PCBの障害は、多くの場合、境界の外側に適用される合理的な仮定から始まります。ライブラリのフットプリントが正しいと推定されるか、ビア構造が利用可能であると推定されるか、概略電流が小さく見えるため狭いトレースが適切であると推定されます。これらのエラーは、電気規則のチェックに耐えることができ、製造、組み立て、テスト、またはフィールド操作中にのみ発生するため、コストがかかります。
2021年の記事では、土地のパターン、盲目と埋められたビア、トレースの幅という3つの繰り返し発生する問題が浮き彫りになりました。3つすべてが重要なままですが、それらはより広範な製造用設計および信頼性用設計ワークフロー内に属しています。普遍的な0.5ミリメートルの公差、最小トレース、またはルールによるものはありません。正しい値は、コンポーネント、ボードスタックアップ、ファブリケーター機能、アセンブラプロセス、電気的要件、およびミッションプロファイルから得られます。
足跡には管理された証拠が必要です
概略記号は電気的意図を表します。フットプリントは物理的なアセンブリインターフェースを表します。ピン番号、パッドの寸法、ピッチ、中庭、はんだマスクの開口部、ペーストの開口部、コンポーネントの輪郭、極性、方向、高さ、および原点は、選択したパッケージおよび組み立てプロセスと一致する必要があります。間違ったフットプリントに接続された正しいシンボルは、完全にルーティングされた使用できないボードを生成する可能性があります。
現在のメーカーのパッケージ図面から始めて、その改訂、寸法単位、公差、および端末番号付けに注意してください。推奨される土地パターンを、アセンブラのプロセスおよび適用可能な設計ガイダンスと比較します。メーカーの推奨事項は一般的なプロセスを対象とする場合がありますが、プロジェクトでは異なるはんだ合金、ステンシル、ボード仕上げ、コンポーネント密度、または検査方法を使用する場合があります。
露出パッドパッケージの場合、ペーストセグメンテーション、ボイドターゲット、熱ビア、はんだウィッキング、マスク定義、およびアセンブリプロファイルを検討します。ボトム終端部品の場合、検査アクセスとX線戦略が重要になる場合があります。コネクタと機械的に装填された部品には、キープアウト、ボードエッジリファレンス、取り付け機能、挿入荷重、およびエンクロージャーの公差が必要です。
ソースドキュメント、独立したレビュー、改訂ステータス、および既知のアプリケーションを含むライブラリ承認プロセスを使用します。グローバルフットプリントを静かに編集して1つのボードを解決しないでください。プロジェクト固有の変更には、新しい管理された改訂と文書化された理由が必要です。
盲目で埋められたビアは積み重ねられた決定です
ブラインドビアは、ボード全体を通過することなく、外部レイヤーを1つ以上の内部レイヤーに接続します。埋められたビアは、内部レイヤーのみを接続します。マイクロビアは一般にレーザープロセスによって形成され、独自の形状とスタッキングの制限があります。これらの構造はルーティングエリアを節約できますが、製造シーケンス、登録要求、検査ニーズ、および信頼性の考慮事項を追加します。
高密度ルーティングの前に、ファブリケーターを使用してアーキテクチャを介して選択します。レイヤーのペア、シーケンシャルラミネート、誘電体の厚さ、完成したホールまたはキャプチャジオメトリ、アスペクト比、銅の要件、充填またはキャッププロセス、パッド経由のニーズ、および検査方法を定義します。「ツールはそれを可能にする」ということは、サプライヤーが確実にまたは経済的にそれを構築できるという意味ではありません。
積み重ねられた千鳥状のマイクロビア、スキップビア、充填されたビア、および混合された機械的およびレーザー掘削は、異なるプロセスウィンドウを持っています。信頼性は、形状、銅の堆積、材料の挙動、熱サイクル、リフロー曝露、および機械的ひずみに依存します。資格の証拠は、一般的な高密度相互接続ラベルではなく、構造と一致する必要があります。
追加されるすべてのラミネーションまたは特別なビアプロセスは、コスト、リードタイム、歩留まり、およびサプライヤーのオプションに影響を与える可能性があります。複雑さを追加する前に、コンポーネントの配置、ファンアウト戦略、レイヤーの割り当て、またはわずかに大きいボードが制約をより確実に解決するかどうかをテストします。
トレース幅は電気と熱の計算です
トレース幅は現在だけから選択することはできません。銅の厚さ、外部または内層、許容温度上昇、周囲温度、近くの銅、気流、ボード材料、デューティサイクル、並列パス、製造公差、およびパッドまたはビアへの接続がパフォーマンスに影響します。短いパルスと連続電流は異なる分析を必要とします。
