Leiterplattentechnisch - Vermeiden Sie Änderungen im Embedded PCB Engineering

Leiterplattentechnik Änderungen werden die Designkosten in die Höhe treiben, erhebliche Verzögerungen bei der Produktentwicklung verursachen, und Verzögerung der Markteinführung. Allerdings, durch sorgfältiges Nachdenken über die sieben Schlüsselbereiche, in denen häufig Probleme auftreten, die meisten ECOs können umgangen werden. Die sieben Hauptbereiche sind: Komponentenauswahl, Lagerung, moisture sensitivity level (MSL), design for testability (DFT), Kühltechnik, Kühlkörper, and coefficient of thermal expansion (CTE).

Komponentenauswahl

Um ECO zu vermeiden, ist es wichtig, die Bauteilspezifikationen gründlich zu lesen. PCB-Designer überprüfen in der Regel routinemäßig die elektrischen und technischen Daten von Komponenten sowie die Lebensdauer und Verfügbarkeit von Produkten. Wenn sich die Komponenten jedoch in den frühen Phasen der Marktförderung befinden, sind möglicherweise nicht alle Schlüsselindikatoren auf dem Datenblatt vorhanden. Sind die Komponenten erst seit einigen Monaten auf dem Markt oder stehen nur geringe Probenmengen zur Verfügung, sind die aktuell verfügbaren Zuverlässigkeitsdaten möglicherweise nicht universell oder detailliert. Zum Beispiel kann es am Ende möglicherweise nicht in der Lage sein, genügend Zuverlässigkeitsdaten oder Qualitätssicherungsdaten über Ausfallraten vor Ort bereitzustellen.

Glauben Sie nicht, dass die oberflächlichen Artikel, die in den Spezifikationen geschrieben werden, sehr wichtig sind, aber kontaktieren Sie aktiv die Komponentenlieferanten, um so viel wie möglich über die Eigenschaften der Komponenten zu erfahren und wie diese Eigenschaften auf das Design angewendet werden können.

Ein gutes Beispiel ist der maximal zu erwartende Strom oder Spannung, mit dem das Bauteil umgehen muss. Wenn das ausgewählte Bauteil nicht genügend Strom oder Spannung aufnehmen kann, brennt das Bauteil wahrscheinlich aus. Abbildung 1 zeigt einen ausgebrannten Kondensator.

Schauen wir uns ein anderes Beispiel an – ein Gerät in einem Grid Array (LGA)-Paket. Zusätzlich zu elektrischen und mechanischen Einschränkungen müssen Sie möglicherweise die empfohlene Flussmittelart, die zulässige oder unzulässige Reflow-Temperatur und den zulässigen Hohlraum der Lötstelle berücksichtigen.

Es gibt keinen IPC-Standard für Leerstellen, die speziell auf LGA-Geräte bezogen sind. In einigen Fällen gelten LGA-Geräte mit einem Leerraum von bis zu 30% als zuverlässig. Im Allgemeinen ist jedoch ein niedrigerer Leerstand von bis zu 25% besser, und 20% ist der beste. Abbildung 2 zeigt eine Lötkugel mit einem Leerwert von 20,41%, der für die IPC Klasse II Norm akzeptabel ist.

In Ermangelung von leeren Daten müssen sich PCB-Design-Ingenieure auf ihre Erfahrung, Fähigkeiten und gesunden Menschenverstand verlassen, um ihre Designs mit Komponenten zu entwickeln, die nicht sofort gestoppt werden, über mehrere Kanäle bezogen werden können und leicht auf dem Markt zu finden sind.

Es ist auch sehr wichtig, zusätzliche Analysen und Berechnungen während des Bauteilauswahlprozesses durchzuführen, wie etwa die Berechnung des Stroms oder der Spannung während der Spitzenleistung. Eine Komponente kann den Leistungsindex bei einer bestimmten Spitzentemperatur und einem bestimmten Stromwert angeben. Für ein bestimmtes Design muss der PCB-Designer jedoch Maßnahmen ergreifen, um sicherzustellen, dass er oder sie diese kritischen Berechnungen persönlich durchführt.

Der Ingenieur ist nicht nur für die Berechnung eines einzelnen Bauteils verantwortlich, sondern auch für die Berücksichtigung der Beziehung zwischen diesem Bauteil und anderen Komponenten, die in einer bestimmten Konstruktion verwendet werden. Diese Berechnung ist beispielsweise besonders wichtig für analoge Komponenten, die viel Wärme erzeugen. Beispielsweise befinden sich viele analoge Komponenten auf derselben Seite der Platine und nebeneinander. Diese Komponenten erzeugen beträchtliche Leistung, so dass die erzeugte Wärme viel höher ist als auf der anderen Seite der Platine (natürlich digitale Geräte). In diesem Fall kann es zu einem Ablösen der Lötmaske auf der Seite kommen, die mit analogen Geräten gefüllt ist.

Der analoge Teil der Bauteilschaltung erzeugt viel Wärme. Überhitzung kann dazu führen, dass sich die Lötmaske ablöst und im schlimmsten Fall die Bauteile ausbrennen. Abbildung 3 zeigt das Schälphänom der Lötmaske der Leiterplatte.

