Deep Dive - PCB lennukid (vase valamine): funktsioon, disain ja parimad tavad
A lennuk(võivask valada) trükkplaadil on vasest külgnev ala, mis on piiritletud pigem piiride kui kitsa marsruudiga.
Tasapinnad on mitmekihiliste PCBde põhilised ehitusplokid: need toimivad maandus- ja toitejaotuskihtidena, tagavad signaalide tagasiteed, aitavad kaasa soojuse hajumisele ning mõjutavad EMC/EMI ja signaali terviklikkust. Efektiivsete lennukite projekteerimine on tasakaal elektrilise jõudluse, soojusvajaduste ja valmistatavuse vahel.
Lennukite funktsionaalsed rollid
1.1 Madala-takistuse tagastustee
Pidev maatasapind vahetult signaalikihi all tagab lühima ja madalaima{0}}induktiivsuse tagasitee. See minimeerib ahela pindala ning vähendab kiirguse ja rist{2}}kõnet.
Kontrollitud -impedantsi jälgede (üheotsaliste või diferentsiaalsete) korral määravad võrdlustasandi pidevus, dielektri paksus ja vase paksus iseloomuliku impedantsi.
1.2 Toitejaotus
Jõulennukid jaotavad VCC rööpad madala pingelangusega. Spetsiaalse sisemise toitetasandi kasutamine vähendab signaalikihtide marsruutimise ummikuid ja alandab takistust võrreldes paljude õhukeste toitejälgedega.
Madala{0}}induktiivsusega ühenduste loomiseks asetage lahtisidestuskondensaatorid toite- ja maandustasandite vahele viapaaridega.
Lennukite funktsionaalsed rollid
1.3 Soojusjuhtimine
Suured vasest alad toimivad soojuse levitajatena. Kuumade komponentide (nt BGA-d, toite-FET-id) alla õmmeldud soojusavad juhivad soojust kuumalt padjalt sisemisele või alumisele vasele, et hõlbustada jahutamist.
Tahke tasapind tagab parema soojusjuhtivuse kui viirutatud/silmadega vask.
1.4 EMC/EMI juhtimine
Pidevad tasapinnad summutavad EMI, pakkudes stabiilset võrdlust ja varjestust. Tasapinnalised lõhed või saared võivad moodustada resonantsõõnsusi ja halvendada EMI jõudlust.
Õmblusavad ja tasapinnaliste lõhede hoolikas paigutamine vähendavad silmuse pindala ja hoiavad tagasivoolu lokaalsena.
Lennukite funktsionaalsed rollid
1.5 Struktuuri- ja tootmisefektid
Vase valamise mustrid mõjutavad plaadi jäikust, kõverdumist valmistamise ajal ja söövituse ühtlust. Tasakaalustamata vask võib põhjustada paneeli kõverdumist ja montaažiprobleeme.
2. Tasapinna tüübid ja mustrid
2.1 Tahke Vala
Pidev tahke vasest ala. Parim suure-vooluga lennukite, toitejaotuse ja EMI-varjestuse jaoks.
Plussid: madalaim takistus, parim soojusjuhtivus, suurepärane varjestus.
Miinused: võib põhjustada stressi / kõverdumist, kui see on kihtide vahel tasakaalustamata; suurem vasetarbimine.
2.2 Viirutatud (võrk) Vala
Vask valatakse pigem ruudustiku/viirutatud mustrina, mitte tahke kujul.
Plussid: vähendab sisemist pinget ja kõverdumise ohtu; parandab adhesiooni ja vähendab vaigu omastamist painduvates piirkondades.
Miinused: suurem impedants ja halvem soojus-/EMI-jõudlus kui tahke valamis - vältige primaarsete maandus-/toitetasandite puhul suure-kiirusega või suure{2}}võimsusega konstruktsioonides.
2.3 Jagatud lennukid ja saared
Lennukeid saab jagada, et sisaldada erinevaid võrke (nt digitaalne maandus, analoogmaandus, šassii). Jaotusi tuleb käsitleda ettevaatlikult - ebaõiged poolitused tekitavad tagastustee katkestusi ja EMI probleeme.
