Deep Dive - PCB sík (rézöntés): Funkció, kialakítás és bevált gyakorlatok
A repülőgép(vagyréz öntjük) a nyomtatott áramköri lapon egy összefüggő rézterület, amelyet határok határoznak meg, nem pedig keskeny nyomvonal.
A síkok a többrétegű PCB-k alapvető építőkövei: földi és áramelosztó rétegként szolgálnak, visszatérő utakat biztosítanak a jelek számára, segítik a hőelvezetést, valamint befolyásolják az EMC/EMI-t és a jel integritását. A hatékony síkok tervezése egyensúlyt teremt az elektromos teljesítmény, a hőigények és a gyárthatóság között.
A síkok funkcionális szerepei
1.1 Alacsony-impedancia visszatérési út
A közvetlenül egy jelréteg alatt lévő folytonos alapsík biztosítja a legrövidebb, legalacsonyabb{0}}induktivitású visszatérési utat. Ez minimalizálja a hurok területét, és csökkenti a sugárzott kibocsátást és az áthallást{2}}.
A szabályozott -impedancianyomok (egyvégű vagy differenciális) esetén a referenciasík folytonossága, a dielektromos vastagság és a rézvastagság határozza meg a jellemző impedanciát.
1.2 Áramelosztás
Az erőgépek kis feszültségeséssel osztják el a VCC síneket. A dedikált belső teljesítménysík használata csökkenti az útválasztási torlódást a jelrétegeken, és csökkenti az impedanciát sok vékony teljesítménynyomhoz képest.
Helyezzen szétválasztó kondenzátorokat a táp- és a földelési síkok közé átmenő párokkal, hogy alacsony{0}}induktivitású kapcsolatokat hozzon létre.
A síkok funkcionális szerepei
1.3 Hőkezelés
A nagy rézfelületek hőterítőként működnek. A forró alkatrészek (pl. BGA-k, teljesítmény-FET-ek) alá varrt hőátvezetők a melegítőpárnáról a belső vagy alsó rézre vezetik a hőt a hűtés elősegítése érdekében.
A tömör sík jobb hővezetést biztosít, mint a sraffozott/hálós réz.
1.4 EMC/EMI vezérlés
A folyamatos síkok elnyomják az EMI-t azáltal, hogy stabil referenciát és árnyékolást biztosítanak. A síkokban lévő hasadások vagy szigetek rezonáns üregeket képezhetnek, és rontják az EMI teljesítményét.
Az átfűzések és a síkhasítások gondos elhelyezése csökkenti a hurokterületeket, és helyi szinten tartja a visszatérő áramokat.
A síkok funkcionális szerepei
1.5 Szerkezeti és gyártási hatások
A rézöntési minták befolyásolják a tábla merevségét, a gyártás során a vetemedést és a marás egyenletességét. A kiegyensúlyozatlan réz a panel deformálódásához és összeszerelési problémákhoz vezethet.
2. Sík típusok és minták
2.1 Szilárd öntés
Folyamatos tömör réz terület. Legjobb a nagy-áramú síkokhoz, áramelosztáshoz és EMI-árnyékoláshoz.
Előnyök: legalacsonyabb impedancia, legjobb hővezető képesség, kiváló árnyékolás.
Hátrányok: stresszt/vetemedést okozhat, ha kiegyensúlyozatlan a rétegek között; nagyobb rézfogyasztás.
2.2 Sraffozott (hálós) önt
A rezet rácsként/sraffozott mintaként öntik, nem pedig szilárd.
Előnyök: csökkenti a belső feszültséget és a vetemedés kockázatát; javítja a tapadást és csökkenti a gyantafelvételt a hajlékony területeken.
Hátrányok: nagyobb impedancia és rosszabb termikus/EMI-teljesítmény, mint a szilárd öntés - kerülje az elsődleges földi/erősíkokat nagy-sebességű vagy nagy{2}}teljesítményű kiviteleknél.
2.3 Split Planes & Islands
A síkok feloszthatók, hogy különböző hálókat tartalmazzanak (pl. digitális föld, analóg föld, alváz). A felosztásokat óvatosan kell kezelni - a nem megfelelő felosztások a visszatérési útvonal megszakadásait és EMI-problémákat okoznak.
