Начиная с чертежей и заканчивая массовым производством, плата должна преодолевать многочисленные препятствия, включая обработку, изготовление, целостность сигнала и электромагнитные эффекты.В этой статье будет систематически обозначена логика проектирования вокруг 13 общих, но важнейших основных концепций в проектировании печатных плат, улучшая ваши инженерные мысли и возможности проектирования ПКБ.

1. FR4 материал доски: краеугольный камень мира сигнала

FR-4, наиболее часто используемый ПКБ-субстрат, представляет собой ламинат, покрытый медью, изготовленный из стекловолокна и эпоксидной смолы.

• Доска с низким Tg (Tg≈130°C): используется для общих применений.
• Средний Tg Board (Tg>150°C): Подходит для цепей средней сложности.
• Высокая Tg (Tg≥170°C): рекомендуется для высокотемпературных сред сварки, безсвинцовых процессов и сценариев высокой надежности, таких как автомобильная промышленность и связь.

Плиты с высоким Tg имеют не только сильную теплостойкость, но и значительно улучшенную влагостойкость и химическую устойчивость,обеспечение размерной стабильности многослойных панелей во время длительной эксплуатации.

2Сопоставление импеданс: "Хранитель высокоскоростного маршрутизации сигнала"

В высокоскоростных цифровых схемах (таких как DDR, USB, PCIe) сигналы без точной совместимости импеданса будут испытывать такие проблемы, как отражение и перекрестный разговор.:

• Дифференциальная импеданс: 100Ω/90Ω
• Импеданс на одном конце: 50Ω

Как проектировать совпадение? Требуется точное моделирование с учетом таких факторов, как слойность слоя, ширина и расстояние между следами, эталонная плоскость и диэлектрическая постоянная.

3Процессы обработки поверхности: определение качества и срока службы сварки

Пять общих способов обработки поверхности:

Для управления высокочастотным импидансом настоятельно рекомендуется использовать погрузочное золото или погрузочный олово.

4. Коренная доска / Prepreg: Ключевые материалы, определяющие толщину доски, слойную сборку и электрические характеристики

Основная доска (Core) + PP (Prepreg) определяет структуру и устойчивость многослойной доски.и электрические константы все должны рассматриваться в сочетании с моделированием слоя насквозь.

• Ядро: жесткая доска с двусторонней ламинированной медью
• PP: полутвердая смола, используемая для склеивания межслоев

Правильные пропорции имеют решающее значение для предотвращения проблем с процессом, таких как искривление доски, пустоты и очистка меди во время ламинирования.

5Дифференциальные линии: симметричная маршрутизация необходима для целостности сигнала

Дифференциальные сигналы используются для высокоскоростной передачи данных, таких как LVDS, USB и PCIe, и должны соответствовать следующим требованиям:

• Равная длина, ширина и расстояние
• Последовательная ссылка на поверхность земли
• Избегайте непрямых ссылочных плоскостей

Асимметрия в дифференциальных следах напрямую влияет на наклон часов и перекрестный разговор, и должна быть всесторонне рассмотрена во время фазы планировки.

6Целостность сигнала (SI): душа высокоскоростного PCB-дизайна

Пять основных факторов, влияющих на целостность сигнала:

• Отражение (несоответствие импеданса)
• Переговоры (следы слишком близко друг к другу)
• Отскок от земли (интерференции оттока земли, вызванные одновременным переключением нескольких чипов)
• Неправильная конструкция фильтрации
• Неадекватная конструкция конструкции ПКБ

Проблемы с SI часто приводят к сбоям системы, частым сбросам и ошибкам данных.

7. Отражение сигналов: предотвратить сигналы от "возвращения по той же дороге"

Отражение сигнала может вызвать:

• Превышение
• Подколы
• Звонок
• Шаговые волновые формы

Для управления отражением, в дополнение к сопоставлению импеданса, необходимо правильное сопоставление окончания (источник и концы нагрузки), и следует избегать перерывов в базовой плоскости.

8Переговоры между линиями сигналов.

Сплоченные высокоскоростные линии без наземной ссылки будут генерировать сильный перекрестный переговор, особенно заметный в DDR или параллельном маршрутизации высокоскоростного автобуса.

Капацитивное соединение → пересечение тока
Индуктивная сцепка → пересечение напряжения
Решения: Добавить защитные устройства для наземных самолетов, поддерживать правильное расстояние между следами и контролировать направление следа.

9Внутренний энергетический слой: секретное оружие для стабильного питания и подавления помех

Сила и земля должны быть спроектированы как плоскости большой площади с разумным разделением и плотным размещением, чтобы избежать плавающих островов и нарушенных цепей питания.

10Слепые/похороненные проемы: ключевой метод в проектировании ПКБ высокой плотности

• Слепота первого порядка через: L2-TOP
• Слепота второго порядка через: L3-TOP
• Похоронен через: взаимосвязанные между L3-L6

Слепые/зарытые виасы широко используются в HDI-панелях, что значительно улучшает использование пространства, но они налагают высокие затраты и требования к обработке.

11. Точки испытаний: "Фьючерсы" для массового производства

Используется для функционального тестирования, программирования в схеме и позиционирования отладки.

12Показатели: Обеспечение точности размещения SMT

Используется для определения позиции SMT.

• В основном 1 мм круглое;
• Оставьте отверстия для сварной маски вокруг точек маркировки;
• Три точки маркировки на доске должны быть расположены симметрично с последовательным фоном из меди.

13PTH/NPTH отверстия: носители для соединения и фиксации

• PTH (Metallized Hole): используется для электрических соединений;
• NPTH (Non-metallic Hole): используется для установки конструкций, установки винтов и т.д.

Атрибуты отверстий должны быть точно отмечены в инженерном файле во время обработки, чтобы избежать переработки.

Вывод: освоение ключевых деталей приводит к качественному PCB-дизайну

Дизайн печатных плат - это не просто "рисунок", а сложный проект системной инженерии, который учитывает электрическую производительность, целесообразность процесса, затраты на производство и будущее техническое обслуживание.Понимание логики проектирования и инженерного значения за каждым термином является отправной точкой для того, чтобы стать профессиональным инженером PCB.