Từ bản vẽ thiết kế đến sản xuất hàng loạt thực tế, một bảng mạch phải vượt qua nhiều trở ngại, bao gồm khả năng xử lý, khả năng sản xuất, tính toàn vẹn của tín hiệu và EMC.Bài viết này sẽ hệ thống phác thảo logic thiết kế xung quanh 13 khái niệm cốt lõi phổ biến nhưng quan trọng trong thiết kế PCB, nâng cao khả năng suy nghĩ và thiết kế kỹ thuật PCB của bạn.
1. FR4 board material: The cornerstone of the signal world (vật liệu bảng FR4: Viên nền của thế giới tín hiệu)
FR-4, nền PCB được sử dụng phổ biến nhất, là một lớp phủ bằng đồng được làm từ sợi thủy tinh và nhựa epoxy.
Bảng Tg cao không chỉ có khả năng chống nhiệt mạnh mà còn cải thiện đáng kể độ ẩm và khả năng chống hóa chất,đảm bảo sự ổn định kích thước của tấm nhiều lớp trong quá trình hoạt động lâu dài.
2Phù hợp trở: "Bảo vệ" của High-Speed Signal Routing
Trong các mạch kỹ thuật số tốc độ cao (như DDR, USB, PCIe), tín hiệu không phù hợp kháng cự chính xác sẽ gặp phải các vấn đề như phản xạ và crosstalk.:
Làm thế nào để thiết kế phù hợp? mô phỏng chính xác là cần thiết, tính đến các yếu tố như lớp chồng lên, chiều rộng và khoảng cách dấu vết, mặt phẳng tham chiếu và hằng số điện môi.
3Các quy trình xử lý bề mặt: xác định chất lượng hàn và tuổi thọ
Năm phương pháp xử lý bề mặt phổ biến:
| Quá trình | Ưu điểm | Nhược điểm | Các tình huống áp dụng |
|---|---|---|---|
| Kéo Tin | Chi phí thấp; quy trình trưởng thành và ổn định | Bề mặt không đồng đều; Tốc độ oxy hóa nhanh | Sản phẩm điện tử tiêu dùng sản xuất hàng loạt |
| Tin ngâm | Độ phẳng bề mặt tuyệt vời | Có khả năng oxy hóa và đen | Sản phẩm thiết bị truyền thông |
| Vàng ngâm | Khả năng hàn cao hơn; Hiệu suất tiếp xúc điện tuyệt vời | Chi phí sản xuất cao | Các tấm mạch tần số cao; các tấm gói BGA (Ball Grid Array) |
| Bọc vàng | Độ cứng bề mặt cao; Kháng mòn mạnh | Khả năng hàn kém | Các bộ phận liên lạc nút |
| OSP (Cơ chế bảo quản khả năng hàn hữu cơ) | Chi phí cực kỳ thấp; Hoạt động đơn giản | Dễ bị oxy hóa; độ tin cậy lâu dài kém | Sản xuất nguyên mẫu nhanh của bảng mạch; Sản xuất thử nghiệm chu kỳ ngắn |
Vàng ngâm hoặc thiếc ngâm được khuyến cáo mạnh mẽ để kiểm soát trở ngại tần số cao.
4. Core Board / Prepreg: Các vật liệu chính xác định độ dày của bảng, xếp chồng lớp và hiệu suất điện
Bảng lõi (Core) + PP (Prepreg) xác định cấu trúc và độ ổn định của tấm nhiều lớp.và các hằng số điện tất cả cần phải được xem xét cùng với mô phỏng xếp chồng lớp.
Tỷ lệ phù hợp là rất quan trọng để tránh các vấn đề quy trình như xoắn bảng, lỗ hổng và vỏ đồng trong quá trình sơn.
5. Đường khác biệt: Đường dẫn đối xứng là rất cần thiết cho sự toàn vẹn của tín hiệu
Các tín hiệu chênh lệch được sử dụng để truyền dữ liệu tốc độ cao, chẳng hạn như LVDS, USB và PCIe, và phải đáp ứng các yêu cầu sau:
Sự không đối xứng trong các dấu vết khác biệt trực tiếp ảnh hưởng đến độ lệch đồng hồ và crossstalk, và phải được xem xét toàn diện trong giai đoạn bố trí.
6. Integrity tín hiệu (SI): Linh hồn của thiết kế PCB tốc độ cao
Năm yếu tố chính ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của tín hiệu:
Các vấn đề SI thường dẫn đến sự cố hệ thống, thiết lập lại thường xuyên và lỗi dữ liệu.
7. Phản xạ tín hiệu: Ngăn chặn tín hiệu từ "Trở lại cùng một con đường"
Sự phản xạ tín hiệu có thể gây ra:
Để kiểm soát phản xạ, ngoài việc khớp điện trở, việc khớp kết thúc thích hợp (các đầu nguồn và tải) là cần thiết và nên tránh ngắt bình diện tham chiếu.
