DFM в разметке вашей печатной платы

Создание платы подразумевает соответствие процессу производства для вашего слоя стека и выбора материала. На определенном этапе вам придется разрабатывать соединения на вашей печатной плате, и даже для них существуют специфические требования, предназначенные для обеспечения производственной пригодности. В этом разделе нашего краткого курса по DFM мы рассмотрим некоторые основные ограничения DFM на проводящие элементы в печатной плате, а также разработку слоев шелкографии/паяльной маски для DFA.

Успешное применение DFM в компоновке печатной платы начинается с установки ваших правил проектирования для учета важных ограничений DFM. Правила DFM, представленные ниже, отражают некоторые современные возможности проектирования, которые можно найти у большинства производителей. Убедитесь, что установленные вами пределы в правилах проектирования печатной платы не нарушают эти ограничения, чтобы вы могли соответствовать большинству стандартных ограничений проектирования.

Стратегия компоновки вашей печатной платы

После того, как вы определились с выбором материалов, пришло время углубиться в конкретные детали разметки вашей печатной платы. Хотя рабочие процессы инженеров могут отличаться от дизайнера к дизайнеру, существует ряд основных проектных соображений, которые требуют точного соблюдения требований DFM, чтобы считать плату на 100% готовой к производству. В следующих разделах вы узнаете подробности стратегии разметки вашей печатной платы, включая спецификации SMT и сквозного монтажа, документацию по шелкографии, применение паяльной маски и многое другое.

Требования к размеру и зазору переходных отверстий

Профессиональные дизайнеры используют многослойные печатные платы с трассировкой на двух слоях, что требует использования переходных отверстий (виас). Виасы являются критически важной частью каждого дизайна печатной платы и отвечают за передачу электрического тока между слоями. При проектировании металлизированных сквозных переходных отверстий рекомендуется поддерживать соотношение сторон 8:1 между диаметром отверстия и длиной виаса. В таблице ниже показан набор стандартных размеров сверл (в милах):

Стандартные переходные отверстия должны сохранять минимальные зазоры от соседних проводников. Величина зазора будет зависеть от конкретных возможностей производства на заводе, а также от необходимости специфических зазоров, требуемых для определенных типов печатных плат (например, для плат высокого напряжения). Существует зазор между переходными отверстиями, который будет ограничивать допустимую плотность переходных отверстий, с типичными зазорами между стенками отверстий до 10 милов. Эти требования ограничат плотность соединений, которые могут быть проложены между слоями, а также плотность соединительных переходных отверстий при объединении плоскостей или полигонов.

Сквозные отверстия или SMD?

Выбор между компонентами с отверстиями или поверхностным монтажом (SMD) напрямую влияет на общую стоимость и время производства. Рекомендуется придерживаться использования SMD для современных плат, так как это обеспечивает более быстрое изготовление плат и повышает надежность. Большинство компонентов, необходимых для современного дизайна, производятся как компоненты SMD. Исключения составляют, например, разъемы, которые часто доступны как в варианте SMD, так и с отверстиями. Для снижения производственных затрат в дизайне и для минимизации количества проходов пайки желательно размещать компоненты только на одном слое, даже в случаях, когда в одном дизайне используются оба типа компонентов.

Кольца аннуляции

Кольцо аннуляции обычно определяется как разница между желаемым диаметром площадки и соответствующим диаметром сверления, хотя это не совсем корректно. Классическое определение, которое я только что упомянул, относится к посадочной площадке на переходном отверстии (виа). На самом деле кольцо аннуляции сильно отличается от размера посадочной площадки виа; оно относится к оставшемуся медному кольцу вокруг просверленного отверстия после того, как отверстие просверлено, вытравлено и покрыто медью. Сверло не всегда попадает в площадку абсолютно точно в центр из-за смещения во время производства. В результате сверло может быть немного смещено от центра и оставить некоторое количество меди вокруг отверстия виа.

Из приведенного выше изображения мы можем видеть, что ширина кольцевого зазора для идеально изготовленного переходного отверстия будет следовать следующей формуле:

Ширина кольцевого зазора = (Диаметр площадки – Диаметр отверстия) / 2

Чтобы обеспечить соответствие платы стандартам надежности IPC, диаметр площадки должен быть на 8 мил (Класс 2 IPC) или 10 мил (Класс 3 IPC) больше, чем диаметр отверстия для переходного отверстия. Это консервативный лимит, который будет гарантировать, что вокруг готового переходного отверстия почти всегда будет некоторый кольцевой зазор.

• Узнайте больше о дизайне переходных отверстий высокой надежности в вашей компоновке печатной платы.

Соотношение сторон переходного отверстия

Соотношение сторон переходного отверстия - это отношение между глубиной переходного отверстия и диаметром просверленного отверстия (после нанесения покрытия). Соотношение сторон переходных отверстий должно быть достаточно низким, чтобы обеспечить высокий выход готовой продукции этих структур. Для более продвинутых конструкций, таких как печатные платы HDI, использующие микропереходные отверстия, предел соотношения сторон может быть очень маленьким, достигая 1:1 или меньше. Обязательно проверьте возможности вашего производителя, прежде чем начинать добавлять переходные отверстия в компоновку печатной платы. Вы можете установить лимиты на размеры переходных отверстий в правилах дизайна вашей печатной платы.

Переходные отверстия в площадке и микропереходные отверстия

Когда плотность соединений становится очень высокой, например, в BGA с мелким шагом, возможно размещение переходного отверстия непосредственно на контактной площадке компонента. Дизайн с переходными отверстиями в площадке позволяет размещать компоненты ближе друг к другу, поскольку переходные отверстия не нужно размещать на некотором расстоянии от их соединительной контактной площадки. Для дизайна с переходными отверстиями в площадке требуется заполнение проводящим или непроводящим эпоксидным составом, за которым следует закрытие и металлизация для защиты внутренней части структуры переходного отверстия.

