Reguli de rutare PCB: lățimea traseului, spațierea și alegerile de fabricație care contează

Fiecare placă dirijată pe care o vedem la fabrica noastră spune o poveste despre deciziile luate înainte de a sosi. O schemă definește funcția electrică, dar rutarea decide dacă acea funcție poate fi fabricată la un cost rezonabil, într-un timp de livrare realist și cu o marjă suficientă pentru a supraviețui ani de căldură, vibrații și stres de tensiune. Din experiența noastră ca producător de PCB, cele mai multe probleme de producție care pot fi prevenite - urme arse, clearance-uri nereușite, panouri deformate, placare slabă - se regăsesc la câteva reguli de rutare care au fost fie omise, fie înțelese greșit. Acest articol explică ce implică cu adevărat rutarea unei plăci de calculator, ce parametri contează cel mai mult și cum să setați constrângerile de rutare pe care o fabrică le poate construi fără dispute.

Ce implică de fapt rutarea unei plăci PC

Rutarea este pasul de amenajare în care fiecare rețea electrică din schema devine o cale fizică de cupru. Software-ul poate desena acele căi automat, dar rezultatul este la fel de bun ca și constrângerile pe care proiectantul le oferă: lățimea urmei, distanța dintre conductori, straturi permise, prin tipuri și distribuția cuprului pe care o va vedea procesul de gravare și placare.

Traseul creează, de asemenea, planurile de referință la sol, insulele de putere și căile termice care fac ca un proiect să funcționeze în lumea reală. Plasarea componentelor decide unde stau piesele; rutarea decide modul în care se conectează. Între cele două, rutarea are o influență mai mare asupra costului de producție și a randamentului, deoarece geometria urmelor și echilibrul cuprului afectează în mod direct modul în care fabrică gravează, placă și laminează panoul.

Lățimea urmei: prima decizie de rută

Lățimea urmei este primul număr care trebuie setat, deoarece are trei cerințe simultan: capacitatea de curent, căderea de tensiune și impedanța caracteristică. Urmele de semnal pot fi subțiri; rețelele electrice au nevoie de secțiune transversală. Referința folosită de majoritatea fabricilor este IPC-2221. Pentru 1 oz (35 µm) de cupru pe un strat exterior cu o creștere a temperaturii de 10°C, capacitatea curentă estimată este aproximativ după cum urmează.

Două corecții contează în practică. Urmele de pe straturile interne disipă aproximativ jumătate din cantitatea de căldură decât urmele externe, astfel încât tabelul curent ar trebui să fie redus în consecință. Și aceste valori presupun o creștere modestă de 10°C; dacă carcasa din jur blochează fluxul de aer sau temperatura ambientală este ridicată, curentul de siguranță scade și mai mult. Când un proiect trebuie să suporte un curent ridicat susținut, traseul ar trebui să utilizeze o turnare de cupru, un avion sau un strat de cupru mai gros, mai degrabă decât o singură urmă îngustă. Linia noastră direcționează în mod regulat plăci de cupru groase de 2 oz până la 10 oz, iar tabelele de lățime a urmei pentru acele greutăți arată foarte diferit de valorile de 1 oz de mai sus.

Spațiere liberă și distanță: setați-le pentru tensiune, nu doar pentru verificarea regulilor de proiectare

Clearance-ul este distanța dintre două caracteristici de cupru: urmă la urmă, urmă la pad, pad la via. O verificare a regulilor de proiectare va verifica orice număr este introdus în instrumentul CAD, dar numărul potrivit provine de la tensiune, integritatea semnalului și capacitatea din fabrică, nu de la o regulă implicită. Pentru rețelele de semnal de joasă tensiune din interiorul unui produs închis, 0,1 mm (4 mil) între urme este obișnuită; capacitatea noastră standard este de 4 mil și putem păstra urme și spațiu de 3 mil acolo unde densitatea designului o cere.

Clearance-ul nu ar trebui să fie o singură valoare globală. Tensiunea de lucru, gradul de poluare, acoperirea, altitudinea și tensiunile tranzitorii influențează toate distanța de fuga de care are nevoie un produs. IPC-2221B conține tabelele spațiere versus tensiune pe care le folosesc inginerii de conformitate; ca regulă practică, orice plasă care transportă mai mult de 50 V, sau orice urmă trasată lângă marginea plăcii, ar trebui să utilizeze un spațiu liber substanțial mai mare decât regula de proiectare implicită.

Pentru semnalele de mare viteză, distanța controlează atât cuplarea, cât și impedanța. O pereche diferențială potrivită își menține impedanța țintă numai atunci când distanța dintre cele două urme rămâne constantă, iar planul de referință de dedesubt contează mai mult decât valoarea absolută a jocului. Pentru circuitele RF, o urmă de 50 Ω este definită de lățimea sa, grosimea dielectrică și distanța până la planul de masă de sub ea.

Stivuirea straturilor: densitatea de rutare conduce la costuri și timp de livrare

Numărul de straturi este cea mai mare decizie de rutare pe care o ia un proiect. Dacă două straturi pot face față densității, o stivă de șase straturi este bani irositi. Dacă designul necesită planuri de putere și masă continue, control strâns al impedanței sau ventilație BGA densă, stiva se mută la patru, șase sau mai multe straturi. Trecerea de la două straturi la patru dublează aproximativ costul procesului, deoarece imaginile din stratul interior, laminarea, alinierea și pașii suplimentari de foraj sunt adăugați la traseu. Timpul de livrare crește și cu numărul de straturi. La unitatea noastră din Zona de Dezvoltare Economică Guangde, timpii de producție publicati în funcție de numărul de straturi sunt după cum urmează.

