PCB-útválasztási szabályok: Nyomkövetési szélesség, térköz és fontos gyártási lehetőségek

A gyárunkban minden útbaigazított tábla a megérkezés előtt hozott döntésekről mesél. A kapcsolási rajz határozza meg az elektromos funkciót, de az útválasztás eldönti, hogy ez a funkció ésszerű költséggel, reális átfutási időn belül és elegendő tartalékkal gyártható-e ahhoz, hogy túlélje a hő-, rezgés- és feszültségfeszültséget. PCB-gyártóként szerzett tapasztalataink szerint a legtöbb megelőzhető gyártási probléma – égési nyomok, meghibásodott hézagok, elvetemült panelek, rossz bevonat – néhány olyan útválasztási szabályra vezethető vissza, amelyeket vagy elmulasztottak vagy félreértettek. Ez a cikk elmagyarázza, hogy valójában mit foglal magában a PC-kártya útválasztása, mely paraméterek számítanak leginkább, és hogyan állíthat be olyan útválasztási korlátozásokat, amelyeket a gyár vita nélkül meg tud építeni.

Mit jelent valójában a PC-kártya útválasztása?

Az útválasztás az az elrendezési lépés, amelyben a kapcsolási rajzon minden elektromos hálózat fizikai rézúttá válik. A szoftver automatikusan meg tudja rajzolni ezeket az útvonalakat, de az eredmény csak annyira jó, amennyire a tervező megszorítja: a nyomvonal szélessége, a vezetők közötti távolság, a megengedett rétegek, az átmenő típusok és a réz eloszlása, amelyet a maratási és bevonási folyamat látni fog.

Az útvonal létrehozza a földi referenciasíkokat, erőszigeteket és hőutakat is, amelyek a való világban is működőképessé teszik a tervezést. Az alkatrészek elhelyezése határozza meg az alkatrészek elhelyezkedését; az útválasztás dönti el, hogyan csatlakoznak. A kettő között az útválasztásnak van nagyobb hatása a gyártási költségekre és a hozamra, mivel a nyomgeometria és a rézegyensúly közvetlenül befolyásolja a panel gyári maratását, lemezeit és laminálását.

Nyom szélessége: Az első úti döntés

A nyomkövetési szélesség az első beállítandó szám, mert három követelményt hordoz egyszerre: áramkapacitás, feszültségesés és karakterisztikus impedancia. A jelnyomok vékonyak lehetnek; az elektromos hálózatoknak keresztmetszetre van szükségük. A legtöbb gyár által használt referencia az IPC-2221. 1 oz (35 µm) réz esetében egy 10°C-os hőmérséklet-emelkedéssel rendelkező külső rétegen a becsült áramkapacitás nagyjából a következő.

Két korrekció számít a gyakorlatban. A belső rétegeken lévő nyomok nagyjából feleannyi hőt oszlatnak el, mint a külső nyomok, ezért a jelenlegi táblázatot ennek megfelelően csökkenteni kell. És ezek az értékek szerény 10°C-os emelkedést feltételeznek; ha a környező burkolat blokkolja a légáramlást vagy a környezeti hőmérséklet magas, a biztonságos áram tovább csökken. Ha egy tervnek tartósan nagy áramot kell hordoznia, az útvonalnak rézöntést, síkot vagy vastagabb rézréteget kell használnia, nem pedig egyetlen keskeny nyomvonalat. Cégünk rendszeresen szállít 2–10 oz vastag réztáblákat, és az ezekhez a súlyokhoz tartozó nyomkövetési táblázatok nagyon eltérnek a fenti 1 oz-os értékektől.

Hézag és távolság: Állítsa be őket a feszültségre, ne csak a tervezési szabályok ellenőrzésére

A hézag két rézelem közötti távolság: nyomvonal a nyomvonalig, nyomvonal a párnáig, pad a viaszig. A tervezési szabály ellenőrzése ellenőrizni fogja a CAD-eszközbe beírt számokat, de a megfelelő szám a feszültségből, a jelintegritásból és a gyári képességből származik, nem pedig az alapértelmezett szabályból. Zárt terméken belüli kisfeszültségű jelhálózatok esetén a nyomok között 0,1 mm (4 mil) gyakori; szabványos kapacitásunk 4 mil, és 3 mil nyomot és helyet tudunk befogadni, ahol a tervezési sűrűség megköveteli.

