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Cómo diseñar PCB adecuados para aplicaciones de alta tecnología
Desde la segunda revolución industrial del siglo xix, la Ciencia y la tecnología humanas han avanzado a pasos agigantados, especialmente después de que la humanidad entró en el siglo xxi, las nuevas infraestructuras, la nueva energía, la inteligencia artificial y otros campos de alta tecnología se han desarrollado rápidamente. Las placas de circuito de baja frecuencia, baja velocidad, baja densidad y bajo rendimiento, como las placas individuales y dobles, fueron eliminadas gradualmente.
Por lo tanto, los productos de alta tecnología requieren cada vez más placas de circuito. Las aplicaciones de placas de PCB de alto nivel, alta velocidad, alta frecuencia, alta gama, alta densidad y alta dificultad son cada vez más amplias. Este tipo de placa de circuito impreso es el futuro pcb. Tendencia de desarrollo de la industria.
¿Entonces, ¿ cómo diseñamos placas de circuito de alto rendimiento para estos campos? Invitamos especialmente a diseñadores veteranos de PCB de co., Ltd. a compartir su experiencia de diseño con usted.
1.1 diseño de integridad de la señal
Como excelente diseñador de pcb, debe considerar la integridad de la señal (si), la interferencia electromagnética (emi) y los requisitos de resistencia de la placa de circuito. La estructura de los PCB multicapa implica estos factores: el número de capas, el número de capas de alimentación y puesta a tierra, el orden de las capas, el espaciamiento de las capas, etc. se espera que la capa de señal sea adyacente a la capa de alimentación, y el rastro de señal de alta velocidad debe colocarse en la capa interior entre las capas de alimentación para lograr un blindaje óptimo; La capa de potencia y la formación de tierra deben estar lo más cerca posible, reducir el espesor de la capa dieléctrica y utilizar un sustrato de constante dieléctrica superior (dk) para lograr una distribución óptima de la capacidad parasitaria [1].
Si el diseño es una placa de circuito controlada por resistencia, el diseñador puede especificar un ancho de rastro ligeramente diferente para diferentes impedancias objetivo, especialmente cuando se trata de impedancias diferenciales. Por ejemplo, en la cuarta capa de la placa multicapa se necesitan 125 rastros de ancho de Isla (5 mils) para obtener una resistencia objetivo de 50 ohm, mientras que en la misma capa se utilizan 125 rastros de ancho de isla para obtener una resistencia diferencial de 100 ohm. A continuación, el ancho de entrada diseñado para el rastreo de un solo extremo anterior es de 128 ° M (5,1 mils), y el ancho de entrada del rastreo diferencial posterior es de 122 ° M (4,9 mils). De esta manera, los fabricantes pueden cumplir de forma independiente dos objetivos de resistencia sin tener que comprometerse en ninguno de ellos [2].
Tablero HDI de segundo orden diseñado por benqiang para comunicaciones automotrices
Las ventajas de la placa HDI incluyen una buena integridad de la señal de alta frecuencia y rendimiento eléctrico. La mejora de la integridad de la señal se debe a un sustrato más pequeño y una interconexión más corta, un agujero más pequeño y una capa dieléctrica más delgada, lo que reduce el retraso del cableado y mejora la integridad de la señal. Por ejemplo, para superar el ruido de los circuitos de alta frecuencia y alta velocidad en el pcb, la interferencia de radiofrecuencia (rfi) y la interferencia electromagnética (emi), el uso de la tecnología microporosa de placa HDI (el tamaño del agujero no es superior a 0,15 mm) es una de las soluciones más factibles en la actualidad.
El proceso de diseño actual de PCB de alto rendimiento está equipado con la herramienta de Inspección automática de reglas de diseño (drc), que puede repetir la inspección y corregirla a tiempo durante el proceso de diseño, ahorrando tiempo, esfuerzo y precisión. El DRC automático incluye DRC de diseño, DRC eléctrico y herramientas de inspección de reglas eléctricas, incluyendo integridad de señal (si), integridad de fuente de alimentación (pi), compatibilidad electromagnética (emc), antiinterferencia electromagnética (emi) e inspección de Seguridad.
1.2 diseño de gestión térmica
La disipación de calor es muy importante para el funcionamiento normal y la estabilidad a largo plazo de los equipos electrónicos. Por lo tanto, existe un requisito de gestión térmica, es decir, la gestión del calor o la temperatura del sistema. Desde el embalaje IC hasta el PCB y todo el sistema electrónico, se deben considerar factores de calefacción y adoptar métodos razonables de disipación de calor.
Los problemas térmicos deben tenerse en cuenta al comienzo del diseño de los pcb. En primer lugar, optimizar el diseño para simplificar los métodos de gestión térmica y reducir los costos. Los factores de diseño optimizados que afectan el rendimiento térmico, incluida la ubicación de los componentes y el diseño de los pcb, deben utilizar al máximo el flujo de aire del sistema para enfriarse; Estimar la Potencia de los principales componentes de calefacción, realizar simulaciones térmicas e intentar seleccionar los mismos componentes funcionales que producen menos calor; Para determinar si se necesita un disipador de calor en el área del componente de alta temperatura y seleccionar un disipador de calor adecuado; Elija el tipo y el material de PCB para cumplir con las condiciones de disipación de calor [3].
En el mercado hay herramientas EDA especializadas en diseño, simulación térmica y pruebas térmicas, que utilizan de manera innovadora las tecnologías de análisis de barreras térmicas (bin) y atajos térmicos (sc). Ahora, los ingenieros pueden utilizar un método no destructivo (es decir, no es necesario dividir la muestra original para ver las características térmicas del interior), pueden aclarar dónde se obstaculiza el flujo de calor del ic, el PCB o todo el sistema y por qué se produce una falla en el flujo de calor, Al mismo tiempo, se pueden determinar los atajos de disipación de calor más rápidos y efectivos para resolver el problema del diseño de disipación de calor. [4] hay un software de simulación de gestión de riesgos térmicos (trm) que puede predecir las condiciones de temperatura de los circuitos de pcb, incluidas las condiciones de temperatura de los cables, agujeros, medios superficiales y capas.
Los diseñadores de PCB tienen muchas opciones para eliminar el calor generado por los componentes. En la actualidad, la mayoría de ellos conectan la placa metálica directamente al PCB para ayudar a disipar el calor, es decir, el PCB a base de metal o el PCB a base de metal. La elección de soluciones de gestión térmica requiere equilibrar varios factores. Cómo disipar el calor sin aumentar el tamaño y el peso de la placa de circuito y el componente. Hay seis métodos típicos de disipación de calor: (1) elegir el sustrato de PCB adecuado, desde el tipo estándar hasta el tipo de conducción térmica; (2) el espesor del cobre del conductor de PCB se desarrolla en un tipo de cobre grueso; (3) rellenar el cobre con PCB a través del agujero para la conducción de calor; (4) disipadores de calor externos de pcb, es decir, sustratos metálicos adicionales; (5) disipadores de calor internos de pcb, es decir, placas de núcleo metálico adicionales; (6) la parte de PCB está incrustada en bloques metálicos. Los diseñadores incluso pueden combinar otros métodos al elegir el siguiente método [5].