Ruta stabilește stivuirea, iar stivuirea stabilește data livrării. Dacă un design are nevoie doar de 12 straturi, deoarece straturile de semnal exterioare sunt prost utilizate, o rută mai curată cu patru straturi ar fi ajuns într-o fracțiune de timp. Fabrica noastră construiește de la 1 la 32 de straturi, iar modelul este consistent: rutarea eficientă scurtează timpul de livrare mai fiabil decât orice taxă de accelerare.

Regulile DFM: Rută pe calea unei fabrici Gravuri, plăci și laminate

Un traseu care trece de netlist și de verificări ale semnalului poate eșua în continuare la nivelul fabricii. Placa trebuie gravată, găurită, placată și presată, iar fiecare proces are limite geometrice. Următoarele reguli previn cele mai frecvente eșecuri repetate.

Balanță de cupru și hoție

Când o zonă a unui strat este turnată solidă, iar alta este aproape goală, grosimea placajului devine neuniformă și laminarea poate deforma panoul. O dirijare bună distribuie cuprul pe fiecare strat; acolo unde acest lucru este imposibil, adăugați blocuri de hoț sau cupru hașurat în cruce. Echipa noastră CAM adaugă furt în timpul sculelor, dar un design direcționat care ajunge la treceri echilibrate revizuiește mai rapid și plăcile mai uniform.

Vias și inel anular

Fiecare cale are nevoie de un inel inelar: inelul de cupru din jurul găurii care leagă cilindrul de urmă. Dacă inelul este prea mic, înregistrarea greșită a forajului întrerupe conexiunea. Un inel inelar de minim 4 mil (0,1 mm) este o regulă de lucru sigură pentru procesarea standard. Viasurile oarbe și îngropate reduc numărul de straturi în modelele dense, dar fiecare tip de cale adaugă etape de găurire și laminare; via-in-pad, util sub BGA, necesită umplere și placare suplimentară. Plăcile HDI cu microvias formează o familie de procese separată, pe care linia noastră HDI o livrează în 25 de zile.

Reliefuri termice

Când un tampon cu orificiu traversant se conectează la o turnare mare de cupru, turnarea acționează ca un radiator în timpul lipirii. Fără spițe de relief termic, este posibil ca placa să nu atingă temperatura de lipire. Rutați plăcuțele conectate cu avionul cu relief termic oriunde permite ratingul actual.

O listă de verificare practică de rutare de rulat înainte de a trimite fișiere:

• Dimensiunea puterii urmărește și se toarnă pentru curent susținut în cel mai rău caz, nu pentru sarcina tipică.
• Utilizați regulile de autorizare pe clasă net; Rețelele de înaltă tensiune, de mare viteză și de semnal general rare au nevoie de aceeași distanță.
• Păstrați distribuția de cupru pe fiecare strat în mod rezonabil uniformă și adăugați hoț la straturile care sunt în mare parte goale.
• Confirmați urmele/spațiul minim, inelul inelar minim și dimensiunea minimă prin burghiu cu fabrica înainte de a finaliza traseul.
• Plasați un plan de referință solid sub fiecare rută de mare viteză sau controlată de impedanță.

Materiale și finisaje de suprafață care modifică regulile de rutare

Substratul și finisajul schimbă parametrii de rutare la fel de mult ca și circuitul electric. FR-4 standard se ocupă bine de plăcile generale digitale și analogice. High-Tg FR-4 rezistă la defectarea CAF în plăcile groase multistrat și este comun în electronica auto; FR-4 fără halogeni acoperă cerințele de mediu; Laminatele de înaltă frecvență cu Dk și Df controlate sunt utilizate pentru RF și digital de mare viteză, iar lățimea urmelor necesară pentru o linie de 50 Ω se modifică cu fiecare material.

Plăcile cu miez metalic - bază de aluminiu sau cupru - conduc căldura prin substrat, astfel încât circuitele de alimentare pot folosi rute mai înguste, dar găurirea și gravarea miezurilor metalice urmează reguli diferite de proiectare. Gama noastră de produse include plăci FR-4, cu Tg ridicată, fără halogen, de înaltă frecvență, pe bază de aluminiu, pe bază de cupru și pe bază de ceramică, cu finisaje de suprafață precum OSP, HASL fără plumb, aur de imersie și staniu de imersie. Alegerea finisajului afectează în principal capacitatea de lipire și durata de valabilitate, așa că ar trebui să fie potrivită cu procesul de asamblare, mai degrabă decât tratată ca o idee ulterioară.

Traseu având în vedere producția

Rutarea este locul în care un design devine un obiect fizic, iar acel obiect este judecat de o fabrică. Plăcile care se livrează la timp și funcționează în mod fiabil sunt rareori produse ale setărilor inteligente ale ruterului automat; sunt produse de lățimi de urme dimensionate pentru curent, degajări stabilite pentru tensiune, stivuiri alese pentru densitate și detalii DFM respectate de la prima trecere de layout. Dacă aveți îndoieli, întrebați devreme: un prototip cu două fețe din fabrica noastră se poate transforma în 24 de ore, iar o iterație rapidă costă mult mai puțin decât un lot de 16 straturi care nu trece testul electric din cauza unei erori de distanță. Dacă aveți nevoie de o recomandare de stivuire, o revizuire DFM sau o ofertă pentru o placă rutată de la 1 la 32 de straturi, echipa noastră de ingineri este pregătită să răspundă cu detalii.