Переходные отверстия в площадке используются с сквозными переходными отверстиями в случаях, когда механическое сверление все еще возможно, пределом которого может быть размер всего в 8 милов. Когда плотность компонентов чрезвычайно высока, требуются техники проектирования HDI для соединения с внутренними слоями. Это более продвинутая тема, которая обсуждается в наших других электронных книгах.

Следует ли Закрывать Переходные Отверстия?

Закрытая маской переходная отверстие - это стандартное переходное отверстие, поверхностные слои которого покрыты маской, так что медь не остается открытой. Обычно маленькие переходные отверстия (12 милов или меньше) определяют как закрытые маской. Большие переходные отверстия могут требовать установки заглушки и заполнения перед тем, как их можно будет закрыть маской. Переходные отверстия закрывают по разным причинам, и это хорошая идея закрывать их, когда они находятся очень близко к посадочным местам на компонентах SMD. Пример ниже показывает один случай, когда необходимо применить закрытие маской из-за близости между переходными отверстиями и рядом контактных площадок на компоненте SMD. В этом случае, если бы переходные отверстия не были закрыты, возможно, припой мог бы просочиться через них на обратную сторону платы, что могло бы вызвать короткое замыкание.

Хотя есть опасения по сборке, все же может быть причина оставить переходные отверстия открытыми. Например, если конкретное переходное отверстие желательно использовать в качестве точки для тестирования, то оно должно быть доступно для пробы, так что маску с этого переходного отверстия нужно будет удалить. Тестирование будет обсуждаться более подробно в следующей главе этой серии.

• Узнайте больше о закрытии переходных отверстий маской

Слепые и скрытые переходные отверстия

Подобно сквозным отверстиям, скрытые и/или закрытые переходы (BBV) являются отверстиями, соединяющими один или несколько слоев. В этом процессе скрытый переход соединяет внешний слой с одним или несколькими внутренними слоями, но не с обоими внешними слоями, а закрытый переход соединяет один или несколько внутренних слоев, но не с внешним слоем. Ниже приведено изображение в разрезе 6-слойной печатной платы со скрытыми и закрытыми переходами:

Не следует предполагать, что ваш производитель сможет изготовить любую возможную комбинацию скрытых и закрытых переходов. Механически сверленные и лазерно сверленные скрытые и закрытые переходы должны быть размещены в определенных слоях для обеспечения успешного изготовления, их нельзя размещать на произвольных парах слоев. Обязательно свяжитесь с вашим производственным предприятием заранее и получите рекомендации по использованию скрытых и закрытых переходов в компоновке печатной платы.

Сужение дорожки

В некоторых случаях необходимо сузить дорожку для маршрутизации к посадочному месту компонента. Суженная дорожка (иногда называемая сужением) соединяется с площадкой и проходит как минимум на 0.010 дюйма от площадки, прежде чем расширяться до большей ширины дорожки.

Для управляемых импедансных дорожек, как это необходимо в высокоскоростных конструкциях, обычно плохая идея применять сужение, поскольку это создает отклонение импеданса. Вместо этого используйте более тонкие слои, если вам нужно поддерживать меньшую ширину. Компоненты для этих конструкций, как правило, будут иметь меньшие посадочные площадки, так что им не потребуется сужение, если стек и дорожки правильно подобраны.

Размещение и ориентация ваших компонентов

Определив предпочтительные типы компонентов, теперь пришло время решить, как эффективно разместить и ориентировать эти детали на вашей плате. Этот процесс будет иметь большое влияние на то, как вы используете доступное пространство на макете платы, и может быть одним из самых сложных этапов в вашем процессе проектирования. Ниже вы найдете конкретные рекомендации по оптимизации размещения ваших компонентов, чтобы они были производимы и способны соответствовать вашим конкретным требованиям к дизайну.

Прежде чем переходить к конкретике размещения и ориентации компонентов, есть несколько общих рекомендаций, которые следует иметь в виду:

• Ориентируйте компоненты с входами/выходами и похожими посадочными местами в одном направлении.
• Постарайтесь разместить все ваши SMT компоненты на одной стороне платы, а все сквозные компоненты (если они смешанные) на верхней стороне платы.
• Когда у вас есть компоненты смешанной технологии (SMT и PTH), производители могут потребовать дополнительный процесс пайки для установки компонентов на нижней стороне.
• Вы должны завершать все площадки только одним проводником.
• Когда вы указываете чип под устройством, это может усложнить инспекцию, ремонт и тестирование.
• Все компоненты, используемые на стороне сборки для волновой пайки, должны быть заранее одобрены вашим производителем для погружения в ванну с припоем.

С информацией, представленной в этой главе, теперь вы хорошо подготовлены к началу процесса размещения и ориентации компонентов, чтобы соответствовать основным требованиям производимости. Теперь, когда ваш дизайн близится к завершению, пришло время завершить процесс разработки платы, настроив требования к точкам тестирования в следующей главе.

• Перейдите к Части 4: Очистка платы и требования к тестированию

Когда вы готовы начать свой проект и хотите убедиться, что соответствуете каждому требованию DFM для вашей компоновки печатной платы, используйте функции проектирования и компоновки в Altium Designer®. Как только ваш проект будет готов к тщательному обзору дизайна и производству, ваша команда может делиться и сотрудничать в реальном времени через платформу Altium 365™. Команды дизайнеров могут использовать Altium 365 для обмена данными производства, файлами проектов и обзорами дизайна через защищенную облачную платформу и в Altium Designer.

Мы только начали раскрывать возможности Altium Designer на Altium 365. Начните свою бесплатную пробную версию Altium Designer + Altium 365 сегодня.