Πρέπει να προστίθενται δακρύσματα κατά τον σχεδιασμό PCB;

Αυτό το ερώτημα μπορεί να προκαλέσει μια μακροχρόνια συζήτηση μεταξύ νέων και έμπειρων μηχανικών στην ηλεκτρονική βιομηχανία: ορισμένοι επιμένουν ότι τα δακρύσματα πρέπει να προστεθούν σε ολόκληρο τον πίνακα, αποκαλώντας το «επιχείρηση διάσωσης ζωής» για τη βελτίωση της αξιοπιστίας. άλλοι αντιτίθενται σθεναρά, παραπονούμενοι ότι η προσθήκη τους σε πίνακες υψηλής συχνότητας προκαλεί άμεσα αστοχία σήματος. Ακόμη πιο συγκεχυμένο είναι ότι οι έμπειροι μηχανικοί έχουν εντελώς αντίθετες προσεγγίσεις.

Στην πραγματικότητα, δεν υπάρχει «πρέπει να προστεθεί» ή «απολύτως όχι-προσθήκη» τυπική απάντηση για τα δακρύσματα. Το κλειδί είναι να κατανοήσουμε την πραγματική τους λειτουργία και να βρούμε τα σωστά σενάρια εφαρμογής. Σήμερα, θα εξηγήσουμε τη βασική λογική των δακρυσμάτων PCB με απλούς όρους, ώστε να μην χρειαστεί ποτέ να ανησυχείτε ξανά για αυτό!

Πρώτον, κατανοήστε αυτό: τα δακρύσματα δεν είναι «διακοσμητικά», αλλά μια συλλογή 5 πρακτικών λειτουργιών.

Τα δακρύσματα είναι οι δακρυόσχημες ή τοξοειδείς μεταβατικές περιοχές χαλκού μεταξύ των ιχνών PCB και των pads ή vias. Μπορεί να φαίνονται ασήμαντα, αλλά κρύβουν πέντε βασικές λειτουργίες:

1. Ενίσχυση της σύνδεσης:
Όπως οι ενισχυτικές λωρίδες στις ραφές των ρούχων, τα δακρύσματα αυξάνουν την περιοχή επαφής μεταξύ του ίχνους και του pad, διασκορπίζοντας εξωτερικές δυνάμεις. Είτε πρόκειται για δόνηση κατά τη μεταφορά του προϊόντος, σύνδεση και αποσύνδεση κατά τη χρήση ή μεταγενέστερη συντήρηση και αφαίρεση συνδετήρα, αποτρέπει το pad και το ίχνος από το να σχιστούν, διπλασιάζοντας άμεσα τη μηχανική αντοχή.

2. Προστασία των pads από «αστοχία»:
Κατά τη διάρκεια πολλαπλών κύκλων συγκόλλησης, τα pads αντέχουν επανειλημμένα σε θερμική διαστολή και συστολή, οδηγώντας εύκολα σε στρέβλωση και ξεφλούδισμα. η ανομοιόμορφη χάραξη κατά την παραγωγή και η κακή ευθυγράμμιση των vias μπορεί επίσης να προκαλέσουν ρωγμές στο pad. Τα δακρύσματα λειτουργούν σαν ένα buffer, απορροφώντας τη θερμική καταπόνηση και μειώνοντας αυτούς τους κινδύνους αστοχίας.

3. Διασφάλιση ομαλής μετάδοσης σήματος:
Όταν το πλάτος του ίχνους και του pad αλλάζει απότομα, τα σήματα είναι επιρρεπή σε ανάκλαση και εξασθένηση. Η ομαλή μετάβαση του δακρύσματος μειώνει τις αλλαγές σύνθετης αντίστασης, επιτρέποντας την ομαλότερη μετάδοση σήματος και αποτρέποντας «κυκλοφοριακή συμφόρηση».

4. Βελτίωση της «απόδοσης» παραγωγής:
Τα τρυπάνια έχουν αναπόφευκτα μικρές αποκλίσεις κατά τη διάτρηση. Η επιπλέον ανοχή χαλκού του δακρύσματος «αμβλύνει» έναντι αυτού, αποτρέποντας το σπάσιμο του ίχνους λόγω αποκλίσεων διάτρησης. μειώνει επίσης τα προβλήματα υπερ-χάραξης κατά τη διαδικασία χάραξης, δίνοντας στα εργοστάσια μεγαλύτερη ανοχή για σφάλματα κατά την παραγωγή.

