Deep Dive - PCB Planes (Copper Pour): Funkcia, dizajn a osvedčené postupy
A lietadlo(alebomedený naliať) na doske s plošnými spojmi je súvislá oblasť medi definovaná skôr hranicami než úzkou vedenou stopou.
Roviny sú základnými stavebnými blokmi viacvrstvových dosiek plošných spojov: slúžia ako zemné a napájacie distribučné vrstvy, poskytujú spätné cesty pre signály, napomáhajú rozptylu tepla a ovplyvňujú EMC/EMI a integritu signálu. Navrhovanie efektívnych lietadiel je rovnováhou medzi elektrickým výkonom, tepelnými potrebami a vyrobiteľnosťou.
Funkčné úlohy lietadiel
1.1 Nízka-impedančná návratová cesta
Súvislá uzemňovacia rovina priamo pod vrstvou signálu poskytuje najkratšiu a najnižšiu -indukčnú spätnú dráhu. Tým sa minimalizuje oblasť slučky a znižuje sa vyžarované emisie a prehovory-.
Pre riadené -stopy impedancie (s jednoduchým{1}}koncom alebo diferenciálne) určuje charakteristickú impedanciu spojitosť referenčnej roviny, hrúbka dielektrika a hrúbka medi.
1.2 Distribúcia energie
Elektrické lietadlá distribuujú koľajnice VCC s nízkym poklesom napätia. Použitie vyhradenej internej výkonovej roviny znižuje preťaženie smerovania na signálových vrstvách a znižuje impedanciu v porovnaní s mnohými tenkými výkonovými stopami.
Umiestnite oddeľovacie kondenzátory medzi napájacie a uzemňovacie roviny s pomocou párov, aby ste vytvorili spojenia s nízkou -indukčnosťou.
Funkčné úlohy lietadiel
1.3 Tepelný manažment
Veľké medené plochy fungujú ako rozvádzače tepla. Tepelné priechody zošité pod horúcimi komponentmi (napr. BGA, napájacie FET) vedú teplo z horúcej podložky do vnútornej alebo spodnej medi, aby napomáhali chladeniu.
Plná rovina poskytuje lepšiu tepelnú vodivosť ako šrafovaná/sieťovaná meď.
1.4 Riadenie EMC/EMI
Spojité roviny potláčajú EMI tým, že poskytujú stabilnú referenciu a tienenie. Rozštiepenia alebo ostrovčeky v rovinách môžu vytvárať rezonančné dutiny a zhoršovať výkon EMI.
Zošívanie priechodov a starostlivé umiestnenie rovinných delení znižuje oblasti slučky a udržuje spätné prúdy lokálne.
Funkčné úlohy lietadiel
1.5 Štrukturálne a výrobné efekty
Vzory odlievania medi ovplyvňujú tuhosť dosky, deformáciu počas výroby a rovnomernosť leptania. Nevyvážená meď môže viesť k deformácii panelu a problémom s montážou.
2. Typy a vzory rovin
2.1 Pevné nalievanie
Súvislá pevná medená plocha. Najlepšie pre lietadlá s vysokým{1}}prúdom, distribúciu energie a tienenie EMI.
Výhody: najnižšia impedancia, najlepšia tepelná vodivosť, vynikajúce tienenie.
Nevýhody: môže spôsobiť napätie / deformáciu, ak nie je vyvážené medzi vrstvami; vyššia spotreba medi.
2.2 Vyliahnuté (sieťované) Pour
Meď sa naleje skôr ako mriežka/šrafovaný vzor než ako plná.
Výhody: znižuje vnútorný stres a riziko deformácie; zlepšuje priľnavosť a znižuje absorpciu živice v ohybných oblastiach.
Nevýhody: Vyššia impedancia a horší tepelný/EMI výkon ako v prípade tuhého liatia - sa vyhýbajte primárnym zemniacim/napájacím rovinám vo vysoko-rýchlostnom alebo vysokovýkonnom-prevedení.
