Regels voor PCB-routering: traceerbreedte, afstand en productiekeuzes die er toe doen

Elk gerouteerd bord dat we in onze fabriek zien, vertelt een verhaal over de beslissingen die zijn genomen voordat het arriveerde. Een schema definieert de elektrische functie, maar de routing bepaalt of die functie kan worden vervaardigd tegen redelijke kosten, binnen een realistische doorlooptijd en met voldoende marge om jaren van hitte, trillingen en spanningsstress te overleven. In onze ervaring als PCB-fabrikant zijn de meeste vermijdbare productieproblemen – verbrande sporen, mislukte spelingen, kromgetrokken panelen, slechte beplating – terug te voeren op een handvol routeringsregels die ofwel werden gemist of verkeerd werden begrepen. In dit artikel wordt uitgelegd wat het routeren van een printplaat werkelijk inhoudt, welke parameters er het meest toe doen, en hoe u routeringsbeperkingen kunt instellen die een fabriek daadwerkelijk zonder discussie kan bouwen.

Wat het routeren van een pc-bord eigenlijk inhoudt

Routering is de lay-outstap waarbij elk elektrisch net in het schema een fysiek koperpad wordt. Software kan die paden automatisch tekenen, maar het resultaat is slechts zo goed als de beperkingen die de ontwerper biedt: spoorbreedte, afstand tussen geleiders, toegestane lagen, via-types en de koperverdeling die het ets- en plateerproces zal zien.

De route creëert ook de grondreferentievlakken, krachteilanden en thermische paden die ervoor zorgen dat een ontwerp in de echte wereld werkt. Het plaatsen van componenten bepaalt waar de onderdelen zich bevinden; routing bepaalt hoe ze verbinding maken. Tussen deze twee heeft routing de grootste invloed op de productiekosten en opbrengst, omdat spoorgeometrie en koperbalans rechtstreeks van invloed zijn op de manier waarop de fabriek het paneel etst, plateert en lamineert.

Spoorbreedte: de eerste routebeslissing

De spoorbreedte is het eerste getal dat wordt ingesteld omdat het drie vereisten tegelijk met zich meebrengt: stroomcapaciteit, spanningsval en karakteristieke impedantie. Signaalsporen kunnen dun zijn; stroomnetten hebben een doorsnede nodig. De referentie die door de meeste fabrieken wordt gebruikt, is IPC-2221. Voor 1 oz (35 µm) koper op een externe laag met een temperatuurstijging van 10°C is de geschatte stroomcapaciteit ongeveer als volgt.

In de praktijk zijn twee correcties van belang. Sporen op interne lagen dissiperen grofweg de helft zoveel warmte als externe sporen, dus de huidige tabel moet dienovereenkomstig worden aangepast. En deze waarden gaan uit van een bescheiden stijging van 10°C; als de omringende behuizing de luchtstroom blokkeert of de omgevingstemperatuur hoog is, daalt de veilige stroom verder. Wanneer een ontwerp een aanhoudend hoge stroom moet voeren, moet de route gebruik maken van kopergietwerk, een vlak of een dikkere koperlaag in plaats van een enkel smal spoor. Onze lijn verwerkt regelmatig koperen platen van 2 oz tot 10 oz dik, en de traceerbreedtetabellen voor die gewichten zien er heel anders uit dan de bovenstaande 1 oz-waarden.

Ruimte en afstand: stel ze in op spanning, niet alleen op de controle van de ontwerpregels

De speling is de afstand tussen twee koperen kenmerken: spoor tot spoor, spoor tot pad, pad tot via. Een ontwerpregelcontrole verifieert welk nummer er ook in de CAD-tool wordt getypt, maar het juiste nummer komt voort uit spanning, signaalintegriteit en fabriekscapaciteiten, en niet uit een standaardregel. Voor laagspanningssignaalnetten in een gesloten product is een afstand van 0,1 mm (4 mil) tussen de sporen gebruikelijk; onze standaardcapaciteit is 4 mil, en we kunnen 3 mil sporen en ruimte vasthouden waar de ontwerpdichtheid dit vereist.

Opruiming mag geen enkele mondiale waarde zijn. Werkspanning, vervuilingsgraad, coating, hoogte en transiënte spanningen hebben allemaal invloed op de kruipafstand die een product nodig heeft. IPC-2221B bevat de afstand-versus-spanningstabellen die compliance-ingenieurs gebruiken; Als praktische regel geldt dat elk net dat meer dan 50 V voert, of elk spoor dat langs de rand van het bord wordt geleid, een aanzienlijk grotere speling moet gebruiken dan de standaardontwerpregel.

Voor hogesnelheidssignalen regelt de afstand zowel de koppeling als de impedantie. Een aangepast differentieel paar behoudt zijn doelimpedantie alleen wanneer de opening tussen de twee sporen constant blijft, en het referentievlak daaronder belangrijker is dan de absolute spelingswaarde. Voor RF-circuits wordt een spoor van 50 Ω gedefinieerd door de breedte, de diëlektrische dikte en de afstand tot het grondvlak eronder.

Opstapeling van lagen: routeringsdichtheid verhoogt de kosten en doorlooptijd

Het aantal lagen is de grootste routeringsbeslissing die een ontwerp neemt. Als twee lagen de dichtheid aankunnen, is een stapeling van zes lagen weggegooid geld. Als het ontwerp continue stroom- en grondvlakken, een strakke impedantiecontrole of een dichte BGA-fan-out nodig heeft, wordt de stapeling verplaatst naar vier, zes of meer lagen. Als u van twee lagen naar vier gaat, worden de proceskosten ruwweg verdubbeld, omdat beeldvorming, laminering, uitlijning en extra boorstappen aan de route worden toegevoegd. De doorlooptijden groeien ook met het aantal lagen. In onze fabriek in de Guangde Economic Development Zone zijn de gepubliceerde productiedoorlooptijden per laagaantal als volgt.

