Công nghệ PCB - Làm thế nào để đạt được các mẹo thiết kế và các điểm chính của cáp tự động hiệu quả PCB

Mặc dù các công cụ EDA hiện tại rất mạnh mẽ, nhưng với các yêu cầu về kích thước PCB ngày càng nhỏ và mật độ thiết bị ngày càng cao, độ khó của thiết kế PCB không phải là nhỏ. Làm thế nào để đạt được tỷ lệ bố trí PCB cao và giảm thời gian thiết kế? Bài viết này trình bày các mẹo thiết kế và điểm chính để lập kế hoạch PCB, bố cục và định tuyến.

Bây giờ thời gian thiết kế PCB ngày càng ngắn hơn, không gian bảng mạch ngày càng nhỏ hơn, mật độ thiết bị ngày càng cao hơn, các quy tắc bố trí cực kỳ khắt khe và các thành phần kích thước lớn làm cho công việc của các nhà thiết kế trở nên khó khăn hơn. Để giải quyết các vấn đề thiết kế và đẩy nhanh việc ra mắt sản phẩm, nhiều nhà sản xuất hiện có xu hướng sử dụng các công cụ EDA chuyên dụng để thực hiện thiết kế PCB. Tuy nhiên, các công cụ EDA chuyên dụng không thể tạo ra kết quả mong muốn hoặc đạt được tỷ lệ triển khai 100% và rất khó hiểu. Thường mất rất nhiều thời gian để hoàn thành phần còn lại.

Có rất nhiều phần mềm công cụ EDA phổ biến trên thị trường, nhưng tất cả đều giống nhau ngoại trừ thuật ngữ được sử dụng và vị trí của các phím chức năng. Làm thế nào để thiết kế PCB tốt hơn với các công cụ này? Phân tích cẩn thận thiết kế và thiết lập cẩn thận phần mềm công cụ sẽ làm cho thiết kế phù hợp hơn trước khi bắt đầu cáp. Dưới đây là quy trình và các bước thiết kế tổng thể.

Xác định số lớp PCB

Kích thước của bảng mạch và số lượng các lớp dây cần được xác định trong giai đoạn đầu của thiết kế. Nếu thiết kế yêu cầu sử dụng các phần tử mảng lưới bóng mật độ cao (BGA), số lượng lớp dây tối thiểu cần thiết để định tuyến các thiết bị này phải được xem xét. Số tầng dây và phương pháp xếp chồng sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hệ thống dây và trở kháng của dòng in. Kích thước của bảng giúp xác định phương pháp xếp chồng và chiều rộng của dòng in để đạt được hiệu quả thiết kế mong muốn.

Trong nhiều năm, người ta đã nghĩ rằng các lớp của bảng mạch càng thấp thì chi phí càng thấp, nhưng có nhiều yếu tố khác ảnh hưởng đến chi phí sản xuất bảng mạch. Sự khác biệt về chi phí giữa các tấm nhiều lớp đã giảm đáng kể trong những năm gần đây. Tốt nhất là sử dụng nhiều lớp mạch hơn và phân phối đồng đều khi bắt đầu thiết kế để tránh buộc phải thêm các lớp mới bằng cách phát hiện ra rằng một lượng nhỏ tín hiệu không đáp ứng các quy tắc và yêu cầu không gian được xác định trước khi kết thúc thiết kế. Lập kế hoạch cẩn thận trước khi thiết kế sẽ làm giảm nhiều rắc rối trong hệ thống dây điện.

Quy tắc và giới hạn thiết kế

Công cụ cáp tự động không biết phải làm gì. Để hoàn thành nhiệm vụ cáp, công cụ cáp cần phải hoạt động với các quy tắc và giới hạn chính xác. Các đường tín hiệu khác nhau có yêu cầu dây khác nhau. Tất cả các đường tín hiệu có yêu cầu đặc biệt phải được phân loại. Phân loại thiết kế khác nhau là khác nhau. Mỗi loại tín hiệu nên có một mức độ ưu tiên và mức độ ưu tiên càng cao, các quy tắc càng nghiêm ngặt. Các quy tắc này liên quan đến chiều rộng của đường in, số lượng tối đa của lỗ thông qua, độ song song, ảnh hưởng lẫn nhau giữa các đường tín hiệu và giới hạn số lượng lớp. Những quy tắc này có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của các công cụ định tuyến. Xem xét cẩn thận các yêu cầu thiết kế là một bước quan trọng trong việc định tuyến thành công.

