Optimizing için teknikler, Portreatif Cihazların Strict Form Faktörleri ile tanışın

Giriş Giriş Giriş

Daha küçük, ince ve daha fazla özellik zengin taşınabilir cihazlar için sürekli talep, baskılı devre kurulu (PCB) tasarımcılara aşırı baskı sağlar. Akıllı telefonlar, giyilebilirler, tıbbi implantlar ve el IoT cihazları, her ürün nesli ile sabitlemeleri için karmaşık elektronikler için paketlenebilir. PCB bu sistemlerin arka kemiğidir ve sadece kablolama gereksinimini sağlayan bakır izlerinin belirlenmesi.

Bu makale, mikrovias ve gömülü bileşenler gibi temel stratejileri, gelişmiş yöntemleri, sinyal ve güç bütünlüğü göz önüne alındığında, üretim için tasarım ve tüm bunları mümkün kılan yazılım yeteneklerine ulaşmak için kapsamlı bir kılavuz sunmaktadır.

Form Faktörü Kıtlamaları

Hareketli cihazlar için form faktörü kısıtlamaları sadece fiziksel boyutlardan öteye gidiyor. Mühendisler ağırlık limitleri, batarya hacmi, anten yerleştirme, kullanıcı arayüzü lokasyonları ve termal dağıtım yolları ile uğraşmak zorundadır. Bu kısıtlamalar genellikle devam bölgeleri, bileşen yükseklik kısıtlamaları ve kurul hatlarının kenarlarını tanımlayan mekanik CAD modellerinde eşler, kameralar veya hoparlörler için kesintiler içermeleri içerir.

En yaygın kısıtlamalar şunlardır:

• [FONT:0)Board kalınlığı:[Dönetici:[Dönetici: 0,8 mm veya daha az ince cihazlar için sınırlı, hangi daha az bakır tabaka ve ince dielektriklerin kullanımını güçlendirir.
• [FONT:0)Component yoğunluk:[Dönetici:[Dönetici:0) Yüksek bileşen, kilometrelik kanallar için küçük oda bırakır.
• [FONT:0)Z-kücut yükseklik: [Dön tarafları üst ve alt tarafta bulunan uzun yüzeyler tabaka geçişleri için mevcut alanı azaltır.
• [FONT:0)I/O molası:[Dönler ve test noktaları erişilebilir, genellikle tahta kenarda veya belirli alanlarda erişilebilir olmalıdır.
• [FONT:0)Shielding ve zemining:) RF bölümler özel zemin uçaklarını ve izolasyonu gerektirir, artan routing karmaşıklığı.

Bu kısıtlamaları tasarım sürecinde erken anlamak, PCB düzeni mühendisinin, plaka ile ilgili kararları, türlerle ve bileşen yerleştirmesi hakkında bilgi sahibi olmasını sağlar, başarılı routing optimizasyonu için sahneyi ayarlar.

Foundational Routing Optimizasyon Teknikleri

egzotik yöntemlere dönüşmeden önce, her tasarımcı uzay verimli routing temelini oluşturan temel teknikleri ustalığa sağlamalıdır. Bu temel yaklaşımlar neredeyse tüm kompakt PCB tasarımları için geçerlidir.

Stratejik Kompozisyon

Yerleme optimizasyonunda en etkili adımdır. İyi organize edilmiş bir bileşen yerleştirme, iz uzunlukları azaltır, tabaka geçişlerini azaltır ve açık routing kanalları yaratır.En iyi uygulamalar şunları içerir:

• Fonksiyonel olarak ilgili devreler (örneğin, güç yönetimi, RF, dijital mantık) bölgelere.
• Yüksek hesap cihazları (BGAs, QFNs) merkezi olarak tüm yönlerde fan-out izin vermek için.
• Tercih edilen yönlendirme yollarının uyumlu olması için Orienting components - örneğin, bir katmanda yatay izler, bir sonraki (orthogonal routing).
• Konserleri mümkün olduğunca yakın tutmak, ilgili IC güç pinlerini endüklemeyi en aza indirmek için.
• Kurul bir kılavuz olarak özetliyor: önce yer konektörleri ve kullanıcı-okuma bileşenleri ilk önce, sonra çalışmaya devam edin.

