The Bare (Junta) Verdad: A PCB Diseño Popurrí

En esta columna, voy a regresaremos temas tratados en algunos de mis columnas mayores y concebir a cabo con información nueva y actualizada. En este trabajo, realmente aprender algo todos los días, y estoy feliz de compartir unos nuggets de notables con usted.

El Proceso de Presupuesto

En última instancia, si se trata de un giro rápido o trabajo de tiempo de ejecución estándar, los clientes les gustaría ver todas las citas de vuelta dentro de un par de horas, no un par de días. Además, ellos quieren ver cotizaciones precisas que tengan en cuenta todos los procesos adicionales. Nunca es bueno cuando, una vez citado, el fabricante vuelve con costos adicionales para los procesos imprevistos. Una vez más, es por eso que es importante para conseguir una revisión de fabricación hace si se requiere nada fuera de lo normal en el dibujo o la cita. Esto incluye una revisión adecuada de impedancias para asegurar que los materiales están disponibles y las impedancias funcionan sin necesidad de grandes variaciones en tamaños dieléctricos o de línea, comprar compensaciones para las desviaciones de tipo material o pesos de cobre, etc

Más allá del proceso de cotización, asegúrese de que su fabricante es capaz de todos los procesos necesarios para asegurar el tablero se construye como se esperaba. Usted quiere que su tienda de artículos náuticos sea IPC-6012 Clase 3 capaz y ISO ITAR certificado, y tal vez también. Incluso si usted no puede visitar la tienda para adquirir una capacitación física, enviarles un trabajo para cotizar y ver cómo responden. Un buen fabricante será diligente y en contacto con usted dentro de un par de horas después de completar un examen preliminar de los archivos, los cálculos de impedancia y stackup propuesta si la junta es la impedancia / dieléctricamente controlada. También deben ser capaces de hacerle saber de inmediato si el trabajo no se ajusta a sus mínimos del proceso y no se puede construir. Si se permiten desviaciones, un buen fabricante también tendrá una alternativa para muchas situaciones, como una desviación para el tipo de material, a partir del peso de cobre, dieléctricos o tamaños de línea para ser capaz de producir el trabajo. Lea la columna completa aquí . Nota del editor: Esta columna apareció originalmente en la edición de julio 2013 de la revista de diseño de PCB.

http://www.pcbdesign007.com/pages/zone.cgi?a=95496&artpg=1&topic=0

Fabricación de PCB .Conectando los puntos: ¿Qué es una tarjeta de circuitos?

¿Qué es una tarjeta de circuito? ¿No le parece una pregunta tonta para preguntar en una publicación como ésta? Nuestros lectores están involucrados en todos los aspectos del desarrollo de la tarjeta de circuitos, y muchos de nosotros hemos dedicado toda nuestra carrera para ellos. Pero lo que si usted es nuevo en esta industria? ¿Dónde se puede ir a aprender lo básico?

Tengo una licenciatura en electrónica (BSEET), y aunque se estudió la teoría electrónica y pasamos mucho tiempo en el laboratorio durante esos cuatro años, no discutimos las placas de circuitos en absoluto.Aprendimos cómo probar nuestras ideas mediante la construcción de pequeños circuitos, y sobre la simulación y emulación de ellos, pero nada acerca de cómo transformarlas en productos reales. Nada de lo que nuestros clientes realmente necesitan en un entorno de producción. Claro, hay un montón de información disponible en Internet, por no hablar de la formación en el puesto de trabajo, y la formación privada, jornadas técnicas, grupos de usuarios, y las publicaciones de este tipo. Pero muchos de estos recursos a suponer que usted ya sabe algo sobre el tema. A veces parece como si simplemente hay demasiado material para vadear.

¿Por dónde empezar?

Atando Cabos

Afortunadamente, esta columna está reservada para los principiantes, y estoy agradecido a El compartimiento del diseño de PCB de brindarla.Ahora tenemos una pizarra en blanco. Podemos aprender paso a paso. La ventaja que tengo sobre muchos otros escritores técnicos es que no tengo que decidir cuánto de explicar, o qué excluir. Voy a tratar de explicar todo. Yo no tengo que hacer suposiciones acerca de lo mucho que ya sabes, voy a asumir que usted no sabe nada. De hecho, si piensas que me he perdido algo importante o no explicar algo lo suficientemente bueno, puedes enviarme un correo electrónico.

Pero volvamos a la pregunta: ¿Qué es una tarjeta de circuito?

Terminología
Aquí está la definición oficial de los IPC-T-50 la publicación "Términos y Definiciones de Interconexión y Empaquetado de Circuitos Electrónicos" J Revisión:

Junta Impreso (PB)
El término general es para configuraciones de cableado completamente procesados ​​de circuitos impresos e impresos . (Esto incluye las juntas de una sola cara, a doble cara y multicapa con materiales base rígidos, flexibles y rígidos-flex.)

Bien, eso no nos enseñan mucho acerca de lo que es una placa de circuito, pero utiliza el término "circuito impreso", por lo que vamos a conseguir que uno, también:

Circuito Impreso 60,0912
Un patrón conductor que se compone de componentes impresos, de circuito impreso, el cableado discreto, o una combinación de los mismos, que se forma en una disposición predeterminada sobre una base común .(Este es también un término genérico que se utiliza para describir una placa de circuito impreso que se produce por cualquiera de un número de técnicas.)

A menudo me dirijo a IPC cuando quiero comprender algo mejor, y si bien las definiciones de IPC son técnicamente correctas, sólo que no se crea una muy buena imagen mental de lo que es una placa de circuito. Voy a tratar de explicar más y agregar una imagen o dos, pero primero tengo que mencionar algo acerca de la terminología. IPC ha utilizado tradicionalmente el término "placas de circuitos impresos" o la abreviatura PCB, pero la organización ha sido recientemente reemplazar esas referencias con el término "circuitos impresos", o PB.

La razón por la que prefiero "tarjetas de circuitos" es que no estoy seguro de las juntas deben ser considerados como impreso (que por lo general están grabados), y el término "circuito impreso" pronto pueden llegar a confundirse con los más nuevos "electrónica impresa." Impreso electrónico circuitos impresos son realmente, y que la industria ahora está madurando rápidamente. Y el término PCB también se puede confundir con el otro tipo de PCBs que son perjudiciales para el medio ambiente, y PB se puede confundir con el símbolo atómico para el plomo o incluso la mantequilla de maní.

En serio, soy un firme defensor de una comunicación clara y el uso de términos ambiguos, y aplaudo IPC por sus esfuerzos para uniformar, pero en este caso prefiero el término "placa de circuito." Independientemente, predigo que el PCB acrónimo utilizado se ha utilizado siempre, así que usted debe saber que "el diseño de PCB" significa lo mismo que "diseño de la placa de circuito." Vamos a aprender más acerca de IPC más tarde, pero ahora tenemos que volver a descubrir lo que es una placa de circuito.

La placa de circuito más simple

De las definiciones anteriores aprendimos que una placa de circuito es un patrón conductor formado en una disposición predeterminada sobre una base común. El patrón conductor puede ser tan simple como una sola capa de cobre, con porciones de la misma grabadas de distancia para salir de la conectividad deseada. Esto se llama un "proceso sustractivo" porque el material comienza como una hoja completa de cobre, que es relativamente barato y es un buen conductor de la electricidad, y luego las áreas no deseadas están grabados de distancia para dejar el patrón conductor. El cobre utilizado en este proceso suele ser muy delgada, por lo que necesita ser apoyado en algún tipo de material aislante, que es la "base común" que se menciona en la definición del IPC.

Además de proporcionar apoyo para el patrón flexible de cobre, la base también proporciona soporte mecánico para los componentes electrónicos que se pueden montar a la misma. Este material aislante es más comúnmente un curado térmico de fibra de vidrio retardantes de llama, que es un sistema de resina orgánica reforzada por una o más capas de fibras de vidrio tejidas juntos como paño.

La forma más común de este material base se llama FR-4 (retardante de llama), pero muchos otros materiales están disponibles y cada uno tiene sus propias características específicas. Por ejemplo, algunos materiales son más estables a temperaturas más altas, mientras que otros son mejores para circuitos de alta velocidad y otros pueden flexionar de forma continua, por ejemplo. Vamos a aprender más sobre las propiedades del material más adelante, pero por ahora sólo tenemos que entender que la placa de circuito más simple está hecho de un material laminado de una sola cara, que es una sola capa de cobre unido a un material de base del espesor deseado. Laminados con revestimiento de cobre son típicamente 36 x 48 centímetros, que luego se redujo a 18 x 24 pulgadas para el proceso de fabricación de la tarjeta desnuda.

Juntas Multiple-Layer

Tableros de una sola cara se utilizan para circuitos simples, productos muy baratos de gran volumen como los juguetes o los detectores de humo. Los agujeros pueden ser perforados en la placa para los componentes con plomo que se insertan desde el otro lado y soldados a la estructura conductora de cobre, sin tener que añadir el gasto de chapado de los agujeros. Componentes de montaje superficial pueden ser soldados directamente a la estructura conductiva. Es difícil diseñar un circuito de cualquier complejidad en una sola capa sin necesidad de utilizar una gran cantidad de puentes, así que en vez de utilizar un laminado de una sola cara, es más común para comenzar con un laminado que ha sido recubierto con cobre en ambos lados.

Mediante el uso de un laminado que tiene cobre unido a ambos lados, el fabricante de tablero pelado puede grabar un patrón conductor diferente en cada lado y conectarlos entre sí con el oro-aunque agujeros, que se forman mediante la perforación de agujeros a través del estratificado y a continuación, utilizando un proceso de recubrimiento para depositar cobre en las paredes de los orificios. Esta tecnología permite que el material laminado recubierto de cobre para ser procesado en "pares de capas", con la capacidad de colocar caminos conductores que conectan las capas juntas donde sea necesario. Debería ser obvio que más complicados diseños de circuitos se puede lograr mediante el uso de placas de doble cara con chapado en agujeros pasantes, pero vamos a echar un paso más allá esta idea. ¿Por qué no procesar varios pares de capas con diferentes patrones conductivos, insertar más láminas aislantes de material entre los pares de capas, laminado a todos juntos, y luego procesar las capas exteriores al igual que un tablero de doble cara?