2.3 Rozdelenie lietadiel a ostrovov
Lietadlá môžu byť rozdelené tak, aby obsahovali rôzne siete (napr. digitálne uzemnenie, analógové uzemnenie, podvozok). S rozdeleniami sa musí zaobchádzať opatrne - nesprávne rozdelenia spôsobujú nespojitosti spätnej cesty a problémy s EMI.
Jednobodové spojenia alebo hviezdicové uzemnenia používajte iba v nevyhnutných prípadoch; zvyčajne sa uprednostňujú zošité spojenia s nízkou{0}}impedanciou prostredníctvom párov.
3. Praktické nastavenia a pravidlá roviny CAD/EDA
Nalejte a nalejte poradie:Ak existuje viacero polygónov, nastavte poradie nalievania, aby ste sa vyhli nežiaducim skratom a zabezpečili zamýšľané čisté výhry.
Odbavenie / izolácia
Nastavte vôľu odlievania medi od iných sietí/podložiek podľa vašej triedy IPC a možností výroby. Typické rozsahy: 4 – 8 mil (0,1 – 0,2 mm), ale líšia sa podľa fab a požiadaviek na napätie.
Tepelné verzus pevné spojenie
Tepelné lúče vs priame pripojenie. Tepelné uľahčujú spájkovanie na podložkách s priechodnými{1}}dierami pripevnenými k lietadlám; Priame pripojenia sú preferované pre napájacie podložky, ktoré vyžadujú nízky tepelný odpor.
Pour Priority / Net Tie
Ovládanie usporiadania polygónového odlievania pri prekrývaní viacerých sietí; sieťové väzby umožňujú zámerné spojenia medzi sieťami s definovanými obmedzeniami.
Odstránenie nalievania (siroty)
Odstráňte malé alebo „osirotené“ medené ostrovčeky, ktoré nie sú pripojené k zamýšľaným sieťam - môžu zachytávať tok/kontamináciu a spôsobovať problémy pri výrobe.
4.1 Cez zošívanie
Zošívacie priechody (cez ploty) spájajú rovinné časti cez rozdelenia alebo spájajú vnútorné roviny pre tepelné/EM uzemnenie.
Umiestňujte prešívacie priechody v pravidelných intervaloch (rozstup závisí od frekvencie) okolo citlivých sietí, aby ste obmedzili spätné prúdy a znížili EMI.
4.2 Tepelné priechody
Tepelné priechody pod napájacími komponentmi alebo BGA pomáhajú presunúť teplo do vnútorných vrstiev alebo spodnej medi a do chladičov.
Použite polia malých prekovov (napr. veľa 0,2–0,3 mm prekovov) na efektívne vedenie tepla; zvážte cez pokovovanie a plnenie, ak sa použije cez-in{5}}podložka.
4.3 Cez-v-podložku a cez pokovovanie/výplň
Cez-v-podložke: používa sa na úsporu miesta pri smerovaní pod BGA, ale prináša problémy s odvádzaním spájky počas pretavenia.
Riešenia:stanové priechody(pokryté spájkovacou maskou),upchaté a oplechované(nevodivá alebo vodivá výplň + medené pokovovanie), alebo posuňte priechodky mimo-podložky.
Vyplnené a pokovované priechodky umožňujú plochý povrch podložky pre spoľahlivé spájkovanie BGA, ale zvyšujú náklady a procesné kroky.
5. Úvahy o elektrickej/integrite signálu
Riadená impedancia:Pre mikropáskovú (signál na vonkajšej vrstve nad rovinou) alebo páskovú linku (signál medzi dvoma rovinami) geometriu, hrúbku rovinného dielektrika, hrúbku medi a nastavenú impedanciu šírky stopy. Udržujte referenčnú rovinu súvislú priamo pod stopou.
Kontinuita spiatočnej cesty:Vyhnite sa rozdeleniu referenčnej roviny pod-rýchlostnými trasami; ak je to nevyhnutné, trasy trasy, aby sa zachovala spätná kontinuita, alebo poskytnite zošité priechody.
Oddelenie:Umiestnite oddeľovacie kondenzátory blízko k napájacím kolíkom IC a zaistite skrat cez pripojenia k rovinnému páru, aby ste znížili parazitnú indukčnosť.