Entwurfs- und Layoutingenieure müssen während der Layoutentwurfsphase am Layout von Komponenten zusammenarbeiten, um Komponenten zu vermeiden, die zu nah an der Kante der Leiterplatte oder zu nah an anderen Komponenten sind, und zu vermeiden, dass nicht genug Platz zwischen einander gelassen wird. Es ist einfach, das Bauteillayout auf dem Computer zu entwerfen, aber wenn das Bauteilpaket nicht genau im Layout erstellt wird, kann die Platzierungsmaschine diese Komponenten möglicherweise nicht perfekt nebeneinander platzieren. Beispielsweise zeigt Abbildung 4 eine Situation, in der die Komponenten leicht von der Leiterplatte hervorragen.

Speicher

Das gleiche Prinzip gilt für die Wahl des Gedächtnisses. Da neue Generationen fortschrittlicherer DRAM- und Flash-Speicher weiterhin auf dem Markt verfügbar sind, ist es für Leiterplattendesigner eine Herausforderung, an der Spitze der Technologie zu bleiben und genau und rechtzeitig festzustellen, wie sich ändernde Speicherspezifikationen auf aktualisierte Designs auswirken.

Zum Beispiel unterscheidet sich DDR2 DRAM von den heutigen DDR3-Geräten, und DDR3-Geräte werden sich von zukünftigen DDR4 DRAMs unterscheiden. Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung dieses Artikels hat JEDEC die Ausgabe des DDR4-Standards JESD79-4 angekündigt. Laut Marktforschungsunternehmen iSuppli macht DDR3 DRAM 85% bis 90% des aktuellen DRAM-Marktes aus. Allerdings prognostiziert das Unternehmen, dass die neu eingeführte DDR4 12% des Anteils im 2014 ausmachen wird und schnell auf 56% um 2015 ansteigen wird.

Leiterplattendesigner müssen den Aufstieg von DDR4 im Auge behalten und eng mit OEM-Kunden zusammenarbeiten, da sie wahrscheinlich DDR4 DRAM bei der Einführung der nächsten Generation von Embedded-Systemen berücksichtigen werden. Sie müssen ein gutes Verständnis für neue Features und Funktionsdynamiken haben, um Konstruktionszufriedenheit und die daraus resultierenden technischen Änderungsaufträge zu vermeiden. Eine weitere Sache zu beachten ist, dass Speicherpreise schwanken werden.

Feuchtigkeitsempfindlichkeit (MSL)

Die Feuchtigkeitsempfindlichkeit (MSL) kann leicht übersehen werden. Wenn der OEM-Hersteller die MSL im Design ignoriert und die wichtigsten MSL-Spezifikationen nicht korrekt behandelt werden, dann darf der Benutzer die MSL-Informationen nicht berücksichtigen, und die Schaltung funktioniert möglicherweise nicht richtig, wenn sie im Feld verwendet wird. Diese Möglichkeit ist sogar höher, wenn der tatsächliche MSL-Wert 3 ist, 4, oder 5. In diesem Fall, das Backen kann nicht richtig abgeschlossen sein, und Feuchtigkeit kann es ausnutzen und schließlich zu technischen Änderungsaufträgen führen. Wenn es um LGA geht, Leiterplattenmontagegesellschaften Diese Pakete müssen auf der Leiterplatte ausgetauscht werden. Abbildung 5 ist ein MSL-Etikett eines Bauteils, die anzeigt, dass die Empfindlichkeit 5 ist, und zeigt das Siegeldatum und die Backanleitung an.

Design for Testability

Design for Testability (DFT) ist sehr wichtig für PCB-Tests und Debugging während des Produktionsprozesses. Beim Verlegen von Bauteilen auf der Leiterplatte ist es wichtig, genau auf die Platzierung der DFT-Sondenpunkte und den Winkel zu achten, in dem sich die Sonden auf Kontaktvias, Pads und andere Testpunkte erstrecken.

In den frühen Phasen des ursprünglichen Designs, als DFT nicht erlaubt war, wurden Tests zu einem großen Problem, und ECO war geboren. In einigen Extremfällen, wenn ECO das Problem nicht lösen kann, muss es neu gestaltet werden, um das Problem zu lösen.

Kühlung, Heizkörper und Wärmeausdehnungskoeffizient

Kühlmethoden werden bei der Konstruktion leicht übersehen, aber eine sorgfältige Bewertung des Kühlbedarfs früh im Design kann ECO oft vermeiden.

Einige Kühlarten sind Wasserkühlung. So benötigen die meisten großen dedizierten Computerplatinen, die eine große Anzahl von BGAs und Mikroprozessoren für datenintensive Anwendungen (wie Animation, Bild- oder Videoverarbeitung) enthalten, Wasserkühlung.

Bei Verwendung eines Kühlkörpers wird die Leiterplatte oder das wärmeerzeugende Gerät normalerweise mit dem Chassis verbunden, um Wärme an die Umgebung abzuleiten. In vielen Fällen wird ein Kühlkörper wie in Abbildung 6 häufig verwendet, um Wärme abzuleiten. Wenn der richtige Heizkörper nicht angegeben ist, kann ein technischer Änderungsauftrag generiert werden. Diese Art von technischer Änderungsordnung muss entwickelt und eingeführt werden, damit der Heizkörper Wärme erfolgreich ableiten kann.

Die PCB-Designer needs to ensure that the components match the coefficient of thermal expansion (CTE) in terms of thermal performance and perform all relevant calculations. Er muss sicherstellen, dass nicht nur das Gerät und deren Packungsgröße aufeinander abgestimmt sind, but also the PCB material (such as FR4, Rogers or Teflon) is matched to avoid generating a large amount of heat or the thermal expansion coefficient between the device and the circuit board. Der Unterschied. Diese Garantie kann auch das Auftreten von Schichtpeeling verhindern, die oft führt.