Leiterplattentechnisch - Wie man die Designfähigkeiten und Schlüsselpunkte des effizienten automatischen Leiterplattenroutings realisiert

Obwohl die aktuellen EDA-Werkzeuge sehr leistungsstark sind, da die Anforderungen an die Leiterplattengröße kleiner werden und die Gerätedichte immer höher wird, ist die Schwierigkeit des Leiterplattendesigns nicht gering. Wie erreicht man eine hohe PCB-Layoutrate und verkürzt die Designzeit? Dieser Artikel stellt die Designfähigkeiten und Schlüsselpunkte der Leiterplattenplanung, -layout und -verdrahtung vor.

Jetzt wird die PCB-Designzeit immer kürzer, kleiner und kleiner Leiterplattenraum, immer höhere Gerätedichte, extrem anspruchsvolle Layoutregeln und großformatige Komponenten erschweren die Arbeit des Designers. Um die Designschwierigkeiten zu lösen und die Markteinführung von Produkten zu beschleunigen, tendieren viele Hersteller jetzt dazu, dedizierte EDA-Tools zu verwenden, um PCB-Design zu realisieren. Allerdings können dedizierte EDA-Tools weder ideale Ergebnisse liefern noch eine 100% Bereitstellungsrate erreichen und sind sehr chaotisch. Es dauert in der Regel viel Zeit, um die verbleibenden Arbeiten abzuschließen.

Es gibt viele beliebte EDA-Werkzeugsoftware auf dem Markt, aber sie sind alle gleich, außer den verwendeten Begriffen und den Positionen der Funktionstasten. Wie kann man diese Tools verwenden, um das PCB-Design besser zu realisieren? Eine sorgfältige Analyse des Entwurfs und sorgfältige Einstellungen der Werkzeugsoftware vor dem Start der Verkabelung machen das Design besser auf die Anforderungen abgestimmt. Im Folgenden finden Sie den allgemeinen Designprozess und die Schritte.

Bestimmen Sie die Anzahl der Schichten der Leiterplatte

Die Größe der Leiterplatte und die Anzahl der Verdrahtungsschichten müssen in der Anfangsphase des Entwurfs bestimmt werden. Wenn das Design die Verwendung von High-Density Ball Grid Array (BGA)-Komponenten erfordert, muss die minimale Anzahl von Verdrahtungsschichten für die Verdrahtung dieser Geräte berücksichtigt werden. Die Anzahl der Verdrahtungsschichten und die Stapelmethode beeinflussen direkt die Verdrahtung und Impedanz der gedruckten Leitungen. Die Größe der Platte hilft, die Stapelmethode und die Breite der gedruckten Linie zu bestimmen, um den gewünschten Designeffekt zu erzielen.

Seit vielen Jahren haben die Menschen immer geglaubt, dass je niedriger die Anzahl der Schichten der Leiterplatte, desto niedriger die Kosten, aber es gibt viele andere Faktoren, die die Herstellungskosten der Leiterplatte beeinflussen. In den letzten Jahren wurde der Kostenunterschied zwischen Mehrschichtplatten stark reduziert. Es ist am besten, mehr Schaltungsschichten zu verwenden und das Kupfer zu Beginn des Entwurfs gleichmäßig zu verteilen, um zu vermeiden, dass eine kleine Anzahl von Signalen den definierten Regeln und Platzanforderungen bis zum Ende des Entwurfs nicht entspricht, so dass neue Schichten hinzugefügt werden müssen. Sorgfältige Planung vor dem Entwerfen reduziert viele Probleme bei der Verkabelung.

Konstruktionsvorschriften und -beschränkungen

Das automatische Routing-Tool selbst weiß nicht, was zu tun ist. Um die Verdrahtungsaufgabe zu erfüllen, muss das Verdrahtungswerkzeug unter den richtigen Regeln und Einschränkungen arbeiten. Verschiedene Signalleitungen haben unterschiedliche Verdrahtungsanforderungen. Alle Signalleitungen mit besonderen Anforderungen müssen klassifiziert werden. Unterschiedliche Designklassifikationen sind unterschiedlich. Jede Signalklasse sollte eine Priorität haben, je höher die Priorität, desto strenger die Regeln. Die Regeln betreffen die Breite der gedruckten Linien, die maximale Anzahl der Durchkontaktierungen, den Grad der Parallelität, den gegenseitigen Einfluss zwischen den Signalleitungen und die Begrenzung der Schichten. Diese Regeln haben einen großen Einfluss auf die Leistung des Verdrahtungswerkzeugs. Die sorgfältige Berücksichtigung der Konstruktionsanforderungen ist ein wichtiger Schritt für eine erfolgreiche Verdrahtung.