5. Ένα αισθητικό «μπόνους»:
Σε σύγκριση με τις άκαμπτες ορθογώνιες συνδέσεις, τα δακρύσματα κάνουν τη μετάβαση μεταξύ των ιχνών και των pads πιο φυσική, βελτιώνοντας τη συνολική εμφάνιση του PCB. Ο πίνακας φαίνεται πιο οργανωμένος και επαγγελματικός και το οπτικό αποτέλεσμα αναβαθμίζεται άμεσα.

Σε αυτά τα σενάρια, τα δακρύσματα είναι «απαραίτητα» και η παράλειψή τους θα οδηγήσει αναπόφευκτα σε προβλήματα.

Με βάση τα πραγματικά σενάρια εφαρμογής, συνιστάται να δοθεί προτεραιότητα στην προσθήκη δακρυσμάτων στις ακόλουθες 4 καταστάσεις για τη σημαντική μείωση του κινδύνου αστοχίας του προϊόντος:

1. Περιβάλλοντα με υψηλή μηχανική καταπόνηση: Υποχρεωτική προσθήκη
Προϊόντα όπως ηλεκτρονικά αυτοκινήτων, βιομηχανικοί ελεγκτές και διεπαφές συνδετήρων που συνδέονται/αποσυνδέονται συχνά υπόκεινται σε δόνηση, σύγκρουση ή συχνή σύνδεση/αποσύνδεση. Η σύνδεση μεταξύ των ιχνών και των pads είναι ένα «αδύναμο σημείο» όπου συγκεντρώνεται η καταπόνηση. Συνιστάται να επιλέξετε στρογγυλεμένα ή «χιόνι» σχήματος δακρύσματα, τα οποία μπορούν να διασκορπίσουν αποτελεσματικά την καταπόνηση και να αποτρέψουν αστοχίες θραύσης κατά τη χρήση.

2. Σενάρια σήματος υψηλής συχνότητας/υψηλής ταχύτητας: Προσθήκη με προσοχή
Τα κυκλώματα υψηλής συχνότητας και υψηλής ταχύτητας, όπως οι μονάδες επικοινωνίας 5G και οι διεπαφές μνήμης υψηλής ταχύτητας, έχουν εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις για την ακεραιότητα του σήματος. Τα δακρύσματα δεν πρέπει να προστίθενται τυφλά. θα πρέπει να δοθεί προτεραιότητα στα ομαλά, καμπυλωτά δακρύσματα και η αντιστοίχιση σύνθετης αντίστασης πρέπει να επαληθεύεται μέσω προσομοίωσης για την αποφυγή παραμόρφωσης σήματος που προκαλείται από τα δακρύσματα.

3. PCBs υψηλής πυκνότητας: Επιλεκτική προσθήκη
Οι πίνακες υψηλής πυκνότητας, όπως οι μητρικές πλακέτες κινητών τηλεφώνων και οι φορητές συσκευές, έχουν εξαιρετικά περιορισμένο χώρο δρομολόγησης. Η προσθήκη δακρυσμάτων σε ολόκληρο τον πίνακα θα καταλαμβάνει επιπλέον χώρο και θα επηρεάσει την πυκνότητα δρομολόγησης. Συνιστάται να τα προσθέσετε μόνο σε κρίσιμα pads και vias και να τα παραλείψετε σε μη κρίσιμες περιοχές για να εξισορροπήσετε την αξιοπιστία και την απόδοση δρομολόγησης.

4. Σενάρια βελτιστοποίησης μαζικής παραγωγής: Προσαρμογή όπως απαιτείται
Για ηλεκτρονικά προϊόντα ευρείας κατανάλωσης χαμηλού κόστους, εάν οι δυνατότητες επεξεργασίας του κατασκευαστή PCB είναι μέτριες (π.χ., χαμηλή ακρίβεια διάτρησης), η περιοχή κάλυψης του δακρύσματος μπορεί να αυξηθεί κατάλληλα για να αντισταθμίσει τις ελλείψεις της διαδικασίας και να βελτιώσει την απόδοση μαζικής παραγωγής. εάν η διαδικασία του κατασκευαστή είναι ώριμη, μπορεί να χρησιμοποιηθεί το συμβατικό μέγεθος για να αποφευχθεί η σπατάλη χώρου.

