Deep Dive - PCB plokštumos (vario liejimas): funkcija, dizainas ir geriausia praktika
A lėktuvas(arbavario užpilti) spausdintinėje plokštėje yra gretima vario sritis, apibrėžta ribomis, o ne siauru išvedžiotu pėdsaku.
Plokštumos yra pagrindinės daugiasluoksnių PCB sudedamosios dalys: jos tarnauja kaip žemės ir energijos paskirstymo sluoksniai, užtikrina signalų grąžinimo kelius, padeda šilumos išsklaidymui ir daro įtaką EMS/EMI ir signalo vientisumui. Veiksmingų plokštumų projektavimas – tai pusiausvyra tarp elektros charakteristikų, šiluminių poreikių ir pagaminamumo.
Funkciniai plokštumų vaidmenys
1.1 Mažos varžos{1}}grįžimo kelias
Ištisinė įžeminimo plokštuma, esanti tiesiai po signalo sluoksniu, suteikia trumpiausią, mažiausią{0}}induktyvumo grįžimo kelią. Tai sumažina kilpos plotą ir sumažina spinduliuotę bei pokalbį{2}}.
Kontroliuojamų -impedansų pėdsakų (vieno-galo arba diferencinio) charakteristinę varžą lemia atskaitos plokštumos tęstinumas, dielektriko storis ir vario storis.
1.2 Energijos paskirstymas
Maitinimo plokštumos paskirsto VCC bėgius su žemos įtampos kritimu. Naudojant specialią vidinę galios plokštumą, signalo sluoksniuose sumažėja maršruto perkrova ir varža, palyginti su daugeliu plonų galios pėdsakų.
Įdėkite atjungiamuosius kondensatorius tarp maitinimo ir įžeminimo plokštumų su perėjimo poromis, kad sukurtumėte mažos{0}}induktyvumo jungtis.
Funkciniai plokštumų vaidmenys
1.3 Šiluminis valdymas
Dideli variniai plotai veikia kaip šilumos skleidėjai. Šiluminės angos, susiūtos po karštais komponentais (pvz., BGA, galios FET), perduoda šilumą iš karšto padėklo į vidinį arba apatinį varį, kad padėtų aušinti.
Kieta plokštuma užtikrina geresnį šilumos laidumą nei varis su tinkleliu.
1.4 EMC/EMI valdymas
Ištisinės plokštumos slopina EMI suteikdamos stabilią atskaitą ir ekranavimą. Plokštumose esantys skilimai arba salelės gali sudaryti rezonansines ertmes ir pabloginti EMI veikimą.
Susiuvimo angai ir kruopštus plokštumos padalijimas sumažina kilpų plotus ir palaiko vietines grįžtamąsias sroves.
Funkciniai plokštumų vaidmenys
1.5 Struktūriniai ir gamybos efektai
Vario liejimo raštai turi įtakos lentos standumui, deformacijai gamybos metu ir ėsdinimo vienodumui. Nesubalansuotas varis gali sukelti plokščių deformaciją ir surinkimo problemas.
2. Plokštumų tipai ir modeliai
2.1 Kietas pylimas
Ištisinis kieto vario plotas. Geriausiai tinka didelės-srovių plokštumos, energijos paskirstymas ir EMI ekranavimas.
Argumentai "už": mažiausia varža, geriausias šilumos laidumas, puikus ekranavimas.
Trūkumai: gali sukelti įtampą / deformaciją, jei nesubalansuota tarp sluoksnių; didesnis vario suvartojimas.
2.2 Nubrozdintas (tinklinis) Supilkite
Varis pilamas kaip tinklelis/brūkuotas raštas, o ne vientisas.
Argumentai "už": sumažina vidinį įtampą ir deformacijos riziką; pagerina sukibimą ir sumažina dervos įsisavinimą lanksčiose vietose.
Trūkumai: didesnė varža ir prastesnis šiluminis / EMI našumas nei kieto išpylimo - venkite pirminių įžeminimo/galios plokštumų didelės-greities arba didelės{2}}galios konstrukcijose.
2.3 Padalinti lėktuvai ir salos
Lėktuvus galima padalinti į skirtingus tinklus (pvz., skaitmeninį įžeminimą, analoginį įžeminimą, važiuoklę). Padalijimai turi būti tvarkomi atsargiai - netinkami padalijimai sukelia grįžimo kelio nutrūkimus ir EMI problemas.
