PCB Yönlendirme Kuralları: İz Genişliği, Aralık ve Önemli Üretim Seçimleri

Fabrikamızda gördüğümüz her yönlendirilmiş pano, gelmeden önce alınan kararlarla ilgili bir hikaye anlatır. Bir şema, elektrik işlevini tanımlar, ancak yönlendirme, bu işlevin makul bir maliyetle, gerçekçi bir teslim süresi içinde ve yıllar süren ısı, titreşim ve voltaj stresine dayanmaya yetecek marjla üretilip üretilemeyeceğine karar verir. Bir PCB üreticisi olarak deneyimlerimize göre, önlenebilir üretim sorunlarının çoğu (yanmış izler, hatalı açıklıklar, çarpık paneller, zayıf kaplama) gözden kaçan veya yanlış anlaşılan bir dizi yönlendirme kuralına dayanmaktadır. Bu makale, bir PC kartının yönlendirilmesinin gerçekte neleri içerdiğini, hangi parametrelerin en önemli olduğunu ve bir fabrikanın gerçekten tartışmasız şekilde oluşturabileceği yönlendirme kısıtlamalarının nasıl ayarlanacağını açıklamaktadır.

Bir PC Kartının Yönlendirilmesi Aslında Neleri İçerir?

Yönlendirme, şematikteki her elektrik ağının fiziksel bir bakır yola dönüştüğü yerleşim adımıdır. Yazılım bu yolları otomatik olarak çizebilir, ancak sonuç yalnızca tasarımcının sağladığı kısıtlamalar kadar iyidir: iz genişliği, iletkenler arasındaki aralık, izin verilen katmanlar, geçiş türleri ve aşındırma ve kaplama işleminin göreceği bakır dağılımı.

Rota aynı zamanda tasarımın gerçek dünyada işe yaramasını sağlayan yer referans düzlemlerini, güç adalarını ve termal yolları da oluşturur. Bileşenlerin yerleştirilmesi parçaların nereye oturacağına karar verir; yönlendirme nasıl bağlanacaklarına karar verir. İkisi arasında yönlendirmenin üretim maliyeti ve verimi üzerinde daha büyük etkisi vardır, çünkü iz geometrisi ve bakır dengesi fabrikanın paneli nasıl kazıdığını, plakaladığını ve lamine ettiğini doğrudan etkiler.

İz Genişliği: İlk Rota Kararı

İz genişliği ayarlanacak ilk sayıdır çünkü aynı anda üç gereksinimi taşır: akım kapasitesi, voltaj düşüşü ve karakteristik empedans. Sinyal izleri ince olabilir; Güç ağlarının kesite ihtiyacı vardır. Çoğu fabrikanın kullandığı referans IPC-2221'dir. 10°C sıcaklık artışıyla dış katmandaki 1 ons (35 µm) bakır için tahmini akım kapasitesi kabaca aşağıdaki gibidir.

Uygulamada iki düzeltme önemlidir. İç katmanlardaki izler, dış izlerin kabaca yarısı kadar ısıyı dağıtır; dolayısıyla mevcut tablonun buna göre düşürülmesi gerekir. Ve bu değerler 10°C'lik mütevazı bir artışı varsayıyor; çevreleyen muhafaza hava akışını engelliyorsa veya ortam sıcaklığı yüksekse güvenli akım daha da düşer. Bir tasarımın sürekli yüksek akım taşıması gerektiğinde, rotada tek bir dar iz yerine bakır dökümü, bir düzlem veya daha kalın bir bakır tabakası kullanılmalıdır. Hattımız düzenli olarak 2 ons ila 10 ons kalınlığındaki bakır levhaları yönlendiriyor ve bu ağırlıklara ilişkin iz genişliği tabloları yukarıdaki 1 ons değerlerinden çok farklı görünüyor.

Açıklık ve Aralık: Bunları Yalnızca Tasarım Kuralı Kontrolü İçin Değil Gerilime Göre Ayarlayın

Açıklık iki bakır özellik arasındaki mesafedir: izden ize, izden pede, pedden via'ya. Bir tasarım kuralı kontrolü, CAD aracına yazılan sayıyı doğrulayacaktır; ancak doğru sayı, varsayılan bir kuraldan değil, voltajdan, sinyal bütünlüğünden ve fabrika kapasitesinden gelir. Kapalı bir ürünün içindeki düşük voltajlı sinyal ağları için izler arasında 0,1 mm (4 mil) yaygındır; standart kapasitemiz 4 milyondur ve tasarım yoğunluğunun gerektirdiği yerde 3 milyon iz ve alan tutabiliriz.

