Khoảng cách từ Lớp Lụa đến Lớp Mặt Nạ Hàn: Quy tắc Thiết kế PCB Bạn Cần Thêm vào

Tôi rất ấn tượng khi thấy rằng, ngay từ khi mới sử dụng, các kiểm tra quy tắc thiết kế mặc định (DRCs) trong bản sao Altium 20 của tôi gần như đã bao hàm toàn bộ cơ sở về cách tạo một bảng mạch in (PCB) “tiêu chuẩn”. Altium Designer mặc định áp dụng quy tắc “10 mil”, nghĩa là khoảng cách và độ rộng tiêu chuẩn của các đường dẫn đồng là 10 mils. Hơn nữa, hầu hết các khoảng cách khác cũng mặc định là 10 mils. Điều này bao gồm khoảng cách từ đường dẫn này sang đường dẫn khác, từ pad đến đường dẫn, từ lỗ thông hơi đến các pad hoặc vias khác, và hầu như bất kỳ thứ gì bạn có thể tưởng tượng. Ngoại lệ là khoảng cách giữa lớp silk và lớp mặt nạ hàn cũng như khoảng mở rộng mặt nạ hàn xung quanh pad, cả hai đều mặc định là 4 mils.

Bắt đầu một thiết kế mới có nghĩa là chọn lựa các quy tắc thiết kế PCB phù hợp với bảng mạch của bạn. Bộ quy tắc này được các công ty sản xuất PCB hỗ trợ và chúng giúp các kỹ sư thiết kế một bảng mạch hoạt động hiệu quả. Các ngoại lệ cho quy tắc mặc định 10 mils tồn tại, đặc biệt khi mật độ và độ phức tạp tăng lên. Ví dụ, các bộ quy tắc thiết kế hoàn toàn khác biệt có thể tồn tại ở các khu vực như khu vực dưới một Mạch Tích Hợp (IC) với bản in Ball Grid Array (BGA).

Khi mật độ tăng và/hoặc tốc độ biên của tín hiệu tăng, không hiếm khi những quy tắc này được liệt kê bằng các đơn vị khác và mức độ phức tạp khác nhau.

Quy tắc Thiết kế PCB Nên Phù hợp với Khả năng Sản xuất

Tôi thường thiết kế theo “quy tắc 6 mil”, khi tôi thực hiện các thiết kế nhỏ nhanh chóng qua các nhà sản xuất PCB bằng cách đặt hàng trực tuyến. Khi thiết lập cho một PCB mới, tôi sẽ quyết định phạm vi các nhà sản xuất PCB mà tôi muốn sử dụng, cũng như một ước lượng ngân sách sản xuất PCB.

Một khi bộ quy tắc và loại nhà sản xuất đã được quyết định, khả năng sản xuất cần được xem xét và dịch thành các quy tắc hoặc chính sách mà Altium Designer có thể hiểu. Thường thì tôi sẽ tạo các bộ quy tắc cụ thể cho nhà cung cấp ngoài các bộ quy tắc “quy tắc x mil” chung, đại diện cho khả năng của nhà cung cấp đó một cách rõ ràng, từng dòng một, từng số liệu một.

Khi mọi thứ trở nên phức tạp hơn, chúng ta phản ứng bằng cách điều chỉnh các bộ quy tắc và những sự thỏa hiệp trong quá trình chế tạo mà chúng đại diện. Hiểu biết về quá trình chế tạo trở nên hữu ích trong những trường hợp này. Ví dụ, trung tâm của bảng mạch có thể có độ chính xác khoan đến đồng tốt nhất, nơi các quy tắc có thể được uốn lượn nhiều hơn. Nghĩ về nó theo một cách khác, trong các trường hợp cần phải uốn lượn quy tắc và đẩy giới hạn khả năng chế tạo, tốt nhất là tăng cơ hội thành công ở mọi nơi có thể.

Ngoài các khoảng cách giữa dẫn điện với dẫn điện được định nghĩa là quy tắc thiết kế mặc định hoặc trong tiêu chuẩn IPC, còn có các khoảng cách khác cần được xem xét khi cần tăng mật độ mà không tạo ra lỗi lắp ráp. Những khoảng cách này liên quan đến lớp chống hàn (hoặc "lớp chống dính hàn") và lớp in, mà nhiều nhà thiết kế sẽ đơn giản sử dụng các giá trị mặc định. Thay vào đó, hãy thiết lập một số giá trị tùy chỉnh để đảm bảo Altium Designer sẽ không kích hoạt các lỗi không cần thiết.

Lớp Chống Hàn Mảnh

Nếu bạn đang làm việc với các thiết kế có mật độ cao và bắt đầu thấy khoảng cách giữa các pad trở nên rất chật hẹp, việc xác định các khu vực nơi lớp mặt nạ hàn còn lại giữa các pad có thể được loại bỏ hoàn toàn là hợp lý. Nếu bạn đã định nghĩa sự mở rộng của lớp chống hàn xung quanh các pad trên linh kiện của mình, lớp mặt nạ hàn còn lại giữa các pad sẽ được loại bỏ nếu các lỗ mở của mặt nạ chồng lên nhau. Điều này giúp bạn tự động loại bỏ các mảnh mặt nạ hàn còn lại có thể quá nhỏ để được sản xuất một cách đáng tin cậy.