Kasutage ühepunktilisi ühendusi või tähtmaandust ainult äärmisel vajadusel; tavaliselt eelistatakse paaride kaudu väikese{0}}takistusega õmmeldud ühendusi.
3. Praktilised CAD/EDA tasapinna seadistused ja reeglid
Valamise järjekord:Kui on olemas mitu hulknurka, määrake valamise järjekord, et vältida soovimatuid lühikesi pükse ja tagada kavandatud netovõit.
Kliirens / Isolatsioon
Seadke vase valamise kaugus teistest võrkudest/patjadest vastavalt oma IPC-klassile ja tehnilistele võimalustele. Tüüpilised vahemikud: 4–8 mil (0,1–0,2 mm), kuid varieeruvad olenevalt mudelist ja pingenõuetest.
Termos vs tahke ühendus
Termilised kodarad vs otseühendus. Termilised materjalid hõlbustavad jootmist tasapindadega seotud-avade padjanditel; Otseühendusi eelistatakse madalat soojustakistust nõudvate toiteplokkide jaoks.
Vala prioriteet / võrkside
Juhtige hulknurga valamise järjestust, kui mitu võrku kattuvad; võrgusidemed võimaldavad tahtlikke ühendusi määratletud piirangutega võrkude vahel.
Vala eemaldamine (orvud)
Eemaldage väikesed või "vaeslapsed" vasest saared, mis ei ole ühendatud kavandatud võrkudega -, need võivad kinni püüda voogu/saastet ja tekitada tootmisprobleeme.
4.1 Õmblemise kaudu
Õmblusaasad (piirdeaedade kaudu) ühendavad tasapinnalisi sektsioone risti või ühendavad sisemised tasapinnad termilise/EM-maanduse jaoks.
Asetage õmblemisavad korrapäraste ajavahemike järel (vahe sõltub sagedusest) tundlike võrkude ümber, et piirata tagasivoolu ja vähendada elektromagnetilist häirimist.
4.2 Termilised kanalid
Toitekomponentide või BGA-de all olevad soojusavad aitavad viia soojuse sisekihtidesse või vase põhja ja jahutusradiaatoritesse.
Tõhusaks soojusjuhtivuseks kasutage väikeste läbiviikude massiive (nt palju 0,2–0,3 mm läbiviike); kaaluge katmist ja täitmist, kui kasutatakse via-in-padi.
4.3 Via-in-Pad ja Via Plating/Täitmine
-in-padi kaudu: kasutatakse marsruutimisruumi säästmiseks BGA-de all, kuid põhjustab joote eemaldamise probleeme ümbervoolu ajal.
Lahendused:telgitud viaad(kaetud jootemaskiga),ühendatud ja kaetud(mittejuhtiv või juhtiv täitmine + vaskplaat) või eemaldage läbiviigud-padjast.
Täidetud ja kaetud läbiviigud võimaldavad tasase padjapinna usaldusväärseks BGA-jootmiseks, kuid suurendavad kulusid ja protsessietappe.
5. Elektrilise/signaali terviklikkuse kaalutlused
Kontrollitav takistus:Mikroriba (signaal väliskihil üle tasapinna) või ribaliini (signaal kahe tasandi vahel) geomeetria, tasapinnalise dielektrilise paksuse, vase paksuse ja jälje laiuse impedantsi jaoks. Hoidke võrdlustasapind pidevana otse jälje all.
Tagasitee järjepidevus:Vältige võrdlustasandi tükeldamist suure{0}}kiirusega jälgede all; kui see on vältimatu, marsruudi jäljed, et säilitada tagasipöördumise järjepidevus või luua õmmeldud läbiviigud.
Lahtisidumine:Asetage lahtisidestuskondensaatorid IC-toitekontaktide lähedusse ja tagage parasiit-induktiivsuse vähendamiseks lühikesed ühendused tasapinnaga.
Tasapinnalise resonantsi ja õõnsuse režiimid:Suured katkematud tasapinnalised õõnsused võivad teatud sagedustel resoneerida. Kasutage resonantsi kontrollimiseks õmblusviide ja strateegilisi väljalõikeid.