Gümrükleme tek bir küresel değer olmamalıdır. Çalışma voltajı, kirlilik derecesi, kaplama, yükseklik ve geçici voltajların tümü, bir ürünün ihtiyaç duyduğu kaçak mesafeyi etkiler. IPC-2221B, uyumluluk mühendislerinin kullandığı aralık-voltaj tablolarını içerir; Pratik bir kural olarak, 50 V'tan fazla taşıyan herhangi bir ağ veya tahta kenarına yakın yönlendirilen herhangi bir hat, varsayılan tasarım kuralından çok daha büyük bir açıklık kullanmalıdır.

Yüksek hızlı sinyaller için aralık, hem kuplajı hem de empedansı kontrol eder. Eşleşen bir diferansiyel çifti, hedef empedansını yalnızca iki iz arasındaki boşluk sabit kaldığında ve altındaki referans düzlemi mutlak boşluk değerinden daha önemli olduğunda tutar. RF devreleri için 50 Ω'luk iz, genişliği, dielektrik kalınlığı ve altındaki zemin düzlemine olan mesafeyle tanımlanır.

Katman Yığınlaması: Yönlendirme Yoğunluğu Maliyeti ve Teslim Süresini Artırır

Katman sayısı bir tasarımın verdiği en büyük yönlendirme kararıdır. İki katman yoğunluğu kaldırabiliyorsa, altı katmanlı bir yığın para israfıdır. Tasarımın sürekli güç ve topraklama düzlemlerine, sıkı empedans kontrolüne veya yoğun BGA yayılımına ihtiyacı varsa yığınlama dört, altı veya daha fazla katmana taşınır. İki katmandan dört katmana geçmek, işlem maliyetini kabaca iki katına çıkarır çünkü rotaya iç katman görüntüleme, laminasyon, hizalama ve ek delme adımları eklenir. Teslimat süreleri katman sayısıyla birlikte artar. Guangde Ekonomik Kalkınma Bölgesi'ndeki tesisimizde katman sayısına göre yayınlanmış üretim teslim süreleri aşağıdaki gibidir.

Rota yığınlamayı belirler, yığın ise teslimat tarihini belirler. Dış sinyal katmanlarının yetersiz kullanılması nedeniyle bir tasarımın yalnızca 12 katmana ihtiyacı varsa, daha temiz bir dört katmanlı rota çok daha kısa sürede elde edilebilirdi. Fabrikamız 1'den 32'ye kadar katmandan oluşur ve model tutarlıdır: verimli yönlendirme, teslimat süresini herhangi bir hızlandırılmış ücretten daha güvenilir bir şekilde kısaltır.

DFM Kuralları: Fabrika Gravürleri, Plakaları ve Laminatları Yönlendirme

Netlist ve sinyal kontrollerini geçen bir rota fabrikada yine de başarısız olabilir. Levhanın kazınması, delinmesi, kaplanması ve preslenmesi gerekir ve her işlemin geometrik sınırları vardır. Aşağıdaki kurallar en yaygın tekrarlanan hataları önler.

Bakır Dengesi ve Hırsızlık

Bir katmanın bir alanı tamamen dökülmüşken diğeri neredeyse boş olduğunda, kaplama kalınlığı eşitsiz hale gelir ve laminasyon paneli çarpıtabilir. İyi yönlendirme bakırı her katmana dağıtır; bunun mümkün olmadığı durumlarda hırsız blokları veya çapraz çizgili bakır ekleyin. CAM ekibimiz işleme sırasında hırsızlık ekler, ancak dengeli bir şekilde gelen yönlendirilmiş tasarım incelemeyi daha hızlı geçirir ve plakaları daha düzgün bir şekilde oluşturur.

Vialar ve Halka Halkası

Her geçişin halka şeklinde bir halkaya ihtiyacı vardır: namluyu ize bağlayan delinmiş deliğin etrafındaki bakır halka. Halka çok küçükse matkap yanlış kaydı bağlantıyı keser. Minimum 4 mil (0,1 mm) halka şeklinde halka, standart işleme için güvenli bir çalışma kuralıdır. Kör ve gömülü yollar, yoğun tasarımlarda katman sayısını azaltır, ancak her bir yol türü, delme ve laminasyon adımlarını ekler; BGA'lar altında kullanışlı olan ped içi yoluyla doldurma ve ek kaplama gerektirir. Mikro kanallı HDI panoları, HDI hattımızın 25 gün içinde teslim ettiği ayrı bir süreç ailesi oluşturur.