El proceso de perforación del agujero y de las planchas ha podido conectar todas las capas juntas, y de esta manera podríamos hacer juntas que son de 4 capas, 6 capas, de 8 capas, 10 capas, etc El advenimiento de tableros de múltiples capas ha abierto la puerta para el diseño de circuitos electrónicos extremadamente complejo, agregando pares de capas como sea necesario para hacer todas las conexiones necesarias. Bueno, eso fue una introducción rápida y todo-demasiado-breve la tecnología de multi-capa, pero tenemos que seguir adelante.Podemos sumergirnos en los detalles de la fabricación de la tarjeta después.

El resto de la historia

Una mirada casual en casi cualquier placa de circuito moderno mostrará algo más que patrones conductores de cobre en el material aislante.¿Cuál es el resto de la historia aquí? Para continuar con nuestra visión general de la placa de circuito común, podría ser útil tener una imagen:

Figura 1: Una placa de circuito típico.

La figura 1 muestra una pequeña área de una placa de circuito que diseñé hace muchos años. Usted puede ver que el patrón conductor se ha formado de manera que los tres componentes se pueden soldar a ella.Usted puede ver las conexiones entre los patrones de componentes terrestres, algunos taladros metalizados llamados vías , y algunas áreas de cuadrados para los puntos de prueba. Hay otras tres cosas importantes que notar en esta imagen:

1. Verde  soldermask se ha aplicado a la superficie de la placa, dejando aberturas en las áreas que se sueldan y de punto de prueba de la accesibilidad. Esto protege las capas exteriores y también hace que el proceso de soldadura más fiable.
2. La tinta blanca se conoce comúnmente como la serigrafía , y proporciona la identificación de partes por designador de referencia, y algunas veces incluye contornos de los componentes y otra información.
3. Cobre desnudo se oxida rápidamente (como una nueva moneda de cobre se pongan marrones), que hace que sea difícil, si no imposible de soldar. Un  acabado final  ha sido aplicada como una capa protectora sobre el cobre expuesto, manteniéndolo soldable.En este ejemplo, que es una aleación de estaño y plomo (capa de soldadura eutéctica aplica en un proceso llamado de nivelación de soldadura con aire caliente, o HASL), pero también podría haber sido plata, oro, estaño, un conservante de soldadura orgánica (OSP), o algún otro recubrimiento.

Aquí hay otra zona de la misma tabla para mostrar alguna variación. Esta parte del diseño tiene grandes áreas de cobre en la superficie de la junta y utiliza las conexiones entre los componentes más gruesos.

Figura 2: Otra vista de la misma placa.

Así que eso es lo que es una placa de circuito. Líneas conductoras que conectan patrones terrestres juntos se llaman  rastros . Áreas conductoras más grandes se llaman  aviones , que también se conoce comúnmente como  cobre vierte o  área llena .

Observe que la serigrafía se puede utilizar para proporcionar nomenclatura extra (como la etiqueta de "12 V" en la foto de arriba), que puede ayudar a la gente en el laboratorio o en el servicio de campo. Es una buena práctica de diseño a considerar las necesidades de otras personas que puedan estar usando su producto mucho después de que ha pasado.Trate de incluir información en el tablero que le será útil para ellos, si es posible.

Nos vemos el próximo mes!

Jack Olson, CID +, ha sido el diseño de placas de circuito de tiempo completo por más de 20 años. Jack le gustaría dar las gracias al Grupo de Usuarios de Orange County PCAD de 1987 para compartir libremente tanto conocimiento y experiencia, y en especial a Jack Miller de RoyoCAD por su patrocinio y apoyo. Él puede ser alcanzado en PCBjack@gmail.com .

http://www.pcbdesign007.com/pages/zone.cgi?topic=0&artcatid=0&a=90822&artpg=2&artid=90822&pg=3

fabricación de PCB Reid sobre Fiabilidad: El Wrap Grieta. Vias y microvías Buried son creados por un proceso de laminación secuencial, que es el número de pasos de laminación que la junta está expuesta a durante la fabricación

Vias y microvías Buried son creados por un proceso de laminación secuencial, que es el número de pasos de laminación que la junta está expuesta a durante la fabricación. La primera laminación se utiliza para hacer el núcleo que incluye el enterrado a través. Se procesa igual que una placa de circuito normal, haciendo que las capas internas con las capas interiores de circuitos discretos, laminar la pila juntos, y la perforación de la pila laminada. El tablero se somete entonces a desmear y preparación agujero, sin corriente eléctrica y de las planchas de cobre electrolítico en el agujero y el grabado para producir circuitos discretos.Después de eso, la junta se somete a una o más etapas de laminación en el que otras estructuras, como microvías, se forman.

En el proceso de recubrimiento de cobre sobre el núcleo inicial, producimos una envoltura de cobre que va a través del cañón del agujero, y sobre la lámina de cobre en la superficie alrededor del agujero. Este cobre produce lo que se llama la envoltura. Una grieta envoltura es similar a una grieta de esquina en una de PTH.

Hay dos estilos de microvías o vías enterradas: aquellos con tapas de cobre y los que no tienen tapas de cobre. Si no hay necesidad de una tapa de cobre, decir con microvías escalonados, el núcleo está lista para tener los agujeros llenos con epoxi o tener el epoxi en fase B llenar el agujero durante la laminación. Con frecuencia, el epoxi en fase B se utiliza para rellenar automáticamente el microvia o enterrado vía. Hay ocasiones en que el difunto a través de es demasiado grande o demasiado largo para el epoxi B-etapa para llenar adecuadamente los enterrados a través durante el proceso de laminación. En esos casos, un epoxi de terceros puede ser usada para llenar los agujeros perforados. El relleno de terceros puede ser epoxi conductor o no, ya que la corriente eléctrica es transportada por el revestimiento de cobre en la pared de la vía enterrada.

Si se requiere una tapa de cobre, como en microvías apiladas, a continuación, el núcleo se puede poner a través de un proceso llamado de aplanado o biselado. A veces, el cobre en la superficie del núcleo es tan gruesa que, con la tapa de cobre, la separación dieléctrica entre la parte superior de la enterrado a través y por encima de la capa se reduce. Con ½ onzas de lámina de cobre, el espesor es típicamente 15,2 micras (0,0006 ") de cobre, 30,5 micras (0,0012") de la siembra en el orificio de la superficie del orificio metalizado y 30,5 micras de cobre para la tapa de cobre. En este caso, tenemos un total de 76,2 micras (0,003 ") de apegarse cobre hacia el dieléctrico. Si usamos 127 micras (0,005 ") de dieléctrico después de la laminación, un puesto de cobre sobresale en el dieléctrico 76,2 micras, reduciendo de este modo la separación dieléctrica a 50,8 micras (0,002"). Esto significa que el vidrio en el dieléctrico será comprimido durante la etapa de laminación. La compresión de las fibras de vidrio hace que un área entre las capas que ha reducido la cantidad de resina. Esta compresión de las fibras de vidrio puede ser descrito comode bloqueo de vidrio o en casos extremos puede producir una grieta de vidrio .

Figura 1. Planarización de la compresión gorra, abrigo y vidrio.

Para eliminar esta condición de bloqueo de vidrio o cristal de crack, el fabricante planarizes frecuencia, o chaflanes, los circuitos de cobre antes de la tapa es plateado. Esto se hace para reducir el espesor de cobre de la envoltura y producir una superficie lisa. Planarización se realiza en ambos lados del núcleo. El problema es que el núcleo puede tener variación en el espesor de chapado de cobre debido a los problemas de distribución de corriente. Aunque el cobre se supone que es de 30.5 m (0,0012 ") de espesor, que puede ser tan baja como 20,3 micras (0,00079") de espesor en algunas zonas o en el lado opuesto del tablero.Así que el paso de aplanado tiene que ser controlada a skive agresivamente en el 30,5 micras (0,0012 ") de circuito y menos agresiva en el circuito que tiene 17,8 micras (0,0007") de placas de cobre.

A continuación, el núcleo se somete a electrolítico y recubrimiento de cobre electrolítico y se produce la tapa. Después de grabado, el núcleo puede ser raspada o aplana de nuevo para producir una superficie lisa y reducir el espesor de la tapa.

Un estudio demostró que una envoltura que es de 5,0 micras (0,0002 ") de espesor es robusto donde como una envoltura de menos de 5,0 micras es propenso a fallas tempranas. En base a esto, creo que una envoltura de 10,1 micras (0,0004 ") es adecuada para proporcionar una banda de seguridad. Lo mismo es cierto para la tapa. Una tapa de 5.0 micras parece ser robusto en la mayoría de las aplicaciones, por lo que haría que el requisito de ser 10,1 micras como una banda de seguridad. IPC-6012 especifica que el abrigo y la gorra será de un mínimo de 12 micras (0,00047 ") y la tapa serán de 12 micras. Añadir a que el espesor de la lámina, en este caso 15,2 micras (0,0006 "). Esto hace que el cobre mínimo sobresale en el dieléctrico de un total de 38,1 micras (0,0015 ").

Figura 2. Planarización de la tapa y del abrigo.

Para entender el papel de la tapa en los circuitos que tenemos que entender cómo el flujo de electricidad a través de la vía enterrada (véaseReid en Confiabilidad: Lifted Pad Stacked microvia Falla ). Lo que encontramos es que si la tapa forma la plataforma de destino para una microvia, se convierte en una parte integral del circuito y una grieta entre la tapa y la envoltura producirá un proceso abierto.

Una tapa que no forma parte de un microvia apilada puede tener una grieta y no va a provocar un proceso abierto. Si la tapa no es parte de una estructura apilada que puede venir completamente fuera de la microvia o enterrados a través de la trayectoria eléctrica y todavía estará intacta.

Figura 3. Foto que muestra envoltura grieta.