Bueratif yerleştirme rafinerisi, genellikle 3D görselizasyon tarafından yardımcı olur, gereklidir. Birkaç milimetre ayarlama yolu açabilir veya bir tabaka değişikliğini ortadan kaldırır.

Katman Yönetimi ve Stack-Up Design

Katmanlı çöp kutusu, üst düzey tabakaların ve onların düzenlemesinin sayısını tanımlar. Portatif cihazlarda, eğilim genel kalınlık düşük tutmakta, inceleyici ön ve temel malzemeler kullanarak daha fazla tabaka saymaktadır.

• [FONT:0]6-katman:[Dönem:[Dönem:[Dönem:[Dönem: 0) İki dış sinyal katmanı, iki iç toprak uçağı, iki içsel güç / imzalı tabakalar.
• [FONT=0)8--12- 12.Bölüm: [Dönetici: [Dönetici: 0,8--12.)) Belirli otobüsler için özel routing katmanlarına izin verir (örneğin,Ro memory, MIPI).
• [Üyetim:0)HDI (Yüksek Yoğun Yoğun Konsül Interconnect) yığınları:[Döneticileri) maküla ödeyerek, geleneksel olarak daha yüksek routing yoğunluklarını artırmak için birçok mikrovia katmanlarını bir araya getiriyor.

Mühendisler stratejik olarak tabakaları terk etmeliler. kritik sinyal grupları, kontrasezonlar için referans uçaklarını kapatmaya teşvik etmeliler.Bir veya iki tabakayı güç dağıtımı için yedekleyebilirler (Farklı gerilimler için yedek uçaklar). Kalan tabakaları genel sinyal routing için kullanın, ya datogonal yönelimi, bitişik tabakalar arasındaki geçişleri azaltmak için.

Trace Genişlik, Spacing ve Clearance Kuralları

İzleyen iz boyutları doğrudan yoğunlukları etkiler. Belirli bir mevcut ve yalıtım gereksinimi için tasarımcılar, her iki elektrik ve üretim kısıtlamalarına sahip olan minimum iz genişliğini ve spacing almalıdır. Anahtar faktörler:

• [[Düzücük:0)Current taşıma kapasitesi: [DüzgT:1] IPC-2152 veya IPC-2221B standartları belirli bir sıcaklık artışı için genişlik belirlemek için.In portatif cihazlarda, ortalama akımlar düşük, ancak yüksek çözünürlükte (örneğin, RF güç yükselteçleri için) daha geniş izler veya bakır dökme talep eder.
• [FONT=0)Impedance control:[DDR, USB, HDMI), iz genişliği ve referans uçağına yayılma (tipik olarak 50 {{ tek-düşün, 90-100 AND diferansiyel).
• [FONT:0]Manufacturing toleranslar: [Döntme: 1/space minimum iz/space standart PCBler için 3/3 mil (0.076 mm) olabilir, ancak HDI süreçleri 2/2 mil veya 1/1 mil daha dar kurallar maliyeti ve verim riski elde edebilir, bu yüzden onları sadece gerekli olan yerde kullanabilir.
• [FONT:0) Kurul kenar ve deliklere göz atın: Yeterli bir izin (örneğin, 0.3 mm'nin yönetim sırasında hasarın önlenmesi için) yeterli bir şekilde izin verilir.

Modern EDA araçları, tasarımcıların çoklu kural setlerini tanımlamalarına izin verir (örneğin, yüksek riskli alanlara sıkı bir kural, düşük riskli sinyaller için rahat bir kural) ve bunları belirli net sınıflar veya bölgelere uygular.