Termal Rölyefler

Bir delikli ped büyük bir bakır dökümüne bağlandığında, döküm lehimleme sırasında bir ısı emici görevi görür. Termal tahliye telleri olmadan ped lehimleme sıcaklığına ulaşamayabilir. Düzlem bağlantılı pedleri, mevcut değerin izin verdiği her yerde termal tahliyelerle yönlendirin.

Dosyaları göndermeden önce çalıştırılacak pratik bir yönlendirme kontrol listesi:

• Tipik yük için değil, sürekli en kötü durum akımı için güç izlerini ve akışlarını boyutlandırın.
• Ağ sınıfı başına temizleme kurallarını kullanın; yüksek gerilim, yüksek hız ve genel sinyal ağları nadiren aynı boşluğa ihtiyaç duyar.
• Her katmandaki bakır dağılımını makul ölçüde eşit tutun ve çoğunlukla boş olan katmanlara hırsızlığı ekleyin.
• Rotayı tamamlamadan önce minimum iz/boşluk, minimum halka şeklinde halka ve minimum matkap boyutunu fabrikayla teyit edin.
• Her yüksek hızlı veya empedans kontrollü rotanın altına sağlam bir referans düzlemi yerleştirin.

Yönlendirme Kurallarını Değiştiren Malzemeler ve Yüzey Kaplamaları

Alt tabaka ve yüzey, yönlendirme parametrelerini elektrik devresi kadar değiştirir. Standart FR-4, genel dijital ve analog kartları iyi bir şekilde işler. Yüksek Tg FR-4, kalın çok katmanlı kartlarda CAF arızasına karşı dayanıklıdır ve otomotiv elektroniğinde yaygındır; halojensiz FR-4 çevre gerekliliklerini karşılar; RF ve yüksek hızlı dijital için kontrollü Dk ve Df'li yüksek frekanslı laminatlar kullanılır ve 50 Ω hat için gereken iz genişliği her malzemeyle değişir.

Metal çekirdekli levhalar (alüminyum veya bakır tabanlı) alt tabaka üzerinden ısıyı iletir, böylece güç devreleri daha dar yollar kullanabilir, ancak metal çekirdeklerin delinmesi ve aşındırılması farklı tasarım kurallarına tabidir. Ürün yelpazemiz OSP, kurşunsuz HASL, daldırma altın ve daldırma kalay gibi yüzey kaplamalarına sahip FR-4, yüksek Tg, halojen içermeyen, yüksek frekanslı, alüminyum bazlı, bakır bazlı ve seramik bazlı levhaları içerir. Son kat seçimi esas olarak lehimlenebilirliği ve raf ömrünü etkiler, bu nedenle sonradan akla gelen bir düşünce olarak ele alınmak yerine montaj süreciyle eşleştirilmelidir.

Üretimi Düşünerek Rota Oluşturun

Yönlendirme, bir tasarımın fiziksel bir nesne haline geldiği ve bu nesnenin bir fabrika tarafından değerlendirildiği yerdir. Zamanında gönderilen ve güvenilir bir şekilde çalışan kartlar nadiren akıllı otomatik yönlendirici ayarlarının ürünüdür; bunlar akıma göre boyutlandırılmış iz genişliklerinin, voltaja göre ayarlanan açıklıkların, yoğunluğa göre seçilen yığınların ve ilk düzen geçişinden itibaren dikkate alınan DFM ayrıntılarının ürünleridir. Şüpheye düştüğünüzde erkenden sorun: Fabrikamızdan gelen çift taraflı bir prototip 24 saat içinde teslim edilebilir ve hızlı bir yinelemenin maliyeti, boşluk hatası nedeniyle elektrik testini geçemeyen 16 katmanlı bir partiden çok daha ucuzdur. Bir yığın önerisine, DFM incelemesine veya 1'den 32 katmana kadar yönlendirilmiş bir pano için fiyat teklifine ihtiyacınız varsa mühendislik ekibimiz ayrıntılarla yanıt vermeye hazırdır.