Peraturan Penghalaan PCB: Lebar Surih, Jarak dan Pilihan Pembuatan Yang Penting

Setiap papan laluan yang kami lihat di kilang kami menceritakan kisah tentang keputusan yang dibuat sebelum ia tiba. Skema mentakrifkan fungsi elektrik, tetapi penghalaan menentukan sama ada fungsi itu boleh dihasilkan pada kos yang munasabah, dalam masa pendahuluan yang realistik, dan dengan margin yang mencukupi untuk bertahan selama bertahun-tahun haba, getaran dan tekanan voltan. Dalam pengalaman kami sebagai pengeluar PCB, kebanyakan masalah pengeluaran yang boleh dicegah — kesan terbakar, kelegaan yang gagal, panel melencong, penyaduran yang lemah — mengesan kembali kepada segelintir peraturan penghalaan yang sama ada terlepas atau salah faham. Artikel ini menerangkan perkara yang benar-benar melibatkan penghalaan papan PC, parameter manakah yang paling penting, dan cara menetapkan kekangan penghalaan yang sebenarnya boleh dibina oleh kilang tanpa pertikaian.

Apa yang Terlibat Sebenarnya Menghalakan Papan PC

Penghalaan ialah langkah susun atur di mana setiap jaring elektrik dalam skema menjadi laluan tembaga fizikal. Perisian boleh melukis laluan tersebut secara automatik, tetapi hasilnya hanya sebaik kekangan yang disediakan oleh pereka bentuk: lebar surih, jarak antara konduktor, lapisan dibenarkan, melalui jenis, dan pengedaran tembaga yang akan dilihat oleh proses etsa dan penyaduran.

Laluan itu juga mencipta pesawat rujukan darat, pulau kuasa dan laluan terma yang menjadikan reka bentuk berfungsi di dunia nyata. Meletakkan komponen menentukan di mana bahagian diletakkan; penghalaan menentukan cara mereka menyambung. Di antara kedua-duanya, penghalaan mempunyai pengaruh yang lebih besar pada kos pembuatan dan hasil, kerana geometri surih dan keseimbangan tembaga secara langsung mempengaruhi cara kilang mengetsa, plat dan melamina panel.

Lebar Jejak: Keputusan Laluan Pertama

Lebar jejak ialah nombor pertama yang ditetapkan kerana ia membawa tiga keperluan serentak: kapasiti semasa, penurunan voltan dan galangan ciri. Jejak isyarat boleh menjadi nipis; jaring kuasa memerlukan keratan rentas. Rujukan yang digunakan oleh kebanyakan kilang ialah IPC-2221. Untuk 1 oz (35 µm) kuprum pada lapisan luar dengan kenaikan suhu 10°C, anggaran kapasiti arus adalah lebih kurang seperti berikut.

Dua pembetulan penting dalam amalan. Jejak pada lapisan dalaman menghilangkan kira-kira separuh daripada haba daripada kesan luaran, jadi jadual semasa harus dikurangkan dengan sewajarnya. Dan nilai ini mengandaikan kenaikan 10°C yang sederhana; jika kepungan di sekeliling menyekat aliran udara atau suhu ambien tinggi, arus selamat menurun lagi. Apabila reka bentuk mesti membawa arus tinggi yang berterusan, laluan harus menggunakan tuangan tembaga, satah, atau lapisan tembaga yang lebih tebal dan bukannya satu jejak sempit. Talian kami kerap menghalakan papan tembaga tebal 2 oz hingga 10 oz, dan jadual lebar jejak untuk pemberat tersebut kelihatan sangat berbeza daripada nilai 1 oz di atas.

Kelegaan dan Jarak: Tetapkan Ia untuk Voltan, Bukan Hanya untuk Semakan Peraturan Reka Bentuk

Kelegaan ialah jarak antara dua ciri tembaga: jejak ke jejak, jejak ke pad, pad ke melalui. Semakan peraturan reka bentuk akan mengesahkan sebarang nombor yang ditaip ke dalam alat CAD, tetapi nombor yang betul datang daripada voltan, integriti isyarat dan keupayaan kilang, bukan daripada peraturan lalai. Untuk jaring isyarat voltan rendah di dalam produk tertutup, 0.1 mm (4 mil) antara jejak adalah perkara biasa; keupayaan standard kami ialah 4 juta, dan kami boleh menyimpan 3 juta jejak dan ruang di mana ketumpatan reka bentuk memerlukannya.