Csak akkor használjon egypontos csatlakozásokat vagy csillagföldelést, ha feltétlenül szükséges; általában előnyben részesítik az alacsony{0}}impedanciájú páron keresztüli varrott csatlakozásokat.
3. Gyakorlati CAD/EDA síkbeállítások és szabályok
Kiöntési sorrend:Ha több sokszög létezik, állítsa be az öntési sorrendet, hogy elkerülje a nem kívánt rövidzárlatokat, és biztosítsa a tervezett nettó nyereményeket.
Távolság / Elszigetelés
Állítsa be a rézöntési távolságot a többi hálótól/betéttől az IPC osztályának és a fab képességeinek megfelelően. Tipikus tartományok: 4–8 mil (0,1–0,2 mm), de a típustól és a feszültségigénytől függően változnak.
Thermals vs Solid Connection
Termikus küllők vs közvetlen csatlakozás. A hőkezelés megkönnyíti a forrasztást a síkokhoz rögzített átmenő-lyukbetéteken; a közvetlen csatlakozásokat előnyben részesítik az alacsony hőellenállást igénylő tápegységeknél.
Pour Priority / Net Tie
A sokszög öntési sorrendjének szabályozása, ha több háló átfedi egymást; A hálózati kapcsolatok lehetővé teszik a hálók közötti szándékos kapcsolatot meghatározott korlátozásokkal.
Öntés eltávolítása (árvák)
Távolítsa el a kisméretű vagy „árva” rézszigeteket, amelyek nincsenek csatlakoztatva a tervezett hálókhoz -, amelyek csapdába ejthetik a fluxust/szennyeződést, és gyártási fejfájást okozhatnak.
4.1 Varrással
Tűzési átmenetek (kerítésen keresztül) összekötik a sík szakaszokat a felosztások között, vagy összekapcsolják a belső síkokat a termikus/EM földelés érdekében.
Az érzékeny hálók köré rendszeres időközönként helyezze el a varrási átmenőnyílásokat (a távolság a frekvenciától függ), hogy korlátozza a visszatérő áramokat és csökkentse az EMI-t.
4.2 Termikus átvezetések
A tápegységek vagy BGA-k alatti hőátmenetek segítik a hőt a belső rétegekbe vagy az alsó rézbe és a hűtőbordákba továbbítani.
A hatékony hővezetés érdekében használjon kis átmenőnyílásokat (pl. sok 0,2–0,3 mm-es átmenőnyílás); fontolja meg a borítást és a kitöltést, ha a via-in-padot használja.
4.3 Via-in-Pad és Via Plating/Töltés
A(z) -in-padban: a BGA-k alatti útválasztási hely megtakarítására szolgál, de forrasztási problémákat okoz az újraáramlás során.
Megoldások:sátoros vias(forrasztómaszkkal borítva),bedugva és bevonva(nem-vezető vagy vezetőképes kitöltés + rézbevonat), vagy távolítsa el az átmenőket-a padról.
A kitöltött és bevont átmenetek sík felületet tesznek lehetővé a megbízható BGA forrasztáshoz, de növelik a költségeket és a folyamatlépéseket.
5. Elektromos/jelintegritási szempontok
Szabályozott impedancia:Mikrocsík (jel a külső rétegen a sík felett) vagy szalagvonal (jel két sík között) geometriához, sík dielektromos vastagsághoz, rézvastagsághoz és nyomvonalszélességhez beállított impedancia. Tartsa folyamatosan a referenciasíkot közvetlenül a nyomvonal alatt.
Visszatérési útvonal folytonossága:Kerülje a referenciasík felosztását nagy{0}}sebességű nyomok alatt; ha elkerülhetetlen, nyomvonalakat jelöljön ki a visszatérés folytonosságának megőrzése érdekében, vagy biztosítson összefűzött átmeneteket.
Leválasztás:Helyezze a leválasztó kondenzátorokat az IC táp érintkezők közelébe, és biztosítson rövidzárlatot a síkpárhoz a parazita induktivitás csökkentése érdekében.
Síkrezonancia és üreg módok:A nagy, töretlen síküregek bizonyos frekvenciákon rezonálhatnak. A rezonanciák szabályozásához használjon összefűzési átmeneteket és stratégiai kivágásokat.