Bố trí thành phần

Để tối ưu hóa quy trình lắp ráp, quy tắc Thiết kế khả năng sản xuất (DFM) đặt ra những hạn chế đối với bố cục thành phần. Nếu bộ phận lắp ráp cho phép các thành phần di chuyển, mạch có thể được tối ưu hóa đúng cách, thuận tiện hơn cho hệ thống dây điện tự động. Các quy tắc và ràng buộc được xác định sẽ ảnh hưởng đến thiết kế bố cục.

Bạn cần cân nhắc các kênh đi dây và vùng qua lỗ khi bố trí. Các đường dẫn và khu vực này rất rõ ràng đối với nhà thiết kế, nhưng các công cụ cáp tự động chỉ xem xét một tín hiệu tại một thời điểm. Bằng cách thiết lập các ràng buộc và bố trí hệ thống dây, các lớp của đường tín hiệu cho phép các công cụ hệ thống dây hoàn thành hệ thống dây như nhà thiết kế đã hình dung.

Thiết kế quạt

Trong giai đoạn thiết kế quạt ra, để các công cụ định tuyến tự động có thể kết nối các chân thành phần, mỗi chân của thiết bị gắn trên bề mặt phải có ít nhất một lỗ thông qua để khi cần kết nối nhiều hơn, bảng có thể được kết nối theo lớp bên trong, kiểm tra trực tuyến (ICT) và tái xử lý mạch.

Để tối đa hóa hiệu quả của các công cụ định tuyến tự động, kích thước lỗ thông qua tối đa và dây in phải được sử dụng càng nhiều càng tốt, với khoảng thời gian lý tưởng được đặt là 50 triệu. Sử dụng loại overhole để tối đa hóa số lượng đường dẫn định tuyến. Khi thực hiện thiết kế quạt, cần phải xem xét vấn đề kiểm tra mạch trực tuyến. Đồ đạc thử nghiệm có thể tốn kém và thường được đặt hàng khi sản xuất đầy đủ sắp tới. Nếu chỉ xem xét thêm các nút để đạt được khả năng kiểm tra 100%, thì đã quá muộn.

Sau khi xem xét và dự đoán cẩn thận, thiết kế của thử nghiệm mạch trực tuyến có thể được thực hiện ở giai đoạn đầu của thiết kế và đạt được ở giai đoạn sau của quá trình sản xuất. Loại quạt thông qua lỗ được xác định dựa trên đường dẫn dây và kiểm tra mạch trực tuyến. Nguồn điện và mặt đất cũng có thể ảnh hưởng đến thiết kế dây và quạt. Để giảm điện trở cảm ứng điện được tạo ra bởi dây kết nối tụ điện lọc, lỗ thông qua phải càng gần chân của thiết bị gắn trên bề mặt càng tốt và có thể sử dụng dây dẫn tay nếu cần. Điều này có thể ảnh hưởng đến đường dẫn cáp được hình dung ban đầu và thậm chí có thể khiến bạn phải suy nghĩ lại về loại lỗ thông qua để sử dụng, vì vậy mối quan hệ giữa lỗ thông qua và cảm biến pin phải được xem xét và ưu tiên thông số kỹ thuật lỗ thông qua.

Định tuyến con người và xử lý các tín hiệu quan trọng

Trong khi bài viết này chủ yếu thảo luận về hệ thống dây điện tự động, hệ thống dây điện thủ công là một quá trình quan trọng cho thiết kế bảng mạch in hiện tại và trong tương lai. Sử dụng hệ thống dây thủ công giúp các công cụ định tuyến tự động hoàn thành công việc định tuyến. Như thể hiện trong Hình 2a và 2b, bằng cách định tuyến thủ công các mạng đã chọn và cố định chúng, có thể tạo thành các đường dẫn có thể được theo trong quá trình định tuyến tự động.

Bất kể số lượng tín hiệu quan trọng là bao nhiêu, các tín hiệu này trước tiên phải được định tuyến bằng tay hoặc kết hợp với các công cụ định tuyến tự động. Các tín hiệu quan trọng thường phải được thiết kế mạch cẩn thận để đạt được hiệu suất mong muốn. Sau khi hệ thống dây điện hoàn tất, nhân viên kỹ thuật liên quan sẽ kiểm tra hệ thống dây điện tín hiệu. Quá trình này tương đối dễ dàng. Sau khi kiểm tra đủ điều kiện, cố định các đường dây này và sau đó bắt đầu tự động định tuyến các tín hiệu còn lại.