Pembersihan tidak seharusnya menjadi satu nilai global. Voltan kerja, tahap pencemaran, salutan, ketinggian dan voltan sementara semuanya mempengaruhi jarak rayapan yang diperlukan produk. IPC-2221B mengandungi jadual jarak lawan voltan yang digunakan oleh jurutera pematuhan; sebagai peraturan praktikal, mana-mana jaring yang membawa lebih daripada 50 V, atau mana-mana jejak yang disalurkan berhampiran tepi papan, harus menggunakan kelegaan yang jauh lebih besar daripada peraturan reka bentuk lalai.

Untuk isyarat berkelajuan tinggi, jarak mengawal kedua-dua gandingan dan impedans. Pasangan pembezaan yang dipadankan mengekalkan impedans sasarannya hanya apabila jurang antara dua jejak kekal malar, dan satah rujukan di bawahnya lebih penting daripada nilai kelegaan mutlak. Untuk litar RF, surih 50 Ω ditakrifkan oleh lebarnya, ketebalan dielektrik, dan jarak ke satah tanah di bawahnya.

Timbunan Lapisan: Ketumpatan Penghalaan Memacu Kos dan Masa Lead

Bilangan lapisan ialah keputusan penghalaan terbesar yang dibuat oleh reka bentuk. Jika dua lapisan boleh mengendalikan ketumpatan, tindanan enam lapisan adalah membazir wang. Jika reka bentuk memerlukan kuasa berterusan dan satah tanah, kawalan impedans yang ketat, atau kipas BGA yang padat, timbunan bergerak ke empat, enam atau lebih lapisan. Bergerak daripada dua lapisan kepada empat secara kasar menggandakan kos proses, kerana pengimejan lapisan dalam, laminasi, penjajaran dan langkah gerudi tambahan ditambahkan pada laluan. Masa plumbum berkembang dengan kiraan lapisan juga. Di kemudahan kami di Zon Pembangunan Ekonomi Guangde, masa utama pengeluaran yang diterbitkan mengikut kiraan lapisan adalah seperti berikut.

Laluan menetapkan tindanan, dan tindanan menetapkan tarikh penghantaran. Jika reka bentuk hanya memerlukan 12 lapisan kerana lapisan isyarat luar kurang digunakan, laluan empat lapisan yang lebih bersih akan tiba dalam masa yang singkat. Kilang kami membina dari 1 hingga 32 lapisan, dan coraknya adalah konsisten: penghalaan yang cekap memendekkan masa pendahuluan dengan lebih dipercayai daripada sebarang bayaran mempercepatkan.

Peraturan DFM: Halakan Cara Kilang Menorehkan, Plat dan Laminasi

Laluan yang melepasi senarai bersih dan semakan isyarat masih boleh gagal di tingkat kilang. Papan mesti terukir, digerudi, disadur, dan ditekan, dan setiap proses mempunyai had geometri. Peraturan berikut menghalang kegagalan berulang yang paling biasa.

Imbangan Tembaga dan Pencuri

Apabila satu kawasan lapisan adalah tuangan pepejal dan satu lagi hampir kosong, ketebalan penyaduran menjadi tidak sekata dan laminasi boleh meledingkan panel. Penghalaan yang baik mengedarkan kuprum merentasi setiap lapisan; di mana itu mustahil, tambahkan blok pencuri atau tembaga tetas silang. Pasukan CAM kami menambah pencurian semasa perkakas, tetapi reka bentuk yang dihalakan yang tiba dengan pas seimbang disemak dengan lebih pantas dan plat lebih seragam.

