การกำกับดูแลเล็กๆ น้อยๆ ใน การออกแบบแผงวงจร มักจะทิ้งผลิตภัณฑ์ทั้งชุด. สถิติอุตสาหกรรมแสดงให้เห็นว่าประมาณ 60% ของ พีซีบี ความล้มเหลวมาจากรูปแบบและการกำหนดเส้นทางที่ไม่ดี. สิ่งนี้นำไปสู่มากกว่า 35% ทำงานซ้ำในการพัฒนา. บทความนี้ผสมผสานมาตรฐานสากลเข้ากับกรณีที่เกิดขึ้นจริง. มันดำดิ่งลึกลงไปใน. การออกแบบ PCB รายละเอียดที่สร้างหรือทำลายผลิตภัณฑ์ของคุณ.
1. ระยะห่างส่วนประกอบ SMT: ช่องว่างขนาดเล็ก, ผลกระทบครั้งใหญ่
ระยะห่างระหว่างส่วน SMT เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญและถูกละเลยได้ง่าย. IPC-7351B ต้องมีระยะห่างการจัดวางส่วนประกอบเพื่อให้เป็นไปตาม “ความหนาแน่นปานกลาง” หรือ “ความหนาแน่นต่ำ” มาตรฐาน. ไม่รองรับการประกอบที่มีความหนาแน่นสูง. บรรจุภัณฑ์ประเภทต่างๆ มีข้อกำหนดที่ชัดเจน:
- 0201 อุปกรณ์ต้องการ≥0.3มม
- 0402, 0603, 0805 ต้องการ≥0.4มม
- 1210 และความต้องการที่ใหญ่กว่า ≥0.5 มม
ระยะห่างนี้คำนึงถึงประสิทธิภาพทางไฟฟ้า, ความคลาดเคลื่อนของส่วนประกอบ, และการรบกวนของเครื่องหยิบและวาง. ถ้าช่องว่างมันน้อยเกินไป, ชิ้นส่วนที่อยู่ติดกันสามารถฝังศพได้อย่างง่ายดายในระหว่างการบัดกรีแบบรีโฟลว์. สิ่งนี้จะช่วยลดอัตราผลตอบแทนการส่งครั้งแรกของคุณอย่างมาก.
2. ระยะห่างระหว่างส่วนประกอบ Through-Hole และ SMT
SMT สมัยใหม่เป็นกระบวนการกระแสหลัก, แต่ชิ้นส่วนทะลุผ่านเช่นตัวเชื่อมต่อและส่วนหัวของการเขียนโปรแกรมยังคงมีอยู่ทุกที่. ระยะห่างระหว่างรูทะลุและ SMT ส่วนประกอบ จะต้องเป็น ≥4มม. ทำไม? ชิ้นส่วนที่มีรูเจาะต้องใช้การบัดกรีแบบคลื่นหรือการบัดกรีด้วยมือ. หากชิ้นส่วน SMT ใกล้เคียงอยู่ใกล้เกินไป, พวกมันขัดขวางการบัดกรี. ความเครียดจากความร้อนยังสามารถสร้างความเสียหายให้กับข้อต่อบัดกรี SMT ได้.
IPC-A-610H รวมข้อกำหนดความเข้ากันได้ของกระบวนการนี้ไว้ในเกณฑ์การยอมรับ. ระดับ 2 การยอมรับผลิตภัณฑ์ต้องการความน่าเชื่อถือสูงและอายุการใช้งานที่ยาวนาน. นอกจากนี้ยังหลีกเลี่ยงความขัดแย้งของกระบวนการอีกด้วย.
3. การวางตำแหน่งตัวเก็บประจุแบบแยกส่วน: รากฐานแห่งความซื่อสัตย์ของอำนาจ
การวางตำแหน่งตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนสำหรับไอซีถือเป็นหัวใจสำคัญของการออกแบบความสมบูรณ์ของพลังงาน. วางตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนให้ใกล้กับพินกำลังของ IC มากที่สุด. หากชิปมีพอร์ตจ่ายไฟหลายช่อง, แต่ละพอร์ตต้องมีตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนของตัวเอง.
