Mga Panuntunan sa Pagruruta ng PCB: Trace Width, Spacing, at Manufacturing Choices na Mahalaga

Ang bawat rutang board na nakikita namin sa aming pabrika ay nagkukuwento tungkol sa mga desisyong ginawa bago ito dumating. Tinutukoy ng isang schematic ang electrical function, ngunit ang pagruruta ang nagpapasya kung ang function na iyon ay maaaring gawin sa isang makabuluhang halaga, sa loob ng isang makatotohanang lead time, at may sapat na margin upang makaligtas sa mga taon ng init, vibration, at boltahe na stress. Sa aming karanasan bilang isang tagagawa ng PCB, ang karamihan sa mga maiiwasang problema sa produksyon — mga nasunog na bakas, mga nabigong clearance, naka-warped na mga panel, mahinang plating — ay bumabalik sa ilang mga panuntunan sa pagruruta na napalampas o hindi naiintindihan. Ipinapaliwanag ng artikulong ito kung ano talaga ang kinasasangkutan ng pagruruta ng isang PC board, kung aling mga parameter ang pinakamahalaga, at kung paano magtakda ng mga hadlang sa pagruruta na maaaring aktwal na buuin ng isang pabrika nang walang pagtatalo.

Ano ang Talagang Kinasasangkutan ng Pagruruta ng PC Board

Ang pagruruta ay ang hakbang sa layout kung saan ang bawat electrical net sa eskematiko ay nagiging isang pisikal na landas na tanso. Maaaring awtomatikong iguhit ng software ang mga landas na iyon, ngunit ang resulta ay kasing ganda lamang ng mga hadlang na ibinibigay ng taga-disenyo: lapad ng bakas, espasyo sa pagitan ng mga konduktor, pinapayagang mga layer, sa pamamagitan ng mga uri, at ang pamamahagi ng tanso na makikita ng proseso ng pag-ukit at plating.

Lumilikha din ang ruta ng mga ground reference plane, power island, at thermal path na gumagawa ng disenyo sa totoong mundo. Ang paglalagay ng mga bahagi ay nagpapasya kung saan nakaupo ang mga bahagi; nagpapasya ang pagruruta kung paano sila kumonekta. Sa pagitan ng dalawa, ang pagruruta ay may mas malaking impluwensya sa gastos at ani ng pagmamanupaktura, dahil ang trace geometry at balanse ng tanso ay direktang nakakaapekto sa kung paano nag-uukit, naglalagay ng mga plato, at nakalamina ang pabrika sa panel.

Lapad ng Bakas: Ang Unang Desisyon ng Ruta

Ang lapad ng bakas ay ang unang numerong itatakda dahil nagdadala ito ng tatlong kinakailangan nang sabay-sabay: kasalukuyang kapasidad, pagbaba ng boltahe, at katangiang impedance. Maaaring manipis ang mga bakas ng signal; Ang mga power net ay nangangailangan ng cross-section. Ang sanggunian na ginagamit ng karamihan sa mga pabrika ay IPC-2221. Para sa 1 oz (35 µm) na tanso sa isang panlabas na layer na may 10°C na pagtaas ng temperatura, ang tinantyang kasalukuyang kapasidad ay humigit-kumulang sa mga sumusunod.

Dalawang pagwawasto ang mahalaga sa pagsasanay. Ang mga bakas sa panloob na mga layer ay humigit-kumulang kalahati ng init kaysa sa mga panlabas na bakas, kaya ang kasalukuyang talahanayan ay dapat na mabawas nang naaayon. At ipinapalagay ng mga halagang ito ang katamtamang pagtaas ng 10°C; kung ang nakapaligid na enclosure ay humaharang sa daloy ng hangin o ang temperatura ng kapaligiran ay mataas, ang ligtas na kasalukuyang bumababa pa. Kapag ang isang disenyo ay dapat magdala ng matagal na mataas na agos, ang ruta ay dapat gumamit ng isang pagbuhos ng tanso, isang eroplano, o isang mas makapal na layer ng tanso sa halip na isang solong makitid na bakas. Regular na niruruta ng aming linya ang 2 oz hanggang 10 oz na makapal na tansong board, at ang mga talahanayan ng lapad ng bakas para sa mga timbang na iyon ay mukhang ibang-iba sa mga 1 oz na halaga sa itaas.

Clearance at Spacing: Itakda ang mga ito para sa Voltage, Hindi lang para sa Pagsusuri sa Panuntunan ng Disenyo

Ang clearance ay ang distansya sa pagitan ng dalawang tampok na tanso: trace sa trace, trace sa pad, pad sa via. Ibe-verify ng pagsusuri sa panuntunan sa disenyo ang anumang numero na nai-type sa CAD tool, ngunit ang tamang numero ay nagmumula sa boltahe, integridad ng signal, at kakayahan ng pabrika, hindi mula sa isang default na panuntunan. Para sa mga lambat ng signal na may mababang boltahe sa loob ng isang nakapaloob na produkto, karaniwan ang 0.1 mm (4 mil) sa pagitan ng mga bakas; ang aming karaniwang kakayahan ay 4 mil, at maaari kaming humawak ng 3 mil na bakas at espasyo kung saan kinakailangan ito ng density ng disenyo.