Vieno taško jungtis arba žvaigždutes naudokite tik tada, kai tai yra būtina; dažniausiai pirmenybė teikiama susiūtoms jungtims su maža-varža poromis.
3. Praktiniai CAD/EDA plokštumos nustatymai ir taisyklės
Pilimo užsakymas:Kai yra keli daugiakampiai, nustatykite išpylimo tvarką, kad išvengtumėte nepageidaujamų šortų ir užtikrintumėte numatytus grynuosius laimėjimus.
Klirensas / izoliacija
Nustatykite vario išpylimo tarpą nuo kitų tinklų / pagalvėlių pagal savo IPC klasę ir galimybes. Įprasti diapazonai: 4–8 mln. (0,1–0,2 mm), tačiau skiriasi priklausomai nuo įrangos ir įtampos reikalavimų.
Termosai prieš tvirtą jungtį
Terminiai stipinai prieš tiesioginį ryšį. Terminiai palengvina litavimą ant per-angių, pririštų prie plokštumų; tiesioginiai jungtys yra pageidaujami maitinimo blokams, kuriems reikalinga maža šiluminė varža.
Pour Priority / Net Tie
Kontroliuoti daugiakampio išpylimo tvarką, kai sutampa keli tinklai; tinklo ryšiai leidžia tyčia sujungti tinklus su apibrėžtais apribojimais.
Išpylimo pašalinimas (našlaičiai)
Pašalinkite mažas arba „našlaičių“ varines salas, kurios nėra prijungtos prie numatytų tinklų -, jos gali sulaikyti srautą / užteršimą ir sukelti gamybos galvos skausmą.
4.1 Per susiuvimą
Susiuvimo angos (per tvoras) sujungia plokštumos dalis skersai arba sujungia vidines plokštumas terminiam / EM įžeminimui.
Reguliariais intervalais (atstumas priklauso nuo dažnio) aplink jautrius tinklus dėkite susiuvimo angas, kad apribotumėte grįžtamąją srovę ir sumažintumėte EMI.
4.2 Šiluminės linijos
Šiluminės angos po maitinimo komponentais arba BGA padeda perkelti šilumą į vidinius sluoksnius arba apatinį varį ir į radiatorius.
Veiksmingam šilumos laidumui naudokite mažų angų masyvus (pvz., daug 0,2–0,3 mm angų); apsvarstykite galimybę naudoti dengimą ir užpildymą, jei naudojamas per-in-pad.
4.3 Per-į-padėklą ir padengimą / užpildymą
Per-į-pad: naudojamas siekiant sutaupyti maršruto vietos pagal BGA, bet sukelia lydmetalio pašalinimo problemas perpylimo metu.
Sprendimai:palapines vias(uždengta litavimo kauke),prijungtas ir padengtas(ne{0}}laidus arba laidus užpildymas + vario dengimas) arba nuimkite angas nuo-padėklo.
Užpildytos ir padengtos angos suteikia plokščią padėklo paviršių patikimam BGA litavimui, tačiau padidina sąnaudas ir proceso etapus.
5. Elektros / signalo vientisumo svarstymai
Valdoma varža:Mikrojuostos (signalas ant išorinio sluoksnio virš plokštumos) arba juostinės linijos (signalas tarp dviejų plokštumų) geometrijai, plokštumos dielektrinio storio, vario storio ir pėdsako pločio nustatyta varža. Laikykite atskaitos plokštumą ištisą tiesiai po pėdsaku.
Grįžimo kelio tęstinumas:Stenkitės neskaldyti atskaitos plokštumos didelės-greities pėdsakais; jei tai neišvengiama, maršruto pėdsakus, kad būtų išlaikytas grįžimo tęstinumas, arba sudaryti susiūtas angas.
Atsiejimas:Padėkite atjungimo kondensatorius arti IC maitinimo kaiščių ir užtikrinkite trumpus sujungimus su plokštumos pora, kad sumažintumėte parazitinį induktyvumą.
Plokštumos rezonanso ir ertmės režimai:Didelės nepertrauktos plokštumos ertmės gali rezonuoti tam tikrais dažniais. Rezonansams valdyti naudokite susiuvimo angas ir strategines išpjovas.