A microvia o enterrados a través de los cuales tiene un tipo de abrigo crack del fallo se presenta como una acelerada o un desgaste acumulación daños de tipo. Por lo general, los ciclos hasta la rotura se reducen a entre 100 a 200 ciclos. Este tipo de falla se inicia con una grieta desde la esquina del dieléctrico. La grieta progresa hasta la cara de la lámina de cobre y después a través de la rodilla de la envoltura, por lo general en un ángulo de 45 °. La grieta puede entonces propagarse horizontalmente entre la envoltura y la tapa. En la Figura 4, tenga en cuenta que la grieta ha atrapado a la humedad, lo que resulta en la oxidación entre la tapa y la envoltura.

Figura 4. Animación de una grieta envoltura. Haga clic aquí para la animación.

El relleno en el o microvia enterrados es muy importante. La tapa en la parte superior de la vía enterrada produce lo que puede ser mejor descrito como una "bomba casera". La tapa atrapa el relleno dentro de la vía enterrada. A diferencia de la dieléctrica del relleno no está limitado con fibras de vidrio o X-Y-eje. El relleno se está expandiendo a todas las direcciones, X, Y y Z. Debido a que hay más dieléctrico en el eje Z la cantidad de presión que empuja hacia arriba en la tapa es mayor que el X-e Y-eje de presión.

Uno de los factores de preocupación es el coeficiente de expansión térmica del relleno en comparación con el dieléctrico. Si bien este es un factor importante creo que la T _g del relleno es un factor más importante.Con una T _g desajuste, el dieléctrico en el agujero de los enterrados vía puede expandirse a una tasa significativamente más alta que el dieléctrico que rodea hasta que la T _g se alcanza del dieléctrico que rodea.

El mejor relleno es el relleno A-etapa del dieléctrico. Si uno puede conseguir el dieléctrico A-escenario y utilizar esto como el relleno, la T _gserá igualada y el conjunto enterrado vía tendrá la misma expansión térmica a una temperatura dada.

Paul Reid es coordinador del programa en Interconnect Solutions PLP.

PCB Técnicas de direccionamiento para diseños complejos

T o errar es humano; completamente lo ensucia, el uso de software.

Software Autoruter es esencialmente el software de inteligencia artificial (AI) - aunque bastante básico - que hace que ciertas decisiones que imitan lo que los diseñadores pueden hacer en el proceso de enrutamiento de un tablero. Su capacidad para hacer esto, por supuesto, varía según el desarrollador de software, y depende de la complejidad del algoritmo y lo fácil o difícil que es controlar el router.Sólo las tantas reglas pueden ser prácticamente definidas, y cada situación es diferente, lo que requiere compensaciones únicas. El factor limitante en cualquier trazador automático está describiendo qué es lo que los tomadores de decisiones humanas realmente hacen.

Muy a menudo, y más especialmente en tareas que son muy rutinarios y subconscientemente automatizado, los diseñadores pueden tener dificultades para describir todos los pasos y reglas condicionales que emplean. No porque no quieran, sino porque no es más que un montón que no piensan de una manera explicable.

Diseño de un circuito analógico o una alimentación conmutada, y en especial uno que incorpore la colocación específica, enrutamiento, térmica y los requisitos de aislamiento - en combinación con objetivos estéticos - depende de muchos equilibrios que un diseñador experimentado tendría problemas para describirlos. Muchas de esas concesiones, implican una serie de complejos análisis hipotéticos, como múltiples posibilidades en una partida de ajedrez.

También, diseños digitales complejos que incorporan memoria DDR2 o DDR3, por ejemplo, requieren enrutamiento de longitud coincidente de todas las señales, manteniendo los tiempos de vuelo estrecho entre las señales de reloj y de direcciones y la luz estroboscópica y señales de datos. Incluso con todas las reglas condicionales definidos, este tipo de encaminamiento requiere control interactivo centrado.

Puede ser un reto conseguir que los diseñadores de PCB a utilizar un trazador automático porque introduce incógnitas: ¿Qué es capaz de hacer? ¿Cómo controlarlo? ¿Cuánto tiempo puede salvar? En lugar de ello, muchos diseñadores prefieren regresar a su zona de confort y completar todas las conexiones manualmente utilizando el trazador automático entre sus orejas. Este diálogo interno termina siendo una pérdida de tiempo valioso y puede llevar a otros problemas en el camino.Algunos utilizan un trazador automático como una comprobación de validez - si el trazador puede trazar la placa hasta el final, entonces es probable que pueda hacer un mejor trabajo. Pero hay más que eso.

Empleado en el contexto adecuado, trazadores automáticos pueden hacer los diseñadores de PCB bastante más productivo. Por ejemplo, pueden ser utilizados para:

1. Compruebe si las reglas de diseño se han definido correctamente
2. Identificar la congestión colocación
3. Tratar rápidamente diferentes estrategias de enrutamiento (después de hacer una copia de seguridad)
4. Eficiente abanico de salida de los dispositivos
5. Maximizar la utilización de las propiedades inmobiliarias

Mi empresa, In-Circuit Design (ICD), proporciona servicios de simulación tales como el análisis de los diseños del cliente para la integridad de la señal, el momento, la diafonía, y las cuestiones de compatibilidad electromagnética. Más a menudo que no, nos encontramos con que la interferencia es un problema mayor recurrente con tablas que se envían de forma manual. Cuando manualmente ruta, tendemos a usar nuestros talentos artísticos demasiado, manteniendo todo lo bueno y bien cuidado, los rastros de acoplamiento muy juntas (en especial los autobuses), principalmente por la estética. Esto puede estar bien para los diseños analógicos y de baja frecuencia, pero cuando entramos en el dominio de alta velocidad, con tiempos de subida <1 ns, sólo puede ejecutar dos segmentos traza en paralelo durante menos de un centímetro y medio antes de que lleguemos diafonía excesiva. Trazadores automáticos son ideales para el diseño digital, ya que tienden a utilizar todo el espacio disponible, lo que reduce la posibilidad de interferencia debido a la proximidad.

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Figura 1: Diafonía entre segmentos paralelos enrutados manualmente.

Por supuesto, un diseñador puede pasar horas la creación de reglas de diseño para controlar el trazador, pero prefiero conducir el trazador del esquemático. Esto sólo se requiere la configuración de las reglas más básicas. Cuando dibujamos un esquema, lo dibujamos por la funcionalidad, y creo que también deberíamos colocar y la vía por la funcionalidad. De esta manera, puedo añadir mi propia creatividad y la toma de decisiones sobre la marcha, sin dejar de tomar ventaja de la automatización.

Herramientas más populares de EDA tienen la capacidad de trans-sonda entre el esquema y el router. Esta es una característica fantástica que permite a un diseñador de PCB para construir una ruta extremadamente denso, complejo, en un par de horas - mediante el control del router desde el esquema. Hablé de esto en detalle en mi anterior columna más allá del diseño: Interactivo colocación y enrutamiento Estrategias .

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Figura 2: Cross-sondeo de esquema para el router de parte de un bus PCI.

Nosotros no tenemos que hacer ningún enrutamiento nosotros mismos para obtener una ruta aceptable de las redes que no son críticas. Por supuesto, las longitudes coincidentes, pares diferenciales y otras señales críticas deben ser colocados con la precisión que requieren. Empiezo por la colocación de todos los componentes de la funcionalidad, seleccionar el componente que desee en el esquema y soltándolos donde los quiero en el PCB. Del mismo modo, en el tendido, selecciono un chip en el esquema, las redes se resaltan en el PCB, y seleccione "fan-out" en el router. A continuación, seleccione las redes críticas en el esquema "fan-out" y "Ruta" con el trazador. Yo uso el comando "Move" para empujar y empujar los rastros donde yo los quiero, a continuación, pasar al siguiente grupo de redes y de repetición. Cada grupo de trazas enrutados se verifica entonces después de su finalización.

Cuando nos dirigimos al router desde el esquema, es posible ver lo que hay que hacer sin entrar en las reglas de diseño condicionales, y después nos puede manipular las huellas como si ellos nos desvíen mano. Una vez que todas las conexiones críticas se dirigen, yo los preparo, luego gire el trazador automático flojo en el resto de las redes para terminar las conexiones.

La Técnica del perímetro de enrutamiento

He utilizado la siguiente técnica con éxito, a lo largo de los años, con una serie de trazadores automáticos. Se puso primero en la prueba de la margarita / Dazix estrella Router en 1987, Cadence Prance-XL Router, de Mentor Expedición Autoactive, y luego el PADS Router. En otras palabras, es seguro decir que la técnica se generaliza.

Vamos a suponer que usted ha seguido una metodología para la colocación y enrutamiento, señales de alta velocidad críticos, ellos fijos, y que el resto de las señales son no-crítico. Vamos a ver un escenario en el que el tablero es 98% completado después de una serie de rutinas trazador automático y fabricación. Una tasa de finalización del 98% suena muy bien, pero todos sabemos que el router dejará las huellas más difíciles / largas para nosotros para completar. De hecho, los últimos 50 o más trazas pueden nos días de frustración golpearse la cabeza tardará en completarse.

Si una tabla no será enrutada a la terminación, tal vez no sea culpa del router. Podría ser simplemente que tenemos: (a) mala colocación con crossovers de autobús, (b) las normas de diseño mal definidos, o (c) no hayan previsto suficientes capas de señal en el stackup. Supongo que se obtiene una idea de cuántas capas se requieren después de hacer unas cuantas tablas. Mi regla general es que si no puedo completar al menos el 85% antes de empezar a ajustar el diseño, entonces voy a tener problemas serios. Con menos de 85% de avance de los bloques, que re-evaluar la colocación de componentes, redefinir las reglas de diseño si es necesario, añadir un par de capas de señal, o reducir la funcionalidad del diseño.

