Cele mai bune practici de design HDI: sfaturi cheie de proiectare pentru plăcile de circuit HDI

Introducere în plăcile HDI

Plăcile HDI (High Density Interconnect) sunt plăci de circuite cu o densitate relativ mare de circuite care utilizează tehnologia micro-viaurilor oarbe și îngropate. Plăcile HDI au straturi interioare și exterioare de circuite, iar prin utilizarea proceselor de găurire și metalizare se realizează conexiuni între diferite straturi de circuite.

Plăcile HDI sunt în general fabricate folosind metoda de laminare, iar cu cât există mai multe straturi, cu atât nivelul tehnic al plăcii este mai ridicat. Plăcile HDI obișnuite sunt practic laminate cu un singur strat, în timp ce plăcile HDI avansate utilizează tehnologii precum laminarea cu două sau mai multe straturi, precum și tehnologii avansate pentru PCB, cum ar fi fire suprapuse, umplerea electrolizată și găurirea directă cu laser.

Când densitatea unui PCB depășește opt straturi, fabricarea acestuia folosind HDI poate fi mai rentabilă decât procesele tradiționale complexe de presare. Plăcile HDI facilitează utilizarea tehnologiilor avansate de asamblare, oferind performanțe electrice și o precizie a semnalului mai mari decât PCB-urile tradiționale. În plus, plăcile HDI oferă îmbunătățiri mai bune în domenii precum interferențele de radiofrecvență, interferențele electromagnetice, descărcarea electrostatică și conductivitatea termică.

Pe măsură ce produsele electronice continuă să se orienteze către densitate și precizie ridicată, termenul „ridicat” nu se referă doar la îmbunătățirea performanței mașinilor, ci și la reducerea dimensiunilor acestora. Tehnologia de interconectare de înaltă densitate (HDI) permite ca designul produselor finite să fie mai compact, îndeplinind în același timp standarde mai ridicate de performanță și eficiență electronică. Multe produse electronice populare astăzi, cum ar fi smartphone-urile, camerele digitale, laptopurile și electronica auto, utilizează plăci HDI. Odată cu modernizarea continuă a produselor electronice și cu cererea pieței, se așteaptă ca dezvoltarea plăcilor HDI să fie rapidă.

HDI Board Factory discută regulile comune de rutare a PCB-urilor

• Predefiniți zonele de rutare a semnalelor digitale, analogice și DAA pe PCB.
• Separați componentele digitale de cele analogice și urmele lor corespunzătoare pe cât posibil și plasați-le în zonele lor de rutare respective.
• Păstrați traseele semnalului digital de mare viteză cât mai scurte posibil.
• Păstrați traseele semnalelor analogice sensibile cât mai scurte posibil.
• Distribuiți corect energia și împământarea.
• Păstrați DGND, AGND și solul real separat.
• Folosiți trasee largi pentru liniile electrice și traseele de semnal critice.
• Liniile electrice și liniile de împământare ar trebui să radieze cât mai mult posibil, iar liniile de semnal nu ar trebui să formeze bucle.
• Plasați circuitele digitale în apropierea magistralelor paralele/interfețelor seriale DTE și circuitele DAA în apropierea interfețelor liniei telefonice.
• Pentru dispozitivele discrete mici, este necesară o rutare simetrică, iar pentru pad-urile SMT cu spațiere mică, conductorii trebuie conectați din exteriorul pad-ului și nu direct în mijloc.
• Acordați prioritate liniilor de semnal cheie: alimentare, semnale analogice mici, semnale de mare viteză, semnale de ceas și semnale sincrone, printre altele.
• Urmați principiul priorității densității de rutare: Începeți rutarea de la dispozitivele cu cele mai complexe interconexiuni de pe placă și din zonele cu cea mai densă cablare.
• Evitați unghiurile ascuțite și unghiurile drepte în Design PCB pentru a preveni radiațiile inutile și problemele legate de procesul de fabricație.
• Nu ar trebui să existe găuri străpunse pe SMT plăcuțe de lipit pentru a preveni pierderea pastei de lipit și defectele de lipire ale componentelor. Liniile de semnal importante nu sunt permise să treacă printre picioarele pinilor.

Rutarea circuitelor de înaltă frecvență pe PCB

• Alegeți cu grijă numărul de straturi ale PCB-ului. Utilizarea straturilor intermediare de putere (stratul Vcc) și a straturilor de împământare (stratul Gnd) poate proteja și reduce eficient inductanța și capacitatea parazitară, poate scurta lungimile de rutare și poate reduce interferențele semnalului.

• Metoda de frezare: Trebuie să fie la unghiuri de 45°, nu de 90°.

• Direcția de rutare între straturi: Ar trebui să fie perpendiculară unul față de celălalt. Dacă stratul superior este orizontal, stratul inferior ar trebui să fie vertical pentru a reduce interferențele semnalului.

• Împământare: Împământați semnalele importante pentru a le îmbunătăți semnificativ capacitatea anti-interferențe și împământați semnalele multiple care interferează pentru a le împiedica să interfereze cu alte semnale.

• Condensatoare de decuplare: Adăugați condensatoare de decuplare la terminalele de alimentare ale circuitelor integrate.

• Bobină de înaltă frecvență: Când există mase comune, cum ar fi masa digitală și masa analogică, adăugați dispozitive de bobină de înaltă frecvență între ele, de obicei folosind bile de ferită cu găuri de sârmă în centru.