Ang clearance ay hindi dapat isang solong pandaigdigang halaga. Ang gumaganang boltahe, antas ng polusyon, coating, altitude, at lumilipas na mga boltahe ay lahat ay nakakaimpluwensya sa distansya ng paggapang na kailangan ng isang produkto. Ang IPC-2221B ay naglalaman ng mga talahanayan ng spacing-versus-voltage na ginagamit ng mga inhinyero ng pagsunod; bilang praktikal na tuntunin, ang anumang lambat na may dalang higit sa 50 V, o anumang bakas na iruruta malapit sa gilid ng board, ay dapat gumamit ng mas malaking clearance kaysa sa default na panuntunan sa disenyo.

Para sa mga high-speed signal, kinokontrol ng spacing ang coupling at impedance. Ang isang tugmang pares ng pagkakaiba ay nagtataglay lamang ng target na impedance nito kapag ang agwat sa pagitan ng dalawang bakas ay nananatiling pare-pareho, at ang reference na eroplano sa ilalim ay mas mahalaga kaysa sa ganap na halaga ng clearance. Para sa mga RF circuit, ang isang 50 Ω na bakas ay tinutukoy ng lapad nito, ang kapal ng dielectric, at ang distansya sa ground plane sa ibaba nito.

Layer Stackup: Ang Densidad ng Pagruruta ay Nagdadala ng Gastos at Oras ng Lead

Ang bilang ng mga layer ay ang pinakamalaking desisyon sa pagruruta na ginagawa ng isang disenyo. Kung kayang hawakan ng dalawang layer ang density, ang isang anim na layer na stackup ay nasayang na pera. Kung ang disenyo ay nangangailangan ng tuluy-tuloy na power at ground planes, mahigpit na kontrol ng impedance, o siksik na BGA fan-out, ang stackup ay lilipat sa apat, anim, o higit pang mga layer. Ang paglipat mula sa dalawang layer hanggang apat ay humigit-kumulang na nagdodoble sa gastos ng proseso, dahil ang inner-layer imaging, lamination, alignment, at karagdagang mga drill step ay idinaragdag sa ruta. Ang mga oras ng lead ay lumalaki na may bilang din ng layer. Sa aming pasilidad sa Guangde Economic Development Zone, ang mga nai-publish na lead time ng produksyon ayon sa bilang ng layer ay ang mga sumusunod.

Ang ruta ay nagtatakda ng stackup, at ang stackup ay nagtatakda ng petsa ng paghahatid. Kung ang isang disenyo ay nangangailangan lamang ng 12 layer dahil ang mga panlabas na layer ng signal ay hindi maganda ang paggamit, isang mas malinis na apat na layer na ruta ay dumating sa isang maliit na bahagi ng oras. Bumubuo ang aming pabrika mula 1 hanggang 32 layer, at pare-pareho ang pattern: ang mahusay na pagruruta ay nagpapaikli ng lead time nang mas maaasahan kaysa sa anumang pinabilis na bayad.

Mga Panuntunan ng DFM: Ruta sa Paraan ng Pag-ukit, Mga Plate, at Laminate ng Pabrika

Ang isang ruta na pumasa sa netlist at mga pagsusuri sa signal ay maaari pa ring mabigo sa sahig ng pabrika. Ang board ay dapat na etched, drilled, plated, at pinindot, at ang bawat proseso ay may mga geometric na limitasyon. Pinipigilan ng mga sumusunod na alituntunin ang pinakakaraniwang mga pagkabigo sa pag-uulit.

Copper Balanse at Pagnanakaw

Kapag ang isang bahagi ng isang layer ay isang solid pour at ang isa pa ay halos walang laman, ang kapal ng plating ay nagiging hindi pantay at ang lamination ay maaaring ma-warp ang panel. Ang mahusay na pagruruta ay namamahagi ng tanso sa bawat layer; kung saan imposible, magdagdag ng mga bloke ng pagnanakaw o cross-hatched na tanso. Ang aming CAM team ay nagdaragdag ng pagnanakaw sa panahon ng tooling, ngunit ang isang naka-ruta na disenyo na dumating ng balanseng mga pass ay nagre-review nang mas mabilis at ang mga plate ay mas pare-pareho.

