Расшифрованы правила проектирования печатных плат: С помощью, Маршрутизация, Фидуциальный знак & Стандарты Shield Can для 2026

Введение

Глобальный печатная плата прогнозируется, что объем рынка достигнет 94–98 миллиардов долларов США в 2026. Высокопроизводительные приложения, такие как серверы искусственного интеллекта и высокочастотные платы HDI, продолжают стимулировать спрос.. Поскольку индустрия печатных плат развивается из традиционного производства в сектор, ориентированный на технологии, правила дизайна важны как никогда. Они напрямую влияют на надежность и конкурентоспособность продукции.. В этой статье систематически излагаются ключевые дизайн печатной платы спецификации. Он ссылается на авторитетные стандарты, включая IPC-2221C. Общий стандарт проектирования печатных плат, МПК-6012Ф Квалификационные и эксплуатационные характеристики жестких печатных плат, МПК-4761 Руководство по проектированию защиты печатной платы с помощью конструкций, МПК-2152 Стандарт определения допустимой нагрузки по току при проектировании печатных плат, МПК-А-600 Приемлемость печатных плат, и UL 796 Стандарт для печатных плат. Это руководство предлагает практические рекомендации для инженеров аппаратного обеспечения..

1. Через Дизайн: Большой эффект от маленьких дырок

Виа - это “мосты” которые соединяют разные слои печатной платы. Их конструкция напрямую влияет на электрические характеристики., себестоимость производства, и надежность платы.

1.1 Размер сквозного отверстия

Для металлизированных сквозных отверстий, рекомендуемый минимальный внутренний диаметр 0.2 мм (8 мил). Внешний диаметр должен быть не менее 0.4 мм (16 мил). В местах с ограниченным пространством, можно уменьшить внешний диаметр до 0.35 мм (14 мил). Согласно МПК-2221, для плит FR-4 толщиной ниже 1.6 мм, минимальный диаметр переходного отверстия должен быть не менее 0.2 мм. Физическим ограничением, лежащим в основе этого требования, являетсяСоотношение сторон — отношение толщины платы к диаметру переходного отверстия. Это соотношение должно быть ≤ 8:1 (стандартный) или ≤ 10:1 (передовой). В противном случае, становится трудно добиться равномерного меднения на стенке переходного отверстия. Например, а 1.6 Доска толщиной мм соответствует минимуму диаметром около 0.2 мм.

Через токонесущая способность зависит от диаметра и толщины медного покрытия.. Под 1 условия медной фольги на унцию, а 0.25 диаметр мм, можно вместить примерно 1 тока, на основе рекомендаций IPC-2221.

1.2 Через стратегии для областей BGA

Для корпусов BGA с шагом контактной площадки 0.65 мм или больше, избегайте использования слепых или скрытых переходных отверстий. Эти особенности существенно увеличивают затраты.. Если слепые/скрытые переходные отверстия абсолютно необходимы, использовать слепые/скрытые переходные отверстия первого порядка (Верхний слой до L2, или Нижний слой для L2). Типичный внутренний диаметр 0.1 мм (4 мил), а внешний диаметр 0.25 мм (10 мил).

1.3 Отношения между контактными площадками

Не размещайте переходные отверстия непосредственно на контактных площадках компонентов размером менее 0402 резисторы или конденсаторы. Размещение переходных отверстий на контактных площадках теоретически снижает индуктивность выводов., в реальном производстве SMT, паяльная паста имеет тенденцию затекать в переходное отверстие. Это приводит к неравномерному распределению паяльной пасты и может привести к “надгробие” эффект. Рекомендуемый зазор между переходным отверстием и контактной площадкой составляет 4 к 8 мил.

Для устройств BGA, разместите переходные отверстия в центре четырехконтактного массива. Эти переходные отверстия должны быть закрыты и закрыты, чтобы предотвратить перекрытие припоем во время сборки..

1.4 Через интервал и подключение

Соблюдайте достаточный интервал между переходными отверстиями.. Недостаточное расстояние может привести к поломке стены во время сверления.. Рекомендуемое минимальное расстояние между переходными отверстиями составляет 0.5 мм. Расстояние между 0.35 мм и 0.4 мм следует избегать. Расстояние 0.3 мм и менее запрещено.