De route bepaalt de stapeling en de stapeling bepaalt de bezorgdatum. Als een ontwerp slechts twaalf lagen nodig heeft omdat de buitenste signaallagen slecht worden gebruikt, zou er in een fractie van de tijd een schonere vierlaagse route zijn ontstaan. Onze fabriek bouwt van 1 tot 32 lagen, en het patroon is consistent: efficiënte routing verkort de doorlooptijd betrouwbaarder dan welke versnelde vergoeding dan ook.

DFM-regels: route zoals een fabriek etst, platen en laminaten

Een route die de netlijst- en signaalcontroles doorstaat, kan nog steeds mislukken op de fabrieksvloer. Het bord moet worden geëtst, geboord, geplateerd en geperst, en elk proces heeft geometrische grenzen. De volgende regels voorkomen de meest voorkomende herhaalde fouten.

Koperbalans en stelen

Wanneer een deel van een laag een vaste laag is en een ander gebied bijna leeg is, wordt de plaatdikte ongelijkmatig en kan het lamineren het paneel kromtrekken. Goede routing verdeelt koper over elke laag; waar dat onmogelijk is, voeg dievenblokken of gearceerd koper toe. Ons CAM-team voegt diefstal toe tijdens het bewerken, maar een gerouteerd ontwerp dat in balans komt, wordt sneller beoordeeld en platen uniformer.

Via's en ringvormige ring

Elke via heeft een ringvormige ring nodig: de koperen ring rond het geboorde gat dat de loop met het spoor verbindt. Als de ring te klein is, verbreekt een onjuiste boorregistratie de verbinding. Een ringvormige ring van minimaal 4 mil (0,1 mm) is een veilige werkregel voor standaardverwerking. Blinde en ondergrondse via's verminderen het aantal lagen in dichte ontwerpen, maar elk via-type voegt boor- en lamineerstappen toe; via-in-pad, handig onder BGA's, vereist vulling en extra platering. HDI-platen met microvia's vormen een aparte procesfamilie, die onze HDI-lijn binnen 25 dagen levert.

Thermische reliëfs

Wanneer een pad met doorlopende gaten wordt aangesloten op een grote koperen gietvorm, fungeert de gietvorm tijdens het solderen als koellichaam. Zonder thermische ontlastingsspaken bereikt de pad mogelijk niet de soldeertemperatuur. Leid vlakgekoppelde pads met thermische reliëfs waar de huidige classificatie dit toelaat.

Een praktische routingchecklist die u moet uitvoeren voordat u bestanden verzendt:

• Bepaal de grootte van stroomsporen en stromen voor aanhoudende stroom in het slechtste geval, niet voor de typische belasting.
• Gebruik regels voor goedkeuring per nettoklasse; hoogspannings-, hogesnelheids- en algemene signaalnetten hebben zelden dezelfde afstand nodig.
• Houd de koperverdeling op elke laag redelijk gelijkmatig en voeg diefstal toe aan lagen die grotendeels leeg zijn.
• Bevestig de minimale trace/ruimte, minimale ringvormige ring en minimale via-boorgrootte bij de fabriek voordat u de route voltooit.
• Plaats een solide referentievlak onder elke hogesnelheids- of impedantiegecontroleerde route.

Materialen en oppervlakteafwerkingen die de routeringsregels veranderen

Het substraat en de afwerking veranderen de routeringsparameters net zo goed als het elektrische circuit. Standaard FR-4 kan goed overweg met algemene digitale en analoge kaarten. High-Tg FR-4 is bestand tegen CAF-storingen in dikke meerlaagse platen en is gebruikelijk in auto-elektronica; halogeenvrij FR-4 voldoet aan de milieueisen; hoogfrequente laminaten met gecontroleerde Dk en Df worden gebruikt voor RF en hogesnelheidsdigitaal, en de spoorbreedte die nodig is voor een lijn van 50 Ω verandert met elk materiaal.

Platen met een metalen kern (basis van aluminium of koper) geleiden warmte door het substraat, zodat stroomcircuits smallere routes kunnen gebruiken, maar het boren en etsen van metalen kernen volgen verschillende ontwerpregels. Ons productassortiment omvat FR-4, hoog-Tg, halogeenvrije, hoogfrequente platen op aluminiumbasis, koperbasis en keramische platen, met oppervlakteafwerkingen zoals OSP, loodvrij HASL, immersiegoud en immersietin. De afwerkingskeuze heeft vooral invloed op de soldeerbaarheid en houdbaarheid, dus deze moet worden afgestemd op het assemblageproces en niet als een bijzaak worden behandeld.

Route met productie in gedachten

Bij routing wordt een ontwerp een fysiek object, en dat object wordt beoordeeld door een fabriek. Borden die op tijd worden verzonden en betrouwbaar werken, zijn zelden het resultaat van slimme auto-routerinstellingen; het zijn de producten van spoorbreedten die op stroom zijn afgestemd, spelingen die zijn ingesteld voor spanning, stapelingen die zijn gekozen op basis van dichtheid en DFM-details die worden gerespecteerd vanaf de eerste lay-outpassage. Als u twijfelt, vraag het dan vroeg: een dubbelzijdig prototype uit onze fabriek kan binnen 24 uur klaar zijn, en één snelle iteratie kost veel minder dan een batch van 16 lagen die de elektrische test niet doorstaat vanwege een afstandsfout. Als u een stapelaanbeveling, een DFM-beoordeling of een offerte nodig heeft voor een gerouteerd bord van 1 tot 32 lagen, staat ons technische team klaar om u met specifieke informatie te beantwoorden.