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Cómo diseñar PCB adecuados para aplicaciones de alta tecnología
Desde la segunda revolución industrial del siglo xix, la Ciencia y la tecnología humanas han avanzado a pasos agigantados, especialmente después de que la humanidad entró en el siglo xxi, las nuevas infraestructuras, la nueva energía, la inteligencia artificial y otros campos de alta tecnología se han desarrollado rápidamente. Las placas de circuito de baja frecuencia, baja velocidad, baja densidad y bajo rendimiento, como las placas individuales y las placas de doble cara, fueron eliminadas gradualmente.
Por lo tanto, los productos de alta tecnología requieren cada vez más placas de circuito. Las aplicaciones de placas de PCB de alto orden, alta velocidad, alta frecuencia, alta gama, alta densidad y alta dificultad son cada vez más amplias. Esta placa de circuito impreso es el futuro pcb. Tendencia de desarrollo de la industria.
¿Entonces, ¿ cómo diseñamos placas de circuito de alto rendimiento para estos campos? Invitamos especialmente a los diseñadores veteranos de PCB de Shenzhen benqiang Circuit co., Ltd. a compartir su experiencia de diseño con usted.
1.1 diseño de integridad de la señal
Como excelente diseñador de pcb, se debe considerar la integridad de la señal (si), la interferencia electromagnética (emi) y los requisitos de resistencia de la placa de circuito. La estructura de los PCB multicapa implica los siguientes factores: número de capas, número de capas de energía y tierra, secuencia, espaciamiento de capas, etc. Se espera que la capa de señal sea adyacente a la capa de alimentación, y el rastro de señal de alta velocidad debe colocarse en la capa interior entre las capas de alimentación para lograr un blindaje óptimo; La capa de alimentación y la formación de tierra deben estar lo más cerca posible, reducir el espesor de la capa dieléctrica y utilizar un sustrato de constante dieléctrica superior (dk) para lograr una distribución óptima de la capacidad parasitaria [1].
Si el diseño es una placa de circuito de control de resistencia, el diseñador puede especificar anchos de rastro ligeramente diferentes para diferentes impedancias objetivo, especialmente cuando se trata de impedancias diferenciales. Por ejemplo, en la cuarta capa de la placa multicapa se necesitan trazas de 125 micras (5 mils) de ancho para obtener una resistencia objetivo de 50 ohm, mientras que en la misma capa se utilizan trazas de 125 micras de ancho para obtener una resistencia diferencial de 100 ohm. A continuación, se introduce un ancho de 128 micras (5,1 mils) para el diseño de la pista de un solo extremo anterior y 122 micras (4,9 mils) para la pista diferencial posterior. De esta manera, los fabricantes pueden cumplir de forma independiente dos objetivos de resistencia sin tener que comprometerse en ningún tema [2].
Tablero HDI de segundo orden diseñado por benqiang para comunicaciones automotrices
Las ventajas de la placa HDI incluyen una buena integridad de la señal de alta frecuencia y rendimiento eléctrico. La mejora de la integridad de la señal se debe a un sustrato más pequeño y una interconexión más corta, un agujero más pequeño y una capa dieléctrica más delgada, lo que reduce el retraso del cableado y mejora la integridad de la señal. Por ejemplo, para superar el ruido, la interferencia de radiofrecuencia (rfi) y la interferencia electromagnética (emi) de los circuitos de alta velocidad de alta frecuencia en los pcb, el uso de la tecnología de microporos de placas HDI (apertura no superior a 0,15 mm) es una de las soluciones más factibles en la actualidad.
El proceso de diseño actual de PCB de alto rendimiento está equipado con herramientas automáticas de inspección de reglas de diseño (drc), que pueden ser inspeccionadas repetidamente y corregidas a tiempo durante el proceso de diseño, ahorrando tiempo, energía y precisión. El DRC automático incluye DRC de diseño, DRC eléctrico y herramientas de inspección de reglas eléctricas, incluyendo integridad de señal (si), integridad de fuente de alimentación (pi), compatibilidad electromagnética (emc), antiinterferencia electromagnética (emi) e inspección de Seguridad.
1.2 diseño de gestión térmica
La disipación de calor es muy importante para el funcionamiento normal y la estabilidad a largo plazo de los equipos electrónicos. Por lo tanto, hay requisitos de manejo térmico, es decir, manejo del calor o la temperatura del sistema. Desde el embalaje IC hasta el PCB e incluso todo el sistema electrónico, se deben considerar factores de calefacción y adoptar métodos razonables de disipación de calor.
Al principio del diseño de pcb, se debe considerar el problema térmico. En primer lugar, optimizar el diseño para simplificar los métodos de gestión térmica y reducir los costos. Los mejores factores de diseño que afectan el rendimiento térmico, incluida la ubicación de los componentes y el diseño de los pcb, deben aprovechar al máximo el flujo de aire del sistema para enfriarse; Estimar la Potencia de los principales componentes de calefacción, realizar simulaciones térmicas e intentar seleccionar los mismos componentes funcionales que producen menos calor; Para el calor alto, el área del componente determina si se necesita un disipador de calor y selecciona el disipador de calor adecuado; Elija el tipo y el material de PCB para cumplir con las condiciones de disipación de calor [3].
En el mercado hay herramientas EDA especializadas en diseño, simulación térmica y pruebas térmicas, que utilizan de manera innovadora las tecnologías de análisis de barreras térmicas (bin) y atajos térmicos (sc). Ahora los ingenieros pueden utilizar una forma no destructiva (es decir, no dividir la muestra original para ver las características térmicas del interior), pueden aclarar dónde se bloquea el flujo de calor del ic, el PCB o todo el sistema, así como la causa de la falla del flujo de calor, al tiempo que pueden determinar el atajo de disipación de calor más rápido y eficaz para resolver el problema del diseño de disipación de calor. [4] hay un software de simulación de gestión de riesgos térmicos (trm) que puede predecir las condiciones de temperatura de los circuitos de pcb, incluidas las condiciones de temperatura de los cables, agujeros, medios de superficie y capas.
Los diseñadores de PCB tienen muchas opciones para eliminar el calor generado por los componentes. En la actualidad, la mayoría de ellos adhieren directamente la placa metálica al PCB para ayudar a disipar el calor, es decir, el PCB a base de metal o el PCB a base de metal. La elección de soluciones de gestión térmica requiere equilibrar varios factores. Cómo disipar el calor sin aumentar el tamaño y el peso de la placa de circuito y el componente. Hay seis métodos típicos de disipación de calor: (1) elegir el sustrato de PCB adecuado, desde el tipo estándar hasta el tipo de conducción térmica; (2) el espesor del cobre del conductor de PCB se desarrolla en un tipo de cobre grueso; (3) llenar el cobre con agujeros de PCB para la conducción de calor; (4) disipador de calor externo de pcb, es decir, sustrato metálico adicional; (5) disipador de calor interior de pcb, es decir, placa de núcleo metálico adicional; (6) la parte de PCB está incrustada en bloques metálicos. Los diseñadores incluso pueden combinar otros métodos al elegir el siguiente método [5].