За исключением тепловых переходов, все переходные отверстия с внутренним диаметром ниже 0.5 мм требуют затыкания и натягивания (переходные отверстия с внутренним диаметром 0.4 мм или менее должны быть заглушены). Под МПК-4761, по методам защиты подразделяются на семь типов. Для зон BGA, Тип III (частичное заполнение непроводящей эпоксидной смолой плюс паяльная маска, нанесенная сверху) это наиболее распространенный подход. В этом методе, непроводящая эпоксидная смола впрыскивается с одной стороны, чтобы заполнить как минимум 75% глубины переходного отверстия, а затем на заполненное переходное отверстие наносится паяльная маска.. Сравнительные испытания показывают, что использование заглушек IPC-4761 типа III может повысить производительность первого прохода для сборок BGA с 89.7% к 99.2%. Ставки недействительности снижены с 18.6% ниже 3.5%.

Для компонентов с металлическим корпусом, избегайте размещения переходных отверстий непосредственно под корпусом компонента. Если переходные отверстия неизбежны, они должны быть закрыты и защищены навесом, чтобы предотвратить короткое замыкание, вызванное контактом между металлическим корпусом и переходным отверстием..

2. Проектирование маршрутизации: Основа целостности сигнала

2.1 Характеристики ширины трассировки

Стандартная ширина трассы должна быть больше, чем 4 мил. В исключительных случаях, вы можете использовать 3.5 мил. Следы ниже 4 mil значительно бросает вызов производственным возможностям и увеличивает процент брака. Большинство Производители печатной платы поддерживать минимальную ширину трассы и расстояние между ними 4 тысяча/4 тысячи.

Выбор ширины дорожки должен учитывать как токовую нагрузку, так и производственные возможности.. Согласно МПК-2221 и МПК-2152, Допустимая токовая нагрузка зависит от требований к повышению температуры, толщина меди, температура окружающей среды, и другие факторы.

2.2 Маршрутизация углов

Избегайте трассировки трасс под прямыми или острыми углами.. Эти углы вызывают изменения ширины дорожки на изгибе., создание разрывов импеданса, которые вызывают отражения сигнала. Кроме того, во время процесса травления, формируются остроугольные следы “кислотные ловушки” по углам. Это усиливает травление и может привести к разрыву цепи из-за чрезмерного травления.. По возможности используйте прямые линии или трассировку под углом 45°.. Избегайте маршрутизации под произвольным углом.

Выше 1 ГГц, паразитные эффекты переходных отверстий — емкость и индуктивность — существенно влияют на целостность сигнала. Переходные отверстия появляются как разрывы импеданса на пути передачи., вызывая отражение, задерживать, и затухание. Для высокоскоростных сигналов, таких как USB, HDMI, и PCIe, используйте инструменты расчета импеданса для определения ширины трассы, обычно между 4 и 8 мил. Несимметричный импеданс 50 Ом остается золотым стандартом для радиочастотных и высокоскоростных цифровых сигналов..

2.3 Маршрутизация соединений с компонентами чипа

Для компонентов чипа (резисторы, конденсаторы, и т. д.) собран методом пайки оплавлением, следуйте этим принципам маршрутизации:

1. Трассы, соединяющиеся с контактными площадками, должны выходить из центра контактной площадки одинаковой ширины.. Максимальная ширина дорожки не должна превышать меньший размер площадки..
2. Трассы, подключенные к контактным площадкам, должны быть распределены симметрично, чтобы минимизировать несоосность компонентов..
3. Следы компонентов должны выходить из центра площадки..
4. Когда дорожки сигнала шире площадки, не прокладывайте дорожку прямо по контактной площадке от центра. Вместо, вытяните короткий сегмент от конца колодки на ту же ширину, что и колодка, затем подключитесь к более широкой трассе.
5. Когда необходимо соединить соседние площадки SMT, проложите соединение за пределами области площадки. Не подключайте их напрямую между контактными площадками., так как это может привести к образованию перемычек припоя.

