Od rysunków projektowych do rzeczywistej masowej produkcji płyty obwodowej muszą pokonać liczne przeszkody, w tym możliwość przetwarzania, wytwarzania, integralności sygnału i EMC.W tym artykule systematycznie przedstawi się logikę projektowania wokół 13 powszechnych, ale kluczowych podstawowych pojęć w projektowaniu PCB, zwiększając umiejętności myślenia i projektowania PCB.

1Materiał FR4 - kamień węgielny świata sygnałów

FR-4, najczęściej stosowany podłoże PCB, jest laminatem pokrytym miedzią wykonanym z włókien szklanych i żywicy epoksydowej.

• Płyty o niskim Tg (Tg≈130°C): stosowane do zastosowań ogólnych.
• Płyty o średnim Tg (Tg>150°C): nadają się do obwodów o średniej złożoności.
• Płyty o wysokiej temperaturze Tg (Tg≥170°C): Zalecane w środowiskach lutowania o wysokiej temperaturze, procesach bez ołowiu i scenariuszach o wysokiej niezawodności, takich jak w branży motoryzacyjnej i komunikacyjnej.

Płyty o wysokim Tg mają nie tylko silną odporność na ciepło, ale również znacznie lepszą odporność na wilgoć i chemikalia,zapewnienie stabilności wymiarowej płyt wielowarstwowych podczas długotrwałej pracy.

2Zastosowanie impedancji: "Opiekun" szybkiej transmisji sygnałów

W szybkich układach cyfrowych (takich jak DDR, USB, PCIe), sygnały bez precyzyjnego dopasowania impedancji będą miały problemy, takie jak odbicie i krzyżowny hałas.:

• Impedancja różnicowa: 100Ω/90Ω
• Impedancja jednoosobowa: 50Ω

Jak zaprojektować dopasowanie? Wymagana jest dokładna symulacja, uwzględniająca takie czynniki jak układanie warstw, szerokość i rozstawienie śladów, płaszczyzna odniesienia i stała dielektryczna.

3Procesy obróbki powierzchni: określanie jakości lutowania i długości życia

Pięć najczęstszych metod obróbki powierzchni:

Złoto zanurzające lub cyna zanurzająca są zdecydowanie zalecane do kontroli impedancji wysokiej częstotliwości.

4. Core Board/Prepreg: Kluczowe materiały określające grubość deski, układanie warstw i wydajność elektryczną

Płyty rdzeniowe (Core) + PP (Prepreg) określają strukturę i stabilność płyty wielowarstwowej.i stałe elektryczne wszystkie muszą być rozważane w połączeniu z symulacją stosów warstw.

• Rdzeń: sztywna tablica z obustronną laminacją miedzianą
• PP: żywica półstała stosowana do wiązania między warstwami

Odpowiednie proporcje są kluczowe, aby uniknąć problemów z procesem, takich jak zniekształcanie płyty, próżnia i łuszczenie miedzi podczas laminowania.

5Linie różnicowe: symetryczne trasy są niezbędne dla integralności sygnału.

Sygnały różniczkowe są stosowane do szybkiej transmisji danych, takich jak LVDS, USB i PCIe, i muszą spełniać następujące wymagania:

• Równa długość, szerokość i odległość
• Spójne odniesienie płaszczyzny podłoża
• Unikaj niespójnych płaszczyzn odniesienia

Asymetria w śladach różnicowych bezpośrednio wpływa na zagięcie zegara i krzyżówkę i musi być kompleksowo rozważana podczas fazy układu.

6Integralność sygnału (SI): dusza projektowania szybkich płyt PCB

5 głównych czynników wpływających na integralność sygnału:

• Odbicie (niezgodność impedancji)
• Przesłuch (szlaki zbyt blisko siebie)
• Odbicie na ziemi (zakłócenie prądu powrotnego do ziemi generowane przez jednoczesne przełączanie wielu chipów)
• Niewłaściwa konstrukcja filtracji
• Nieodpowiednie zaprojektowanie struktury PCB

Problemy z SI często prowadzą do awarii systemu, częstych resetów i błędów danych.

7Odbicie sygnału: zapobieganie "powrotowi po tej samej ścieżce" sygnałów

Odbicie sygnału może powodować:

• Przekroczenie
• Podszczep
• Dzwoni.
• Formy fal stopniowych

Aby kontrolować odbicie, oprócz dopasowywania impedancji, konieczne jest odpowiednie dopasowanie końcówek (strony źródła i obciążenia) i należy unikać przerw w płaszczyźnie odniesienia.

8. Przesłuch: "Zanieczyszczenie hałasem" pomiędzy liniami sygnału

Gęsto zapakowane linie dużych prędkości bez odniesienia naziemnego będą generować silne przesłuchy krzyżowe, szczególnie zauważalne w DDR lub równoległych trasach autobusowych dużych prędkości.

Połączenie pojemnościowe → Przejście prądu
Połączenie indukcyjne → Przesłanie napędowe
Rozwiązania: Dodanie zabezpieczeń lądowych, utrzymanie odpowiedniej odległości między śladami i kontrolowanie kierunku śladu.

9Wewnętrzna warstwa zasilania: Tajna broń dla stabilnego zasilania i tłumienia zakłóceń

Powietrzne i naziemne urządzenia muszą być zaprojektowane jako płaszczyzny o dużej powierzchni z rozsądnym podziałem i gęstym rozmieszczeniem w celu uniknięcia pływających wysp i zerwanych pętli zasilania.

10Ślepe/pochowane przejścia: kluczowa technika w projektowaniu płytek PCB o wysokiej gęstości

• Ślepa pierwszego rzędu poprzez: L2-TOP
• Ślepa drugiego rzędu poprzez: L3-TOP
• Pochowane poprzez: połączone między L3-L6

Ślepe/zakopane przewody są szeroko stosowane w płytkach HDI, znacząco poprawiając wykorzystanie przestrzeni, ale nakładają wysokie koszty i wymagania związane z przetwarzaniem.

11Punkty testowe: "Zapalniki" do debugowania masowej produkcji

Używane do testowania funkcjonalnego, programowania w obwodzie i pozycjonowania debugowania.

12. Punkty oznaczeniowe: Zapewnienie dokładności umieszczenia SMT

Wykorzystywane do pozycjonowania lokalizacji SMT.

• W większości 1 mm okrągłe;
• Pozostawić otwory maski lutowej wokół punktów oznakowania;
• Trzy punkty oznakowania na tablicy powinny być symetrycznie ustawione z jednolitą foliją miedzianą na tle.

13Otwory PTH/NPTH: nośniki do łączenia i mocowania

• PTH (metalizowane otwory): stosowane do połączeń elektrycznych;
• NPTH (Non-metallic Hole): Używane do pozycjonowania konstrukcji, montażu śrub itp.

Atrybuty otworu muszą być dokładnie oznaczone w dokumentacji technicznej podczas obróbki, aby uniknąć ponownej obróbki.

Wniosek: Umiejętność opracowywania najważniejszych szczegółów prowadzi do wysokiej jakości konstrukcji płyt PCB

Projektowanie PCB nie jest po prostu "rysunkiem", ale złożonym projektem inżynieryjnym systemów, który uwzględnia wydajność elektryczną, wykonalność procesu, koszty produkcji i przyszłą konserwację.Zrozumienie logiki projektowania i znaczenia inżynierii za każdym terminem jest punktem wyjścia do zostania profesjonalnym inżynierem PCB.