Sự xuất hiện của bảng mạch

Các thiết kế trước đây có xu hướng tập trung vào hình ảnh của bảng mạch, nhưng bây giờ nó khác. Bảng mạch được thiết kế tự động không đẹp bằng thiết kế thủ công, nhưng các tính năng điện tử có thể đáp ứng các yêu cầu quy định và hiệu suất đầy đủ của thiết kế được đảm bảo.

Dây tự động

Việc định tuyến các tín hiệu quan trọng cần xem xét việc kiểm soát một số thông số điện trong quá trình định tuyến, chẳng hạn như giảm điện phân phối và EMC, v.v. Các tín hiệu khác được kết nối tương tự. Tất cả các nhà cung cấp EDA sẽ cung cấp các phương tiện để kiểm soát các thông số này. Sau khi hiểu các thông số đầu vào của công cụ cáp tự động và ảnh hưởng của nó đối với hệ thống cáp, chất lượng của hệ thống cáp tự động có thể được đảm bảo ở một mức độ nào đó.

Định tuyến tín hiệu tự động nên sử dụng các quy tắc chung. Bằng cách đặt giới hạn và cấm các khu vực dây để hạn chế các lớp được sử dụng bởi một tín hiệu nhất định và số lượng lỗ thông qua được sử dụng, công cụ dây có thể tự động định tuyến theo ý tưởng thiết kế của kỹ sư. Nếu không có giới hạn về số lượng lớp và số lượng lỗ được sử dụng bởi các công cụ cáp tự động, mỗi lớp sẽ được sử dụng trong quá trình cáp tự động và nhiều lỗ được tạo ra.

Sau khi các ràng buộc được thiết lập và các quy tắc được tạo được áp dụng, định tuyến tự động sẽ đạt được kết quả tương tự như mong đợi. Tất nhiên, một số công việc phân loại có thể được yêu cầu và cần đảm bảo không gian cho các tín hiệu khác và hệ thống cáp mạng. Sau khi hoàn thành một phần của thiết kế, nó được cố định để giữ cho nó không bị ảnh hưởng bởi quá trình định tuyến tiếp theo.

Sử dụng các bước tương tự để định tuyến các tín hiệu còn lại. Số lượng dây phụ thuộc vào độ phức tạp của mạch và số lượng quy tắc chung mà bạn xác định. Sau khi mỗi loại tín hiệu được hoàn thành, các ràng buộc đối với hệ thống cáp mạng còn lại sẽ giảm. Nhưng cùng với đó là rất nhiều hệ thống dây tín hiệu đòi hỏi sự can thiệp của con người. Các công cụ cáp tự động ngày nay rất mạnh mẽ và thường có thể hoàn thành 100% hệ thống cáp. Tuy nhiên, khi các công cụ cáp tự động không hoàn thành tất cả các hệ thống cáp tín hiệu, phần còn lại yêu cầu hệ thống cáp thủ công.

Các điểm thiết kế cho hệ thống dây tự động bao gồm:

1. Thay đổi cài đặt một chút, thử các loại dây khác nhau;

2. Giữ các quy tắc cơ bản không thay đổi, hãy thử các lớp dây khác nhau, chiều rộng đường và khoảng cách in khác nhau, chiều rộng đường khác nhau và các loại quá mức khác nhau, chẳng hạn như lỗ mù, lỗ chôn, v.v., và xem các yếu tố này ảnh hưởng đến kết quả thiết kế như thế nào;

3. Hãy để các công cụ cáp xử lý các mạng mặc định này theo yêu cầu;

4. Tín hiệu càng ít quan trọng, mức độ tự do định tuyến của công cụ định tuyến tự động càng lớn.

Sắp xếp dây điện

Nếu bạn đang sử dụng phần mềm công cụ EDA có thể liệt kê độ dài dây của tín hiệu, hãy kiểm tra dữ liệu này và bạn có thể thấy rằng một số tín hiệu ít ràng buộc hơn có độ dài dây dài. Vấn đề này tương đối dễ xử lý và có thể rút ngắn chiều dài dây tín hiệu và giảm số lượng lỗ thông qua chỉnh sửa thủ công. Trong quá trình hoàn thiện, bạn cần xác định dây nào hợp lý và không hợp lý. Giống như thiết kế cáp thủ công, thiết kế cáp tự động cũng có thể được phân loại và chỉnh sửa trong quá trình kiểm tra.