Les défaillances de PCB commencent souvent par une hypothèse raisonnable appliquée en dehors de ses limites: une empreinte de bibliothèque est présumée correcte, une structure de via est présumée disponible, ou une trace étroite est présumée adéquate parce que le courant schématique semble faible. Ces erreurs sont coûteuses car elles peuvent survivre à la vérification des règles électriques et n'apparaissent que pendant la fabrication, l'assemblage, les tests ou les opérations sur le terrain.
Un article de 2021 a mis en évidence trois difficultés récurrentes: les schémas de terrain, les vias aveugles et enterrés et la largeur des traces. Tous les trois restent importants, mais ils appartiennent à un flux de travail plus large de conception pour la fabrication et de conception pour la fiabilité. Il n'y a pas de tolérance universelle d'un demi-millimètre, de trace minimale ou de règle via. Les valeurs correctes proviennent du composant, de l'empilement de la carte, de la capacité du fabricant, du processus de l'assembleur, des exigences électriques et du profil de mission.
Les empreintes ont besoin de preuves contrôlées
Un symbole schématique représente l'intention électrique; une empreinte représente une interface d'assemblage physique. Les numéros de broches, les dimensions des plaquettes, le pas, la cour, l'ouverture du masque de soudure, l'ouverture de la pâte, le contour du composant, la polarité, l'orientation, la hauteur et l'origine doivent être en accord avec le processus d'emballage et d'assemblage sélectionné. Un symbole correct connecté à la mauvaise empreinte peut produire une carte inutilisable parfaitement routée.
Commencez par le dessin d'emballage du fabricant actuel et notez sa révision, ses unités dimensionnelles, ses tolérances et sa numérotation des terminaux. Comparer les modèles de terrain recommandés avec le processus de l'assembleur et les directives de conception applicables. Les recommandations du fabricant peuvent cibler un processus typique, tandis que le projet peut utiliser un alliage de soudure, un pochoir, une finition de panneau, une densité de composant ou une méthode d'inspection différente.
Pour les paquets exposés-pad, considérez la segmentation de pâte, vidant des cibles, des vias thermiques, la soudure wicking, la définition de masque, et le profil d'assemblée. Pour les pièces terminées par le bas, l'accès d'inspection et la stratégie de rayons X peuvent avoir de l'importance. Les connecteurs et les pièces mécaniquement chargées ont besoin de gardiens, de références de bord de carte, de caractéristiques de montage, de charges d'insertion et de tolérances de boîtier.
Utilisez un processus d'approbation de bibliothèque avec des documents sources, un examen indépendant, un statut de révision et des applications connues. Ne modifiez pas en silence une empreinte globale pour résoudre un tableau. Un changement spécifique au projet devrait avoir une nouvelle révision contrôlée et une raison documentée.
Les vias aveugles et enterrés sont des décisions de stackup
Les vias aveugles relient une couche externe à une ou plusieurs couches internes sans passer par toute la carte. Les vias enterrés ne relient que les couches internes. Les microvias sont généralement formés par des processus laser et ont leur propre géométrie et leurs propres limites d'empilement. Ces structures peuvent économiser la zone de routage, mais elles ajoutent des séquences de fabrication, des demandes d'enregistrement, des besoins d'inspection et des considérations de fiabilité.
Choisissez via l'architecture avec le fabricant avant le routage dense. Définissez les paires de couches, les stratifications séquentielles, l'épaisseur diélectrique, le trou fini ou la géométrie de capture, les rapports d'aspect, les exigences en cuivre, le processus de remplissage ou de capuchon, les besoins via-in-pad et la méthode d'inspection. «L'outil le permet» ne signifie pas qu'un fournisseur peut le construire de manière fiable ou économique.
Les microvias empilés et décalés, les vias de saut, les vias remplis, et le perçage mécanique et laser mélangé ont différentes fenêtres de processus. La fiabilité dépend de la géométrie, du dépôt de cuivre, du comportement du matériau, des cycles thermiques, de l'exposition à la refusion et des contraintes mécaniques. Les preuves de qualification devraient correspondre à la construction plutôt qu'à une étiquette d'interconnexion générique à haute densité.
Chaque laminage ajouté ou processus spécial via peut affecter le coût, le délai, le rendement et les options des fournisseurs. Avant d'ajouter de la complexité, testez si le placement des composants, la stratégie de fan-out, l'affectation des couches ou une carte légèrement plus grande résout la contrainte de manière plus robuste.
Largeur de trace est un calcul électrique et thermique
La largeur de trace ne peut pas être sélectionnée à partir du courant seul. L'épaisseur de cuivre, la couche externe ou interne, l'élévation de température permise, la température ambiante, le cuivre voisin, le flux d'air, le matériel de conseil, le cycle de service, les chemins parallèles, la tolérance de fabrication, et la connexion aux garnitures ou aux performances d'influence de vias. Les impulsions courtes et le courant continu nécessitent une analyse différente.