Puntos para Recordar

• Trazadores automáticos son herramientas que pueden hacer los diseñadores más productivo, pero que no representan una solución trivial, pulsador.
• El factor limitante es describir qué es lo que los tomadores de decisiones humanas realmente hacen. Muchas de estas sentencias implican una serie anidada de complejos what-if compensaciones.
• Trazadores automáticos pueden ser particularmente útiles para los diseños digitales, ya que tienden a utilizar todos los bienes inmuebles de planchar disponibles, reduciendo la posibilidad de interferencia debido a la proximidad.
• Un diseñador puede pasar horas la creación de reglas de diseño para controlar el trazador. Pero, cuando nos dirigimos al router desde el esquema, es posible ver lo que hay que hacer sin trabajar a través del proceso de marcación de interacciones complejas y reglas de diseño condicionales.
• Pruebas cruzadas entre el esquema y el router es una característica fantástica que permite al diseñador a construir una ruta extremadamente densa, compleja en un par de horas.
• Como regla general, si no se puede llegar a completar al menos el 85% con el trazador automático sin ajustar manualmente el diseño, te estás preparando para el diseño de algunos dolores de cabeza graves, como termine el tablero.
• Si una tabla no será enrutada a la terminación, tal vez no sea culpa del router. Puede que sólo sea que tenemos: una mala colocación de cruces de autobuses, las reglas de diseño definidas incorrectamente, o no hemos permitido que suficientes capas de señal en el stackup.
• El perímetro técnica de enrutamiento proporciona un adicional de 30 huellas por capa de la señal. Para una tabla de 12 capas con 8 capas de señal, que es la friolera de 240 rastros adicionales.

Referencias

Diseño Avanzado de SMT - Barry Olney
Más allá del diseño: Interactivo colocación y enrutamiento Estrategias - Barry Olney
Más allá de Diseño:   Introducción a la Simulación del nivel de dirección y el proceso de diseño de PCB - Barry Olney
Más allá de Diseño: Tecnologías Digital-Analog mixtos - Barry Olney
Técnicas de PCB de diseño para DDR, DDR2 y DDR3, Parte 2 - Barry Olney
PCB Técnicas de diseño de DDR, DDR2 y DDR3, Parte 1 - Barry Olney
El ICD stackup y PDN Planner se pueden descargar desdewww.icd.com.au

Barry Olney es director general de In-Circuit Design Pty Ltd (ICD), Australia. CIE es una empresa de servicios de diseño de PCB que se especializa en la simulación a nivel de placa. La compañía desarrolló el Planificador ICD stackup y software planificador ICD PDN.

Traza Corrientes y Temperatura, Parte 1: El modelo básico

Este primero de una serie de cuatro partes en las corrientes de traza y temperatura cubre el papel de la resistencia y luego formula un modelo básico para el análisis. Las partes siguientes explorarán diversos resultados que se han obtenido empíricamente, cómo podemos utilizar la temperatura de fusión de un seguimiento a nuestro favor, y cómo lidiar con vías.

Papel de la Resistencia

Las huellas se calientan (aumento de la temperatura), debido a la disipación de potencia dentro de la propia huella. Si no fluye corriente, no hay calefacción. Si la corriente de flujo hace, a continuación, la potencia disipada en la traza es igual a i ² R, donde i es la corriente abajo de la traza y R es la resistencia del conductor.

En mi columna de "lo que es actual y por qué nos importa",proporciono la definición fundamental en la electrónica: corriente es el flujo de electrones. I desarrollar esa definición en esa columna y con más detalle en un artículo en nuestro sitio web ^[1] . Electrones individuales realmente fluyen muy lentamente por un conductor de cobre. Más exactamente, que saltan de un átomo a otro, desplazando a un electrón en un átomo. Eso electrones luego salta a otro átomo, desplazando un electrón en ese átomo, y así sucesivamente. Los electrones individualesno viajan a la velocidad de la luz, pero el desplazamiento de electrones de un átomo a otro lo hace progresar a la velocidad de la luz.

El calor (o la temperatura) es el movimiento ^[2] . Como la temperatura de un material aumenta, atómicas y el movimiento molecular en que el material se acelera. En particular, no hay movimiento aleatorio en el nivel de electrones, que también se acelera con la temperatura. Esto da lugar a colisiones aleatorias entre los electrones en los conductores. Si tratamos de empujar una señal por un conductor con muchas de esas colisiones pasando, tenemos que superar (por lo menos hasta cierto punto) los efectos de las colisiones. Lo hacemos con una fuerza que, en nuestro mundo, es igual a la tensión. Es el efecto de estas colisiones, lo que impide el flujo de los electrones, que llamamos resistencia .

La resistencia que ve una señal, ya que se propaga por un conductor es principalmente el resultado de estas colisiones. Hay un menor número de colisiones a temperaturas más bajas que a temperaturas más altas, y por lo tanto la resistencia de un conductor es menor a temperaturas más bajas y aumenta con la temperatura. El número de electrones disponibles para los aumentos de flujo de corriente con área de sección transversal, por lo que es más fácil para una señal para encontrar un camino a través de las colisiones (es decir, hay más rutas disponibles con áreas de sección transversal más grandes). Por lo tanto, como regla general, la resistencia de un conductor disminuye con el aumento de área de sección transversal y aumenta al aumentar la temperatura.

Así que a medida que pasamos de una señal por un conductor, una pequeña cantidad de la energía de la señal se disipa dentro del conductor como la disipación de energía: i ² R. Esta es la disipación de energía que calienta el conductor. No es generalmente más alta energía que se pierde a temperaturas más altas, y la energía inferior perdido con conductores más grandes (es decir, los que tienen áreas de sección transversal más grandes).

Resistividad

La característica de un material que refleja su resistencia eléctrica es una propiedad llamada resistividad . Todos los materiales tienen resistividad y hay numerosas mesas en los medios impresos y en la Web que proporcionan información de resistividad para varios materiales. Plata, cobre y oro, respectivamente, tienen la resistividad más baja de todos los elementos. Se suele dar por los valores:

1.6x10 Plata ^-8 ohm * m
1.7x10 Cobre ^-8 ohm * m
2.2x10 Oro ^-8 ohm * m

Nota : Las unidades son ohm-metros.

Desde resistividad aumenta con la temperatura (véase la discusión anterior), la resistividad eléctrica se debe especificar a una temperatura determinada . Esto por lo general se especifica como ambiente o la temperatura ambiente, a 20 ^o C.

Como se ha señalado, las unidades de resistividad son ohmios de longitud. Si dividimos la resistividad por el área de sección transversal de un conductor, obtenemos unidades de:

Longitud Ohms-length/area = ohmios / unidad.

Ahora, si multiplicamos que por la longitud del conductor, las unidades pasan a ser:

Ohms / unidad de longitud x longitud = ohms (o, simplemente, la resistencia).

Así, la fórmula estándar para la resistencia de un conductor, sobre la base de su resistividad, es ^[3] :

[Ecuación. 1] R = (ρ / A) * L                     

Dónde:

ρ (rho) es la resistividad del conductor
A es el área de sección transversal del conductor
L es la longitud del conductor.

Y puesto que la resistividad se da en relación con una temperatura específica, entonces la resistencia de una huella calculada con la ecuación 1 se aplica a una temperatura específica .

Coeficiente térmico de resistividad

El coeficiente térmico de resistividad se suele representar por el símbolo alfa, α. Es el factor de que la resistencia aumenta con la temperatura. Su uso se muestra en la Ecuación 2. Tome la resistencia de un conductor a alguna temperatura de referencia (por lo general, pero no necesariamente 20 ^o C) y se multiplica por uno más alfa, veces el cambio en la temperatura de la referencia:

[Ecuación. 2] R = R _ref (1 + α * Delta T)                            

Dónde:

R = Resistencia a la temperatura deseada
R _Ref. = Resistencia a la temperatura de referencia
α = coeficiente térmico de resistividad, y
T = temperatura deseada - temperatura de referencia ( ^o C).

El coeficiente térmico de resistividad para la plata, el cobre, y oro es ^[4] :

Silver 0.003819 por grado C
Cobre 0.004041 por grado C
de Oro 0.003715 por grado C

El coeficiente térmico de resistividad es muy aproximadamente 0,4% por grado C.

La resistencia de los cables de cobre y trazas

La resistencia de los alambres de cobre de tamaño arbitrario es fácilmente disponible en los textos estándar y páginas Web. La tabla estándar de la resistencia se basa generalmente en la tabla American Wire Gauge que a su vez se basa en lo que se conoció como la tabla Gauge Brown y Sharpe alambre formulada por primera vez en 1857 ^[5] . Si bien estos tipos de tablas equiparan fácilmente resistencia y tamaño de alambre de unos 44 calibres de conductores diferentes (medidores) que no son particularmente útiles para la determinación de la resistencia frente a tamaño de rastros de PCB. UltraCAD ha creado una calculadora gratuita para convertir convenientemente entre el tamaño del trazo y el calibre del cable, disponible en nuestro sitio web ^[6] .

Un ejemplo de esta calculadora se muestra en la Figura 1.

Figura 1: Wire Gauge Calculadora de UltraCAD, v3.

La parte superior de la calculadora permite al usuario introducir cualquier dos de los tres parámetros (calibre de alambre, grueso trazo y trazo ancho) y resolver para el tercero. Entonces, si el usuario introduce una longitud de pista y una temperatura ambiental específico, la calculadora va a resolver para la resistencia rastro a esa temperatura. Por último, si el usuario introduce la corriente que fluye por la traza, la calculadora ofrece la caída de tensión en la traza (cálculo ley simple de Ohm).

Modelo para temperaturas de traza

Ahora tenemos todo lo que necesitamos para desarrollar un modelo para las relaciones corriente residual / temperatura. Tal modelo se muestra en la Figura 2.

Figura 2: Modelo para los efectos de corriente residual / temperatura.

La Figura 2 ilustra una traza sobre un sustrato. La traza se somete a calentamiento como resultado de la potencia disipada en la traza (es decir, el i ² pérdida de R). La traza se enfriará como resultado de la conducción y convección. Una temperatura estable se alcanza cuando el efecto de calentamiento y el efecto de enfriamiento son iguales y se anulan.

Por lo tanto, podemos comenzar con la idea de que el cambio de temperatura (de la traza) es proporcional a i ² R, o bien:

[Ecuación. 3]

Puesto que R es inversamente proporcional al área, A, podemos reescribir esto como:

[Ecuación. 4]

Y reordenando términos conduce a:

[Ecuación. 5]

[Ecuación. 6]

[Ecuación. 7]

Tenga en cuenta que cada ecuación sucesiva (Ecuaciones 6 y 7) se hace cada vez más general.