Bauteillayout

Um den Montageprozess zu optimieren, gelten DFM-Regeln (Design for Manufacturability) für das Bauteillayout. Wenn die Montageabteilung erlaubt, Komponenten zu bewegen, kann die Schaltung entsprechend optimiert werden, was für die automatische Verdrahtung bequemer ist. Die definierten Regeln und Einschränkungen beeinflussen das Layout Design.

Der Routingkanal und der Durchgangsbereich müssen beim Layout berücksichtigt werden. Diese Pfade und Bereiche sind für den Designer offensichtlich, aber das automatische Routing-Tool berücksichtigt nur ein Signal auf einmal. Durch Festlegen der Routing-Einschränkungen und Festlegen des Layouts Die Ebene der Signalleitung ermöglicht es dem Verdrahtungswerkzeug, die Verkabelung so abzuschließen, wie es der Designer vorgesehen hat.

Auslegung des Lüfters

Um automatische Routing-Werkzeuge zum Verbinden von Bauteilstiften zu ermöglichen, sollte in der Entwurfsphase des Lüfters jeder Pin eines Oberflächenmontagegerätes mindestens ein Durchgangs haben, so dass, wenn mehr Verbindungen erforderlich sind, die Leiterplatte intern geschichtet werden kann.

Um die Effizienz des automatischen Routing-Werkzeugs zu maximieren, müssen die größte Durchgangsgröße und Drucklinie so weit wie möglich verwendet werden, und das Intervall ist idealerweise auf 50mil eingestellt. Verwenden Sie den via-Typ, der die Anzahl der Routingpfade maximiert. Bei der Durchführung des Lüfterdesigns ist es notwendig, das Problem der Schaltungs-Online-Prüfung zu berücksichtigen. Prüfvorrichtungen können teuer sein, und sie werden normalerweise bestellt, wenn sie kurz davor stehen, in die volle Produktion zu gehen. Wenn Sie nur dann erwägen, Knoten hinzuzufügen, um 100% Testbarkeit zu erreichen, wäre es zu spät.

Nach sorgfältiger Überlegung und Vorhersage kann das Design des Schaltungs-Online-Tests in der frühen Phase des Entwurfs durchgeführt und in der späteren Phase des Produktionsprozesses realisiert werden. Die Art des Durchlüfters wird anhand des Verdrahtungsweges und des Schaltungs-Online-Tests bestimmt. Das Netzteil und die Erdung beeinflussen auch die Verdrahtung und den Lüfterausgang. Um den induktiven Reaktanz zu reduzieren, der durch die Anschlussleitung des Filterkondensators erzeugt wird, sollten die Durchkontaktierungen so nah wie möglich an den Pins der Oberflächenbefestigungseinrichtung liegen, und bei Bedarf kann eine manuelle Verdrahtung verwendet werden. Dies kann sich auf den ursprünglich geplanten Verdrahtungsweg auswirken und kann sogar dazu führen, dass Sie erneut überlegen, welche Art des Durchgangs zu verwenden ist. Daher muss die Beziehung zwischen Durchgangs- und Pin-Induktivität berücksichtigt und die Priorität der Durchgangsspezifikationen festgelegt werden.

Manuelles Routing und Verarbeitung kritischer Signale

Obwohl dieser Artikel hauptsächlich die automatische Verdrahtung behandelt, ist die manuelle Verdrahtung ein wichtiger Prozess des Leiterplattendesigns jetzt und in der Zukunft. Die Verwendung der manuellen Verkabelung hilft automatischen Verkabelungswerkzeugen, die Verkabelungsarbeiten abzuschließen. Wie in Abbildung 2a und Abbildung 2b gezeigt, kann durch manuelle Verlegung der ausgewählten Netze und deren Fixierung ein Pfad gebildet werden, der während der automatischen Verkabelung verfolgt werden kann.

Unabhängig von der Anzahl der Schlüsselsignale sollten diese zuerst manuell oder in Kombination mit automatischen Routing-Tools geroutet werden. Kritische Signale müssen in der Regel ein sorgfältiges Schaltungsdesign durchlaufen, um die gewünschte Leistung zu erreichen. Nachdem die Verkabelung abgeschlossen ist, überprüft das zuständige Ingenieurpersonal die Signalverdrahtung. Dieser Prozess ist relativ einfach. Nachdem Sie die Inspektion bestanden haben, reparieren Sie diese Leitungen und beginnen Sie dann, die verbleibenden Signale automatisch zu leiten.