La chute de tension de distribution de puissance peut être plus restrictive que la température. Calculez la résistance à travers le chemin complet, y compris les neck-downs, les vias, les connecteurs, les avions, les fusibles et les conducteurs de retour. Une large trace qui se rétrécit au niveau d'un relief thermique ou d'un tampon de composant est limitée par sa section la plus faible. Les chemins à courant élevé peuvent nécessiter des plans, des couches multiples, du cuivre plus lourd, des barres omnibus ou une autre approche d'interconnexion.
Les calculateurs de traces sont utiles lorsque leur modèle, leurs unités, leur épaisseur de cuivre, leur élévation admissible et leurs hypothèses environnementales sont compris. Ils ne remplacent pas la mesure. Valider les chemins critiques avec une analyse du pire cas, une simulation thermique lorsque cela est justifié, des prototypes, une charge de courant et une mesure de température dans l'enceinte prévue.
Intégrité du signal et chemins de retour façonner le routage
Une trace est également un chemin de transmission avec une inductance, une capacité et une relation retour-courant. Les taux de bord rapides, pas seulement la fréquence d'horloge, déterminent quand l'impédance contrôlée et l'analyse de discontinuité deviennent importantes. Convenez des propriétés de l'empilement et du matériau avant d'attribuer des règles d'impédance.
Acheminez les signaux à grande vitesse sur un plan de référence continu, contrôlez l'espacement et la géométrie, minimisez les stubs inutiles et gérez les transitions entre les couches avec un chemin de retour approprié. Les lancements de connecteurs, les vias, les pads de test, les packages et les splits de plans peuvent dominer le canal. Les paires différentielles nécessitent un couplage contrôlé et une synchronisation basée sur la spécification d'interface, et non sur la symétrie visuelle seule.
L'intégrité de l'alimentation dépend également de l'impédance plane, du placement du découplage, de l'inductance de montage du condensateur, du comportement du régulateur et des transitoires de charge. Une simulation schématique réussie peut ne pas inclure les parasites de mise en page qui causent du bruit ou de l'instabilité.
Le dégagement, la ligne de fuite et l'isolement ont besoin de règles actuelles
Les règles d'espacement varient avec la tension de travail et transitoire, le système d'isolation, le degré de pollution, le groupe de matériaux, l'altitude, le revêtement, la tolérance de fabrication et la norme de sécurité applicable. Une autorisation CAO générique peut être inadéquate pour les applications de secteur, de batterie haute tension, médicales, industrielles ou d'isolation renforcée.
Les fentes, les barrières, le revêtement et un espacement plus grand ne peuvent aider que lorsque cela est autorisé et contrôlé. Les formes de cuivre, les coussinets exposés, le matériel de montage, les bords de la carte, les connecteurs et la contamination conductrice affectent tous l'isolation. Confirmez les exigences actuelles en matière de sécurité des produits et d'OEM avec des ingénieurs qualifiés.
Conception pour l'assemblage et le test
Fabrication DFM est seulement la moitié de la préparation de libération. Examiner l'orientation des composants, solderability, accès au pochoir, équilibre thermique, fiducials, panélisation, outillage, contrainte de dépanélisation, contraintes de brasure sélective, nettoyage, revêtement conforme, accès au retravail et inspection. Les pièces et les connecteurs de grande dimension peuvent faire l'ombre à l'inspection ou interférer avec les appareils.
La stratégie de test devrait être définie tôt. Fournissez l'accès sûr de sonde, le boundary-scan ou l'appui intégré de test où les connexions de programmation utiles, les limites actuelles, et les diagnostics clairs d'échec. Les tampons de test peuvent créer des stubs de signal ou une pression de routage, de sorte que leur emplacement et leur géométrie nécessitent un examen électrique.
Une liste de contrôle de libération
- Geler le profil de capacité d'empilement et de fabricant approuvé.
- Vérifiez chaque empreinte critique par rapport à son processus de dessin et d'assemblage source actuel.
- Exécutez des contrôles schématiques, électriques, d'espacement, de fabrication, d'assemblage et de netlist.
- Examinez manuellement les chemins critiques d'alimentation, haute vitesse, analogiques, d'isolation, thermiques et mécaniques.
- Résolvez toutes les dérogations aux règles avec un propriétaire, une justification et des preuves.
- Émettre des données contrôlées de fabrication et d'assemblage, des dessins, des notes, des factures de matériel et des révisions.
- Alimentez les prototypes et les résultats de production dans les contraintes et les bibliothèques.
Conclusion
Les empreintes de pas, les vias avancés et les largeurs de trace ne sont pas des détails de dessin isolés. Ils connectent la géométrie des composants, la fabrication des PCB, l'assemblage, le comportement électrique, les limites thermiques, l'inspection et la fiabilité.
Engagez le fabricant et l'assembleur avant que la mise en page ne devienne rigide, utilisez les documents sources actuels et les normes applicables, et validez les hypothèses critiques sur le matériel représentatif. Un processus discipliné de contrainte et de révision coûte beaucoup moins cher que de découvrir une conception non constructible ou peu fiable après la sortie.
