PCB-routingregler: sporingsbredde, mellemrum og fremstillingsvalg, der betyder noget

Hvert routet bord, vi ser på vores fabrik, fortæller en historie om de beslutninger, der blev truffet, før de ankom. Et skema definerer den elektriske funktion, men routing afgør, om denne funktion kan fremstilles til en fornuftig pris, inden for en realistisk leveringstid og med tilstrækkelig margin til at overleve år med varme, vibrationer og spændingsbelastning. Vores erfaring som PCB-producent er, at de fleste produktionsproblemer, der kan undgås – brændte spor, mislykkede afstande, skæve paneler, dårlig plettering – spores tilbage til en håndfuld routingregler, som enten blev overset eller misforstået. Denne artikel forklarer, hvad routing af et PC-kort egentlig indebærer, hvilke parametre der betyder mest, og hvordan man indstiller routing-begrænsninger, som en fabrik faktisk kan bygge uden tvist.

Hvad routing af et PC-kort faktisk involverer

Routing er layouttrinet, hvor hvert elektrisk net i skemaet bliver en fysisk kobbersti. Software kan tegne disse stier automatisk, men resultatet er kun så godt som de begrænsninger, designeren giver: sporbredde, afstand mellem ledere, tilladte lag, via-typer og kobberfordelingen, som ætsning- og pletteringsprocessen vil se.

Ruten skaber også jordreferenceplanerne, kraftøerne og termiske stier, der får et design til at fungere i den virkelige verden. Placering af komponenter afgør, hvor dele sidder; routing bestemmer, hvordan de forbinder. Mellem de to har routing den største indflydelse på fremstillingsomkostninger og udbytte, fordi sporgeometri og kobberbalance direkte påvirker, hvordan fabrikken ætser, plader og laminerer panelet.

Sporbredde: Den første rutebeslutning

Sporbredde er det første tal, der skal indstilles, fordi det har tre krav på én gang: strømkapacitet, spændingsfald og karakteristisk impedans. Signalspor kan være tynde; elnet har brug for tværsnit. Referencen brugt af de fleste fabrikker er IPC-2221. For 1 oz (35 µm) kobber på et eksternt lag med en temperaturstigning på 10°C er den estimerede strømkapacitet omtrent som følger.

To rettelser har betydning i praksis. Spor på indvendige lag spreder omtrent halvt så meget varme som eksterne spor, så den aktuelle tabel bør nedsættes i overensstemmelse hermed. Og disse værdier antager en beskeden stigning på 10°C; hvis det omgivende kabinet blokerer luftstrømmen, eller omgivelsestemperaturen er høj, falder den sikre strøm yderligere. Når et design skal bære vedvarende høj strøm, bør ruten bruge en kobberhældning, et fly eller et tykkere kobberlag i stedet for et enkelt smalt spor. Vores linje dirigerer regelmæssigt 2 oz til 10 oz tykke kobberplader, og sporbreddetabellerne for disse vægte ser meget anderledes ud fra 1 oz værdierne ovenfor.

Afstand og afstand: Indstil dem til spænding, ikke kun til designregeltjekket

Clearance er afstanden mellem to kobbertræk: spor til spor, spor til pude, pude til via. Et designregeltjek vil verificere hvilket nummer der er indtastet i CAD-værktøjet, men det rigtige tal kommer fra spænding, signalintegritet og fabrikskapacitet, ikke fra en standardregel. For lavspændingssignalnet inde i et lukket produkt er 0,1 mm (4 mil) mellem spor almindeligt; vores standardkapacitet er 4 mil, og vi kan holde 3 mil spor og plads, hvor designdensiteten kræver det.

Clearance bør ikke være en enkelt global værdi. Arbejdsspænding, forureningsgrad, belægning, højde og transiente spændinger påvirker alle den krybeafstand, et produkt har brug for. IPC-2221B indeholder de tabeller over afstand-versus-spænding, som ingeniører bruger; som en praktisk regel bør ethvert net, der bærer mere end 50 V, eller ethvert spor, der føres nær brættets kant, bruge væsentligt større frigang end standarddesignreglen.

For højhastighedssignaler styrer afstanden både kobling og impedans. Et matchet differentialpar beholder kun sin målimpedans, når afstanden mellem de to spor forbliver konstant, og referenceplanet nedenunder betyder mere end den absolutte clearanceværdi. For RF-kredsløb er et 50 Ω-spor defineret af dets bredde, den dielektriske tykkelse og afstanden til jordplanet under det.

Layer Stackup: Routing Density Driver Omkostninger og Lead Time

Antallet af lag er den største routingbeslutning et design træffer. Hvis to lag kan klare tætheden, er en seks-lags stackup spildte penge. Hvis designet har brug for kontinuerlig strøm og jordplaner, stram impedanskontrol eller tæt BGA-fan-out, flytter stackup'en til fire, seks eller flere lag. Flytning fra to lag til fire fordobler nogenlunde procesomkostningerne, fordi billeddannelse i det indre lag, laminering, justering og yderligere boretrin tilføjes til ruten. Gennemløbstider vokser også med antallet af lag. På vores anlæg i Guangde Economic Development Zone er offentliggjorte produktionstider efter lagoptælling som følger.

