กฎการกำหนดเส้นทาง PCB: ความกว้างของรอยตัด ระยะห่าง และตัวเลือกการผลิตที่สำคัญ

กระดานกำหนดเส้นทางทุกแผ่นที่เราเห็นในโรงงานของเราบอกเล่าเรื่องราวเกี่ยวกับการตัดสินใจก่อนที่จะมาถึง แผนผังจะกำหนดฟังก์ชันทางไฟฟ้า แต่การกำหนดเส้นทางจะตัดสินว่าฟังก์ชันนั้นสามารถผลิตขึ้นด้วยต้นทุนที่เหมาะสม ภายในระยะเวลารอคอยสินค้าที่เป็นจริง และมีระยะขอบเพียงพอที่จะอยู่รอดจากความร้อน การสั่นสะเทือน และความเครียดจากแรงดันไฟฟ้าเป็นเวลาหลายปีหรือไม่ จากประสบการณ์ของเราในฐานะผู้ผลิต PCB ปัญหาการผลิตที่สามารถป้องกันได้ส่วนใหญ่ ได้แก่ รอยไหม้ ระยะห่างที่ล้มเหลว แผงบิดเบี้ยว การชุบไม่ดี ย้อนกลับไปดูกฎการกำหนดเส้นทางจำนวนหนึ่งที่พลาดหรือเข้าใจผิด บทความนี้จะอธิบายว่าจริงๆ แล้วการกำหนดเส้นทางบอร์ด PC เกี่ยวข้องกับอะไร พารามิเตอร์ใดที่สำคัญที่สุด และวิธีการตั้งค่าข้อจำกัดในการกำหนดเส้นทางที่โรงงานสามารถสร้างได้จริงโดยไม่มีข้อโต้แย้ง

จริงๆ แล้วการกำหนดเส้นทางบอร์ดพีซีเกี่ยวข้องกับอะไร

การกำหนดเส้นทางเป็นขั้นตอนโครงร่างที่ตาข่ายไฟฟ้าทุกอันในแผนผังกลายเป็นเส้นทางทองแดงทางกายภาพ ซอฟต์แวร์สามารถวาดเส้นทางเหล่านั้นได้โดยอัตโนมัติ แต่ผลลัพธ์จะดีพอ ๆ กับข้อจำกัดที่ผู้ออกแบบกำหนด: ความกว้างของรอยเส้น ระยะห่างระหว่างตัวนำ ชั้นที่อนุญาต ผ่านประเภท และการกระจายทองแดงที่กระบวนการแกะสลักและการชุบจะเห็น

เส้นทางนี้ยังสร้างระนาบอ้างอิงภาคพื้นดิน เกาะพลังงาน และเส้นทางระบายความร้อนที่ทำให้การออกแบบในโลกแห่งความเป็นจริง การวางส่วนประกอบเป็นตัวกำหนดตำแหน่งของชิ้นส่วน การกำหนดเส้นทางจะตัดสินใจว่าจะเชื่อมต่ออย่างไร ระหว่างสองสิ่งนี้ การกำหนดเส้นทางมีอิทธิพลมากกว่าต่อต้นทุนการผลิตและผลผลิต เนื่องจากรูปทรงเรขาคณิตของการติดตามและความสมดุลของทองแดงส่งผลโดยตรงต่อวิธีการแกะสลัก โรงงาน แผ่น และการเคลือบแผง

ความกว้างของรอยเส้น: การตัดสินใจเส้นทางแรก

ความกว้างของการติดตามเป็นตัวเลขแรกที่ตั้งค่า เนื่องจากมีข้อกำหนดสามประการในคราวเดียว ได้แก่ ความจุกระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าตก และคุณลักษณะอิมพีแดนซ์ ร่องรอยของสัญญาณอาจบางลง ตาข่ายไฟฟ้าต้องมีหน้าตัด ข้อมูลอ้างอิงที่ใช้โดยโรงงานส่วนใหญ่คือ IPC-2221 สำหรับทองแดง 1 ออนซ์ (35 µm) บนชั้นภายนอกที่มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10°C ความจุกระแสไฟฟ้าโดยประมาณจะเป็นดังนี้โดยประมาณ