配電電圧降下は、温度よりも制限的である可能性があります。ネックダウン、バイア、コネクタ、プレーン、ヒューズ、リターン導体など、完全なパス全体の抵抗を計算します。サーマルリリーフまたはコンポーネントパッドで狭くなる広いトレースは、その最も弱いセクションによって制限されます。高電流パスには、プレーン、複数のレイヤー、重い銅、バスバー、または別の相互接続アプローチが必要になる場合があります。
トレース計算機は、モデル、ユニット、銅の厚さ、許容上昇、および環境の仮定が理解されている場合に役立ちます。それらは測定に取って代わるものではありません。最悪の場合の分析、正当化される場合の熱シミュレーション、プロトタイプ、電流負荷、および目的のエンクロージャー内の温度測定を使用して、重要なパスを検証します。
信号の整合性と戻りパスの形状ルーティング
トレースは、インダクタンス、キャパシタンス、および戻り電流の関係を持つ伝送経路でもあります。クロック周波数だけでなく、高速エッジレートは、制御されたインピーダンスと不連続解析がいつ重要になるかを決定します。インピーダンス規則を割り当てる前に、スタックアップと材料の特性に同意します。
連続参照平面上で高速信号をルーティングし、間隔とジオメトリを制御し、不要なスタブを最小限に抑え、適切なリターンパスでレイヤー間の遷移を管理します。コネクタの打ち上げ、ビア、テストパッド、パッケージ、および平面分割がチャネルを支配する可能性があります。微分ペアには、視覚的対称性だけではなく、インターフェース仕様に基づいて制御された結合とタイミングが必要です。
電力の完全性は、平面インピーダンス、デカップリングの配置、コンデンサの取り付けインダクタンス、レギュレータの動作、および負荷過渡にも依存します。成功した概略シミュレーションは、ノイズまたは不安定性を引き起こすレイアウト寄生を含まないことがある。
クリアランス、クリーパージュ、隔離には現在のルールが必要です
間隔規則は、作業および過渡電圧、絶縁システム、汚染度、材料グループ、高度、コーティング、製造公差、および適用可能な安全基準によって異なります。一般的なCADクリアランスは、電源、高電圧バッテリー、医療、産業、または強化断熱のアプリケーションには不十分である可能性があります。
スロット、バリア、コーティング、およびより大きな間隔は、許可および制御された場合にのみ役立ちます。銅の形状、露出したパッド、取り付けハードウェア、ボードのエッジ、コネクタ、および導電性汚染はすべて、分離に影響を与えます。現在の製品安全性とOEM要件を資格のあるエンジニアに確認します。
アセンブリとテストのためのデザイン
製造DFMはリリース準備の半分にすぎません。コンポーネントの向き、はんだ付け可能性、ステンシルアクセス、サーマルバランス、基準、パネリゼーション、ツーリング、デパネリゼーションストレス、選択的はんだ制約、クリーニング、コンフォーマルコーティング、リワークアクセス、および検査を確認します。高い部品とコネクタは、検査に影を落としたり、器具に干渉したりする可能性があります。
テスト戦略は早期に定義する必要があります。安全なプローブアクセス、境界スキャン、または組み込みのテストサポートを提供し、接続のプログラミング、現在の制限、および障害診断を明確にします。テストパッドは信号スタブまたはルーティング圧力を生成できるため、それらの位置と形状を電気的にレビューする必要があります。
リリースチェックリスト
- 承認されたスタックアップおよびファブリケーター機能プロファイルをフリーズします。
- 現在のソースの描画およびアセンブリプロセスに対して、すべての重要なフットプリントを確認します。
- 回路図、電気、間隔、製造、アセンブリ、およびネットリストのチェックを実行します。
- 重要なパワー、高速、アナログ、分離、熱、および機械的なパスを手動で確認します。
- 所有者、理論的根拠、および証拠を使用して、すべてのルール免除を解決します。
- 管理された製造および組み立てデータ、図面、メモ、材料の請求書、および改訂を発行します。
- プロトタイプと生産の結果を制約とライブラリにフィードバックします。
結論
フットプリント、高度なビア、およびトレース幅は、図面の詳細を分離していません。それらは、コンポーネントの形状、PCB製造、アセンブリ、電気的動作、熱限界、検査、および信頼性を接続します。
レイアウトが厳密になる前に、製造業者とアセンブラを関与させ、現在のソースドキュメントと適用可能な標準を使用し、代表的なハードウェアの重要な仮定を検証します。規律ある制約とレビュープロセスは、リリース後に構築不可能または信頼性の低い設計を発見するよりもはるかに安価です。