Az engedély nem lehet egyetlen globális érték. Az üzemi feszültség, a szennyezettségi fok, a bevonat, a tengerszint feletti magasság és a tranziens feszültségek mind befolyásolják azt a távolságot, amelyre a terméknek szüksége van. Az IPC-2221B tartalmazza a megfelelőségi mérnökök által használt térköz-feszültség táblázatokat; gyakorlati szabályként minden 50 V-nál nagyobb feszültséget szállító hálózatnak vagy a tábla széléhez közeli nyomvonalnak lényegesen nagyobb hézagot kell használnia, mint az alapértelmezett tervezési szabály.

Nagy sebességű jelek esetén a távolság vezérli mind a csatolást, mind az impedanciát. Egy illesztett differenciálpár csak akkor tartja meg a célimpedanciáját, ha a két nyomvonal közötti rés állandó marad, és az alatta lévő referenciasík fontosabb, mint az abszolút hézagérték. RF áramkörök esetén az 50 Ω-os nyomvonalat a szélessége, a dielektromos vastagsága és az alatta lévő alaplaptól való távolság határozza meg.

Rétegfelhalmozás: Az útválasztási sűrűség növeli a költségeket és az átfutási időt

A rétegek száma a tervezés legnagyobb útválasztási döntése. Ha két réteg elbírja a sűrűséget, a hatrétegű összerakás kidobott pénz. Ha a tervezésnek folyamatos tápellátásra és alapsíkra van szüksége, szoros impedanciaszabályozásra vagy sűrű BGA-kivezetésre van szüksége, a halmozás négy, hat vagy több rétegre költözik. A két rétegről négyre váltás nagyjából megduplázza a folyamat költségeit, mivel a belső réteg képalkotása, laminálása, igazítása és további fúrási lépések is hozzáadódnak az útvonalhoz. Az átfutási idők is nőnek a rétegszámmal. A Guangde gazdasági fejlesztési zónában található létesítményünkben a közzétett gyártási átfutási idők rétegszám szerint a következők.

Az útvonal beállítja a halmozást, a verem pedig a szállítási dátumot. Ha egy tervnek csak 12 rétegre van szüksége, mert a külső jelrétegeket rosszul használják, akkor egy tisztább négyrétegű útvonal az idő töredéke alatt megérkezett volna. Üzemünk 1-32 rétegből építkezik, és a minta egységes: a hatékony útválasztás megbízhatóbban lerövidíti az átfutási időt, mint bármely gyorsított díj.

DFM szabályok: A gyári maratások, lemezek és laminátumok útvonala

Egy olyan útvonal, amely átmegy a netlistán és a jelzéseken, továbbra is meghiúsulhat a gyárban. A táblát maratni, fúrni, lemezelni és préselni kell, és minden folyamatnak vannak geometriai határai. A következő szabályok megakadályozzák a leggyakoribb ismétlődő hibákat.

Réz egyensúly és tolvajlás

Ha a réteg egyik része szilárd öntvény, a másik pedig majdnem üres, a bevonat vastagsága egyenetlenné válik, és a laminálás meghajlíthatja a panelt. A jó útválasztás minden rétegben elosztja a rezet; ahol ez lehetetlen, adjon hozzá tolvajtömböket vagy keresztezett rezet. CAM-csapatunk növeli a tolvajlást a szerszámozás során, de a kiegyensúlyozottan megérkező irányított kialakítás gyorsabban halad át, és egyenletesebben lapoz.

Vias és gyűrűs gyűrű

Minden átmenethez szükség van egy gyűrű alakú gyűrűre: a rézgyűrűre a fúrt furat körül, amely összeköti a hengert a nyomvonallal. Ha a gyűrű túl kicsi, a fúró hibás rögzítése megszakítja a kapcsolatot. A legalább 4 mil (0,1 mm) gyűrű alakú gyűrű a szabványos feldolgozás biztonságos működési szabálya. A vak és eltemetett átmenőnyílások csökkentik a rétegek számát a sűrű kialakításoknál, de mindegyik átmenettípus fúrási és laminálási lépéseket tesz szükségessé; via-in-pad, hasznos a BGA-k alatt, feltöltést és további bevonatot igényel. A microvia-val ellátott HDI kártyák külön folyamatcsaládot alkotnak, amit HDI sorozatunk 25 napon belül szállít.