Via Use and Optimization

Vias, katmanlar arasındaki sinyallerin tükenmesi için gereklidir, ancak yönetim alanını tüketerek ve kapasiteleri tanıtmak. Uzayda-konstut tasarımlarda, her bir şekilde niyetlendirilmelidir. Optimizasyon stratejileri şunları içerir:

• [FONT:0)Via büyüklüğü azalır: [Dönetici: [Dönetici: 0,3 mm ve 4,5 mm mm mm inçlik bir delik) gelişmiş delme ile kullanılabilir. Lazer-drilled mikrovias 0.075 mm delik ve 0.15 mm ped.
• [FONT:0)Via-in-pad:[Dönetici: 0,4][/FONT=0)Via-in-pad:[[FONTT:0)Via-in-pad:[Dönetici: 0,4][/FONT=0) Placing throughs space but requires dolum (With behaviorive or non-conductive epoxy) to prevent solder wicking.This teknik is common for BGA fan-out.
• [FONT:0)Via çadırı:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönekli) kapaklar ile örtünerek, bizi kolayca yüzey alanı artırın.
• [FONT:0)Via dikme:[Dönetici:[Döncükler) Birden çok küçük uçları kullanarak, RF ve güç bütünlüğü için ayrılmış durumda.

EDA araçları, eklenme ve model nesil aracılığıyla otomatik sağlar (örneğin, BGA kaçışı için çiftlikler aracılığıyla). Manual optimizasyonu, routing kanallarıyla uyum sağlamak ve kırmızı yedekli vias çıkarmak için arka planlama içerir.

Algoritma ve Manual Refinement

Otomatik-routers önemli ölçüde gelişmişken, geniş kullanıcı rehberliği olmadan yüksek seviyeli taşınabilir tasarımları için nadiren yeterlidir.En iyi yaklaşım birleştirir ve otomatik manuel yönlendirme:

• [FONT:0) Interaktif routing:[Dönetici:[Dönetici:0)) Cihazın çatışma-sayısını kullanarak kontrol altına alınmasına olanak sağlar.
• [FONT:0)Bus routing:[Dönder:[Dönder:[Dönder:) Aynı anda paralel sinyalleri aynı anda (örneğin, otobüs adresi, veri otobüsü) tutarlı uzunluk ve spacing sağlamak için. birçok araç desteği uzun ayar için yaratılması anlamına gelir.
• [FONT=0]Manual fan-out:[Dönetici: [Döntgenler ve yoğun konektörler için, kaçış kalıbı (örneğin, köpek-uç vs. via-in-pad) daha uzun izler için oto-router kullanmadan önce.
• [FONT:0)Post-route temizleme:) Otomatik olarak düzgün bir şekilde kullanın, iz genişliği optimizasyonu ve sonlandırmayı kontrol edin.

Deneyimli tasarımcılar, sabit bir süreç olarak routing davranıyor: düzeni, inceleme, yeniden yer bileşenleri, kurallar ayarlama ve yoğunluk ve performans hedefleri karşılaştırıldığında yeniden-route.

Uzaylı Tasarımlar için Gelişmiş Teknikler

Temel teknikler form faktörü gereksinimleri karşılamak için yeterli değildir, tasarımcılar standart PCB üretimi sınırlarını zorlayan daha sofistike yaklaşımlar benimsemelidir.

Mikrovias ve HDI Technology

Mikrovias, bir çapında tipik olarak 0.15 mm'den daha az bir şekilde lazerle kaplıdır. Dış katmanlarda yığılabilir veya sabitlenebilirler, son derece yüksek routing yoğunluk sağlar. HDI (High intense Interconnect) tahtalar, iç tabakalarda daha fazla boş alana kadar mikrovias kullanır ve daha fazla routing kanalları izin verir: Anahtar uygulamalar şunları içerir:

• Fan-out of fine-pitch BGAs (0.4 mm perde veya daha küçük).
• Yüzey alanı büyük vias ile iç tabakalarda sinyaller.
• En az ayak izi olan dikey bağlantı olarak hareket eden yığınlar aracılığıyla yaratmak.