กฎระยะห่างทางกายภาพ: ร่องรอยระหว่างตัวเก็บประจุและพินพลังงานที่สอดคล้องกันควรอยู่ที่ ≤2 มม. เกินช่วงนี้, การลดเสียงรบกวนของพลังงานลดลงอย่างรวดเร็ว. จากมุมมองของอีเอ็มซี, การเหนี่ยวนำปรสิตเพิ่มเติมใดๆ บนเส้นทางการแยกตัวจะทำให้การกรองความถี่สูงอ่อนลง. แนวทางปฏิบัติมาตรฐานในการออกแบบ PCB หลายชั้นคือการวางตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนไว้ที่ด้านตรงข้ามของ PCB ใต้ IC โดยตรง. จากนั้นเชื่อมต่อโดยใช้จุดแวะ. นี่เป็นวิธีการมาตรฐานสำหรับเครือข่ายการจำหน่ายไฟฟ้า (พีดีเอ็น) ออกแบบ.
4. การจัดวางส่วนประกอบขอบ PCB: การหลีกเลี่ยงความเสี่ยงจากความเครียดทางกล
การวางแนวและระยะห่างของส่วนประกอบขอบคือ DFM หลัก (การออกแบบเพื่อความสามารถในการผลิต) คะแนน. ระยะห่างจากขอบตัวถังส่วนประกอบถึงขอบบอร์ดต้องมากกว่า 0.5 มม. อย่างไรก็ตาม, ค่านี้ยังไม่เพียงพอในระหว่างการถอดแผง. พิจารณาทั้งความเค้นเชิงกลและความน่าเชื่อถือในการประกอบ, หลีกเลี่ยงการวางอุปกรณ์ภายในระยะ 6 มม. จากขอบบอร์ด. เพื่อป้องกันความเสียหายจากการตัด.
การวางแนวมีความสำคัญมากยิ่งขึ้น. จัดแกนยาวของส่วนประกอบให้ขนานกับทิศทางการตัดที่แยกชิ้นส่วน. เพื่อให้แน่ใจว่าแผ่นบัดกรีทั้งสองจะได้รับความเค้นสม่ำเสมอในระหว่างการแยก. หากคุณเลือกการวางแนวผิด, การตัดความเครียดมุ่งเน้นไปที่แผ่นเดียว. ซึ่งจะทำให้ส่วนประกอบและแผ่นรองหลุดออกอย่างง่ายดาย.
5. กฎไฟฟ้าของแผ่น IC และทองแดงเท
หลีกเลี่ยง “การเชื่อมโยง” ระหว่างแผ่นตาข่ายเดียวกันบนไอซี. ในระหว่างการปรับระดับอากาศร้อนหรือการบัดกรีแบบรีโฟลว์, บัดกรีมีแนวโน้มที่จะรวมตัวกันบนพื้นที่ทองแดงขนาดใหญ่และสร้างสะพานประสาน. สิ่งนี้มักเกิดขึ้นเนื่องจากคุณไม่ได้เพิ่มแผงหน้ากากประสานหรือคุณไม่ได้กำหนดโซนห้ามเททองแดงสำหรับแผ่นระบายความร้อน. วิธีการที่ถูกต้อง: เพิ่มพื้นที่ไม่เททองแดงสำหรับแผ่นอิเล็กโทรดต่างๆ บนตาข่ายเดียวกัน. อีกทางหนึ่ง, ใช้เขื่อนหน้ากากประสานเพื่อแยกแผ่นอิเล็กโทรดที่อยู่ติดกัน. สิ่งนี้จะช่วยป้องกันการเชื่อมต่อบัดกรีโดยไม่ตั้งใจระหว่างการประกอบ.
6. กราวด์ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพการเททองแดง
ที่ “สี่ก้าน” การเชื่อมต่อ (เชื่อมต่อบรรเทา) สำหรับแผ่นกราวด์ถือเป็นแนวปฏิบัติที่ดีที่สุดในอุตสาหกรรมในด้านการกระจายความร้อนและความสามารถในการซ่อมแซม. จุดผ่านกราวด์แบบดั้งเดิมใช้การครอบคลุมทองแดงเต็มรูปแบบ. สิ่งนี้ทำให้มีการนำไฟฟ้าได้ดีที่สุด, แต่กระจายความร้อนได้เร็วมาก. ในระหว่าง แอสเซมบลี SMT หรือการทำงานซ้ำด้วยมือ, ความร้อนของหัวแร้งจะถูกพาออกไปอย่างรวดเร็ว. ข้อต่อประสานไม่ก่อให้เกิดการเปียกที่ดี.