Hay dos razones para la ecuación más general. La primera es que la zona de la traza está involucrado en tanto el calentamiento de la traza y el enfriamiento de la traza. Por lo tanto, sería de esperar que tenga un exponente diferente que el término? T. La otra razón para un enfoque más general es debido a que la resistividad cambia con la temperatura.Suponga que el único factor importante es la disipación de energía.Entonces sería intuitivamente parece que 0.5 sería el exponente correcto para Delta T. Pero a medida que la traza se calienta los cambios de resistividad. Por lo tanto, para una corriente dada, hay más de calentamiento a temperaturas más altas que la que hay a temperaturas más bajas. En consecuencia, podríamos esperar que el exponente de Delta T es ligeramente diferente de 0,5.

En un artículo publicado en 1997, McHardy y Gandhi ^[7]  trataron de adaptarse a la ecuación 7 para los datos originales IPC que todos sabemos y el amor, más sobre esto en la Parte 2 de esta serie. Llegaron a la conclusión de que el factor de forma de una huella puede ser importante en la relación. Es decir, el aumento de la temperatura puede ser diferente para una amplia traza, relativamente delgado de lo que sería para un estrecho, más grueso uno de la misma área de sección transversal. Esto sería debido a una huella más amplia podría enfriarse más que una huella angosta haría. La estabilidad térmica se produciría cuando la calefacción de la traza (causada por i ² R) igualó el enfriamiento de la traza (relacionada con el área de superficie, o más directamente a la anchura, W). Podemos ser capaces de mejorar el modelo de la Ecuación 7, por lo tanto, al ver el factor de forma de la traza (es decir, la anchura y el espesor) en lugar de sólo el área de la sección transversal. Podemos modificar el modelo en la ecuación 7 para ajustar para esta rompiendo el término área en sus componentes de anchura y espesor, como en la ecuación 8:

[Ecuación. 8]

Ecuación 8, a continuación, se convierte en un modelo apropiado para la investigación de la relación entre las corrientes y temperaturas traza traza. Vamos a ver algunos resultados empíricos de este modelo en la parte 2 de esta serie.

Referencias

1. Para una discusión más extensa de la corriente y su relación con las ecuaciones de Maxwell, véase mi artículo "¿Cómo se llama esta cosa" actuales: Electrones, Desplazamiento, Luz, o qué? "
2. Por ejemplo, la definición del cero absoluto de temperatura es cuando todo el movimiento a nivel atómico se detiene.
3. Es realmente fácil de mezclar unidades al utilizar esta fórmula.Asegúrese de que la resistividad, el área y la longitud están expresados ​​en las mismas unidades de longitud o errores resultarán!
4. El coeficiente térmico de resistividad es muy sensible a una aleación particular. Por lo tanto, diferentes fuentes pueden dar diferentes valores, basados ​​en diferentes supuestos de aleación.
5. Para una buena discusión de este, así como una tabla completa, visite Wikipedia .
6. Ver www.ultracad.com .
7. "Empirical Ecuación para Traces PLP acerca de" John McHardy, Mahendra Gandhi. Presentado en IPC Works '97 5 a 9 octubre 1997, Documento Técnico IPC S06-2

Douglas Brooks tiene un MS / EE de la Universidad de Stanford y un doctorado de la Universidad de Washington. Ha desarrollado gran parte de su carrera en la industria de la electrónica en los puestos de ingeniería, marketing, administración general, y como CEO de varias compañías. Ha sido propietario UltraCAD Design Inc. desde 1992. Es autor de numerosos artículos en diversas disciplinas, y ha escrito artículos y dado seminarios en todo el mundo sobre los problemas de integridad de la señal desde la fundación UltraCAD. Su libro,  Diseño Placa de circuito impreso y Signal Integrity Issues  fue publicado por Prentice Hall en 2003. Visite su sitio web en  www.ultracad.com .

Reid sobre Confiabilidad: Adhesivo Delaminación

Con el advenimiento de las Restricciones de la Unión Europea relativo a las sustancias peligrosas (RoHS) de la legislación, el plomo fue retirado de la soldadura. Esto requiere temperaturas de montaje de PCB que ser aumentado para acomodar el mayor punto de fusión de las aleaciones de soldadura sin plomo. La temperatura de montaje aumentó desde un nivel tradicional de 230 ° C, hasta un máximo de 260 ° C, aunque algunas casas de ensamblaje son capaces de reunirse en un modesto 245 º C.

El adicional 30 ° C se ha demostrado un impacto negativo en el material dieléctrico dentro de la mayoría de los tipos de PCB utilizados en los productos electrónicos. Muchos de los materiales dieléctricos disponibles en el mercado no están garantizados para mantener su solidez en aplicaciones IDH cuando se exponen a múltiples montaje 260 ° C y retrabajo excursiones térmicas. Cuanto más alto es el montaje y la temperatura de la reanudación están aumentando el riesgo de daños materiales.

El proceso de montaje libre de plomo suele durar dos o tres excursiones térmicas hasta 260 º C. Hay comúnmente dos excursiones térmicas en un horno de reflujo para el montaje de doble cara y uno para la unión localizada, más una ola de soldadura si se instalan los conectores.Rework puede añadir otros dos o tres excursiones térmicas (por lo general a temperaturas más altas durante tiempos más largos); hay uno para la eliminación de BGA, otro para el reemplazo BGA y el tercero para un retoque a mano. Esto significa que el montaje de PCB típica (PCBA) puede ser necesaria para "sobrevivir" seis recorridos térmicos de alta temperatura.

No se entiende completamente si los materiales utilizados en aplicaciones de HDI pueden soportar esa cantidad de calor varias veces sin experimentar algún nivel de degradación del material. En consecuencia, daños materiales es cada vez más común en las aplicaciones de HDI donde se aplica la temperatura de ensamblaje con 260 º C como el requisito superior. En un estudio reciente, 15 de los 24, con materiales compatibles sin plomo electrónica-aprobadas por la industria mostraron daños materiales después de seis ciclos de ensamblaje a 260 ° C en un horno de reflujo convencional.

Pruebas de ciclo térmico se realizó en cupones representativos para determinar la fiabilidad de PTH y el material de robustez. El método de ciclo térmico utilizado se conoce como la prueba de esfuerzo de interconexión (IST). En este método, el ciclo térmico de cupones IST oscila de temperatura ambiente a 150 ° C en tres minutos y volvió a la temperatura ambiente en aproximadamente dos minutos, mientras que la vigilancia constante de la resistencia en los circuitos de cobre se registra.Las excursiones térmicas precipitan barril grietas que se traducen en aumentos de la resistencia en el circuito de prueba. Un aumento del 10% en la resistencia de un circuito se considera un fracaso (estándar IPC).Cualquier daño material se puede extender artificialmente ciclos térmicos al fracaso, debido a los efectos para aliviar el estrés. Lo que se ha encontrado: La mayor parte del tiempo, el estrés daños materiales alivia las interconexiones - por ejemplo, en la zona central del cañón de PTH - que se extiende de este modo los ciclos térmicos al fracaso. Esto no se encuentra comúnmente cuando los cupones se exponen a 6x230 ° C preacondicionamiento, pero es más común cuando cupones similares están expuestos a 6X260 ° C.

Por ejemplo, los cupones se pusieron a prueba tal como se recibieron sin preacondicionamiento y alcanzado una media de 500 ciclos térmicos al fracaso. Cuando cupones similares están expuestos a 6x230 ° C preacondicionamiento, no pudieron con una media de 375 ciclos hasta el fallo. Cuando los cupones del mismo grupo fueron expuestos a 6X260 ° C fallarían con una media de 500 ciclos hasta el fallo, lo cual era contrario a la intuición. Cuando se microsectioned los cupones 6X260 ° C, que exhibieron daños materiales, mientras que los cupones de prueba en que se recibieron y los expuestos a 6x230 ° C no mostraron daños materiales.Lo que se pide es un medio para encontrar daños materiales por vía electrónica.

Una de las consideraciones relativas a la delaminación de adhesivo es la presión de vapor. Lo que sucede es que el agua y otros volátiles atrapados en la presión ejercen material cuando el agua se vaporiza en vapor. La presión de vapor de agua es de 300 libras por pulgada cuadrada (PSI) a 230 ° C y es de 700 PSI a 260 ° C. Así que, lógicamente, el vapor de agua se debe producir una enorme cantidad de presión internamente en el PCB. Pero nos olvidamos de tomar en cuenta la cantidad de agua disponible. Dado que la cantidad de agua es tan baja en placas de circuito, tan bajo como 0,12% del peso de la junta (poliimida podría ser tan alta como 4%), toda el agua se evapora y luego se detiene el aumento de la presión a una velocidad tal significativa . Esta cantidad limitada de agua limita la presión que ejerce el agua sobre el tablero.

En general, el vapor de agua y la presión generada desde el agua no es suficiente para causar el PCB para someterse a la delaminación de adhesivo. Debe haber otros factores en juego, además de la presión de vapor del agua u otros compuestos volátiles. Digamos que usted tiene delaminación adhesiva en un grupo de cupones que no se deshidrató por cocción antes de preacondicionamiento. Para salvarlos, decide hornear el resto de los cupones a 105 ° C durante cuatro horas en un intento de impulsar el agua de los cupones antes de preacondicionamiento. Lo más probable es que los cupones seguirán deslaminar. Nunca he encontrado que la cocción para eliminar puntas de agua de la escala y ahorra cupones de delaminación. De hecho, la cocción, si es demasiado agresivo, en una temperatura demasiado alta o demasiado tiempo, puede obligar a los cupones de deslaminar antes. La tendencia a deslaminarse después de la cocción agresiva puede ser debido al envejecimiento térmico de la resina epoxi cuando se exponen a altas temperaturas durante largos períodos de tiempo.

ampliar la imagen

Figura 1: Sección transversal que muestra la delaminación del adhesivo.

Delaminación de adhesivo se parece a una ampolla en una vista en sección transversal (Figura 1). Es largo y termina en punta en los dos extremos. La deslaminación es a lo largo de superficies laminadas como la interfaz entre el estado B y C-etapa, en fase B y el cobre o a lo largo de los haces de vidrio. La delaminación a lo largo de haz de vidrio no es la fibra de vidrio individual, sino entre los haces de vidrio como un grupo epoxi y el adyacente. El agrietamiento es una separación entre fibras de vidrio individuales. Los conceptos asociados con la resquebrajadura se tratarán en otra columna.

