Khái niệm Quy trình Thiết kế PCB

Bạn đã bao giờ chiêm ngưỡng một kiệt tác kiến trúc như cầu Golden Gate hay một công trình lịch sử như Nhà thờ Đức Bà Paris chưa? Rồi tự hỏi họ đã nghĩ ra ý tưởng đó như thế nào và thực hiện nó ra sao? Một vài từ ngữ hiện lên trong đầu: Lập kế hoạch, lập kế hoạch và điều chỉnh.

Thiết kế PCB và Gói SOC cũng tương tự như vậy, có nghĩa là đó thực sự là một câu đố gồm các bộ phận, giao diện mạch, mặt phẳng nguồn, hàng nghìn tín hiệu, chuyển đổi via và nhiều quy tắc thiết kế cần phải kết hợp lại và hoạt động một cách điện tử ổn định, đạt được hiệu suất cần thiết, và cũng phải có khả năng làm việc với các hạn chế và giới hạn của yếu tố hình thức cơ khí.

Các Khối Xây Dựng của Thiết Kế PCB

Tầm quan trọng của việc tuân theo một danh sách kiểm tra đầu vào tốt

Việc có một danh sách kiểm tra đầu vào giúp kỹ sư suy nghĩ và tạo ra một hình thức giao tiếp được tài liệu hóa và cơ bản là bắt đầu quá trình. Danh sách kiểm tra có thể định rõ nhiều thứ và cung cấp cho chúng ta một điểm xuất phát để bắt đầu hành trình Thiết kế PCB của mình. Đây cũng là lúc để kỹ sư suy ngẫm về những gì anh ta đang tìm kiếm trong thiết kế. Cho đến nay, kỹ sư chủ yếu suy nghĩ về mặt điện, hầu hết đã được chôn vùi trong việc tìm kiếm sơ đồ và linh kiện (hy vọng là vậy), đây là lúc bắt đầu trở nên thực tế, LOL. Ý là, bắt đầu suy nghĩ về cách electron sẽ chảy trên một PCB và những gì là cần thiết.

Tôi có một danh sách kiểm tra mà tôi sử dụng và nó chứa những điều cơ bản. Bạn thiết kế càng nhiều, điều này càng trở thành bản năng. Nếu bạn là kỹ sư thực hiện bố trí, tâm trí bạn sẽ càng uốn nắn để bây giờ nghĩ như một Nhà thiết kế PCB. Ví dụ, bạn có thể bây giờ nghĩ nhiều hơn về các chỉ số tham chiếu hơn là số phần. Đầu tiên bạn sẽ thực hiện một nghiên cứu khả thi và danh sách kiểm tra đầu vào khởi động giai đoạn đó. Những mục cơ bản cần có là BOM, đầu vào cơ khí, Quy tắc Định tuyến/Thiết kế, độ dày tổng thể, yêu cầu trở kháng, và các bộ phận có khoảng cách chân nhỏ nhất cần được xem xét để giúp định rõ cấu trúc via cần thiết, làm Toán BGA.

Sự hợp tác cơ khí – giữ khoảng trống và hạn chế chiều cao

Hợp tác với MCAD là điều cần thiết để bắt đầu một dự án. Quan trọng là phải đồng nhất với các yêu cầu cơ khí ngay từ đầu. Tổng độ dày của bảng mạch, vị trí/xoay của các kết nối, vùng giữ chỗ cho linh kiện, và lỗ gắn phải được xác định một cách chính xác và được xem xét ngay từ đầu trong Thiết kế PCB. Đây là nền tảng của tòa nhà bạn sắp xây dựng. Khung là các ràng buộc và kích thước vật lý có sẵn để phù hợp với thiết kế, vì vậy bạn có thể thấy độ chính xác là quan trọng đối với sự thành công của thiết kế. Tôi đã thấy trong quá khứ, một bản vẽ viền cơ khí từ MCAD hiển thị từ góc nhìn dưới nhưng lại được nhập vào ECad như là góc nhìn từ trên, Điều này sẽ ảnh hưởng đến việc đặt linh kiện, đừng làm như vậy. Hãy chắc chắn rằng bạn có các góc nhìn chính xác và bất cứ khi nào có thể, hãy chia sẻ các tệp .idf hoặc .idx và bao gồm cùng các tệp mô hình bước nếu bạn có khả năng đó. Điều này sẽ đảm bảo sự hợp tác MCAD thành công. Ngoài ra, có thể đây là thời điểm để thương lượng về việc di chuyển lỗ gắn tản nhiệt, nhưng việc đặt linh kiện cũng sẽ quyết định các hạn chế. Chẳng hạn, nếu được đề xuất đặt BGA có số chân cao ở góc, và nó được lấp đầy hoàn toàn bằng tín hiệu, bây giờ là lúc để phản đối vì bạn sẽ mắc kẹt khi cố gắng định tuyến ra khỏi góc và cần nhiều lớp tín hiệu hơn.