8. Crosstalk: "Ông khí ô nhiễm tiếng ồn" giữa các đường tín hiệu
Các đường tốc độ cao bị đóng gói chặt chẽ mà không có tham chiếu mặt đất sẽ tạo ra sự giao thoa nghiêm trọng, đặc biệt đáng chú ý trong DDR hoặc tuyến đường song song xe buýt tốc độ cao.
Khớp nối dung lượng → Điện thông qua
Kết nối cảm ứng → Điện áp giao tiếp
Giải pháp: Thêm vệ sinh mặt đất, duy trì khoảng cách thích hợp giữa các dấu vết và kiểm soát hướng dấu vết.
9. Lớp điện bên trong: Vũ khí bí mật cho nguồn cung cấp điện ổn định và ngăn chặn sự can thiệp
Năng lượng và mặt đất phải được thiết kế như các mặt phẳng diện tích lớn với phân vùng hợp lý và dày đặc thông qua vị trí để tránh các hòn đảo nổi và các vòng điện bị hỏng.
10. Blind/Buried Vias: Một kỹ thuật quan trọng trong thiết kế PCB mật độ cao
Các đường việc mù / chôn vùi được sử dụng rộng rãi trong bảng HDI, cải thiện đáng kể việc sử dụng không gian, nhưng chúng áp đặt chi phí và yêu cầu xử lý cao.
11Các điểm thử nghiệm: "Fuses" cho sản xuất hàng loạt Debugging
Được sử dụng để thử nghiệm chức năng, lập trình trong mạch và định vị gỡ lỗi. Các khu vực chip BGA phải được giải quyết bằng cách sử dụng các đầu dò bay hoặc quét ranh giới.
12. Điểm đánh dấu: Đảm bảo độ chính xác vị trí SMT
Được sử dụng để định vị vị trí SMT.
13. lỗ PTH/NPTH: Động cơ để kết nối và cố định
Các thuộc tính lỗ phải được đánh dấu chính xác trong hồ sơ kỹ thuật trong quá trình xử lý để tránh làm lại.
Kết luận: Làm chủ các chi tiết chính dẫn đến thiết kế PCB chất lượng cao
Thiết kế PCB không chỉ đơn giản là "hình vẽ", mà là một dự án kỹ thuật hệ thống phức tạp xem xét hiệu suất điện, tính khả thi của quy trình, chi phí sản xuất và bảo trì trong tương lai.Hiểu được logic thiết kế và ý nghĩa kỹ thuật đằng sau mỗi thuật ngữ là điểm khởi đầu để trở thành một kỹ sư PCB chuyên nghiệp.
Từ bản vẽ thiết kế đến sản xuất hàng loạt thực tế, một bảng mạch phải vượt qua nhiều trở ngại, bao gồm khả năng xử lý, khả năng sản xuất, tính toàn vẹn của tín hiệu và EMC.Bài viết này sẽ hệ thống phác thảo logic thiết kế xung quanh 13 khái niệm cốt lõi phổ biến nhưng quan trọng trong thiết kế PCB, nâng cao khả năng suy nghĩ và thiết kế kỹ thuật PCB của bạn.
1. FR4 board material: The cornerstone of the signal world (vật liệu bảng FR4: Viên nền của thế giới tín hiệu)
FR-4, nền PCB được sử dụng phổ biến nhất, là một lớp phủ bằng đồng được làm từ sợi thủy tinh và nhựa epoxy.
Bảng Tg cao không chỉ có khả năng chống nhiệt mạnh mà còn cải thiện đáng kể độ ẩm và khả năng chống hóa chất,đảm bảo sự ổn định kích thước của tấm nhiều lớp trong quá trình hoạt động lâu dài.
2Phù hợp trở: "Bảo vệ" của High-Speed Signal Routing
Trong các mạch kỹ thuật số tốc độ cao (như DDR, USB, PCIe), tín hiệu không phù hợp kháng cự chính xác sẽ gặp phải các vấn đề như phản xạ và crosstalk.:
Làm thế nào để thiết kế phù hợp? mô phỏng chính xác là cần thiết, tính đến các yếu tố như lớp chồng lên, chiều rộng và khoảng cách dấu vết, mặt phẳng tham chiếu và hằng số điện môi.
3Các quy trình xử lý bề mặt: xác định chất lượng hàn và tuổi thọ
Năm phương pháp xử lý bề mặt phổ biến:
| Quá trình | Ưu điểm | Nhược điểm | Các tình huống áp dụng |
|---|---|---|---|
| Kéo Tin | Chi phí thấp; quy trình trưởng thành và ổn định | Bề mặt không đồng đều; Tốc độ oxy hóa nhanh | Sản phẩm điện tử tiêu dùng sản xuất hàng loạt |
| Tin ngâm | Độ phẳng bề mặt tuyệt vời | Có khả năng oxy hóa và đen | Sản phẩm thiết bị truyền thông |
| Vàng ngâm | Khả năng hàn cao hơn; Hiệu suất tiếp xúc điện tuyệt vời | Chi phí sản xuất cao | Các tấm mạch tần số cao; các tấm gói BGA (Ball Grid Array) |
| Bọc vàng | Độ cứng bề mặt cao; Kháng mòn mạnh | Khả năng hàn kém | Các bộ phận liên lạc nút |
| OSP (Cơ chế bảo quản khả năng hàn hữu cơ) | Chi phí cực kỳ thấp; Hoạt động đơn giản | Dễ bị oxy hóa; độ tin cậy lâu dài kém | Sản xuất nguyên mẫu nhanh của bảng mạch; Sản xuất thử nghiệm chu kỳ ngắn |
Vàng ngâm hoặc thiếc ngâm được khuyến cáo mạnh mẽ để kiểm soát trở ngại tần số cao.