Figura 2:. Animación de la delaminación adhesivo clic aquí para ver la animación.

En la delaminación de adhesivo, la separación es a lo largo de la interfaz de laminado. Con frecuencia, esta delaminación es profundo dentro de la tabla y no es visible por un examen externo. Muy a menudo, este tipo de daños materiales se produce durante el montaje y retrabajo. Esto es más común con la excursión térmica ensamblaje sin plomo asociado y retrabajo. En la animación, observe que la delaminación ocurre durante el ciclo de calentamiento.

Este artículo apareció originalmente en el 02 2013 cuestión de la Revista de Diseño de PCB.

Paul Reid es coordinador del programa en Interconnect Soluciones PTP, donde sus deberes incluyen pruebas de fiabilidad, análisis de fallos, análisis de materiales, y la consultoría fiabilidad PLP.

http://www.pcbdesign007.com/pages/zone.cgi?topic=0&artcatid=0&a=91402&artpg=1&artid=91402&pg=3

Conectando los Puntos: Diagramas esquemáticos

Con los años, hemos desarrollado maneras de controlar el flujo de electricidad para muchos propósitos útiles.Estas técnicas se pueden registrar y compartir mediante el uso de diagramas llamados esquemas. Un diagrama esquemático es un método conveniente e informativo para la documentación de circuitos electrónicos.

El Esquema

Cualquiera que entienda la teoría electrónica básica puede explicar el siguiente esquema, sin importar el idioma que habla:

Los bloques básicos de diagramas esquemáticos de construcción utilizan un conjunto de símbolos normalizados para representar diferentes tipos de componentes. En el esquema que se muestra arriba, el símbolo al lado de la  BT  representa una batería, el símbolo situado junto a la  S  representa un interruptor, y la una al lado de  DS  representa una pantalla o una lámpara. Las letras  de BT ,  S y  DS  son las etiquetas que ayudan a identificar el componente y estas etiquetas se llaman designadores de referencia.

Cualquiera que sepa cómo interpretar el esquema puede construir el circuito que representa al conectar una batería, un interruptor y una lámpara con alambre o cualquier otro tipo de material conductor.

Además de designadores de referencia, los símbolos también se les asignan números de diferenciar los componentes del mismo tipo. Por ejemplo, si más de una resistencia se añade a un esquema, que serán etiquetados R1, R2, R3, etc

NOTA: Para usted Trivia fans, el designador de referencia "U" originalmente significaba "irreparables".

Cuando esté listo para aprender más, una lista más completa de los símbolos y los designadores de referencia se puede encontrar en las publicaciones de IEEE-STD-315 y el IPC-2612.

Valores y Atributos

En el ejemplo de esquema, no hay suficiente información para saber lo que se pretende. Los componentes están identificados por un designador de referencia (las letras BT, S y DS), pero no hay información acerca de qué tipo o qué tamaño de los componentes debe ser. Considere el hecho de que hay muchos tipos diferentes de baterías disponibles, pero nada en el esquema de arriba indica que la batería sería lo mejor.

El circuito mostrado arriba podría ser:

• una linterna simple, con una batería de tamaño AA, o
• una batería de 9V, un botón de timbre de la puerta y un timbre, o
• una batería de coche de 12V, un interruptor giratorio y un faro

Aplicando el mismo circuito básico para estas diferentes aplicaciones ilustra el hecho de que en el mundo real, un esquema debe proporcionar más información. Un esquema debe incluir atributos para asegurar que se seleccionan los componentes adecuados. El mismo símbolo de resistencia puede ser utilizado durante miles de diferentes tipos de resistencias, por lo que es útil, debe declarar el valor, expresado en ohmios. El símbolo de ohm se suele descartar porque no está disponible en todos los juegos de caracteres, por lo que una resistencia con el número 100 junto a él sería interpretado como "una resistencia de cien ohmios." Otros tipos de componentes se describen con términos diferentes. Condensadores se diferencian por su valor en faradios (F), los inductores se diferencian por su valor en Henrys (H)
Muchos atributos adicionales pueden ser añadidos a los símbolos, como potencias o tolerancias, para controlar más estrechamente el tipo de componente necesario para el diseño.

Además de los atributos visibles de cada símbolo, muchos sistemas CAD también pueden asignar atributos ocultos, como los números de parte del fabricante, el costo, los niveles de revisión o los datos de simulación.Aunque la discusión de diversas prestaciones CAD está más allá del alcance de este tutorial, bibliotecas sofisticados se pueden desarrollar con ellos, y esquemas creados a partir de ellas pueden convertirse en herramientas muy poderosas.

Unidades Internacionales

Los atributos pueden tener una amplia gama de valores, de muy pequeño a muy grande. Para evitar llenar diagramas con mucho repetir secuencias de ceros para los valores como 1000000000 o 0,0000000001, el mundo ha convergido en un  Sistema Internacional de Unidades .

Las unidades SI usted es probable ver en esquemas son:

Algunos ejemplos:

• un condensador de 0,000027 Farad se expresaría como 27 microfaradios, escrito como 27 uF
• un inductor Henry 0.05 se expresaría como 50 milihenrys, escritas un 50 mH
• una resistencia de 10 millones Ohm se expresaría como 10 megaohmios, escribe como M 10
  (la mayoría de los sistemas CAD no utilizan el símbolo de ohm)

Usted puede obtener más información sobre el Sistema Internacional de Unidades (SI) del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología(NIST). Mantienen un sitio web muy bueno y el documento que describe en detalle SI se pueden encontrar en la bibliografía (publicaciones y citas en línea) como "Publicación Especial 811."

Instrucciones de diseño esquemáticos

El esquema proporciona suficiente información para seleccionar los componentes apropiados y conectarlos entre sí durante la fase de diseño de la placa de circuito. Esquemas también proporcionan un nivel básico de la documentación de los productos electrónicos, y se convierten en herramientas útiles durante las revisiones de diseño, pruebas y depuración, mantenimiento de equipos, manuales técnicos, etc

Aquí hay algunas pautas para la creación de buenos diagramas esquemáticos:

• Las líneas que conectan los símbolos juntos representan las conexiones eléctricas entre los componentes. Las líneas que se cruzan entre sí no están conectados.
• Un punto de conexión se utiliza para mostrar las conexiones entre líneas que tocan, pero es mejor no tener cuatro cables que se conectan a un punto (no tienen líneas que se cruzan y se conectan). En otras palabras, un punto de conexión tendrá típicamente tres segmentos de línea conectados a él.
• En un circuito complejo, si todos los poderes y la red de tierra se muestran conectados junto con las líneas, el diagrama sería demasiado desordenada, y más difíciles de interpretar. En lugar de mostrar los conectó con líneas, utilizamos los símbolos globales.Cualquier cosa relacionada con el mismo símbolo global, incluso a través de varias hojas, se asume que están conectadas entre sí.
• Si otras conexiones deben hacerse sin necesidad de conectar líneas juntas (en varias hojas, por ejemplo) Nombres netos pueden ser utilizados. Cualquier red marcado con el mismo nombre de red está conectado.
• Todo el texto (los números de pin, nombres netos, polaridad, valores y atributos) deben ser horizontales y claramente etiquetados para evitar confusiones. Sin texto de superposición, No hay líneas que cruzan a través de texto.
• Circuitos deben fluir de izquierda a derecha y de arriba a abajo.¿Qué significa esto, trate de mantener las entradas de la izquierda y las salidas a la derecha, y tratar de mantener los suministros de voltaje positivos arriba y símbolos de tierra de abajo.
• Trate de diseñar secciones esquemáticas en bloques funcionales.Los símbolos se colocarán en la página para facilitar la comprensión del circuito, NO para mostrar dónde se encuentran físicamente en la pizarra o para demostrar que las conexiones deben ser largo o corto.
• No trate de llenar toda la hoja, y no tenga miedo de salir de las áreas vacías o espacios abiertos.
• Alinear símbolos de circuito similares verticalmente u horizontalmente. Es posible que no tenga tiempo para hacer todo tan hermoso como lo desea, pero los esquemas debe ser fácil de leer y sin ambigüedades. Puede ser útil usar una rejilla si su herramienta CAD lo soporta.
• Los números de pin debe estar en el exterior del símbolo gráfico.Nombres de conexiones se pueden colocar dentro de la gráfica si es práctico.
• Si se utilizan los símbolos de conexión de salida, ellos deben ser colocados en el borde izquierdo extremo o borde extremo derecho de la página.
• Dependiendo de las convenciones de la empresa o cliente, puede que tenga que proporcionar información adicional, como una tabla de IC, o una lista de puertas de repuesto. Estos se colocan a menudo en la última hoja.
• La primera hoja debe contener un bloque de título en la esquina inferior derecha. Como mínimo debe contener el número de parte, título, nivel de revisión y el nombre de la persona que lo creó. Los títulos deben ser lo suficientemente distintiva para diferenciar el diseño de otros diseños similares. (Usted no quiere terminar con docenas de diseños con nombre "Amplificador", por ejemplo).Hojas posteriores pueden tener un bloque de título reducido, pero deben contener un número de hoja y algún método para identificar como perteneciente al diseño (por lo menos el número de parte y el nivel de revisión).

Consejos final

Ninguna de estas guías están escritas en piedra, y no hay dos empresas

hacer las cosas exactamente de la misma manera. Trate de aprender las preferencias de sus clientes lo más rápido que puedas. Si eres nuevo, lo primero que debe hacer es estudiar algunos de sus dibujos existentes. Algunas empresas utilizan "D" como el designador de referencia para los LED, mientras que otros utilizan "LED". Algunos utilizan un pequeño círculo de puntos de prueba, pero algunos utilizan ese símbolo para tensiones. Algunos utilizan un símbolo de conector girado para tensiones. En realidad no importa, siempre y cuando éste sea claro y consistente. Después de tener un poco de experiencia se puede sugerir formas de estandarizar si usted piensa que va a ayudar.