3. Дизайн фидуциальной отметки: Глаза точности SMT

Реперные знаки, также известные как оптические контрольные точки, компенсировать Изготовление печатной платы допуски и ошибки позиционирования оборудования. Процессы производства печатных плат обеспечивают точность рисунка схемы на один-два порядка выше, чем точность профиля и сверления.. Использование контрольных меток в качестве ориентиров для перегрузочного оборудования автоматически компенсирует многочисленные отклонения..

3.1 Характеристики фидуциального знака

Реперная метка состоит из сплошной круглой площадки.. Диаметр колодки составляет 1 мм. Диаметр отверстия паяльной маски составляет 3 мм. Сплошной круг требует очистки, ровная поверхность с гладким, острые края. Он должен иметь высокий контраст на окружающем фоне.. СОГЛАШАТЬСЯ (Химическое никель, иммерсионное золото) шероховатая поверхность предпочтительна. The 3 мм. Область отверстия паяльной маски должна оставаться свободной.. Нет подушечек, переходные отверстия, следы, паяльная маска, или шелкография разрешены в этой области.

3.2 Размещение контрольной отметки

Разместите контрольные метки в четырех углах печатной платы или панели.. Однако, не располагайте их симметрично. Сместите одну из четырех отметок примерно на 1 см. Это предотвращает неспособность машины обнаружить перевернутую доску. (дизайн «поке-кокте»).

Внешний край сплошного круга должен иметь зазор не менее 2.5 мм от края платы. Если ширина инструментальной рейки 5 мм, поместите центр сплошного круга 3.0 к 3.5 мм от внешнего края. Не размещайте его в центре (2.5 мм). В центральном положении, только внешний край сплошного круга 2 мм от края платы. Зажимная кромка подъемно-транспортного станка может закрывать часть отметки., предотвращение распознавания и снижение качества и эффективности сборки.

Для двусторонней сборки, добавьте контрольные метки на обеих сторонах печатной платы. Для микросхем с шагом выводов ниже 0.65 мм, добавьте пару местных координатных меток на диагонали компонента.

4. Проектирование инструментальной рейки и щитовой банки

4.1 Инструментальная рейка

Ширина инструментальной направляющей обычно варьируется от 5 к 8 мм. Добавлять 3 Отверстия диаметром мм с обеих сторон для позиционирования приспособления для электрических испытаний. Вы можете опустить инструментальную рейку в двух случаях.: (1) печатная плата имеет правильную прямоугольную форму, удобную для конвейерной транспортировки, и ближайший компонент SMT не менее 5 мм от края платы; или (2) печатная плата стоит дорого многослойная плата, например, плата смартфона, где приспособления могут заменить инструментальную рейку.

4.2 Щит может дизайн

Защитная банка представляет собой корпус из металлического сплава, изолирующий две пространственные области.. Он блокирует воздействие внешних электромагнитных волн на внутренние цепи и предотвращает излучение внутренних электромагнитных волн наружу — это электромагнитные помехи. (Эми) экранирование.

Щитовые банки обычно используются для:

• Основные процессоры: Процессор, Ддр (SDRAM), ВСПЫШКА, EMMC
• Чувствительные радиочастотные участки: Wi-Fi, Бт, 3G/4G
• Силовые секции, генерирующие тепло и помехи: ПМУ, DCDC, ЛДО

Щитовые банки бывают трех основных типов.:

Цельный фиксированного типа: Припаян непосредственно к печатной плате. Это обеспечивает низкую стоимость и отличную защиту, но затрудняет доработку..

Двухсекционный тип (Крышка + Рамка): Состоит из рамы и съемной крышки.. В настоящее время это наиболее распространенный тип. Он обеспечивает превосходное экранирование и позволяет относительно легко дорабатывать. Недостатком является более высокая стоимость инструмента..

Крышка + Тип клипа: Использует зажимы для крепления крышки вместо рамы. Это исключает затраты на оснастку рамы и упрощает доработку.. Однако, сила удержания зажима требует тщательного рассмотрения. Этот тип не рекомендуется использовать в средах с высокой вибрацией..