การแก้ไขสองครั้งมีความสำคัญในทางปฏิบัติ ร่องรอยบนชั้นภายในจะกระจายความร้อนได้ประมาณครึ่งหนึ่งของความร้อนภายนอก ดังนั้นตารางปัจจุบันจึงควรถูกลดระดับลงตามนั้น และค่าเหล่านี้ถือว่าอุณหภูมิเพิ่มขึ้นเล็กน้อย 10°C หากกรอบล้อมรอบปิดกั้นการไหลเวียนของอากาศหรืออุณหภูมิโดยรอบสูง กระแสไฟที่ปลอดภัยจะลดลงอีก เมื่อการออกแบบต้องส่งกระแสไฟสูงอย่างต่อเนื่อง เส้นทางควรใช้ทองแดงเท ระนาบ หรือชั้นทองแดงที่หนาขึ้น แทนที่จะเป็นรอยแคบๆ เดียว สายการผลิตของเรากำหนดเส้นทางกระดานทองแดงหนา 2 ออนซ์ถึง 10 ออนซ์เป็นประจำ และตารางความกว้างการติดตามสำหรับตุ้มน้ำหนักเหล่านั้นดูแตกต่างจากค่า 1 ออนซ์ข้างต้นอย่างมาก

ระยะห่างและระยะห่าง: ตั้งค่าสำหรับแรงดันไฟฟ้า ไม่ใช่แค่สำหรับการตรวจสอบกฎการออกแบบเท่านั้น

ระยะห่างคือระยะห่างระหว่างคุณลักษณะทองแดงสองประการ: ติดตามเพื่อติดตาม ติดตามไปยังแพด และแพดไปยังทาง การตรวจสอบกฎการออกแบบจะตรวจสอบหมายเลขใดก็ตามที่พิมพ์ลงในเครื่องมือ CAD แต่ตัวเลขที่ถูกต้องจะมาจากแรงดันไฟฟ้า ความสมบูรณ์ของสัญญาณ และความสามารถของโรงงาน ไม่ใช่จากกฎเริ่มต้น สำหรับตาข่ายสัญญาณแรงดันต่ำภายในผลิตภัณฑ์ที่ปิดล้อม ระยะห่างระหว่างร่องรอย 0.1 มม. (4 มิล) ถือเป็นเรื่องปกติ ความสามารถมาตรฐานของเราคือ 4 ล้าน และเราสามารถเก็บร่องรอยและพื้นที่ 3 ล้านที่ความหนาแน่นของการออกแบบต้องการ

การกวาดล้างไม่ควรเป็นค่าเดียวทั่วโลก แรงดันไฟฟ้าขณะทำงาน ระดับมลภาวะ การเคลือบ ระดับความสูง และแรงดันไฟฟ้าชั่วคราว ล้วนส่งผลต่อระยะห่างตามผิวฉนวนที่ผลิตภัณฑ์ต้องการ IPC-2221B มีตารางระยะห่างเทียบกับแรงดันไฟฟ้าที่วิศวกรด้านการปฏิบัติตามกฎระเบียบใช้ ตามกฎในทางปฏิบัติ ตาข่ายใดๆ ที่รับกระแสไฟเกิน 50 โวลต์ หรือรอยใดๆ ที่เดินใกล้ขอบกระดาน ควรใช้ระยะห่างที่มากกว่ากฎการออกแบบมาตรฐานอย่างมาก

สำหรับสัญญาณความเร็วสูง ระยะห่างจะควบคุมทั้งคัปปลิ้งและอิมพีแดนซ์ คู่ดิฟเฟอเรนเชียลที่ตรงกันจะรักษาอิมพีแดนซ์เป้าหมายไว้ก็ต่อเมื่อช่องว่างระหว่างร่องรอยทั้งสองคงที่ และระนาบอ้างอิงที่อยู่ด้านล่างมีความสำคัญมากกว่าค่าระยะห่างสัมบูรณ์ สำหรับวงจร RF ร่องรอย 50 Ω ถูกกำหนดโดยความกว้าง ความหนาของอิเล็กทริก และระยะห่างถึงระนาบกราวด์ด้านล่าง

การซ้อนกันของเลเยอร์: ความหนาแน่นของเส้นทางทำให้เกิดต้นทุนและเวลาดำเนินการ

จำนวนเลเยอร์คือการตัดสินใจกำหนดเส้นทางที่ใหญ่ที่สุดที่การออกแบบทำ หากสองชั้นสามารถรองรับความหนาแน่นได้ การซ้อนกันหกชั้นจะสิ้นเปลืองเงินโดยเปล่าประโยชน์ หากการออกแบบต้องการกำลังไฟและระนาบกราวด์อย่างต่อเนื่อง การควบคุมอิมพีแดนซ์ที่แน่นหนา หรือการระบายความร้อน BGA ที่หนาแน่น การสแต็กอัพจะย้ายไปที่สี่, หกเลเยอร์หรือมากกว่านั้น การย้ายจากสองชั้นเป็นสี่ชั้นมีค่าใช้จ่ายกระบวนการประมาณสองเท่า เนื่องจากมีการเพิ่มการสร้างภาพชั้นใน การเคลือบ การจัดตำแหน่ง และขั้นตอนการเจาะเพิ่มเติมในเส้นทาง ระยะเวลารอคอยสินค้าจะเพิ่มขึ้นตามจำนวนเลเยอร์เช่นกัน ที่โรงงานของเราในเขตพัฒนาเศรษฐกิจ Guangde ระยะเวลารอคอยการผลิตที่เผยแพร่ตามจำนวนชั้นมีดังนี้