Vias dan Cincin Annular

Setiap melalui memerlukan gelang anulus: gelang tembaga di sekeliling lubang yang digerudi yang menghubungkan tong ke jejak. Jika cincin terlalu kecil, silap pendaftaran gerudi memutuskan sambungan. Cincin anulus minimum 4 mil (0.1 mm) ialah peraturan kerja yang selamat untuk pemprosesan standard. Vias buta dan tertimbus mengurangkan kiraan lapisan dalam reka bentuk padat, tetapi setiap melalui jenis menambah langkah penggerudian dan laminasi; melalui-dalam-pad, berguna di bawah BGA, memerlukan pengisian dan penyaduran tambahan. Papan HDI dengan mikrovia membentuk keluarga proses yang berasingan, yang dihantar oleh talian HDI kami dalam masa 25 hari.

Pelepasan Terma

Apabila pad lubang telus disambungkan ke tuangan tembaga yang besar, tuangan bertindak sebagai sink haba semasa pematerian. Tanpa jejari pelepasan haba, pad mungkin tidak mencapai suhu pematerian. Lalukan pad yang disambungkan ke satah dengan pelepasan haba di mana-mana sahaja yang dibenarkan oleh penarafan semasa.

Senarai semak penghalaan praktikal untuk dijalankan sebelum menghantar fail:

• Saiz kuasa surih dan tuang untuk arus terburuk yang berterusan, bukan untuk beban biasa.
• Gunakan peraturan pelepasan setiap kelas bersih; jaring isyarat voltan tinggi, berkelajuan tinggi dan am jarang memerlukan jarak yang sama.
• Pastikan pengedaran kuprum pada setiap lapisan dengan munasabah sekata, dan tambahkan pencurian pada lapisan yang kebanyakannya kosong.
• Sahkan jejak/ruang minimum, gelang anulus minimum dan minimum melalui saiz gerudi dengan kilang sebelum memuktamadkan laluan.
• Letakkan satah rujukan pepejal di bawah setiap laluan yang dikawal kelajuan tinggi atau impedans.

Bahan dan Kemasan Permukaan Yang Mengubah Peraturan Penghalaan

Substrat dan kemasan menukar parameter penghalaan sama seperti yang dilakukan oleh litar elektrik. Standard FR-4 mengendalikan papan digital dan analog umum dengan baik. High-Tg FR-4 menentang kegagalan CAF dalam papan berbilang lapisan tebal dan biasa dalam elektronik automotif; FR-4 bebas halogen meliputi keperluan alam sekitar; lamina frekuensi tinggi dengan Dk dan Df terkawal digunakan untuk RF dan digital berkelajuan tinggi, dan lebar surih yang diperlukan untuk garisan 50 Ω berubah dengan setiap bahan.

Papan teras logam — asas aluminium atau tembaga — mengalirkan haba melalui substrat, jadi litar kuasa boleh menggunakan laluan yang lebih sempit, tetapi penggerudian dan pengelasan teras logam mengikut peraturan reka bentuk yang berbeza. Rangkaian produk kami termasuk papan berasaskan FR-4, Tg tinggi, bebas halogen, frekuensi tinggi, asas aluminium, asas tembaga dan seramik, dengan kemasan permukaan seperti OSP, HASL tanpa plumbum, emas rendaman dan timah rendaman. Pilihan penamat terutamanya mempengaruhi kebolehmaterian dan jangka hayat, jadi ia harus dipadankan dengan proses pemasangan dan bukannya dianggap sebagai sesuatu yang difikirkan semula.

Laluan Dengan Pengilangan dalam Fikiran

Penghalaan ialah apabila reka bentuk menjadi objek fizikal, dan objek itu dinilai oleh kilang. Papan yang dihantar tepat pada masanya dan berfungsi dengan pasti jarang sekali merupakan produk tetapan penghala automatik yang bijak; ia adalah produk lebar surih bersaiz untuk arus, kelegaan yang ditetapkan untuk voltan, tindanan yang dipilih untuk ketumpatan, dan butiran DFM yang dihormati dari pas susun atur pertama. Apabila ragu-ragu, tanya awal: prototaip dua muka dari kilang kami boleh bertukar dalam masa 24 jam, dan satu lelaran pantas kos jauh lebih rendah daripada kumpulan 16 lapisan yang gagal ujian elektrik kerana ralat jarak. Jika anda memerlukan pengesyoran timbunan, semakan DFM atau petikan untuk papan yang dihalakan daripada 1 hingga 32 lapisan, pasukan kejuruteraan kami disediakan untuk menjawab dengan spesifik.