จากมุมมองการจัดการระบายความร้อน, การเทแบบกากบาทจะเพิ่ม “ต้านทานความร้อน” ระหว่างแหล่งความร้อนกับระนาบทองแดง. สิ่งนี้จะควบคุมการไหลของความร้อนระหว่างการบัดกรี. ข้อมูลแสดงให้เห็น: การเชื่อมต่ออย่างสมบูรณ์ผ่านมีอัตราการลดลงของอุณหภูมิของข้อต่อบัดกรีประมาณ 40°C/s. การเชื่อมต่อรูปกากบาททำให้อัตราดังกล่าวอยู่ที่ต่ำกว่า 15°C/s. สิ่งนี้ทำให้บัดกรีมีหน้าต่างเปียกเพียงพอ.
7. คุณสมบัติหยดน้ำตา: ความน่าเชื่อถือจากรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ
การเพิ่มหยดน้ำหลังการกำหนดเส้นทางเป็นขั้นตอนสำคัญสำหรับความน่าเชื่อถือของ PCB ในระยะยาว. หยดน้ำตาจะสร้างการเปลี่ยนผ่านของทองแดงที่ราบรื่นระหว่างแผ่นหรือผ่านและร่องรอย. มันมีข้อดีหลักสามประการ:
- ป้องกันการสะท้อนของสัญญาณ – หลีกเลี่ยงความไม่ต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์จากการเปลี่ยนแปลงความกว้างของการติดตามอย่างกะทันหัน.
- เพิ่มความแข็งแรงทางกล - กระจายความเครียด, ป้องกันการยกแผ่นระหว่างการเปลี่ยนแปลงความร้อนหรือการสั่นสะเทือน.
- ปรับปรุงผลผลิตจำหลัก – ลบออก “กัดกับดัก” ในมุมแหลม, ลดข้อบกพร่องในการผลิต.
ข้อมูลเชิงปริมาณ: UGPCB ทีมเทคนิควัดก 35% การลดความเครียดจากความร้อนบนแผ่นอิเล็กโทรดที่มีหยดน้ำขนาด 0.2 มม. จุดบัดกรี BGA แบบมีหยดน้ำมี 50% ความน่าจะเป็นความล้มเหลวลดลงในการทดสอบวัฏจักรความร้อน. IEC 60068-2-6 การทดสอบการสั่นสะเทือนยืนยันเพิ่มเติม: PCB หนา 2.0 มม. พร้อมแผ่นหยดน้ำตารอดชีวิต 2 ชั่วโมง 10-2000Hz, 10กรัมสั่นสะเทือนด้วย 99.8% ความสมบูรณ์ของโครงสร้าง.
8. ความสม่ำเสมอของความกว้างของรอยเส้นและการออกแบบบรรจุภัณฑ์ที่สมบูรณ์
รักษาความกว้างของการติดตามให้สอดคล้องกันสำหรับอุปกรณ์เดียวกัน. ความกว้างของการติดตามที่ไม่สอดคล้องกันทำให้เกิดความไม่ต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์. สำหรับสัญญาณความเร็วสูง, สิ่งนี้ทำให้เกิดการสะท้อนและความสมบูรณ์ของสัญญาณลดลง.
เมื่อคุณสร้างรอยเท้า, เก็บหมุดที่ไม่ได้ใช้ไว้ด้วย. พิน NC บางตัวไม่ได้เชื่อมต่อภายใน. หากคุณเก็บแผ่นอิเล็กโทรดเหล่านั้นไว้ใน PCB แล้วผูกเข้ากับกราวด์, คุณบล็อก EMI ภายนอกไม่ให้เชื่อมต่อเข้ากับชิปผ่านพินลอย. นอกจากนี้ยังเพิ่มพื้นที่ทองแดงและจุดยึดประสานอีกด้วย. ช่วยเพิ่มความต้านทานแรงเฉือนของรอยประสานสำหรับแพ็คเกจ BGA และ QFN อย่างมีนัยสำคัญ.
9. การออกแบบต้องห้าม: จุดแวะในแผ่น
หลีกเลี่ยงการวางจุดแวะบนแผ่นอิเล็กโทรดโดยตรง - นี่คือสิ่งที่ “ผ่านในแผ่น” กฎ. เหตุผลโดยตรง:
- บัดกรีไหลออกไปผ่านทางเวียระหว่างการรีโฟลว์, ทำให้ข้อต่อบัดกรีไม่เพียงพอหรือเย็น.
