Deep Dive - PCB Planes (Copper Pour): funkcija, zasnova in najboljše prakse
A letalo(ozbakreni preliv) na tiskanem vezju je sosednje območje bakra, ki ga določajo meje in ne ozka speljana sled.
Ravnine so temeljni gradniki več{0}}plastnih PCB-jev: služijo kot ozemljitvene in napajalne plasti, zagotavljajo povratne poti za signale, pomagajo pri odvajanju toplote ter vplivajo na EMC/EMI in celovitost signala. Oblikovanje učinkovitih letal je ravnotežje med električno zmogljivostjo, toplotnimi potrebami in možnostjo izdelave.
Funkcionalne vloge letal
1.1 Povratna pot nizke-impedance
Neprekinjena ozemljitvena ploskev neposredno pod signalno plastjo zagotavlja najkrajšo povratno pot z najnižjo-induktivnostjo. To minimizira območje zanke in zmanjša sevane emisije in navzkrižno-pregovarjanje.
Za nadzorovane-impedančne sledi (eno-ali diferencialne) kontinuiteta referenčne ravnine, debelina dielektrika in debelina bakra določajo karakteristično impedanco.
1.2 Porazdelitev moči
Napajalna letala distribuirajo tirnice VCC z nizkim padcem napetosti. Uporaba namenske notranje napajalne ravnine zmanjša zastoje pri usmerjanju na signalnih plasteh in zmanjša impedanco v primerjavi s številnimi tankimi napajalnimi sledmi.
Postavite ločilne kondenzatorje med napajalno in ozemljitveno ravnino s prehodnimi pari, da ustvarite povezave z nizko-induktivnostjo.
Funkcionalne vloge letal
1.3 Toplotno upravljanje
Velike bakrene površine delujejo kot razpršilci toplote. Toplotni prehodi, prišiti pod vroče komponente (npr. BGA, močnostni FET-ji), vodijo toploto od vroče blazine do notranjega ali spodnjega bakra, da pomagajo pri hlajenju.
Polna ravnina zagotavlja boljšo toplotno prevodnost kot šrafirani/mrežasti baker.
1.4 Nadzor EMC/EMI
Neprekinjene ravnine zavirajo EMI z zagotavljanjem stabilne reference in zaščite. Razcepi ali otoki v ravninah lahko tvorijo resonančne votline in poslabšajo zmogljivost EMI.
Prešivanje odprtin in previdna postavitev ravninskih razcepov zmanjša območja zank in ohranja lokalne povratne tokove.
Funkcionalne vloge letal
1.5 Strukturni in proizvodni učinki
Vzorci polivanja bakra vplivajo na togost plošče, zvijanje med proizvodnjo in enakomernost jedkanja. Neuravnotežen baker lahko povzroči deformacijo plošče in težave pri sestavljanju.
2. Vrste in vzorci letal
2.1 Prelivanje trdne snovi
Neprekinjeno trdno bakreno območje. Najboljše za visoko{1}}tokovne ravnine, distribucijo električne energije in zaščito pred elektromagnetnimi motnjami.
Prednosti: najnižja impedanca, najboljša toplotna prevodnost, vrhunska zaščita.
Proti: lahko povzroči obremenitev/upogibanje, če ni uravnotežen po plasteh; večja poraba bakra.
2.2 Šrafirani (mrežasti) izliv
Baker se vlije kot mrežast/šrafiran vzorec in ne kot trdna snov.
Prednosti: zmanjša notranjo napetost in nevarnost zvijanja; izboljša oprijem in zmanjša vpijanje smole na upogibnih območjih.
Slabosti: višja impedanca in slabša toplotna/EMI zmogljivost kot trdna ulitka - izogibajte se primarnim ozemljitvenim/napajalnim ravninam pri visoko-hitrostnih ali-zmogljivih zasnovah.