4. Core Board / Prepreg: Các vật liệu chính xác định độ dày của bảng, xếp chồng lớp và hiệu suất điện
Bảng lõi (Core) + PP (Prepreg) xác định cấu trúc và độ ổn định của tấm nhiều lớp.và các hằng số điện tất cả cần phải được xem xét cùng với mô phỏng xếp chồng lớp.
Tỷ lệ phù hợp là rất quan trọng để tránh các vấn đề quy trình như xoắn bảng, lỗ hổng và vỏ đồng trong quá trình sơn.
5. Đường khác biệt: Đường dẫn đối xứng là rất cần thiết cho sự toàn vẹn của tín hiệu
Các tín hiệu chênh lệch được sử dụng để truyền dữ liệu tốc độ cao, chẳng hạn như LVDS, USB và PCIe, và phải đáp ứng các yêu cầu sau:
Sự không đối xứng trong các dấu vết khác biệt trực tiếp ảnh hưởng đến độ lệch đồng hồ và crossstalk, và phải được xem xét toàn diện trong giai đoạn bố trí.
6. Integrity tín hiệu (SI): Linh hồn của thiết kế PCB tốc độ cao
Năm yếu tố chính ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của tín hiệu:
Các vấn đề SI thường dẫn đến sự cố hệ thống, thiết lập lại thường xuyên và lỗi dữ liệu.
7. Phản xạ tín hiệu: Ngăn chặn tín hiệu từ "Trở lại cùng một con đường"
Sự phản xạ tín hiệu có thể gây ra:
Để kiểm soát phản xạ, ngoài việc khớp điện trở, việc khớp kết thúc thích hợp (các đầu nguồn và tải) là cần thiết và nên tránh ngắt bình diện tham chiếu.
8. Crosstalk: "Ông khí ô nhiễm tiếng ồn" giữa các đường tín hiệu
Các đường tốc độ cao bị đóng gói chặt chẽ mà không có tham chiếu mặt đất sẽ tạo ra sự giao thoa nghiêm trọng, đặc biệt đáng chú ý trong DDR hoặc tuyến đường song song xe buýt tốc độ cao.
Khớp nối dung lượng → Điện thông qua
Kết nối cảm ứng → Điện áp giao tiếp
Giải pháp: Thêm vệ sinh mặt đất, duy trì khoảng cách thích hợp giữa các dấu vết và kiểm soát hướng dấu vết.
9. Lớp điện bên trong: Vũ khí bí mật cho nguồn cung cấp điện ổn định và ngăn chặn sự can thiệp
Năng lượng và mặt đất phải được thiết kế như các mặt phẳng diện tích lớn với phân vùng hợp lý và dày đặc thông qua vị trí để tránh các hòn đảo nổi và các vòng điện bị hỏng.
10. Blind/Buried Vias: Một kỹ thuật quan trọng trong thiết kế PCB mật độ cao
Các đường việc mù / chôn vùi được sử dụng rộng rãi trong bảng HDI, cải thiện đáng kể việc sử dụng không gian, nhưng chúng áp đặt chi phí và yêu cầu xử lý cao.
11Các điểm thử nghiệm: "Fuses" cho sản xuất hàng loạt Debugging
Được sử dụng để thử nghiệm chức năng, lập trình trong mạch và định vị gỡ lỗi. Các khu vực chip BGA phải được giải quyết bằng cách sử dụng các đầu dò bay hoặc quét ranh giới.
12. Điểm đánh dấu: Đảm bảo độ chính xác vị trí SMT
Được sử dụng để định vị vị trí SMT.
13. lỗ PTH/NPTH: Động cơ để kết nối và cố định
Các thuộc tính lỗ phải được đánh dấu chính xác trong hồ sơ kỹ thuật trong quá trình xử lý để tránh làm lại.
Kết luận: Làm chủ các chi tiết chính dẫn đến thiết kế PCB chất lượng cao
Thiết kế PCB không chỉ đơn giản là "hình vẽ", mà là một dự án kỹ thuật hệ thống phức tạp xem xét hiệu suất điện, tính khả thi của quy trình, chi phí sản xuất và bảo trì trong tương lai.Hiểu được logic thiết kế và ý nghĩa kỹ thuật đằng sau mỗi thuật ngữ là điểm khởi đầu để trở thành một kỹ sư PCB chuyên nghiệp.