Das Aussehen der Leiterplatte

Das vorherige Design achtete oft auf die visuelle Wirkung der Leiterplatte, aber jetzt ist es anders. Die automatisch entworfene Leiterplatte ist nicht so schön wie das manuelle Design, aber die elektronischen Eigenschaften können die spezifizierten Anforderungen erfüllen, und die vollständige Leistung des Designs ist garantiert.

Automatische Verkabelung

Die Verdrahtung von Schlüsselsignalen muss die Steuerung einiger elektrischer Parameter während der Verdrahtung berücksichtigen, wie z.B. die Verringerung der verteilten Induktivität und EMV usw. Die Verdrahtung anderer Signale ist ähnlich. Alle EDA-Anbieter bieten eine Möglichkeit, diese Parameter zu steuern. Nach dem Verständnis der Eingangsparameter des automatischen Verdrahtungswerkzeugs und des Einflusses der Eingangsparameter auf die Verdrahtung kann die Qualität der automatischen Verdrahtung bis zu einem gewissen Grad garantiert werden.

Für die automatische Weiterleitung von Signalen sollten allgemeine Regeln verwendet werden. Durch Festlegen von Einschränkungen und Verboten von Verdrahtungsbereichen, um die von einem bestimmten Signal verwendeten Schichten und die Anzahl der verwendeten Durchkontaktierungen zu begrenzen, kann das Verdrahtungswerkzeug die Drähte automatisch nach den Entwurfsideen des Ingenieurs leiten. Wenn die Anzahl der vom automatischen Routing-Tool verwendeten Schichten und die Anzahl der Durchkontaktierungen nicht begrenzt sind, wird jede Schicht während des automatischen Routings verwendet und viele Durchkontaktierungen werden generiert.

Nach Festlegung der Einschränkungen und Anwendung der erstellten Regeln wird das automatische Routing Ergebnisse erzielen, die den Erwartungen ähneln. Natürlich können einige Sortierarbeiten erforderlich sein, und Platz für andere Signal- und Netzwerkverkabelungen muss sichergestellt werden. Nachdem ein Teil des Entwurfs abgeschlossen ist, reparieren Sie ihn, um zu verhindern, dass er durch den nachfolgenden Verdrahtungsprozess beeinträchtigt wird.

Verwenden Sie die gleichen Schritte, um die verbleibenden Signale zu routen. Die Anzahl der Verkabelungen hängt von der Komplexität der Schaltung und der Anzahl der allgemeinen Regeln ab, die Sie definieren. Nachdem jeder Signaltyp abgeschlossen ist, werden die Einschränkungen der verbleibenden Netzwerkverdrahtung reduziert. Aber mit ihm kommt eine Menge Signalverdrahtung, die manuelle Eingriffe erfordert. Heutige automatische Verdrahtungswerkzeuge sind sehr leistungsstark und können in der Regel 100% der Verdrahtung vervollständigen. Wenn das automatische Verdrahtungswerkzeug jedoch nicht alle Signalverdrahtung abgeschlossen hat, müssen die verbleibenden Signale manuell verdrahtet werden.

Die Konstruktionspunkte der automatischen Verkabelung umfassen:

1. Ändern Sie leicht die Einstellungen, versuchen Sie eine Vielzahl von Routenverkabelungen;

2. Halten Sie die Grundregeln unverändert, versuchen Sie verschiedene Verdrahtungsschichten, verschiedene gedruckte Linien und Abstandsbreiten, verschiedene Linienbreiten und verschiedene Arten von Durchkontaktierungen wie blinde Durchkontaktierungen, vergrabene Durchkontaktierungen usw. und beobachten Sie, wie diese Faktoren die Entwurfsergebnisse beeinflussen;

3. Lassen Sie das Verdrahtungswerkzeug diese Standardnetzwerke nach Bedarf handhaben;

4. Je weniger wichtig das Signal ist, desto mehr Freiheit hat das automatische Routing-Tool für sein Routing.

Verkabelung

Wenn die EDA-Werkzeugsoftware, die Sie verwenden, die Verdrahtungslänge des Signals auflisten kann, überprüfen Sie diese Daten, können Sie feststellen, dass einige Signalverdrahtungslängen mit wenigen Einschränkungen sehr lang sind. Dieses Problem ist relativ einfach zu handhaben, und die Signalverdrahtungslänge kann verkürzt und die Anzahl der Durchkontaktierungen kann durch manuelle Bearbeitung reduziert werden. Bei der Fertigstellung müssen Sie feststellen, welche Verkabelung vernünftig und welche Verkabelung unzumutbar ist. Wie das manuelle Verdrahtungsdesign kann auch das automatische Verdrahtungsdesign während des Inspektionsprozesses sortiert und bearbeitet werden.