Vias at Annular Ring

Ang bawat via ay nangangailangan ng annular ring: ang tansong singsing sa paligid ng drilled hole na nag-uugnay sa bariles sa bakas. Kung ang singsing ay masyadong maliit, ang maling pagpaparehistro ng drill ay masira ang koneksyon. Ang pinakamababang 4 mil (0.1 mm) annular ring ay isang ligtas na tuntunin sa pagtatrabaho para sa karaniwang pagproseso. Ang mga bulag at nakabaon na vias ay nagbabawas sa bilang ng layer sa mga siksik na disenyo, ngunit ang bawat isa sa pamamagitan ng uri ay nagdaragdag ng mga hakbang sa pagbabarena at paglalamina; via-in-pad, kapaki-pakinabang sa ilalim ng mga BGA, ay nangangailangan ng pagpuno at karagdagang plating. Ang mga HDI board na may microvias ay bumubuo ng isang hiwalay na pamilya ng proseso, na inihahatid ng aming linya ng HDI sa loob ng 25 araw.

Mga Thermal Relief

Kapag ang isang through-hole pad ay kumokonekta sa isang malaking pagbuhos ng tanso, ang ibuhos ay nagsisilbing heat sink sa panahon ng paghihinang. Kung walang thermal relief spokes, maaaring hindi maabot ng pad ang temperatura ng paghihinang. Iruta ang mga pad na konektado sa eroplano na may mga thermal relief saanman pinahihintulutan ng kasalukuyang rating.

Isang praktikal na routing checklist na tatakbo bago magpadala ng mga file:

• Ang laki ng kapangyarihan ay sumusubaybay at nagbuhos para sa matagal na pinakamasamang kaso, hindi para sa karaniwang pagkarga.
• Gumamit ng per-net-class clearance rules; Ang mga high-voltage, high-speed, at pangkalahatang signal net ay bihirang nangangailangan ng parehong espasyo.
• Panatilihing pantay-pantay ang pamamahagi ng tanso sa bawat layer, at idagdag ang pagnanakaw sa mga layer na halos walang laman.
• Kumpirmahin ang pinakamababang bakas/espasyo, pinakamababang annular ring, at pinakamababa sa pamamagitan ng laki ng drill kasama ng pabrika bago tapusin ang ruta.
• Maglagay ng solidong reference plane sa ilalim ng bawat high-speed o impedance-controlled na ruta.

Mga Material at Surface Finish na Nagbabago sa Mga Panuntunan sa Pagruruta

Binabago ng substrate at finish ang mga parameter ng pagruruta gaya ng ginagawa ng electrical circuit. Ang karaniwang FR-4 ay mahusay na humahawak sa pangkalahatang digital at analog na mga board. Ang High-Tg FR-4 ay lumalaban sa pagkabigo ng CAF sa makapal na multilayer board at karaniwan sa mga automotive electronics; Ang FR-4 na walang halogen ay sumasaklaw sa mga kinakailangan sa kapaligiran; Ang mga high-frequency laminate na may kontroladong Dk at Df ay ginagamit para sa RF at high-speed digital, at ang lapad ng bakas na kailangan para sa isang 50 Ω na linya ay nagbabago sa bawat materyal.

Ang mga metal-core board — aluminum o copper base — ay nagsasagawa ng init sa pamamagitan ng substrate, kaya ang mga power circuit ay maaaring gumamit ng mas makitid na ruta, ngunit ang pagbabarena at pag-ukit ng mga metal core ay sumusunod sa iba't ibang mga panuntunan sa disenyo. Kasama sa aming hanay ng produkto ang FR-4, high-Tg, halogen-free, high-frequency, aluminum-base, copper-base, at ceramic-based na mga board, na may mga surface finish gaya ng OSP, walang lead na HASL, immersion gold, at immersion tin. Ang pagpipiliang tapusin ay pangunahing nakakaapekto sa solderability at buhay ng istante, kaya dapat itong itugma sa proseso ng pagpupulong sa halip na ituring bilang isang nahuling pag-iisip.

Ruta na Nasa Isip ng Paggawa

Ang pagruruta ay kung saan ang isang disenyo ay nagiging isang pisikal na bagay, at ang bagay na iyon ay hinuhusgahan ng isang pabrika. Ang mga board na nagpapadala sa oras at gumagana nang maaasahan ay bihirang mga produkto ng matalinong mga setting ng auto-router; ang mga ito ay mga produkto ng mga lapad ng bakas na may sukat para sa kasalukuyang, mga clearance na itinakda para sa boltahe, mga stackup na pinili para sa density, at mga detalye ng DFM na iginagalang mula sa unang layout pass. Kapag may pag-aalinlangan, magtanong nang maaga: ang isang double-sided na prototype mula sa aming factory ay maaaring lumiko sa loob ng 24 na oras, at ang isang mabilis na pag-ulit ay nagkakahalaga ng mas mababa kaysa sa isang 16-layer na batch na nabigo sa electrical test dahil sa isang error sa spacing. Kung kailangan mo ng rekomendasyon sa stackup, pagsusuri sa DFM, o quote para sa isang naka-ruta na board mula 1 hanggang 32 layer, naka-set up ang aming engineering team upang sumagot nang may mga detalye.