Η προσθήκη δακρυσμάτων σε αυτά τα 3 σημεία ισοδυναμεί με... Προσθήκη δακρυσμάτων: Προχωρήστε με προσοχή!

Δεν είναι όλα τα σενάρια κατάλληλα για την προσθήκη δακρυσμάτων. Η τυφλή προσθήκη τους στις ακόλουθες καταστάσεις θα είναι μόνο αντιπαραγωγική:

1. Περιοχές ευαίσθητες στη σύνθετη αντίσταση:
Για περιοχές με εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις σύνθετης αντίστασης, όπως κεραίες και διαφορικά ζεύγη, η επαλήθευση σύνθετης αντίστασης πρέπει να πραγματοποιείται πριν από την προσθήκη δακρυσμάτων. Εάν τα δακρύσματα προκαλούν ασυμφωνία σύνθετης αντίστασης, θα επηρεάσει άμεσα την απόδοση του προϊόντος, καθιστώντας το χειρότερο από το να μην τα προσθέσετε καθόλου.

2. Πίνακες εξαιρετικά υψηλής πυκνότητας:
Για προϊόντα όπως μικροσκοπικοί αισθητήρες και εξαιρετικά συμπαγείς μητρικές πλακέτες κινητών τηλεφώνων, όπου η πυκνότητα καλωδίωσης είναι ήδη μεγιστοποιημένη, τα δακρύσματα θα συμπιέσουν περαιτέρω τον χώρο δρομολόγησης, οδηγώντας δυνητικά σε δυσκολίες δρομολόγησης ή ακόμη και κινδύνους βραχυκυκλώματος. Απαιτείται προσεκτική αξιολόγηση πριν αποφασίσετε εάν θα τα προσθέσετε.

3. Κυκλώματα χαμηλής πολυπλοκότητας:
Για απλούς πίνακες ελέγχου και συνηθισμένα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης, τα οποία έχουν χαμηλότερες απαιτήσεις για μηχανική αντοχή και ακεραιότητα σήματος, τα οφέλη από την προσθήκη δακρυσμάτων είναι περιορισμένα και θα αυξήσει μόνο τον χρόνο σχεδιασμού. Για να απλοποιήσετε τη διαδικασία και να βελτιώσετε την απόδοση, ο σχεδιασμός δακρυσμάτων μπορεί να παραλειφθεί.

Σύνοψη: Η βασική αρχή των δακρυσμάτων είναι «προσαρμογή όπως απαιτείται».

Τα δακρύσματα PCB είναι ουσιαστικά ένα σχέδιο βελτιστοποίησης «παγωτού στην τούρτα», όχι ένα βασικό στοιχείο που καθορίζει τη λειτουργία του κυκλώματος. Δεν είναι ούτε «πανάκεια» ούτε «περιττό στοιχείο»:

• Όταν επιδιώκετε την αξιοπιστία και αντιμετωπίζετε πολύπλοκα περιβάλλοντα, είναι μια «ασπίδα προστασίας» για τη μείωση των κινδύνων.
• Όταν αντιμετωπίζετε δρομολόγηση υψηλής πυκνότητας και σήματα υψηλής συχνότητας/υψηλής ταχύτητας, είναι μια «λεπτομέρεια» που χρειάζεται προσεκτικό έλεγχο.
• Σε απλά κυκλώματα και προϊόντα μαζικής παραγωγής με ώριμες διαδικασίες, είναι μια «επιλογή βελτιστοποίησης» που μπορεί να επιλεγεί ευέλικτα.

Ο εξαιρετικός σχεδιασμός PCB δεν αφορά ποτέ την τυφλή συσσώρευση χαρακτηριστικών, αλλά μάλλον την ακριβή προσαρμογή στις ανάγκες του προϊόντος. Ο έλεγχος των εφαρμόσιμων σεναρίων και των τεχνικών σχεδιασμού των δακρυσμάτων είναι απαραίτητος για την εξεύρεση της καλύτερης ισορροπίας μεταξύ αξιοπιστίας, απόδοσης και απόδοσης.