При использовании щита могут зажиматься, следуйте этим рекомендациям:

• Используйте не менее четырех зажимов на каждую рамку экрана.
• Размещайте по одному клипу примерно каждые 25 мм
• Расположите зажимы по углам. Не размещайте их в центре — это затруднит испытание на падение и установку привода.
• Соблюдайте минимальное расстояние 0.3 мм между зажимами
• Держите зазор 0.5 мм между зажимами и краем печатной платы

5. Шелкография Дизайн: Детали, которые нельзя игнорировать

Для автомобильных печатных плат, Обозначения компонентов на шелкографии обычно скрыты.. Следуйте этим принципам шелкографии:

• Назначьте соответствующие трафаретные метки всем компонентам., монтажные отверстия, и отверстия для инструментов. Обозначьте монтажные отверстия как H1., Н2, … Хн.
• Размещайте символы шелкографии слева направо и снизу вверх..
• Для поляризованных компонентов, таких как электролитические конденсаторы и диоды., поддерживать последовательную ориентацию внутри каждого функционального подразделения.
• Не допускайте нанесения шелкографии на контактные площадки компонентов, чтобы обеспечить надежность паяного соединения.. Не допускайте нанесения шелкографии на участки лужения, чтобы обеспечить непрерывность потока припоя.. Убедитесь, что ссылочные обозначения компонентов остаются видимыми после установки компонентов.. Не размещайте шелкографию на переходных отверстиях или контактных площадках — это может привести к частичной потере шелкографии при открытии окна паяльной маски..
• Соблюдайте интервал шелкографии не менее 0.13 мм.
• Четко обозначайте полярность поляризованных компонентов с помощью легко распознаваемых знаков полярности..
• Четко обозначьте ориентацию направленных разъемов.. Для микросхем, отметить булавку 1.
• Когда позволяет место, включить 7.5 мм × 7.5 рамка для шелкографии со штрих-кодом на печатной плате, мм. Расположите штрих-код для удобства сканирования.
• Включить название доски, дата, и номер версии на шелкографии печатной платы. Разместите эту информацию на видном месте.
• Разместите на печатной плате информацию производителя и предупреждающие символы ESD..
• Убедитесь, что все ссылочные обозначения компонентов на печатной плате соответствуют спецификации..

Заключение

Проектирование печатных плат — это систематическая инженерная работа, в которой детали определяют успех.. Каждая спецификация — от 0.2 минимум мм через диаметр по правилу фрезерования 45°, от асимметричного размещения контрольной метки до угловых зажимов для защиты банок - представляет собой тщательный баланс технологичности, надежность, и стоимость.

Поскольку индустрия печатных плат ускоряется в сторону более высокой плотности и более высокой частоты, Глубокое понимание проектировщиком и строгое соблюдение стандартов IPC стали основными конкурентными преимуществами.. Для получения консультации по проектированию печатной платы или расчета стоимости прототипирования печатной платы, пожалуйста, свяжитесь с профессионалом поставщик печатных плат для технической поддержки и быстрого ценообразования (купить/цитировать).

Декларация источника данных

Отраслевые данные и стандартные положения, приведенные в этой статье, взяты из следующих авторитетных источников.:

1. МПК-2221СОбщий стандарт проектирования печатных плат (Опубликовано в декабре 2023)
2. МПК-6012ФКвалификационные и эксплуатационные характеристики жестких печатных плат (Опубликовано в сентябре 2023)
3. МПК-4761Руководство по проектированию защиты печатной платы с помощью конструкций
4. МПК-2152Стандарт определения допустимой нагрузки по току при проектировании печатных плат
5. МПК-А-600Приемлемость печатных плат
6. УЛ 796Стандарт для печатных плат
7. Отчеты об исследованиях рынка печатных плат Prismark
8. Китайский научно-исследовательский институт торговой промышленности2026-2031 Обзор китайской индустрии печатных плат и отчет об исследовании тенденций рынка