2.3 Razdeljene ravnine in otoki
Ravnine je mogoče razdeliti tako, da vsebujejo različne mreže (npr. digitalno ozemljitev, analogno ozemljitev, šasijo). Z delitvami je treba ravnati previdno - nepravilne delitve povzročajo prekinitve povratne poti in težave z EMI.
Uporabite enotočkovne povezave ali ozemljitev v zvezdico le, kadar je to nujno potrebno; Običajno so prednostne spojene povezave z nizko-impedanco prek parov.
3. Praktične nastavitve ravnine CAD/EDA in pravila
Vrstni red nalivanja:Če obstaja več poligonov, nastavite vrstni red prelivanja, da se izognete nezaželenim kratkometražcem in zagotovite predvidene neto zmage.
Odmik / izolacija
Nastavite razdaljo med brizganjem bakra od drugih mrež/podstavkov glede na vaš IPC razred in zmogljivosti. Tipični razponi: 4–8 mil (0,1–0,2 mm), vendar se razlikujejo glede na fab in napetostne zahteve.
Termična proti trdni povezavi
Termične napere v primerjavi z neposredno povezavo. Toplotni elementi olajšajo spajkanje na ploščah skozi-luknje, pritrjenih na ravnine; neposredne povezave so prednostne za napajalne ploščice, ki zahtevajo nizko toplotno odpornost.
Pour Priority / Net Tie
Urejanje poligonov nadzora, ko se več mrež prekriva; mrežne vezi omogočajo namerno povezovanje med mrežami z določenimi omejitvami.
Odstranjevanje izliva (sirote)
Odstranite majhne ali "sirote" bakrenih otokov, ki niso povezani z predvidenimi mrežami - lahko ujamejo tok/kontaminacijo in povzročijo proizvodne glavobole.
4.1 Preko šivanja
Šivanje prerezov (preko ograj) povezuje ravninske odseke prek razcepov ali spaja notranje ravnine za toplotno/EM ozemljitev.
Namestite šivalne odprtine v rednih intervalih (razmik je odvisen od frekvence) okoli občutljivih mrež, da omejite povratne tokove in zmanjšate EMI.
4.2 Toplotni prehodi
Toplotni prehodi pod napajalnimi komponentami ali BGA pomagajo premakniti toploto v notranje plasti ali spodnji baker in v hladilnike.
Uporabite nize majhnih odprtin (npr. veliko 0,2–0,3 mm odprtin) za učinkovito toplotno prevodnost; razmislite o preklapljanju in polnjenju, če uporabljate via-in-pad.
4.3 Via-in-Pad in Via Plating/Filling
Prek-in-pad: uporablja se za prihranek prostora za usmerjanje pod BGA, vendar povzroča težave pri vpijanju spajkalnika med reflowom.
rešitve:šotorski prehodi(pokrito s spajkalno masko),priključen in prevlečen(ne-prevodno ali prevodno polnilo + bakrena prevleka) ali premaknite prehode z-pad.
Zapolnjene in prevlečene odprtine omogočajo ravno površino blazinice za zanesljivo spajkanje BGA, vendar povečujejo stroške in korake postopka.
5. Premisleki glede integritete elektrike/signala
Nadzorovana impedanca:Za mikrotrakasto (signal na zunanji plasti nad ravnino) ali trakasto (signal med dvema ravninama) geometrijo je impedanca nastavljena debelina dielektrika ravnine, debelina bakra in širina sledi. Naj bo referenčna ravnina neprekinjena neposredno pod sledjo.
Kontinuiteta povratne poti:Izogibajte se razdelitvi referenčne ravnine pod-hitrimi sledmi; če je neizogibno, sledite poti, da ohranite povratno kontinuiteto ali zagotovite spojene prehode.
Ločitev:Namestite ločilne kondenzatorje blizu napajalnih zatičev IC in zagotovite kratke povezave z ravninskim parom, da zmanjšate parazitsko induktivnost.
