L'actualité PCB - Comment concevoir une carte PCB haute performance

Comment concevoir un PCB adapté aux applications High - tech

Depuis la deuxième révolution industrielle du XIXe siècle, la science et la technologie humaines ont fait un bond en avant, en particulier après l’entrée de l’humanité dans le XXIe siècle, avec le développement rapide de nouvelles infrastructures, de nouvelles énergies, de domaines de haute technologie tels que l’intelligence artificielle. Les cartes de circuit imprimé à basse fréquence, à basse vitesse, à faible densité et à faible performance telles que les cartes simples, doubles et autres sont progressivement éliminées.

Par conséquent, les produits de haute technologie sont de plus en plus exigeants pour les cartes de circuit imprimé. Les applications des cartes PCB de haut niveau, haute vitesse, haute fréquence, haut de gamme, haute densité et haute difficulté sont de plus en plus répandues. Ce type de carte PCB est le PCB du futur. Tendances de développement de l'industrie.

Alors, comment pouvons - nous concevoir des cartes haute performance pour ces domaines? Nous avons spécifiquement invité les concepteurs PCB seniors de Ltd à partager leur expérience de conception avec vous.

1.1 conception de l'intégrité du signal

En tant que bon concepteur de PCB, vous devez tenir compte des exigences d'intégrité du signal (si), d'interférence électromagnétique (EMI) et d'impédance de votre carte. La structure d'un PCB multicouche implique ces facteurs: le nombre de couches, le nombre de couches d'alimentation et de mise à la terre, l'ordre des couches, l'espacement des couches, etc. il est souhaitable que la couche de signal soit adjacente à la couche d'alimentation et que les traces de signal à grande vitesse soient situées dans la couche interne entre les couches d'alimentation pour un blindage optimal; La couche de puissance et la couche de masse doivent être aussi proches que possible, réduire l'épaisseur de la couche diélectrique et utiliser un substrat à constante diélectrique (DK) plus élevée pour une distribution optimale de la capacité parasite [1].

Si la conception est une carte de contrôle d'impédance, les concepteurs peuvent spécifier des largeurs de trace légèrement différentes pour différentes impédances cibles, en particulier lorsqu'il s'agit d'impédances différentielles. Par example, dans la quatrième couche d'un panneau multicouche, une trace de 125 îlots de largeur (5 mils) est nécessaire pour obtenir une impédance cible de 50 ohms, tandis qu'une trace de 125 îlots de largeur est utilisée dans la même couche pour obtenir une impédance différentielle de 100 ohms. La largeur d'entrée de la première piste à une extrémité est alors de 128 ° m (5,1 mils) et celle de la dernière piste différentielle est de 122 ° m (4,9 mils). De cette façon, les fabricants peuvent répondre indépendamment aux deux objectifs d'impédance sans avoir à faire de compromis sur l'un ou l'autre [2].

Carte HDI de deuxième ordre conçue par Feng Qiang pour la communication automobile

Les avantages de la carte HDI comprennent une bonne intégrité du signal haute fréquence et des performances électriques. L'amélioration de l'intégrité du signal est due à un substrat plus petit et à des lignes d'interconnexion plus courtes, à des porosités plus petites et à une couche diélectrique plus mince, de sorte que la réduction des retards de câblage peut améliorer l'intégrité du signal. Par example, pour surmonter le bruit, les interférences radiofréquences (RFI) et les interférences électromagnétiques (EMI) des circuits haute fréquence et haute vitesse sur PCB, l'utilisation de la technologie microporeuse HDI (diamètre de pores n'excédant pas 0,15 mm) est actuellement l'une des solutions les plus viables.

Le processus actuel de conception de PCB haute performance est équipé d'un outil de vérification automatique des règles de conception (DRC) qui peut être vérifié à plusieurs reprises et corrigé en temps opportun pendant le processus de conception, ce qui permet de gagner du temps, d'économiser des efforts et d'être précis. Le DRC automatique comprend le DRC de mise en page, le DRC électrique et les outils de vérification des règles électriques, y compris l'intégrité du signal (si), l'intégrité de l'alimentation (PI), la compatibilité électromagnétique (CEM), la résistance aux interférences électromagnétiques (EMI) et les contrôles de sécurité.

1.2 conception de la gestion thermique

La dissipation de chaleur est importante pour le bon fonctionnement et la stabilité à long terme de l'électronique. Il existe donc une exigence de gestion thermique, c'est - à - dire de gestion de la chaleur ou de la température du système. De l'encapsulation IC au PCB et à l'ensemble du système électronique, il est essentiel de prendre en compte les facteurs de production de chaleur et d'adopter une approche rationnelle de la dissipation de chaleur.

Les problèmes thermiques doivent être pris en compte au début de la conception du PCB. Tout d’abord, optimiser la conception pour simplifier les méthodes de gestion thermique et réduire les coûts. Les facteurs de conception optimisés qui influent sur les performances thermiques, y compris l'emplacement des composants et la disposition du PCB, devraient maximiser le refroidissement en utilisant le flux d'air du système; Estimer la puissance des principaux composants chauffants, effectuer des simulations thermiques et tenter de sélectionner les mêmes composants fonctionnels produisant moins de chaleur; Pour déterminer si un radiateur est nécessaire pour la zone de pièces chaudes élevées et choisir le radiateur approprié; Le type de PCB et le matériau sont choisis pour répondre aux conditions de dissipation thermique [3].

Il existe sur le marché des outils professionnels de conception, de simulation thermique et de test thermique EDA qui utilisent de manière innovante les techniques d'analyse de barrière thermique (Bn) et de raccourci thermique (SC). Maintenant, les ingénieurs peuvent utiliser une méthode non destructive (c'est - à - dire qu'il n'est pas nécessaire de diviser l'échantillon original pour voir les propriétés thermiques de l'intérieur) et ils peuvent clarifier où le flux de chaleur d'un IC, d'un PCB ou d'un système entier est obstrué et pourquoi une défaillance du flux de chaleur se produit, Dans le même temps, il est possible de déterminer le raccourci de dissipation thermique le plus rapide et le plus efficace pour résoudre les problèmes de conception de dissipation thermique. [4] il existe un logiciel de simulation TRM (Thermal Risk Management) qui peut prédire les conditions de température des circuits PCB, y compris les conditions de température des conducteurs, des Vias, des supports de surface et des couches.

Les concepteurs de PCB ont de nombreuses options pour éliminer la chaleur générée par les composants. À l'heure actuelle, la plupart d'entre eux se connectent directement à une plaque métallique sur un PCB pour aider à dissiper la chaleur, c'est - à - dire un PCB à base de métal ou un PCB à noyau métallique. Le choix d'une solution de gestion thermique nécessite un équilibre entre différents facteurs. Comment dissiper la chaleur sans augmenter la taille et le poids de la carte et des composants. Il existe six méthodes de dissipation thermique typiques: (1) Choisissez le substrat PCB approprié, du type standard au type conducteur de chaleur; (2) l'épaisseur de cuivre du conducteur de PCB se développe en type de cuivre épais; (3) remplissage de cuivre à l'aide de pores PCB pour la conduction thermique; (4) dissipateur thermique externe PCB, c'est - à - dire substrat métallique supplémentaire; (5) dissipateur de chaleur interne PCB, c'est - à - dire panneau de noyau métallique supplémentaire; (6) La partie PCB est incrustée dans le bloc métallique. Les concepteurs peuvent même combiner d’autres approches lorsqu’ils choisissent la suivante [5].