Por último, si se muda a una nueva empresa y lo hacen todo de manera diferente, no te molestes diciendo: "Bueno, en mi última empresa, lo hicimos  esta  manera. " Lo más probable es que no le importa.

Jack Olson, CID +, ha sido el diseño de placas de circuito de tiempo completo por más de 20 años. Él quiere agradecer a la Marina de los Estados Unidos para enseñarle los conceptos básicos.

http://www.pcbdesign007.com/pages/zone.cgi?topic=0&artcatid=0&a=90332&artpg=1&artid=90332&pg=3

Más allá del diseño: La Pura Verdad Acerca de avión Jumpers

osos, islas, recortes en el plano del suelo, planos de alimentación aisladas, regiones de tierra flotantes, y un anfitrión de otras técnicas de diseño complejos son a menudo utilizados por los diseñadores de PCB para reducir la diafonía, EMI, y para mejorar de otro modo el rendimiento global del sistema.

Pero una señal de alta velocidad cruzando una división en el plano causa problemas a lo largo de por lo menos tres dimensiones, incluida la calidad de la señal, la diafonía y EMI. El problema es la discontinuidad de impedancia en el camino de la señal de cruzar la división. La discontinuidad refleja la energía de nuevo hacia la fuente - en particular los componentes de mayor frecuencia de la señal. A altas frecuencias, la corriente de retorno sigue el camino de menor inductancia - que está directamente debajo de la traza de la señal - pero ese camino se rompe con la división. La razón de esta discontinuidad es el hecho de que la corriente de retorno tiene que encontrar una ruta alternativa de regreso a la fuente, la creación de una gran área de bucle y un poco de antena agradable para la radiación de modo diferencial.

Es importante tener en cuenta que tanto tierra y planos de alimentación (cualquier plano) se pueden utilizar como plano de referencia y volver trayectoria de corriente para una señal.

La clave para un diseño digital / analógico mixto con éxito es partición funcional, entendiendo el camino de retorno de corriente, y el control y la gestión de enrutamiento - no repartirse planos de tierra. Siempre es mejor tener sólo una única referencia (tierra) avión para un sistema.

Mencioné "puentes" de plano brevemente en mi reciente columna mixta Tecnologías analógicas digitales , donde dije: " Si una señal digital (s)debe cruzar una división en el plano de referencia de potencia un 'jumper avión' condensador de desacoplamiento (100nF) se puede colocar cerca de la señal (s) infractor para proporcionar una trayectoria para la corriente de retorno entre los dos suministros (por ejemplo, 3,3 V - | | - 1,5 V) ".

Figura 1: El camino de la corriente de retorno usa el condensador de cerrar los planos de referencia de potencia.

En la Figura 1, la brecha aísla completamente los planos de referencia de potencia, por lo que un condensador de puente plano se utiliza para permitir que la corriente de retorno para cerrar la brecha en los planos de 3.3V a 1.5V. Esto es muy eficaz, pero debe ser utilizado como último recurso, si no se puede evitar el enrutamiento de una señal de este tipo a través de la brecha.

Debo decir que lo hace parecer extraño - con un decap en el esquema entre 3,3 V y 1,5 V, donde decaps normalmente se colocan entre el poder y la tierra.

Figura 2: Las señales de control cruzar el "puente" de un avión GND dividida.

La figura 2 ilustra la forma correcta de hacer frente a esta situación - las señales de control que cruzan sobre el "puente" de un plano de división.Los (Azules) rastros se agrupan, con un plano de tierra continuo bajo, proporcionando una vía de retorno fiable para estas señales. El truco es hacer referencia siempre es una señal a un plano sólido - no dividir el plano de referencia. El plano de alimentación se puede dividir siempre que no se utiliza como un plano de referencia.

Pero ese es el uso más básico de un puente plano. Echemos un vistazo a otro lugar en el diseño de estos puentes mágicos pueden ser empleados.

ICD simula recientemente una junta cuyos diseñadores intención de señales de alta velocidad de ruta de un chip a un conector en la parte superior del tablero. El enrutamiento se desplegaron desde el BGA, fue directamente a la capa 3, entonces apareció una copia de seguridad a través de una vía de un conector en la capa superior. Esto parece perfectamente razonable.

Pero al mirar a la stackup con más detalle, la señal se hace referencia primero al plano GND en capa 2; entonces, ya que la transición a la capa 3, su plano de referencia cambió a VCC (capa 4) debido a la proximidad.Hay, en este caso, sólo un camino para la corriente de retorno de "saltar" los aviones, y que es mediante la búsqueda de la más cercana a VCC GND condensador de desacoplamiento - que puede ser una larga distancia (relativamente) de lo transitorio de la señal, la creación de un gran área de bucle y las corrientes de modo común indeseables. Todo esto se puede evitar mediante la colocación de un puente plano (decap), cerca de la señal a través de la transición, entre VCC y GND.

En el caso en el que existen múltiples planos de tierra sobre un PCB, no podemos simplemente asumir que "suelo es de tierra" y estar seguros de que la corriente de retorno va a encontrar su camino de regreso a la fuente. Vias costura GND deben colocarse al lado de cada señal a través de la transición para coser los planos GND juntos, proporcionando una vía de retorno claro.

Figura 3: Señal de flujo de corriente (rojo) y devolver el flujo de corriente (azul).

Ahora, el diseñador tenía buenas intenciones: utilizando el plano de GND en capa 2 como el plano de referencia común. Todo estaría bien, hasta que la falta de comunicación (y la comprensión de los parámetros de diseño) lideraron el ingeniero CAM en el fabricante para cambiar el grosor de los materiales básicos y pre-preg para adaptarse a los materiales dieléctricos que tenían en stock.

Este es un caso clásico que vemos todo el tiempo. Es el punto en el que nuestro diseño se cruza en el mundo real - la fabricación . Representa un punto más allá del cual muchos diseñadores rara vez se atreven a aventurar, debido a su falta de comprensión de los procesos de fabricación de PCB. Pero, es un hecho que la mayor conciencia que hemos rodea a los procesos de fabricación, el mejor servicio a nuestrosdiseños se convierten, y los mejores diseñadores nos convertimos.

El profesional de la CAM se ve en su tablero en puramente físicostérminos. Él, muy probablemente, no tiene conocimiento de que las señales son críticos, y sus caminos de retorno de corriente. Su ventana a su mundo se compone de capas de materiales dieléctricos, láminas de cobre, vías de PTH, y máscaras de soldadura. El formato de archivo estándar Gerber - transferido desde el diseño a la fab - es un lugar primitivo (basado en las antiguas X, plotters Y) pero en formato muy eficaz para describir la información gráfica de dos dimensiones. Es muy adecuado para la representación de los dos componentes principales de una imagen de PCB: líneas y puntos. Pero esto es todo lo que son para el ingeniero CAM.

La proverbial "desplazamiento a la izquierda" en el proceso de diseño es poner el control del stackup construir de nuevo en manos de los ingenieros y diseñadores de PCB - lo que les permite colaborar con, si no el control, el resultado de la fabricación. Para ello, los diseñadores necesitan una lista completa de los materiales dieléctricos estándar de los fabricantes populares como Isola, Nelco, Rogers, etc, y la capacidad de insertar estos en un stackup prototipo, la determinación de las impedancias de una sola terminal y diferenciales de estas materias combinadas con reglas de diseño de diseño de PCB. El Planificador ICD stackup, se muestra en las figuras 3 y 4 (disponible para descarga enwww.icd.com.au ) se encarga de estas tareas bastante bien, de hecho, que proporciona una interfaz entre CAM, simulación de señal en la fe, y el diseño de PCB.

Puesto que la capa 3 es ahora más cerca del plano GND en la capa 2 en la Figura 4, que será utilizado para el camino de retorno de corriente, en lugar de VCC, como antes. Y, no es necesario para los puentes de plano en este caso. Este es por lejos el mejor escenario. El diseñador de PCB puede pasar esta información a la fabricación con la confianza de que su pretendida acumulación stackup será fabricado para satisfacer el diseñoeléctrico necesidades.

Figura 4: El camino de la corriente de retorno ahora utiliza un avión GND común (capa 2).

Jumpers Plane se pueden utilizar para resolver fácilmente un problema de retorno de corriente, pero es mejor evitar al tomar el control de la stackup de nuevo en las manos del ingeniero de hardware y diseñador de PCB, al tiempo que agiliza la comunicación entre el equipo de hardware de ingeniería y fabricación.

Puntos para Recordar

• Una división en un plano provoca una discontinuidad de impedancia en el camino de la señal de cruzar la división, creando reflexiones de la señal, la diafonía, y las corrientes en modo común no deseados que pueden conducir a problemas de EMI.
• Tanto tierra y planos de alimentación (cualquier plano) pueden utilizarse como un plano de referencia y vuelven trayectoria de corriente de retorno para una señal.
• Siempre es mejor tener sólo una referencia única (tierra) avión para un sistema.
• Jumpers plano (decaps cerámica) pueden proporcionar un camino para la corriente de retorno entre los dos planos de suministro.
• Un puente, proporcionado por un plano adyacente, es la mejor opción para las señales de control para cruzar un plano de división.
• Jumpers plano (decaps) se pueden colocar cerca de una vía para permitir el flujo de la corriente de retorno desde un plano a otro.
• Cuando existen múltiples planos de tierra, vías-costura suelo deben ser colocados junto a cada señal a través de la transición.
• Los diseñadores más PCB tienen conocimiento de los procesos de fabricación, mejor será el resultado de nuestro diseño, y los mejores diseñadores que vuelven.
• El "desplazamiento a la izquierda" en el proceso de diseño es poner el control del stackup de nuevo en manos de diseñador de hardware para que los parámetros de diseño eléctrico no quedarse relegados a un lado.