Ravninska resonanca in načini votline:Velike nepretrgane ravninske votline lahko resonirajo pri določenih frekvencah. Za nadzor resonanc uporabite šivanje odprtin in strateških izrezov.
6. Toplotna in mehanska zasnova (DFM)
Bilanca bakra:Ohranite simetrično porazdelitev bakra po plasteh (ali uporabite baker za redčenje/navidezni baker), da zmanjšate zvijanje med laminacijo in sestavljanjem.
Pravila za obročast obroč in sveder/ploščico:Zagotovite, da velikosti obročastih obročev ustrezajo omejitvam izdelave. Običajni minimumi obročastega obroča so odvisni od velikosti svedra in zmogljivosti izdelave - posvetujte se s svojim proizvajalcem (običajni minimum ~0,15 mm).
Razmerje stranic (debelina plošče: premer svedra):Za zanesljive prevlečene skoznje-luknje ohranite razmerje stranic v mejah plošče (običajno priporočeno < 8:1, vendar se zmogljivosti razlikujejo).
Panelizacija:Razmislite o tem, kako polivanje vpliva na jedkanje/oksidacijo plošče; oblikovalci pogosto uporabljajo povečanje razmika v bližini robov plošč in lukenj za orodje.
7. Možnost izdelave in montaže (spajkanje)
Soldermask Defined (SMD) v primerjavi z ne-Soldermask Defined (NSMD) blazinicami:Za majhne blazinice BGA nudijo blazinice NSMD (odprtina za masko, večja od bakra) boljši obročasti obroč in zanesljivost za droben korak. Vendar stil blazinice vpliva na to, kako ravnina vlije kravato v blazinice.
Spajkanje:Odprte odprtine v bližini blazinic lahko odvajajo stenj. Preprečite s šotorom, zamašitvijo ali premestitvijo prehodov.
Premisleki o valovanju/ponovnem polnjenju:Trdne močnostne ravnine povečajo toplotno maso - ustrezno prilagodijo profile reflowa. Zašrafovani izlitki zmanjšajo toplotno maso, vendar lahko ogrozijo električno zmogljivost.
8. Kontrolni seznam najboljših praks (povzetek)
Kadar je to mogoče, namenite notranje plasti za neprekinjene ravnine ozemljitve in moči.
Naj bo ozemljitvena ravnina neprekinjena pod-plasti signala visoke hitrosti; izogibajte se nepotrebnim ločitvam.
Za premostitev razcepov ravnin in zmanjšanje območij zank uporabite šivanje.
Kondenzatorje za ločevanje postavite čim bližje napajalnim zatičem s kratkimi pari prehodov na ravnine.
Za BGA razmislite o via-in-padu s ploščatim polnilom in nadploščem, če to zahteva gostota usmerjanja -, vendar upoštevajte stroške.
Za napajanje in ozemljitev uporabite poln baker na plasteh primarne ravnine (izogibajte se šrafiran, razen če je to potrebno za razbremenitev napetosti).
Uravnotežite gostoto bakra med plastmi, da preprečite zvijanje.
Koordinirajte z velikostmi/obročastimi obroči in razmerjem stranic s svojo tovarno tiskanih vezij na začetku načrtovanja.
Sodelujte s svojo montažno hišo na slogih blazinic in prek šotorov/polnjenja, da se izognete spajkanju in izgubi izkoristka pri sestavljanju.
9. Zaključne misli
Ravnine so morda videti kot "samo velike površine bakra", vendar so osrednjega pomena za električno zmogljivost tiskanega vezja, toplotno obnašanje, karakteristike EMC in sposobnost izdelave. Premišljena ravninska zasnova - stalne reference za-hitrostne signale, pravilna porazdelitev ravnine moči, pravilna uporaba toplotnih prehodov in sodelovanje s proizvajalcem tiskanih vezij za omejitve prehodov in obročastih obročev - lahko dramatično izboljšajo zanesljivost izdelka in zmanjšajo drago preoblikovanje.