Tầm quan trọng của các quy tắc định tuyến

Quy tắc định tuyến hoặc quy tắc thiết kế là những gì giữ cho Thiết kế PCB được kiểm soát. Tôi thường gọi các quy tắc được tài liệu hóa là đường ray mà một đoàn tàu phải lăn trên. Với quy tắc được xác định trong một tài liệu so với nhiều email thay đổi hàng ngày hoặc hàng giờ và khó để theo dõi, rất dễ để lạc hướng và bỏ lỡ hoặc quên các mục quan trọng đối với hiệu suất của thiết kế, và cho phép Nhà thiết kế PCB giao tiếp như một và cung cấp tài liệu kế thừa. Ý tưởng về quy tắc dưới dạng tài liệu là những gì được sử dụng để điền quy tắc vào công cụ CAD, thường được gọi là ràng buộc hoặc quy tắc thiết kế, mà thiết kế phải tuân theo. Điều này bao gồm các quy tắc vật lý và điện mà thiết kế sẽ tuân theo để đáp ứng các yêu cầu về thời gian, tiếng ồn và sản xuất.

Định tuyến tốc độ cao và mô phỏng - Các khái niệm cung cấp điện

Giờ đây, khi thiết kế bắt đầu được hình thành, các quy tắc đã được đặt ra, và việc xác định vị trí cũng như các mặt phẳng nguồn đang được thực hiện, đây là thời điểm thích hợp để bố trí các giao diện quan trọng nhất và các mạch tốc độ cao khó khăn nhất nếu chúng tồn tại trong thiết kế của bạn. Đó là một ý tưởng tốt khi bạn có một bố cục xếp chồng trong tâm trí phù hợp với toàn bộ thiết kế. Sử dụng kích thước via tiêu chuẩn và cố gắng đạt được tỷ lệ khía cạnh sản xuất tốt, đã đến lúc thử nghiệm mạch đó, đặt và định tuyến, sau đó mô phỏng. Vâng, hãy mô phỏng ngay bây giờ một khi các mạng quan trọng đã được định tuyến chỉ để xem liệu bạn có đáp ứng được yêu cầu về hiệu suất tối ưu hay không. Đó là lúc bạn có thể phát hiện ra rằng bạn cần phải có một bố cục xếp chồng hoặc cấu hình via khác nhau. Chẳng hạn, nếu bạn đang cố gắng đạt được 12GBPS, và bạn đang sử dụng một via xuyên lỗ trên một tấm 18 lớp có độ dày .093 inch, bạn có thể thấy rằng các đoạn via dư thừa đang gây ra quá nhiều phản xạ để đạt được hiệu suất. Bạn có thể cần phải xem xét một lựa chọn khác như vias mù và vias chôn hoặc khoan ngược hoặc bố cục tấm khác nhau và lựa chọn giao diện.

Bốn bước mà tôi mô tả ở trên nên cung cấp những bước đệm để thành công xây dựng khuôn khổ cho một thiết kế PCB thành công. Kinh nghiệm của tôi khi theo dõi những bước này đã giúp tạo ra kết quả nhất quán. Tôi tin rằng việc đặt nền móng trước là quan trọng. Bước tiếp theo, liệu mô phỏng có thành công không? Bạn có cần thay đổi cấu hình bảng PCB hoặc có thể là cấu trúc via hoặc kích thước via hoặc vật liệu sản xuất với Dk thấp và tổn thất thấp không? Bạn có thể học được rất nhiều từ các mô phỏng và điều đó sẽ giúp lát đường đi về phía trước.

Tất cả những hạng mục này nên được xác định sau khi mô phỏng hoặc tính toán đã diễn ra và sau khi điều chỉnh/tinh chỉnh ban đầu các giao diện tốc độ cao quan trọng. Vậy nếu mọi thứ đều hoạt động, bước tiếp theo trong quy trình là gì? Chúng ta sẽ đi đâu từ đây? Xác nhận stackup? Tổ chức thiết kế?

Đó là những gì tôi sẽ thảo luận trong Phần 2:

• Định nghĩa Stackup theo công nghệ - Mục tiêu chiều rộng Trace
• Tổ chức mạng lưới và ràng buộc của bạn và quy tắc từ lớp này sang lớp khác và quá ràng buộc.
• Lập kế hoạch theo quy tắc thiết kế
• Sử dụng mẫu Via/đặt Via cho quá trình chuyển đổi và lập kế hoạch định tuyến
• Thiết kế Chip SOC cấp độ cao và cách lập kế hoạch cho Thiết kế PCB sử dụng SIP hoặc SOC.

Cảm ơn sự chú ý của bạn. Tôi sẽ kết thúc ở đây và tôi rất mong nhận được ý kiến và phản hồi từ bạn.

Chúc bạn Thiết kế PCB vui vẻ…