6. Soojus- ja mehaaniline disain (DFM)
Vase tasakaal:Säilitage vase sümmeetriline jaotus kihtide vahel (või kasutage vase vedeldamist / näivvaske), et minimeerida koolutamist lamineerimise ja kokkupanemise ajal.
Rõngakujulise rõnga ja puuri/padja reeglid:Veenduge, et rõngakujulised rõngad vastavad tootmispiirangutele. Tüüpilised rõngakujulised rõngad sõltuvad puuri suurusest ja tootmisvõimsusest - konsulteerige oma tootjaga (tavaline miinimum ~0,15 mm).
Kuvasuhe (plaadi paksus: puuri läbimõõt):Usaldusväärsete plaaditud läbi{0}}avade jaoks hoidke kuvasuhe laudmaja piirides (tavaliselt soovitatav < 8:1, kuid võimalused on erinevad).
Paneliseerimine:Mõelge, kuidas valamised mõjutavad paneeli söövitamist/oksüdatsiooni; disainerid kasutavad sageli paneelide piirete ja tööriistaavade lähedal valamise vahe suurendamist.
7. Valmistatavus ja kokkupanek (jootmise mõju)
Soldermaskiga määratletud (SMD) vs mitte{0}}jootmaski määratletud (NSMD) padjad:Väikeste BGA-patjade jaoks pakuvad NSMD-padjad (maski ava suurem kui vasest) paremat rõngakujulist rõngast ja töökindlust peene sammu jaoks. Kuid padja stiil mõjutab seda, kuidas lennuk lipsu patjadesse valab.
Joote eemaldamine:Padjade lähedal olevad avatud läbiviigud võivad jootmise ära juhtida. Vältige telgimise, ummistamise või läbiviikude ümberpaigutamise teel.
Laine / ümbervoolamise kaalutlused:Tahked jõutasandid suurendavad soojusmassi - kohandavad vastavalt tagasivooluprofiile. Viirutatud valangud vähendavad soojusmassi, kuid võivad kahjustada elektrilist jõudlust.
8. Parimate tavade kontroll-loend (kokkuvõte)
Võimalusel pühendage sisemised kihid pidevatele maandus- ja toitetasanditele.
Hoidke maatasapinda pideva -kiirete signaalikihtide all; vältida tarbetuid lõhesid.
Kasutage tasapinnaliste lõhede sillamiseks ja silmuste alade vähendamiseks läbiõmblusavasid.
Asetage lahtisidestuskondensaatorid võimalikult lähedale toitetihvtidele, mille paarid on lühikesed tasapinnaga.
Kui marsruutimistihedus seda nõuab -, kaaluge -sises-plaaditud täidisega ja üleplaadiga plaati -in-, kuid arvestage kuludega.
Kasutage toite ja maapinna esmastel tasapindadel tahket vaske (vältige viirutamist, välja arvatud juhul, kui see on vajalik pinge leevendamiseks).
Väände vältimiseks tasakaalustage vase tihedus kihtide vahel.
Koordineerige suuruste/rõngakujuliste rõngaste ja kuvasuhte kaudu oma PCB fab juba disaini alguses.
Töötage koos oma koostemajaga padjastiilide ja telgimise/täidise abil, et vältida jootetihedust ja montaaži tootlikkuse vähenemist.
9. Lõpumõtted
Tasapinnad võivad tunduda "lihtsalt suured vasepinnad", kuid need on PCB elektrilise jõudluse, termilise käitumise, elektromagnetilise ühilduvuse ja valmistatavuse seisukohalt kesksel kohal. Läbimõeldud tasapinnaline disain - pidevad viited kiirete- signaalide jaoks, õige toitetasandi jaotus, termiliste läbipääsude õige kasutamine ning koostöö PCB-ga läbimõeldud ja rõngakujuliste rõngaste piirangute jaoks - võivad märkimisväärselt parandada toote töökindlust ja vähendada kulukaid ümberkujundusi.
