PCB新聞 - 如何設計高性能PCB電路板

如何設計適合高科技應用的PCB

自19世紀第二次工業革命以來，人類科學技術突飛猛進，特別是人類進入21世紀後，新基礎設施、新能源、人工智慧等高科技領域發展迅速。 逐步淘汰單板、雙板等低頻、低速、低密度、低效能電路板。

因此, 高科技產品對電路板的要求越來越高. 高層應用, 高速, 高頻, 高端的, 高密度, 高難度PCB板越來越廣泛. This type of PCB circuit board is the future PCB. 行業發展趨勢.

那麼，我們如何設計用於這些領域的高性能電路板呢。 我們特邀了深圳市本强電路有限公司Ltd.的資深PCB設計師與您分享他們的設計經驗。

1.1信號完整性設計

作為一名優秀的PCB設計師, you must consider the signal integrity (SI), electromagnetic interference (EMI) and impedance requirements of the circuit board. 這些因素涉及到 多層PCB: layer number, 供電和接地層數, 層序列, 層間距, 等. 希望訊號層與功率層相鄰, 高速訊號跡線應位於功率層之間的內層，以實現最佳遮罩； 電源層和地面層應盡可能靠近, reduce the thickness of the dielectric layer and use a higher dielectric constant (Dk) substrate to achieve the best parasitic capacitance distribution [1].

如果設計是阻抗控制電路板，設計者可以為不同的目標阻抗指定稍有不同的軌跡寬度，特別是當涉及差分阻抗時。 例如，在多層板的第四層中，需要125mm（5 mil）寬的跡線來獲得50歐姆的目標阻抗，而在同一層中使用125mm寬的跡線來獲得100歐姆的差分阻抗。 然後，輸入128mm（5.1 mil）寬度用於前一個單端軌跡設計，輸入122mm（4.9 mil）寬度用於後一個差分軌跡。 這樣，製造商可以獨立滿足兩個阻抗目標，而不必在[2]上妥協。

本强公司設計的用於汽車通信的二階HDI板

HDI板的優點包括良好的高頻信號完整性和電力效能。 信號完整性的提高是由於較小的基板和較短的互連線、較小的通孔和較薄的介電層，囙此减少佈線延遲可以提高信號完整性。 例如，為了克服PCB上高頻和高速電路的雜訊、射頻干擾（RFI）和電磁干擾（EMI），使用HDI板微通孔（孔徑不大於0.15 mm）科技是現時最可行的解決方案之一。

The current high-performance PCB design process is equipped with an automatic design rule check (DRC) tool, 可在設計過程中反復檢查並及時糾正, 節省時間, 努力和準確性. 自動DRC包括佈局DRC, 電力DRC, and electrical rule checking tools include signal integrity (SI), power integrity (PI), electromagnetic compatibility (EMC), anti-electromagnetic interference (EMI), 和安全檢查.

1.2熱管理設計

散熱對電子設備的正常運行和長期穩定性至關重要。 囙此，有熱管理要求，即對系統的熱量或溫度進行管理。 從集成電路封裝到印刷電路板和整個電子系統，必須考慮發熱因素，並採取合理的散熱方法。

Thermal issues should be considered at the beginning of PCB design. 第一, 優化設計以簡化熱管理方法並降低成本. 影響熱效能的優化設計因素, 涉及組件位置和PCB佈局, 應充分利用系統氣流進行冷卻； 估計主要加熱部件的功率, 進行熱類比, and try to select the same functional components with less heat generation; for high heat The component area determines whether a radiator is needed and selects a suitable radiator; select the PCB type and 材料 to meet the heat dissipation conditions [3].

市場上有專業的設計、熱類比和熱測試EDA工具，創新性地使用熱障（Bn）和熱捷徑（Sc）分析科技。 現在，工程師可以使用一種非破壞性的方法（即不分割原始樣本以查看內部的熱特性），他們可以澄清IC、PCB或整個系統的熱流受阻的位置，以及熱流故障發生的原因， 同時可以確定最快、最有效的散熱捷徑來解决散熱設計問題。 [4]有熱風險管理（TRM）類比軟體，可以預測PCB電路的溫度條件，包括導線、通孔、表面介質和層的溫度條件。

PCB設計者有許多選擇來消除元件產生的熱量。 現時，它們大多是直接將金屬板連接到PCB以幫助散熱，即金屬基PCB或金屬芯PCB。 熱管理解決方案的選擇需要平衡各種因素。 如何在不新增電路板和元件尺寸和重量的情况下散熱。 有六種典型的散熱方法：（1）選擇合適的PCB基板，從標準型到導熱型； （2）PCB導體銅厚度向厚銅型發展； （3）使用PCB通孔填充銅進行熱傳導； （4）PCB外部散熱器，即附加金屬基板； （5）PCB內部散熱器，即附加金屬芯板； （6）PCB部分嵌入金屬塊。 設計師甚至可以在選擇下一種方法時結合其他方法[5]。