Quy tắc này cung cấp cho bạn một cách đơn giản để quản lý các mảnh mặt nạ chống hàn giữa các lớp pad cụ thể, các mạch cụ thể, và thậm chí là các bản in chân cụ thể. Ví dụ, trong hình ảnh trên, tôi đã thiết lập một ràng buộc về khoảng cách mặt nạ hàn tối thiểu giữa các bản in chân 1206 và tất cả các pad. Bạn có thể áp dụng các quy tắc riêng lẻ trên các lớp khác nhau, giữa các lớp pad khác nhau, và nhiều hơn nữa.

Mở Rộng Mặt Nạ Hàn

Một ví dụ khác về việc uốn lệch các quy tắc là giảm sự mở rộng của mặt nạ hàn xung quanh các pin và pad có mật độ cao sao cho vẫn còn đủ lớp mặt nạ hàn giữa các pin/pad để hoạt động như một đập hàn và ngăn chặn cầu hàn trong quá trình lắp ráp. Đây rõ ràng là một sự đánh đổi, vì giờ đây có ít không gian hơn cho sự không đăng ký chính xác của lớp chống hàn, có thể ảnh hưởng đến khả năng hàn, hoặc khả năng xảy ra cầu hàn.

Sự mở rộng mặt nạ hàn cho một pad trên linh kiện có thể được định nghĩa khi tạo dấu chân PCB và thư viện. Tuy nhiên, bạn cũng có thể thiết lập mặt nạ hàn theo các quy tắc thiết kế PCB; giá trị bạn thiết lập sẽ được tự động áp dụng cho các linh kiện của bạn. Hình dưới đây cho thấy sự mở rộng mặt nạ hàn được áp dụng cho mọi dẫn điện tiếp xúc không phải là via trên cả hai lớp. Bạn hoàn toàn có thể áp dụng các quy tắc khác nhau trên lớp trên và lớp dưới.

Chỉ cần lưu ý rằng, nếu bạn muốn thiết lập một lỗ mở mặt nạ hàn cụ thể cho một linh kiện cụ thể, việc này dễ dàng nhất khi thực hiện trong dấu chân PCB. Bạn có thể áp dụng điều này cho một pad cụ thể trên linh kiện nếu mong muốn. Bạn cũng có thể thiết lập quy tắc cho một mạch cụ thể, điều này sẽ áp dụng giá trị mở rộng mặt nạ hàn cho pad trên mạch đó.

Khoảng Cách Từ Silk Đến Mặt Nạ Hàn

Một số vấn đề chúng ta không phải lo lắng, ít nhất là tạm thời. Nếu màn hình lụa trùng với đồng trần, phần chồng lên thường sẽ không được in (tùy thuộc vào xưởng sản xuất); xưởng của tôi thường làm cho đồng trần trở nên trần trụi. Kết quả thường không gây hại cho chức năng điện của bảng mạch, nhưng văn bản "in lụa" có thể khó đọc hoặc không thể đọc được.

Để giúp bạn tăng mật độ trong thiết kế của mình và hỗ trợ lắp ráp, bạn cũng có thể chỉnh sửa quy tắc khoảng cách giữa lớp in và lớp mặt nạ hàn. Hình dưới đây cho thấy bạn có thể định nghĩa khoảng cách giữa lớp in và mặt nạ chống hàn trong Trình chỉnh sửa Quy tắc và Ràng buộc PCB. Chỉ cần chọn “Check Clearance To Exposed Copper” để định nghĩa khoảng cách tối thiểu đến các phần tử đồng tiếp xúc như pad. Để định nghĩa khoảng cách đến mép của lỗ mặt nạ hàn, chọn “Check Clearance To Solder Mask Openings” và thiết lập giá trị khoảng cách mong muốn.

Trong hình trên, khoảng cách giữa lớp in và mặt nạ hàn được định nghĩa là 2 mil cho lớp Top Overlay; chỉ cần tạo một quy tắc thiết kế PCB thứ hai cho khoảng cách giữa lớp in và lớp chống hàn nếu bạn muốn thêm quy tắc cho lớp Bottom Overlay. Lưu ý rằng điều này chỉ được định nghĩa cho pad (như được chỉ ra trong truy vấn IsPad), nhưng chúng ta cũng có thể áp dụng quy tắc cho một lớp pad, lớp pad và lớp cùng một lúc, hoặc cho tất cả các đối tượng. Điều này cho phép bạn cân nhắc khoảng cách giữa lớp in và đối tượng mà bạn có thể chấp nhận trong thiết kế của mình. Kết quả cuối cùng là Altium Designer sẽ tạo ra một danh sách mọi trường hợp mà văn bản chồng lên đồng trần trên pad của linh kiện.

Giá mà có ai đó phát minh ra chức năng tự động di chuyển chữ in trên lụa khỏi các pad và via tiếp xúc trên toàn bảng mạch. >:/

Khi bạn cần thiết kế các bảng mạch phức tạp với một bộ công cụ thiết kế PCB toàn diện, hãy thử Altium Designer®. Bạn có thể áp dụng các quy tắc thiết kế PCB tùy chỉnh và tiêu chuẩn cho bảng mạch tiếp theo của mình, bao gồm khoảng cách từ silk đến lớp mặt nạ hàn và các quy tắc sản xuất quan trọng khác. Bạn có muốn tìm hiểu thêm về cách Altium có thể giúp bạn với thiết kế PCB tiếp theo của mình không? Hãy nói chuyện với một chuyên gia tại Altium và tìm hiểu thêm về việc đưa ra các quyết định thiết kế một cách dễ dàng và tự tin.