6. Šiluminis ir mechaninis dizainas (DFM)
Vario balansas:Palaikykite simetrišką vario pasiskirstymą tarp sluoksnių (arba naudokite vario skiedimą / netikrą varį), kad sumažintumėte deformaciją laminavimo ir surinkimo metu.
Žiedinio žiedo ir grąžto / trinkelės taisyklės:Užtikrinkite, kad žiedinių žiedų dydžiai atitiktų gamybos ribas. Įprasti žiedinio žiedo minimumai priklauso nuo gręžimo dydžio ir gamybos galimybių - pasikonsultuokite su savo gamintoju (bendras minimumas ~0,15 mm).
Kraštinių santykis (plokštės storis: gręžimo skersmuo):Jei norite patikimai padengti{0}}angas, kraštinių santykį išlaikykite valdybos ribose (dažniausiai rekomenduojama < 8:1, bet galimybės skiriasi).
Panelis:Apsvarstykite, kaip liejimas veikia plokštės ėsdinimą / oksidaciją; projektuotojai dažnai padidina išpylimo tarpą šalia plokščių kraštų ir įrankių skylių.
7. Gamyba ir surinkimas (litavimo poveikis)
SMD (SMD) ir ne{0}}Soldermask (NSMD) trinkelės:Mažoms BGA pagalvėlėms NSMD trinkelės (kaukės anga yra didesnė nei varinė) siūlo geresnį žiedinį žiedą ir patikimumą, kai yra smulkus žingsnis. Tačiau trinkelių stilius turi įtakos tai, kaip lėktuvas sulieja kaklaraištį į pagalvėles.
Litavimo surišimas:Atviros angos šalia trinkelių gali pašalinti litavimą. Užkirsti kelią palapinėmis, užkimšimu arba perkeliant angas.
Bangos / perpylimo svarstymai:Kietosios galios plokštumos padidina šiluminę masę - atitinkamai koreguoja pakartotinio srauto profilius. Išsiveržę išpylimai sumažina šiluminę masę, bet gali pakenkti elektrinei charakteristikai.
8. Geriausios praktikos kontrolinis sąrašas (santrauka)
Jei įmanoma, skirkite vidinius sluoksnius ištisinėms žemės ir maitinimo plokštumoms.
Laikykite įžeminimo plokštę nenutrūkstamą po didelės spartos{0}}signalo sluoksniais; išvengti nereikalingų skilimų.
Naudokite susiuvimo angas, kad sumažintumėte plokštumos skilimus ir sumažintumėte kilpų plotus.
Atjungiamuosius kondensatorius dėkite kuo arčiau maitinimo kaiščių su trumpomis perėjimo poromis su plokštumais.
Jei naudojate BGA, apsvarstykite galimybę naudoti -in-pad su padengtu užpildu ir perdanga, jei to reikia dėl maršruto tankio -, tačiau atsižvelkite į kainą.
Naudokite kietą varį ant pirminių plokščių sluoksnių, skirtų maitinimui ir įžeminimui (venkite išbrokuotų, nebent to reikia norint sumažinti įtampą).
Subalansuokite vario tankį tarp sluoksnių, kad išvengtumėte deformacijos.
Derinkite per dydžius / žiedinius žiedus ir kraštinių santykį su savo PCB gaminiu ankstyvame projektavimo etape.
Dirbkite su savo surinkimo namu pagal trinkelių stilių ir padėkite tentą / užpildykite, kad išvengtumėte lydmetalio pašalinimo ir surinkimo našumo sumažėjimo.
9. Baigiančios mintys
Plokštumos gali atrodyti kaip „tiesiog dideli vario plotai“, tačiau jie yra labai svarbūs PCB elektriniam veikimui, šiluminiam elgesiui, EMS charakteristikoms ir gamybai. Apgalvotas plokštumos dizainas - nuolatinės nuorodos, skirtos didelės- spartos signalams, tinkamam galios plokštumos paskirstymui, tinkamam šiluminių perėjimų naudojimui ir bendradarbiavimui su PCB įtaisu, nustatant perėjimo ir žiedinio žiedo apribojimus -, gali žymiai pagerinti gaminio patikimumą ir sumažinti brangų pertvarkymą.
