Notizie PCB - Come progettare un circuito stampato PCB ad alte prestazioni

Come progettare un PCB adatto per applicazioni high-tech

Dalla seconda rivoluzione industriale del 19 ° secolo, la scienza e la tecnologia umana sono progrediti a grandi passi, soprattutto dopo che gli esseri umani sono entrati nel 21 ° secolo, nuove infrastrutture, nuove energie, intelligenza artificiale e altri campi ad alta tecnologia si sono sviluppati rapidamente. I circuiti stampati a bassa frequenza, a bassa velocità, a bassa densità e a bassa prestazione come il singolo pannello e il doppio pannello vengono gradualmente eliminati.

Pertanto, i requisiti dei prodotti high-tech sui circuiti stampati stanno diventando sempre più esigenti. L'applicazione di schede PCB ad alto livello, ad alta velocità, ad alta frequenza, di fascia alta, ad alta densità e ad alta difficoltà sta diventando sempre più estesa. Questo tipo di circuito stampato PCB è il PCB futuro. L'evoluzione dell'industria.

Quindi, come possiamo progettare circuiti stampati ad alte prestazioni utilizzati in queste aree. Abbiamo invitato specialmente progettisti senior PCB da Shenzhen Benqiang Circuit Co., Ltd. a condividere la loro esperienza di progettazione con voi.

1.1 Progettazione dell'integrità del segnale

Come eccellente progettista di PCB, è necessario considerare i requisiti di integrità del segnale (SI), interferenza elettromagnetica (EMI) e impedenza del circuito stampato. Questi fattori sono coinvolti nella struttura del PCB multistrato: numero di strati, alimentazione elettrica e messa a terra Numero di strati, sequenza di strati, spaziatura di strati, ecc Si spera che lo strato del segnale sia adiacente allo strato di potenza e le tracce del segnale ad alta velocità dovrebbero essere situate nello strato interno tra gli strati di potenza per ottenere la migliore schermatura; lo strato di potenza e lo strato di terra devono essere il più vicini possibile, ridurre lo spessore dello strato dielettrico e utilizzare un substrato a costante dielettrica più elevato (Dk) per ottenere la migliore distribuzione della capacità parassitaria [1].

Se il progetto è un circuito stampato controllato dall'impedenza, il progettista può specificare larghezze di traccia leggermente diverse per diverse impedenze target, specialmente quando è coinvolta l'impedenza differenziale. Ad esempio, nel quarto strato di una scheda multistrato, sono necessarie tracce di larghezza 125 μm (5 mil) per ottenere un'impedenza target di 50 ohm, mentre nello stesso strato vengono utilizzate tracce di larghezza 125 μm per ottenere un'impedenza differenziale di 100 ohm. Quindi, inserire 128 μm (5,1 mil) di larghezza per la precedente traccia monoterminale, e 122 μm (4,9 mil) di larghezza per la seconda traccia differenziale. In questo modo, il fabbricante può raggiungere i due obiettivi di impedenza indipendentemente senza dover scendere a compromessi su entrambi [2].

Scheda HDI del secondo ordine progettata dalla società Benqiang per la comunicazione automobilistica

I vantaggi delle schede HDI includono una buona integrità del segnale ad alta frequenza e prestazioni elettriche. Il miglioramento dell'integrità del segnale è dovuto al substrato più piccolo e alle linee di interconnessione più corte, ai vias più piccoli e agli strati dielettrici più sottili, riducendo così il cablaggio Il ritardo può migliorare l'integrità del segnale. Ad esempio, per superare il rumore, l'interferenza a radiofrequenza (RFI) e l'interferenza elettromagnetica (EMI) per circuiti ad alta frequenza e ad alta velocità su PCB, l'utilizzo della tecnologia micro-via della scheda HDI (apertura non superiore a 0,15 mm) è attualmente una delle soluzioni più praticabili.

L'attuale processo di progettazione PCB ad alte prestazioni è dotato di uno strumento di controllo automatico delle regole di progettazione (DRC), che può essere controllato ripetutamente durante il processo di progettazione e corretto nel tempo, risparmiando tempo, fatica e precisione. Gli strumenti di controllo delle regole elettriche includono integrità del segnale (SI), integrità dell'alimentazione (PI), compatibilità elettromagnetica (EMC), interferenza anti-elettromagnetica (EMI) e ispezioni di sicurezza.

1.2 Progettazione della gestione termica

La dissipazione del calore è molto importante per il normale funzionamento e la stabilità a lungo termine delle apparecchiature elettroniche. Pertanto, ci sono requisiti di gestione termica, cioè la gestione del calore o della temperatura di un sistema. Dall'imballaggio IC al PCB e all'intero sistema elettronico, devono essere considerati i fattori di generazione di calore e devono essere adottati metodi ragionevoli di dissipazione del calore.

I problemi termici dovrebbero essere considerati all'inizio della progettazione PCB. In primo luogo, ottimizzare il design per semplificare i metodi di gestione termica e ridurre i costi. I fattori di progettazione ottimali che influenzano le prestazioni termiche, che coinvolgono la posizione dei componenti e la disposizione del PCB, dovrebbero utilizzare al meglio il flusso d'aria del sistema per il raffreddamento; stimare la potenza dei principali componenti riscaldanti, effettuare simulazioni termiche e cercare di selezionare gli stessi componenti funzionali con minore generazione di calore; L'area componente determina se è necessario un radiatore e seleziona un radiatore adatto; selezionare il tipo e il materiale PCB per soddisfare le condizioni di dissipazione del calore [3].

Esistono strumenti EDA professionali di progettazione, simulazione termica e test termici sul mercato, utilizzando in modo innovativo tecniche di analisi della barriera termica (Bn) e della scorciatoia termica (Sc). Ora gli ingegneri possono utilizzare un modo non distruttivo (cioè, senza dividere il campione originale per vedere le caratteristiche termiche all'interno), possono chiarire dove il flusso di calore del IC, del PCB o dell'intero sistema è ostruito e perché si verifica il guasto del flusso di calore, E allo stesso tempo può determinare la scorciatoia più veloce ed efficace della dissipazione del calore per risolvere il problema di progettazione della dissipazione del calore. [4] Esiste un software di simulazione di gestione del rischio termico (TRM), che può prevedere le condizioni di temperatura dei circuiti PCB, comprese le condizioni di temperatura dei fili, attraverso fori, supporti superficiali e strati.

I progettisti di PCB hanno molte opzioni per eliminare il calore generato dai componenti. Attualmente, la maggior parte di loro deve collegare direttamente una piastra metallica al PCB per aiutare a dissipare il calore, cioè un PCB a base metallica o un PCB a nucleo metallico. La scelta delle soluzioni di gestione termica deve bilanciare una varietà di fattori. Come rimuovere il calore senza aumentare le dimensioni e il peso dei circuiti stampati e dei componenti. Ci sono sei metodi tipici di dissipazione del calore: (1) Scegliere un substrato PCB adatto, dal tipo standard al tipo di conducibilità termica; (2) lo spessore del rame del conduttore PCB si sviluppa al tipo di rame spesso; (3) usi PCB tramite fori per riempire il rame per la conduzione del calore; (4) dissipatore di calore esterno PCB, cioè substrato metallico aggiuntivo; (5) dissipatore di calore interno PCB, cioè, bordo di nucleo metallico aggiuntivo; (6) PCB è parzialmente incorporato con blocchi metallici. I progettisti possono anche combinare altri metodi quando scelgono il metodo successivo [5].