เส้นทางจะกำหนดสแต็กอัป และสแต็กอัปจะกำหนดวันที่จัดส่ง หากการออกแบบต้องการเพียง 12 ชั้นเนื่องจากชั้นสัญญาณภายนอกใช้งานไม่ดี เส้นทางสี่ชั้นที่สะอาดกว่าก็น่าจะมาถึงในเวลาเพียงเสี้ยววินาที โรงงานของเราสร้างตั้งแต่ 1 ถึง 32 ชั้น และมีรูปแบบที่สอดคล้องกัน: การกำหนดเส้นทางที่มีประสิทธิภาพช่วยลดระยะเวลาในการดำเนินการได้อย่างน่าเชื่อถือมากกว่าค่าธรรมเนียมเร่งด่วนใดๆ

กฎของ DFM: กำหนดเส้นทางให้กับโรงงานสลัก เพลต และลามิเนท

เส้นทางที่ผ่าน netlist และการตรวจสอบสัญญาณยังคงล้มเหลวในโรงงาน กระดานจะต้องแกะสลัก เจาะ ชุบ และกด และแต่ละกระบวนการมีขีดจำกัดทางเรขาคณิต กฎต่อไปนี้ป้องกันความล้มเหลวซ้ำที่พบบ่อยที่สุด

ความสมดุลของทองแดงและการขโมย

เมื่อพื้นที่หนึ่งของชั้นมีการเทของแข็งและอีกพื้นที่เกือบจะว่างเปล่า ความหนาของการชุบจะไม่สม่ำเสมอและการเคลือบอาจทำให้แผงบิดเบี้ยวได้ การกำหนดเส้นทางที่ดีจะกระจายทองแดงไปทั่วทุกชั้น หากเป็นไปไม่ได้ ให้เพิ่มบล็อกขโมยหรือทองแดงที่ฟักออกมา ทีม CAM ของเราเพิ่มการขโมยระหว่างการใช้เครื่องมือ แต่การออกแบบที่กำหนดเส้นทางซึ่งมาถึงการตรวจสอบการส่งบอลที่สมดุลเร็วขึ้นและเพลตมีความสม่ำเสมอมากขึ้น

จุดแวะและวงแหวน

ทุกจุดต้องมีวงแหวนวงแหวน: วงแหวนทองแดงรอบรูเจาะที่เชื่อมต่อกระบอกปืนกับร่องรอย หากวงแหวนมีขนาดเล็กเกินไป การลงทะเบียนสว่านผิดจะทำให้การเชื่อมต่อขาดหาย วงแหวนวงแหวนขั้นต่ำ 4 มิลลิเมตร (0.1 มม.) เป็นกฎการทำงานที่ปลอดภัยสำหรับการประมวลผลมาตรฐาน จุดซ่อนเร้นและฝังช่วยลดจำนวนเลเยอร์ในการออกแบบที่มีความหนาแน่น แต่แต่ละประเภทจะเพิ่มขั้นตอนการเจาะและการเคลือบ via-in-pad ซึ่งมีประโยชน์ภายใต้ BGA ต้องมีการบรรจุและการชุบเพิ่มเติม บอร์ด HDI ที่มีไมโครเวียสร้างกลุ่มกระบวนการที่แยกจากกัน ซึ่งกลุ่มผลิตภัณฑ์ HDI ของเราจัดส่งได้ภายใน 25 วัน

บรรเทาความร้อน

เมื่อแผ่นรูทะลุเชื่อมต่อกับการเททองแดงขนาดใหญ่ การเทจะทำหน้าที่เป็นตัวระบายความร้อนในระหว่างการบัดกรี หากไม่มีซี่ล้อระบายความร้อน แผ่นอาจไปไม่ถึงอุณหภูมิการบัดกรี เดินเส้นทางแผ่นอิเล็กโทรดที่เชื่อมต่อกับระนาบพร้อมแผ่นระบายความร้อนในทุกที่ที่พิกัดกระแสไฟอนุญาต

รายการตรวจสอบการกำหนดเส้นทางที่ใช้งานได้จริงที่ต้องรันก่อนส่งไฟล์:

• ขนาดกำลังติดตามและเทสำหรับกระแสไฟในกรณีที่เลวร้ายที่สุดแบบยั่งยืน ไม่ใช่สำหรับโหลดทั่วไป
• ใช้กฎการกวาดล้างต่อเน็ตคลาส ตาข่ายสัญญาณไฟฟ้าแรงสูง ความเร็วสูง และทั่วไปมักไม่ต้องการระยะห่างเท่ากัน
• รักษาการกระจายตัวของทองแดงในแต่ละชั้นให้เท่าๆ กัน และเพิ่มการขโมยไปยังชั้นที่ส่วนใหญ่ว่างเปล่า
• ยืนยันการติดตาม/พื้นที่ขั้นต่ำ วงแหวนวงแหวนขั้นต่ำ และขนาดขั้นต่ำผ่านการเจาะกับโรงงานก่อนที่จะสรุปเส้นทาง
• วางระนาบอ้างอิงที่มั่นคงไว้ใต้เส้นทางความเร็วสูงหรือควบคุมอิมพีแดนซ์ทุกเส้นทาง

วัสดุและการตกแต่งพื้นผิวที่เปลี่ยนกฎการกำหนดเส้นทาง

วัสดุพิมพ์และวัสดุเปลี่ยนขั้นสุดท้ายจะเปลี่ยนพารามิเตอร์การกำหนดเส้นทางได้มากเท่ากับวงจรไฟฟ้า FR-4 มาตรฐานรองรับบอร์ดดิจิตอลและอนาล็อกทั่วไปได้ดี High-Tg FR-4 ต้านทานความล้มเหลวของ CAF ในบอร์ดหลายชั้นหนา และพบได้ทั่วไปในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของยานยนต์ FR-4 ที่ปราศจากฮาโลเจนครอบคลุมข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อม ลามิเนตความถี่สูงพร้อม Dk และ Df ที่ควบคุมนั้นใช้สำหรับ RF และดิจิตอลความเร็วสูง และความกว้างของรอยเส้นที่จำเป็นสำหรับเส้น 50 Ω จะเปลี่ยนไปตามวัสดุแต่ละชนิด

แผงแกนโลหะ — ฐานอะลูมิเนียมหรือทองแดง — นำความร้อนผ่านพื้นผิว ดังนั้นวงจรไฟฟ้าจึงสามารถใช้เส้นทางที่แคบกว่าได้ แต่การเจาะและการกัดแกนโลหะนั้นเป็นไปตามกฎการออกแบบที่แตกต่างกัน กลุ่มผลิตภัณฑ์ของเราประกอบด้วย FR-4, Tg สูง, ไร้ฮาโลเจน, ความถี่สูง, ฐานอะลูมิเนียม, ฐานทองแดง และบอร์ดเซรามิก พร้อมการตกแต่งพื้นผิว เช่น OSP, HASL ไร้สารตะกั่ว, ทองคำแช่ และดีบุกแช่ การเลือกใช้วัสดุขั้นสุดท้ายส่งผลต่อความสามารถในการบัดกรีและอายุการเก็บรักษาเป็นหลัก ดังนั้นจึงควรจับคู่กับกระบวนการประกอบมากกว่าที่จะถือเป็นภายหลัง

เส้นทางที่คำนึงถึงการผลิต

การกำหนดเส้นทางคือการที่การออกแบบกลายเป็นวัตถุทางกายภาพ และวัตถุนั้นจะถูกตัดสินโดยโรงงาน บอร์ดที่จัดส่งตรงเวลาและทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือนั้นไม่ค่อยได้มาจากการตั้งค่าเราเตอร์อัตโนมัติอันชาญฉลาด เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีความกว้างของร่องรอยตามขนาดกระแส ระยะห่างที่กำหนดสำหรับแรงดันไฟฟ้า การซ้อนที่เลือกไว้สำหรับความหนาแน่น และรายละเอียด DFM ที่เคารพตั้งแต่การส่งเลย์เอาต์ครั้งแรก หากมีข้อสงสัย ให้ถามตั้งแต่เนิ่นๆ: ต้นแบบสองด้านจากโรงงานของเราสามารถหมุนได้ภายใน 24 ชั่วโมง และการวนซ้ำอย่างรวดเร็วหนึ่งครั้งมีค่าใช้จ่ายน้อยกว่าชุดการผลิต 16 เลเยอร์ที่ไม่ผ่านการทดสอบทางไฟฟ้าเนื่องจากข้อผิดพลาดในการเว้นวรรค หากคุณต้องการคำแนะนำในการซ้อน การตรวจสอบ DFM หรือใบเสนอราคาสำหรับบอร์ดที่กำหนดเส้นทางตั้งแต่ 1 ถึง 32 เลเยอร์ ทีมวิศวกรของเราพร้อมจะตอบคำถามเฉพาะเจาะจง