• Umplere cu cupru: Mărirea zonei de împământare poate reduce, de asemenea, interferențele semnalului. (Cuprul mort trebuie îndepărtat în timpul umplerii cu cupru)

• Lungimea rutării: Cu cât lungimea rutării este mai scurtă, cu atât mai bine, ceea ce reduce interferențele. Cu toate acestea, nu toate rutările trebuie să fie scurte. De exemplu, rutarea DDR necesită lungimi egale pentru liniile de ceas, adresă și date, așa că veți vedea multe linii serpentine lungite intenționat.

Rutare pentru componente speciale

• Componente de înaltă frecvență: Mențineți conexiunile dintre componentele de înaltă frecvență cât mai scurte posibil pentru a reduce parametrii distribuiți și interferențele electrice reciproce; componentele sensibile care sunt predispuse la interferențe nu trebuie plasate prea aproape una de cealaltă.
• Componente cu diferențe mari de tensiune: Măriți distanța dintre componentele cu diferențe mari de tensiune și conexiunile acestora pentru a evita scurtcircuitele accidentale și deteriorarea componentelor. Pentru a preveni curenții de tip „curent”, distanța dintre liniile de cupru cu o diferență de tensiune de 2000V trebuie să fie mai mare de 2 mm.
• Componente grele: Componentele grele trebuie fixate cu console.
• Componente de încălzire și sensibile la căldură: Componentele generatoare de căldură trebuie ținute departe de componentele sensibile la căldură, iar componentele generatoare de căldură trebuie distribuite uniform.

Parametri importanți pentru proiectarea rutării PCB

• Lățimea urmei de cupru (șină): 0.3 mm pentru plăci cu o singură față, 0.2 mm pentru plăci cu două fețe;
• Distanța minimă dintre liniile de cupru: 0.3 mm pentru plăcile cu o singură față, 0.2 mm pentru plăcile cu două fețe;
• Distanța minimă de la pistele de cupru până la marginea PCB-ului: 1 mm, distanța minimă de la componente până la marginea PCB-ului: 5 mm, distanța minimă de la plăcuțele de lipire până la marginea PCB-ului: 4 mm;
• Diametrul plăcuței de lipire pentru montarea componentelor cu găuri străpunse generale este de două ori diametrul interior al plăcuței de lipire.
• Condensatoarele electrolitice nu trebuie amplasate în apropierea componentelor generatoare de căldură, cum ar fi rezistențe de mare putere, transformatoare, tranzistoare de mare putere, regulatoare de tensiune cu trei terminale și radiatoare. Distanța dintre condensatoarele electrolitice și aceste componente trebuie să fie mai mare de 10 mm.
• Găurile șuruburilor nu trebuie să aibă urme de cupru (cu excepția împământării) sau componente în raza exterioară de 5 mm.
• În proiectele de PCB cu suprafețe mari (peste 500 m²), pentru a preveni îndoirea PCB-ului în timpul lipirii prin reflow, trebuie lăsat un spațiu de 5 mm până la 10 mm în mijlocul PCB-ului, fără a plasa componente pentru plasarea barelor de presiune, pentru a preveni îndoirea PCB-ului.
• Folosiți o săgeată goală pentru a indica direcția de lipire prin reflow pentru fiecare PCB.
• La rutare, direcția circuitului integrat din pachetul DIP trebuie să fie perpendiculară pe direcția de lipire prin reflow, nu paralelă, pentru a evita formarea punților de staniu.
• Când direcția de frezare se schimbă de la verticală la orizontală, aceasta trebuie să intre la un unghi de 45°.
• Lățimea liniei de alimentare nu trebuie să fie mai mică de 18 mil; lățimea liniei de semnal nu trebuie să fie mai mică de 12 mil; lățimea liniilor de intrare și ieșire ale procesorului nu trebuie să fie mai mică de 10 mil (sau 8 mil); iar distanța dintre linii nu trebuie să fie mai mică de 10 mil.
• Densitatea plăcii de placare trebuie să fie adecvată. Când diferența de densitate este prea mare, aceasta trebuie umplută cu folie de cupru cu o grilă mai mare de 8 mil (sau 0.2 mm).
• În zonele aflate la o distanță de până la 1 mm de marginea PCB-ului destinată frezării și la o distanță de până la 1 mm în jurul găurilor de montare, frezarea este interzisă.
• Marcajele de avertizare trebuie imprimate pe stratul serigrafic în apropierea componentelor precum siguranțe, rezistențe de siguranță, condensatoare de filtrare AC 220V, transformatoare etc.
• Distanța dintre liniile de fază și neutru ale sursei de alimentare CA de 220V nu trebuie să fie mai mică de 3 mm. Distanța dintre orice fir din circuitul de 220V și componentele, pad-urile și pistele de joasă tensiune nu trebuie să fie mai mică de 6 mm, iar pe acestea trebuie imprimat un marcaj de înaltă tensiune. Tensiunile joase și înalte trebuie separate prin plase metalice groase, ca avertisment pentru personalul de întreținere să le manipuleze cu grijă.

Cele de mai sus sunt un ghid cuprinzător despre cablarea PCB-urilor, compilat de Highleap Electronic. Sperăm că veți putea învăța ceva din el! Contactați-ne pentru a afla mai multe despre procesele de fabricație a PCB-urilor.