Mikrovias ile tasarım dikkatli bir yığın planlama gerektirir: her mikrovia tipi (1-N-1, 2N-2, vs.) laminatların sayısını tanımlar ve maliyetleri etkiler. Aşırı yoğunlukla taşınabilir cihazlar için, "her katmanlı HDI" (ELIC) tüm katmanlarda mikrovias sağlar, tamamen ortadan kaldırır.

Kör ve Buried Vias

Kör vias, dış tabakaya bir veya daha iç katmanları birbirine bağlar, ancak tüm tahtadan geçmiyor. Buried vias sadece iç katmanlar ve yüzeyden görünmez. Bunlar, dış tabakalara göre sayım ve yüzey routing için daha fazla oda bırakırlar.

• Zemin düzlemi sürekliliği kıracak olan vias üzerinden kullanmadan güç uçaklarının montajı.
• Yüzey alanının premium olduğu BGA'ların altında sinyaller.
• Sadece bazı katmanların bağlantıya ihtiyacı olan karmaşık çöp yığınlarını uygulama.

Ticaret daha yüksek üretim maliyeti ve daha uzun zamanlar yol açıyor, ancak routing yoğunluk kazancı önemli olabilir.

Gömülü Bileşenleri

Pasif bileşenler (resistörler, kapasitörler) veya hatta PCB substratı içindeki aktif IC'ler yüzey alanı kurtarır ve parasitik indükleme teknikleri içerir:

• Yıkıcıların (doelektrik tabakaları) yüzey kapasitesinin değiştirilmesi için gömülü kapasitörler kullanmak.
• İç bakır tabakalarında direnç gösteren dirençler, etching dirençli materyal tarafından.
• Açık ölüleri veya betonları katletmeye veya tabakalar arasında paketle, sonra onları laminatla.

Gömülü bileşen teknolojisi hala nispeten uzmandır ve üretim karmaşıklığı ekliyor, ancak sonraki nesil giyilebilir ve tıbbi cihazlar için nihai form faktörü azaltımı sunar.

Esnek ve Depresif-Flex PCB Bölümleri

Esnek substratlar (poliimide) kurulun, iç yapıları sarmak veya eğrili muhafazalara sığabilmesi için kullanılan bükmelere izin verir. Rit-flex PCBler, bağlantı için monte edilen bileşen için katı bölümleri birleştirir ve genel hacmi azaltır. Tasarım dikkateleri:

• Kırklamaktan kaçınmak için minimum virajı koruyun.
• Daha rahat yönlendirme gereksinimleri ile cihazı kullanım sırasında hareket edecek dinamik flex bölümlerini kullanın.
• İşbirlikte yer alan ve pedleri flex-rigid geçişlerinde güvenilirlik geliştirmek için sürükleyin.

Esnek bölümler de antenler, kablo yedekleri veya yapısal elementler olarak hizmet edebilir, onları katlanabilir telefonlar ve akıllıwatches gibi ultra-thin cihazlar için paha biçilmez hale getirebilir.

Signal Integrity ve Power Integrity in Compact Designs

Routing Optimizasyonu elektrik performansına karşı çıkmamalıdır. Portatif cihazlarda, yüksek hızlı arayüzler (USB 3.x, PCIe, MIPI DSI /CSI, Prat4/5) hassas analog ve RF devreleri ile birlikte. Yoksul routing seçenekleri sinyal bozulmasına yol açabilir, EMI ve güç tedariki gürültüye neden olur.