Ruten sætter stakup, og stackup sætter leveringsdato. Hvis et design kun har brug for 12 lag, fordi de ydre signallag er dårligt brugt, ville der være kommet en renere fire-lags rute på en brøkdel af tiden. Vores fabrik bygger fra 1 til 32 lag, og mønsteret er konsistent: effektiv routing forkorter gennemløbstiden mere pålideligt end nogen ekspeditionsgebyr.

DFM-regler: Vej vejen en fabrik ætser, plader og laminater

En rute, der passerer netliste- og signaltjek, kan stadig fejle på fabriksgulvet. Pladen skal ætses, bores, pletteres og presses, og hver proces har geometriske grænser. Følgende regler forhindrer de mest almindelige gentagne fejl.

Kobberbalance og tyveri

Når et område af et lag er en fast hældning, og et andet er næsten tomt, bliver pletteringstykkelsen ujævn, og laminering kan fordreje panelet. God routing fordeler kobber over hvert lag; hvor det er umuligt, tilføj tyveklodser eller skraveret kobber. Vores CAM-team tilføjer tyveri under værktøjet, men et routet design, der kommer afbalanceret, gennemgår hurtigere og plader mere ensartet.

Vias og ringformet ring

Hver gennemgang har brug for en ringformet ring: kobberringen omkring det borede hul, der forbinder tønden med sporet. Hvis ringen er for lille, bryder bore fejlregistrering forbindelsen. En ringformet ring på mindst 4 mil (0,1 mm) er en sikker arbejdsregel for standardbehandling. Blinde og nedgravede vias reducerer lagantal i tætte designs, men hver via-type tilføjer bore- og lamineringstrin; via-i-pad, nyttig under BGA'er, kræver påfyldning og yderligere plettering. HDI boards med microvias danner en separat procesfamilie, som vores HDI linje leverer inden for 25 dage.

Termiske relieffer

Når en gennemhullet pude forbindes til en stor kobberhældning, fungerer hældningen som en køleplade under lodning. Uden termiske aflastningseger når puden muligvis ikke loddetemperatur. Før fly-forbundne puder med termiske aflastninger, hvor som helst den nuværende rating tillader det.

En praktisk routing-tjekliste, der skal køres, før du sender filer:

• Størrelse strømsporer og hælder for vedvarende worst-case strøm, ikke for den typiske belastning.
• Brug per-net-klasse clearance regler; højspændings-, højhastigheds- og generelle signalnet har sjældent brug for den samme afstand.
• Hold kobberfordelingen på hvert lag nogenlunde jævn, og tilføj tyveri til lag, der for det meste er tomme.
• Bekræft minimumsspor/mellemrum, minimum ringformet ring og minimum via borestørrelse med fabrikken, før ruten færdiggøres.
• Placer et solidt referenceplan under hver højhastigheds- eller impedanskontrolleret rute.

Materialer og overfladefinish, der ændrer ruteregler

Underlaget og finishen ændrer routingparametre lige så meget, som det elektriske kredsløb gør. Standard FR-4 håndterer almindelige digitale og analoge kort godt. High-Tg FR-4 modstår CAF-fejl i tykke flerlagstavler og er almindelig i bilelektronik; halogenfri FR-4 dækker miljøkrav; højfrekvente laminater med kontrolleret Dk og Df bruges til RF og high-speed digital, og sporbredden, der er nødvendig for en 50 Ω linje, ændres med hvert materiale.

Metalkerneplader - aluminium eller kobberbase - leder varme gennem substratet, så strømkredsløb kan bruge smallere ruter, men boring og ætsning af metalkerner følger forskellige designregler. Vores produktsortiment omfatter FR-4, høj-Tg, halogenfri, højfrekvente, aluminiumbaserede, kobberbaserede og keramikbaserede plader med overfladefinish som OSP, blyfri HASL, immersionsguld og immersionstin. Valg af finish påvirker hovedsageligt loddeevne og holdbarhed, så det bør tilpasses til monteringsprocessen i stedet for at blive behandlet som en eftertanke.

Rute med fremstilling i tankerne

Routing er, hvor et design bliver et fysisk objekt, og det objekt bedømmes af en fabrik. Boards, der afsendes til tiden og fungerer pålideligt, er sjældent produkter af smarte auto-router-indstillinger; de er produkter af sporbredder dimensioneret til strøm, spillerum indstillet til spænding, stackups valgt for tæthed og DFM-detaljer, der respekteres fra det første layoutpass. Spørg tidligt, når du er i tvivl: En dobbeltsidet prototype fra vores fabrik kan køre på 24 timer, og en hurtig iteration koster langt mindre end en 16-lags batch, der ikke består en elektrisk test på grund af en afstandsfejl. Hvis du har brug for en stackup-anbefaling, en DFM-gennemgang eller et tilbud på et routet board fra 1 til 32 lag, er vores ingeniørteam sat op til at svare med detaljer.