Termikus domborművek

Amikor egy átmenő lyukbetét csatlakozik egy nagy rézöntőhöz, az öntvény hűtőbordaként működik a forrasztás során. Termikus tehermentesítő küllők nélkül előfordulhat, hogy a betét nem éri el a forrasztási hőmérsékletet. Vezessen síkra csatlakoztatott párnákat termikus domborművel, ahol az aktuális besorolás megengedi.

Egy praktikus útválasztási ellenőrző lista, amelyet a fájlok elküldése előtt kell futtatni:

• Méretteljesítmény-nyomok és kiöntések a tartós, legrosszabb eset áramához, nem a tipikus terheléshez.
• Használjon hálózatonkénti osztályozási szabályokat; a nagyfeszültségű, nagy sebességű és általános jelhálózatoknak ritkán van szükségük azonos távolságra.
• Tartsa ésszerűen egyenletesen a réz eloszlását minden rétegen, és adjon hozzá tolvajságot a többnyire üres rétegekhez.
• Az útvonal véglegesítése előtt erősítse meg a gyárral a minimális nyomvonalat/helyet, a minimális gyűrű alakú gyűrűt és a minimális fúróméretet.
• Helyezzen egy szilárd referenciasíkot minden nagysebességű vagy impedanciavezérelt útvonal alá.

Anyagok és felületkezelések, amelyek megváltoztatják az útválasztási szabályokat

A hordozó és a bevonat ugyanúgy változtatja az útválasztási paramétereket, mint az elektromos áramkör. A szabványos FR-4 jól kezeli az általános digitális és analóg kártyákat. A magas Tg-értékű FR-4 ellenáll a CAF meghibásodásának vastag, többrétegű táblákban, és gyakori az autóelektronikában; a halogénmentes FR-4 megfelel a környezetvédelmi követelményeknek; A szabályozott Dk és Df nagyfrekvenciás laminátumokat rádiófrekvenciás és nagysebességű digitális eszközökhöz használják, és az 50 Ω-os vonalhoz szükséges nyomszélesség minden anyaggal változik.

A fémmagos lapok – alumínium vagy réz alap – átvezetik a hőt az aljzaton, így az áramkörök szűkebb útvonalakat is használhatnak, de a fémmagok fúrása és marása eltérő tervezési szabályokat követ. Termékpalettánk FR-4-es, magas Tg-értékű, halogénmentes, nagyfrekvenciás, alumínium-, réz- és kerámia alapú lapokat tartalmaz, olyan felületkezeléssel, mint az OSP, ólommentes HASL, immerziós arany és merítőbádog. A felületválasztás főként a forraszthatóságot és az eltarthatóságot befolyásolja, ezért inkább az összeszerelési folyamathoz kell igazítani, mint utólagos gondolatként kezelni.

Útvonal a gyártást szem előtt tartva

Az útválasztás az, amikor egy terv fizikai tárggyá válik, és ezt az objektumot egy gyár ítéli meg. Az időben kiszállított és megbízhatóan működő táblák ritkán okos automatikus útválasztó beállítások termékei; ezek az áramerősségre méretezett nyomvonalszélességek, a feszültségre beállított távolságok, a sűrűségre választott halmazok és a DFM-részletek szorzatai az első elrendezési lépéstől kezdve. Ha kétségei vannak, kérdezzen mielőbb: a gyárunkból származó kétoldalas prototípus 24 órán belül el tud fordulni, és egy gyors iteráció sokkal kevesebbe kerül, mint egy 16 rétegű tétel, amely térközhiba miatt meghiúsul az elektromos teszten. Ha halmozási javaslatra, DFM áttekintésre vagy árajánlatra van szüksége egy 1-32 rétegű irányított táblára, mérnöki csapatunk készen áll arra, hogy konkrétan válaszoljon.