6. Hő- és mechanikai tervezés (DFM)
Réz mérleg:Tartsa fenn a szimmetrikus rézeloszlást a rétegek között (vagy használjon rézhígítást/álrezet), hogy minimalizálja a vetemedést a laminálás és az összeszerelés során.
Gyűrűs gyűrűre és fúróra/lapra vonatkozó szabályok:Győződjön meg arról, hogy a gyűrű alakú gyűrű mérete megfelel a gyártási határértékeknek. A tipikus gyűrűs gyűrű minimumértékei a fúrómérettől és a gyártási képességtől függenek - forduljon a gyártóhoz (általános minimum ~0,15 mm).
Képarány (tábla vastagsága: fúró átmérője):A megbízható bevonattal ellátott átmenő{0}}lyukak érdekében tartsa a képarányt a panelház határain belül (általában ajánlott < 8:1, de a lehetőségek eltérőek).
Panelezés:Fontolja meg, hogy az öntések hogyan befolyásolják a panel maratását/oxidációját; a tervezők gyakran alkalmazzák az öntési hézag növelését a panelszegélyek és a szerszámfuratok közelében.
7. Gyárthatóság és összeszerelés (forrasztási hatás)
Soldermask Defined (SMD) és nem{0}}Soldermask Defined (NSMD) padok:A kisméretű BGA-betétek esetében az NSMD-betétek (a maszk nyílása nagyobb, mint a réz) jobb gyűrű alakú gyűrűt és megbízhatóságot biztosít a finom osztásnál. A betét stílusa azonban hatással van arra, hogy a sík hogyan tölti a nyakkendőt a párnákba.
Forrasztás elvezetés:A betétek közelében nyitott átmenetek elvezethetik a forrasztást. Megakadályozza sátorozással, dugaszolással vagy a nyílások áthelyezésével.
Wave/Reflow szempontok:A szilárd teljesítménysíkok növelik a termikus tömeget - ennek megfelelően állítják be a visszafolyási profilokat. A sraffozott kiöntések csökkentik a termikus tömeget, de ronthatják az elektromos teljesítményt.
8. A legjobb gyakorlatok ellenőrző listája (összefoglaló)
Lehetőség szerint szánjon belső rétegeket a folyamatos földi és tápsíkok számára.
Folyamatosan tartsa az alapsíkot a nagy{0}}sebességű jelrétegek alatt; kerülje a szükségtelen szétválásokat.
Használjon öltési átmeneteket a síkbeli hasadások áthidalására és a hurokterületek csökkentésére.
Helyezze a leválasztó kondenzátorokat a lehető legközelebb a táptüskékhez úgy, hogy az átmenő párok a síkokhoz rövidek legyenek.
BGA-k esetén vegye fontolóra a -in-betétet bevonatos kitöltéssel és felüllemezzel, ha az útvonal sűrűsége ezt megköveteli -, de vegye figyelembe a költségeket.
Használjon szilárd rezet az elsődleges síkrétegeken az áramellátáshoz és a földeléshez (kerülje a sraffozást, hacsak nincs szükség a feszültség enyhítésére).
Egyensúlyozza a réz sűrűségét a rétegek között, hogy megakadályozza a vetemedést.
A méretek/gyűrűs gyűrűk és a képarányok révén a tervezés korai szakaszában koordinálja a PCB-t.
Dolgozzon az összeszerelő házzal a betétstílusokon és sátorozáson/feltöltésen keresztül, hogy elkerülje a forrasztás felszívódását és az összeszerelési hozamcsökkenést.
9. Záró gondolatok
A síkok „csak nagy rézfelületeknek” tűnhetnek, de központi szerepet játszanak a NYÁK elektromos teljesítményében, termikus viselkedésében, EMC-jellemzőiben és gyárthatóságában. Az átgondolt síktervezés - folyamatos referenciák a nagy sebességű-jelekre, a megfelelő teljesítménysík-elosztás, a termikus átmenetek helyes használata, valamint a PCB-vel való együttműködés az átmenő és a gyűrűs gyűrűk korlátozásainál - drámaian javíthatja a termék megbízhatóságát és csökkentheti a költséges újratervezést.