Režimy rovinnej rezonancie a dutiny:Veľké neprerušené rovinné dutiny môžu rezonovať pri určitých frekvenciách. Na ovládanie rezonancií použite prešívacie priechody a strategické výrezy.
6. Tepelný a mechanický dizajn (DFM)
Zostatok medi:Udržujte symetrické rozloženie medi medzi vrstvami (alebo použite riedenie medi/nepravú meď), aby ste minimalizovali deformáciu počas laminácie a montáže.
Pravidlá prstencového krúžku a vŕtačky/podložky:Uistite sa, že veľkosti prstencových krúžkov spĺňajú výrobné limity. Typické minimá prstencových krúžkov závisia od veľkosti vrtáka a výrobnej kapacity - poraďte sa s výrobcom (bežné minimum ~0,15 mm).
Pomer strán (hrúbka dosky: priemer vŕtania):Ak chcete dosiahnuť spoľahlivé pokovované priechodné-diery, udržujte pomer strán v rámci limitov predstavenstva (bežne sa odporúča < 8:1, ale možnosti sa líšia).
Panelizácia:Zvážte, ako poliatie ovplyvňujú leptanie/oxidáciu panelu; dizajnéri často používajú zvýšenie vôle v blízkosti okrajov panelov a otvorov pre nástroje.
7. Vyrobiteľnosť a montáž (vplyv spájkovania)
Soldermask Defined (SMD) vs. Ne-soldermask Defined (NSMD) Pads:Pre malé BGA podložky ponúkajú podložky NSMD (otvor masky väčší ako medené) lepší prstencový krúžok a spoľahlivosť pre jemné rozstupy. Štýl podložky však ovplyvňuje to, ako lietadlo naleje kravatu do podložiek.
Odsávanie spájky:Otvorené priechodky v blízkosti podložiek môžu odvádzať spájku. Zabráňte stanovovaním, upchávaním alebo premiestňovaním priechodov.
Úvahy o vlnení/pretavení:Pevné výkonové roviny zvyšujú tepelnú hmotnosť - podľa toho upravte profily pretavenia. Šrafované výlevy znižujú tepelnú hmotnosť, ale môžu ohroziť elektrický výkon.
8. Kontrolný zoznam osvedčených postupov (súhrn)
Ak je to možné, vyhraďte vnútorné vrstvy pre súvislé uzemňovacie a napájacie roviny.
Udržujte základnú rovinu súvislú pod vrstvami vysokorýchlostného{0}}signálu; vyhnúť sa zbytočným rozchodom.
Na premostenie rozdelenia roviny a zmenšenie oblastí slučiek použite prešívacie priechodky.
Umiestnite oddeľovacie kondenzátory čo najbližšie k napájacím kolíkom s krátkymi prepojovacími pármi k rovinám.
V prípade BGA zvážte možnosť cez-in{1}}podložku s pokovovanou výplňou a prekrytím, ak to hustota smerovania vyžaduje -, ale zohľadnite náklady.
Na napájanie a uzemnenie použite pevnú meď na primárnych rovinných vrstvách (vyhnite sa šrafovaniu, pokiaľ to nie je potrebné na uvoľnenie napätia).
Vyvážte hustotu medi medzi vrstvami, aby ste zabránili deformácii.
Koordinujte pomocou veľkostí / prstencových krúžkov a pomeru strán s vašou PCB fab na začiatku návrhu.
Pracujte so svojím montážnym domom na štýloch podložiek a pomocou stanovovania/plnenia, aby ste predišli nasávaniu spájky a strate výnosu zostavy.
9. Záverečné myšlienky
Lietadlá môžu vyzerať ako „len veľké medené plochy“, ale sú ústredným prvkom elektrického výkonu, tepelného správania, EMC a vyrobiteľnosti PCB. Premyslený návrh roviny - nepretržité referencie pre vysokorýchlostné signály-, správna distribúcia napájacej roviny, správne použitie tepelných prestupov a spolupráca s doskou plošných spojov pre obmedzenie prestupov a prstencových krúžkov - môžu výrazne zlepšiť spoľahlivosť produktu a znížiť nákladné prepracovanie.