Impedance Control and Transmission Lines

Kritik ağlar için, tasarımcılar iz genişliği, dielektrik kalınlığı ve referans uçaklara mesafe ayarlayarak kontrol edilemez izlerini tanımlamalıdır. ince tahtalarda, 50 GU genellikle daha dar izler veya daha geniş alanlar gerekir. Anahtar uygulamalar:

• EDA aracında (örneğin Polar Si8000) inşa edilmiş hesap hesap hesaplayıcıları kullanarak, yığınını modellemek için kullanın.
• Ayrı referans uçakları üzerinde yüksek hızlı sinyalleri önlemek; kaçınılmaz olursa geçişe yakın dikme ekleyin.
• Yol diferansiyel çiftleri maça ve tutarlı spacing ile, gerekli olan anlamları kullanarak.
• Bir alanla eleştirel ağlar, engellenme ve yayılım gecikmesini doğrulamak için.

Power Dağıtım Ağı (PDN) Design

Compact yönetimleri genellikle güç dağılımı için sınırlı bakıra sahiptir, DC gerilim düşüşüne ve AC engelleyici sorunlara yol açıyor.

• Birkaç bölme ile özel güç uçaklarını kullanın. Birden fazla gerilim için, bakırın geniş izler ile sinyal tabakalarını kullanın.
• Yüklemeye mümkün olduğunca yakın olan kapasitörler, kısa, geniş izler pedlere ve endüktöre en aza indirmek için.Işık ped için birden fazla vias per cleor ped kullanın.
• Yüksek frekanslı decoupling için gömülü kapasitans katmanları (düşün güç/küresel dielektrik) düşünün.
• PDN, Ansys SI dalgası veya Cadence Sigrity gibi araçları kullanarak yeniden zirveleri tanımlamak için engellenir.

EMI ve Crosstalk Mitigation

Dense routing, haç ve EMI'yi ihlal ediyor. Mitigation stratejileri şunları içerir:

• Koruma izlerini korumak (kanık ve hassas sinyaller arasında)
• Bölgeyi geri dönüş akımları için azaltmak için zemin uçak dikmek.
• Analog ve RF devrelerinden gelen yüksek hızlı sinyalleri en az 3-5 kez dielektrik yüksekliği ile sil.
• Yoğun bir şekilde darbeyi en aza indirmek için bitişik katmanlara (orthogonal) doğru bir yönlendirme.
• ferrite beads veya seri dirençliler gerekirse gürültülü I / O hatlarında.

Termal Routing Strategies

Portre cihazları işlemcilerden, güç yükselteçlerinden ve bataryalardan ısı üretiyor, ancak sınırlı hava akışı ve küçük ısı batıyor. PCB'nin kendisi sıcak bileşenlerden ısıtılması gerekiyor.

• [FONT:0] ⁇ vias:[Dönetici:[Dönetici:) Sıcak parçalar altında küçük parçalar (örneğin, güç ICs, LED sürücüleri) ısıyı iç bakır uçaklara veya özel bir termal tabakaya transfer etmek için.
• [FONT:0]Copper dökülüyor:[Dönetici:[Döncükler için dış tabakalarda büyük bakır alanları kullanın, ancak EMI'yi yayan büyük bağlantıların yaratılmasından kaçınır. Connects to ground uçaklar with through diking.
• [0] ısıya duyarlı bileşenleri uzak tut: Yol izlerini taşıyan rota, eski ısı stresi önlemek için sıcak noktalar etrafında izler.
• [FONT:0)Layer ısı için çöp:[Dönemli durumlarda metal çekirdekli bir PCB (MCPCB) kullanın veya tahta ve şasi arasındaki termal arayüz materyali ekleyin.

Üretim için tasarım (DFM) ve Assembly Thinkations

Routing yoğunluk, verim ve maliyetle doğrudan etkilere sahiptir. DFM kuralları, kurulun güvenilir bir şekilde üretilebilmesi ve toplanmasına saygı gösterilmesi gerekir:

• [FONT=0)Minimum annular ring:) Sağlam matkap-to-copper algılama kumaşatörün yetenekleriyle karşılar (örneğin, mikrovias için 0.1 mm, vias için 0.15 mm).
• [FONT:0)Via-in-pad dolum:) vias'in iletken veya non-conductive epoxy ile dolu olup, giriş seviyesi için planlanacağını belirtin.
• [FONT:0)Mask hizası:[Dönetici:[Dönetici:0)) Satmak için yeterli satılan web sitesi.
• [FONT:0)Panel:[Dönlendirme:[Dönlendirme:[Dönlendirme:[Dönlendirme:))))) Emekleme ile müdahale etmeyen delikler ve fare ısırıkları ekleyin.
• [FONT:0)Test noktaları:[Döneticileri) ICT veya uçan prob test noktaları için, hatta yoğun tasarımlarda bile, alt tarafta veya kullanılmamış pedleri kullanabilecekler.

PCB üreticisi ile erken danışma önerilir; kararları etkileyen özel tasarım kuralları ve yetenekleri sağlayabilirler.

Optimize Edilmiş Routing için Araçlar ve Yazılım

Modern PCB tasarım araçları, taşınabilir cihazlarda routing karmaşıklarının karmaşıklığını yönetmek için vazgeçilmezdir. Anahtar yetenekler aramak için:

• [FONT:0]Constraint management:[Dönetici:[Döneticileri, alt sınıfları, boşlukları ve uzun eşleşmeleri tanımlamalarına izin verenler.
• [FONT=0)Auto-router with strategy:[Dönetici: [Dönetici:0)En iyioloji şablonları ve bölge temelli kurallar tarafından yönlendirilen yoğun yönetim kurulları idare edebilir.
• [FONT:0]3D görselleştirme: [DDDD görüşler, bileşen tespiti, yönetim kurulunu kontrol etmeye yardımcı olur ve muhafaza ile ilgili araçlarınızı kontrol eder.|0|3D görselleştirme:[D][D][D][D][D][D][D][D][D][D][D][3][/FONT][/FONT=D TR][/FONT=2}Altium Tasarımcı 3D) veya SolidWorks PCB konektörleri mekanik-elektrikli bir co-design sağlar.
• [FONT:0)Signal Whole simülasyonu:[Dönetici:[Dönetici:0)) Simulate pre- ve post-layout with tools like HyperLynx, Ansys SIwave, or Cadence Sigrity to verifyy, crosstalk, and eyess without building prototips.
• [FONT:0] ⁇ simülasyonu:[Dönetici:[Dönetici:0) FloachM veya Ansys Buzpak gibi araçlar sıcak noktaları tahmin edebilir ve yerleştirme yoluyla ısı kılavuzunu önerebilir.
• [FONT=0)DFM kontrol: [DFLT:1] yerleşik DRC veya dış araçlar (örneğin, Valor, BlueYaz-PCB) üretim sorunları erken yakalamak için.

Doğru aracı seçmek bütçeye, takım deneyimine ve tasarım karmaşıklığına bağlıdır. KiCad gibi Open-source seçenekleri daha az aşırı tasarımlar için uygulanabilir hale getirdi.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Betonlama PCB, sabit form faktörü kısıtlamaları altında taşınabilir cihazlar için kesintiye uğramak, çok yönlü bir disiplindir, elektrik mühendisliği, mekanik farkındalık ve üretim bilgisi.Bu ustalık temel teknikleri ile şarj etmek - sorumlu yerleştirme, ısı yönetimi, kullanım yoluyla ve takip etmek - ve son ürüne sadece mikrovias, gömülü bileşenler ve esnek devreler gibi gelişmiş yöntemler uygulamak, tasarımcılar her zaman daha küçük paketlere kadar paketlemeyi sağlayabilir.

Başarının anahtarı bir metodolojik, iteratif yaklaşımdır: açık mekanik ve elektrik kısıtlamaları tanımlamak, modern EDA araçlarını kullanarak, kritik yönleri erken simüle etmek ve üretim ortaklarıyla yakın işbirliği yapmak.Sücretsiz cihazlar, PCB routing'i optimize etmeye devam ettikçe, donanım mühendisleri için kritik bir rekabetçi avantaj olarak kalacaktır.