείται για τη θέση SMT.

• Κυκλικές κυκλικές κυκλικές κυκλικές κυκλικές κυκλικές
• Αφήστε ανοίγματα στη μάσκα συγκόλλησης γύρω από τα σημεία σήμανσης.
• Τρία σημεία σήμανσης στο πίνακα πρέπει να είναι συμμετρικά διατεταγμένα με σταθερό φόντο χαλκού.

13Τρύπες PTH/NPTH: Φορείς σύνδεσης και στερέωσης

• PTH (Metallized Hole): Χρησιμοποιείται για ηλεκτρικές συνδέσεις.
• NPTH (Non-metallic Hole): Χρησιμοποιείται για δομική τοποθέτηση, εγκατάσταση βίδες κλπ.

Τα χαρακτηριστικά των οπών πρέπει να σημειώνονται με ακρίβεια στο μηχανικό φάκελο κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας, ώστε να αποφεύγεται η επανεπεξεργασία.

Συμπέρασμα: Η γνώση των βασικών λεπτομερειών οδηγεί σε υψηλής ποιότητας σχεδιασμό PCB

Ο σχεδιασμός PCB δεν είναι απλά ένα σχέδιο, αλλά ένα σύνθετο έργο μηχανικής συστημάτων που εξετάζει την ηλεκτρική απόδοση, τη σκοπιμότητα της διαδικασίας, το κόστος παραγωγής και τη μελλοντική συντήρηση.Η κατανόηση της λογικής σχεδιασμού και της σημασίας της μηχανικής πίσω από κάθε όρο είναι το σημείο εκκίνησης για να γίνει ένας επαγγελματίας μηχανικός PCB.