- พื้นผิวของแผ่นรองไม่เรียบ, นำไปสู่การเอียงส่วนประกอบระหว่างการวางตำแหน่ง SMT.
- สำหรับชิ้นส่วนที่มีระยะพิทช์ละเอียด เช่น BGA, แผ่นรองไวอาอินอาจทำให้ลูกบอลบัดกรีสั้นได้.
หากคุณต้องวางจุดผ่านบนแผ่น (สำหรับ การออกแบบ HDI ความหนาแน่นสูง), คุณต้องใช้การเสียบเรซิน + การชุบและการเติมทองแดง. เติมผ่านทางให้สมบูรณ์ก่อนการตกแต่งพื้นผิว. คลาส IPC-6012 2 ต้องการค่าเฉลี่ยความหนาของทองแดงที่ผนัง ≥20μm, โดยมีจุดเดียวขั้นต่ำ ≥18μm. ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความต่อเนื่องทางไฟฟ้าหลังจากการเติม.
10. การออกแบบหน้ากากประสานและเททองแดง
ออกแบบหน้ากากประสานและทองแดงเทเข้าด้วยกัน. ช่องเปิดหน้ากากประสานจะต้องกำหนดพื้นที่แผ่นอย่างแม่นยำ. เพื่อป้องกันไม่ให้โลหะบัดกรีกระจายไปทั่วทองแดงที่เทระหว่างการรีโฟลว์. ความกว้างขั้นต่ำของเขื่อนหน้ากากประสานโดยทั่วไปคือ ≥0.07มม (ประมาณ 3mil). ในพื้นที่ QFP หรือ BGA, ถ้าเขื่อนแคบเกินไป, หมึกมาส์กลอกออกได้ง่ายระหว่างการผลิต. ซึ่งนำไปสู่การเชื่อมระหว่างหมุดที่อยู่ติดกันระหว่างการบัดกรี.
ตามมาตรฐานความปลอดภัยของ UL, วัสดุฐาน PCB ต้องเป็นไปตาม UL 94 วี-0 คะแนนความไวไฟ. นั่นหมายถึงวัสดุจะดับไฟเองภายใน 10 วินาทีหลังจากเอาเปลวไฟออก, โดยไม่มีหยดเพลิง. นี่เป็นข้อบังคับสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคและอุปกรณ์อุตสาหกรรม. การเลือก FR-4 ที่สอดคล้องกับ UL 94 วี-0 เป็นก้าวแรกในการผ่านการรับรองความปลอดภัย.
บทสรุป: จากรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ ไปจนถึงผลตอบแทนสูง
เหล่านี้ 10 รายละเอียดการออกแบบ PCB ครอบคลุมระยะห่าง SMT, การวางองค์ประกอบขอบ, ตัวเก็บประจุแบบแยกส่วน, น้ำตา, ผ่านการออกแบบ, และอีกมาก. กฎเหล่านี้ส่วนใหญ่ย้อนกลับไปถึงมาตรฐานสากล เช่น IPC-7351B, ไอพีซี-2221, และไอพีซี-เอ-610เอช. เป็นแนวทางที่ได้รับการพิสูจน์แล้วและผ่านการตรวจสอบโดยประสบการณ์การผลิตจำนวนมหาศาล.
สำหรับ PCB Prototyping หรือแบบครบวงจร พีซีบี บริการ, ส่งไฟล์ Gerber และรายการ BOM ของคุณไปยังทีมวิศวกรของเรา. เราจะช่วยคุณในการทบทวนการออกแบบ DFM ฟรี.
คำเตือน: ข้อมูลทั้งหมดที่อ้างถึงในบทความนี้มาจากมาตรฐานสากลสาธารณะ (ไอพีซี-7351B, ไอพีซี-2221, ไอพีซี-A-610H, อล 94) และรายงานการทดสอบอุตสาหกรรม. ข้อมูลนี้มีไว้เพื่อการเรียนรู้เท่านั้น. เพื่อการผลิตจริง, ปฏิบัติตามความสามารถของกระบวนการของผู้ผลิตและมาตรฐานล่าสุดเสมอ.