Referencias

"Diseño Avanzado de SMT" curso de dos días - Barry Olney
Más allá de Diseño: El Vertedero - Barry Olney
Intro to del nivel de dirección simulación y el proceso de diseño de PCB - Barry Olney
PCB Técnicas de diseño de DDR, DDR2 y DDR3, Parte 1 - Barry Olney
Técnicas de Diseño de PCB para DDR, DDR2 y DDR3, Parte 2 - Barry Olney
Compatibilidad Electromagnética Ingeniería - Henry Ott
de alta velocidad de diseño digital - Howard Johnson
La CIE stackup Planner y PDN Planner se pueden descargar desdewww.icd.com.au

Barry Olney es director general de In-Circuit Design Pty Ltd (ICD), Australia. La compañía desarrolló el Planificador ICD stackup y software planificador ICD PDN, es una oficina de PCB Diseño del Servicio, y se especializa en la integridad de la señal, la diafonía y la simulación de tiempo, así como el análisis de EMC.

http://www.pcbdesign007.com/pages/zone.cgi?topic=0&artcatid=0&a=89094&artpg=1&artid=89094&pg=4

Cobre para Construcción y Extreme para máxima fiabilidad en el diseño y fabricación de PCB

Varios productos de electrónica de potencia se están diseñando todos los días para una variedad de aplicaciones. Cada vez más, estos proyectos se están aprovechando de una tendencia creciente en la industria de la placa de circuito impreso: cobre pesados ​​y PCB de cobre extremas.

Lo que define a un circuito de cobre pesado? PCBs más disponibles en el mercado se fabrican para aplicaciones low-voltage/low-power, con trazas de cobre / planos formados por los pesos de cobre que van desde ½ -oz/ft² a 3-oz/ft ² . Un circuito de cobre pesada está fabricado con pesos de cobre en cualquier lugar entre 4-oz/ft ² a 20-oz/ft ² . Pesos de cobre por encima de 20-oz/ft ² y hasta 200-oz/ft ² también son posibles y se conocen como extremo de cobre . A los efectos de esta discusión, nos centraremos principalmente en el cobre pesada. El aumento de peso de cobre combinado con un sustrato adecuado y chapado más gruesa en los orificios pasantes transforma la, placa de circuito débil vez poco fiable en una plataforma cableado durable y confiable.

La construcción de un circuito de cobre pesado dota de una junta con beneficios tales como:

• El aumento de la resistencia a tensiones térmicas
• Aumento de la capacidad de transporte de corriente
• El aumento de la resistencia mecánica en los lugares de conexión y agujeros PTH
• Materiales exóticos utilizados para su pleno potencial (es decir, de alta temperatura) sin falla del circuito
• Reducción del tamaño del producto mediante la incorporación de múltiples pesos de cobre en la misma capa de circuitos (Figura 1)
• Pesados ​​de cobre chapado vías llevan corriente más alta a través de la placa y ayuda a transferir el calor a un disipador de calor externo
• A bordo disipadores directamente chapada a la superficie de la placa con un máximo de 120 aviones de cobre-oz
• A bordo de alta densidad de potencia transformadores planares

A pesar de las desventajas son pocas, es importante entender la construcción básica del circuito de cobre pesada para apreciar plenamente sus capacidades y aplicaciones potenciales.

Figura 1: Ejemplo con 2 oz, 10 oz, 20 oz y características de cobre de 30 onzas de la misma capa.

Construcción Pesada Circuito Cobre

PCB estándar, ya sea de doble cara o de múltiples capas, se fabrican usando una combinación de ataque químico de cobre y procesos de recubrimiento. Capas de circuito de arranque en forma de láminas delgadas de lámina de cobre (generalmente 0.5-oz/ft ² a 2-oz/ft ² ) que han quedado grabados para eliminar el cobre no deseado, y se sembraron para añadir grosor cobre para aviones, rastros, almohadillas y chapada agujeros pasantes . Todas las capas de circuito se laminan en un paquete completo utilizando un sustrato a base de epoxi, tales como FR-4 o poliimida.

Juntas que incorporan circuitos de cobre pesados ​​se producen exactamente de la misma manera, aunque con ataque químico especializado y técnicas de chapado, tal como chapado high-speed/step y grabado diferencial. Históricamente, las funciones pesadas de cobre fueron formados en su totalidad por el grabado material de tablero laminado revestido de cobre de espesor, haciendo que las paredes laterales traza irregular e inaceptable subvaloración. Los avances en la tecnología han permitido chapado características pesados ​​de cobre que se forman con una combinación de placas y grabar al agua fuerte, resultando en paredes laterales rectas y insignificantes corte sesgado.

Recubrimiento de un circuito de cobre pesado permite que el fabricante de tablero para aumentar la cantidad de espesor de cobre en agujeros metalizados y a través de las paredes laterales. Ahora es posible mezclar el cobre cargado de características estándar en una sola tarjeta. Las ventajas incluyen la reducción del número de capas, la distribución de energía de baja impedancia, huellas más pequeñas y los posibles ahorros de costos. Normalmente, los circuitos high-current/high-power y sus circuitos de control se produjeron por separado en placas separadas.Recubrimiento de cobre pesado hace que sea posible la integración de circuitos de alta corriente y circuitos de control para realizar una estructura de tablero de alta densidad, pero sencillo.

Las características fuertes de cobre pueden ser perfectamente conectadas a los circuitos convencionales. Cobre pesado y características estándar se pueden colocar con una restricción mínima siempre que el diseñador y fabricante de discutir las tolerancias de fabricación y habilidades anteriores a diseño final (Figura 2).

Figura 2: características 2-oz conectan circuitos de control, mientras que las características de 20 oz llevan cargas de alta corriente.

Actual capacidad de transporte y elevación de temperatura

¿Cuánta corriente puede un circuito de cobre de manera segura? Esta es una pregunta que a menudo expresada por los diseñadores que deseen incorporar circuitos de cobre pesados ​​en su proyecto. Esta pregunta se suele responder con otra pregunta: ¿Cuánto aumento de calor puede soportar su proyecto? Esta cuestión se plantea debido a aumento de calor y el flujo de corriente van de la mano. Vamos a tratar de responder a estas dos preguntas juntas.

Cuando la corriente fluye a lo largo de una traza, hay un I ² R (pérdida de potencia) que se traduce en calentamiento localizado. El rastro se enfría por conducción (en materiales de vecinos) y convección (en el medio). Por lo tanto, para encontrar el máximo de una traza actual puede llevar con seguridad, tenemos que encontrar una manera de estimar el aumento de calor asociado con la corriente aplicada. Una situación ideal sería alcanzar una temperatura de funcionamiento estable, donde la velocidad de calentamiento es igual a la velocidad de enfriamiento.Afortunadamente, tenemos una fórmula IPC que podemos utilizar para modelar este evento.

IPC-2221A: el cálculo de la capacidad actual de la pista externa ^[1] : 

I = 0.048 * DT ^(0,44) * (W * Th) ^(0.725)

Donde I es la corriente (amperios), DT es el aumento de temperatura (° C), W es el ancho de la traza (mil) y Th es el espesor de la traza (mil).Rastros internos deben estar atenuados por 50% (estimación) para el mismo grado de calentamiento. Utilizando la fórmula de IPC que generó la Figura 3, que muestra la capacidad de transporte de corriente de varias huellas de diferentes áreas de sección transversal con un aumento de 30 ° C de temperatura.

ampliar la imagen

Figura 3: Corriente aproximada de las dimensiones de la pista dada (20 ˚ C de aumento temp).

Lo que constituye una cantidad aceptable de aumento de calor diferirá fromproject al proyecto. La mayoría de los materiales dieléctricos de placa de circuito puede soportar temperaturas de 100 ° C por encima del ambiente, aunque esta cantidad de cambio de temperatura sería inaceptable en la mayoría de situaciones.

Fuerza placa de circuito y supervivencia

Fabricantes y diseñadores de la tarjeta de circuitos pueden elegir entre una variedad de materiales dieléctricos, desde estándar FR-4 (temperatura de funcionamiento. 130 ° C) a alta temperatura de poliimida (temperatura de funcionamiento. 250 ° C). La situación del medio ambiente de alta temperatura o extremas puede requerir un material exótico, pero si las pistas de circuito y vías enchapados son estándar 1-oz/ft ² , tendrá que sobrevivir a las condiciones extremas? La industria de la placa de circuito ha desarrollado un método de ensayo para determinar la integridad térmica de un producto de circuito de acabado. Cepas térmicos vienen de fabricación de placas diferentes, procesos de montaje y de reparación, donde las diferencias entre el coeficiente de expansión térmica (CTE) de Cu y el laminado PLP proporcionan la fuerza impulsora para la nucleación y el crecimiento de la grieta a un fallo del circuito. Las pruebas de ciclo térmico (TCT) comprueba un aumento de la resistencia de un circuito que se somete a ciclos térmicos de aire-a-aire de 25 ° C a 260 ° C.

Un aumento de la resistencia indica una avería en la integridad eléctrica a través de grietas en el circuito de cobre. Un diseño cupón estándar para esta prueba utiliza una cadena de 32 chapada orificios pasantes, que durante mucho tiempo se ha considerado para ser el punto más débil en un circuito cuando se somete a tensión térmica.

Estudios del ciclo térmico realizado en FR-4 tarjetas estándar de 0,8 milésimas de pulgada de recubrimiento de cobre de 1,2 millones han demostrado que el 32% de los circuitos falla después de ocho ciclos (un aumento del 20% en la resistencia se considera un fracaso). Estudios de ciclo térmico hecho en materiales exóticos muestran mejoras significativas a esta tasa de fracaso (3% después de ocho ciclos de éster de cianato), pero son prohibitivamente caros (cinco a 10 veces coste de material) y difícil de procesar. Una asamblea media tecnología de montaje superficial ve a un mínimo de cuatro ciclos térmicos antes del envío, y pudo ver un dos ciclos térmicos adicionales para cada reparación de componentes.

No es razonable que un tablero SMOBC que ha pasado por un ciclo de reparación y sustitución para llegar a un total de nueve o 10 ciclos térmicos. Los resultados TCT muestran claramente que la tasa de fracaso, no importa lo que el material de la tabla, puede llegar a ser inaceptable. Fabricantes de placas de circuitos impresos saben que cobre electrolítico no es una ciencia exacta-cambios en la densidad de corriente a través de un tablero ya través de numerosos agujeros / via tamaños resultan en variaciones de espesor de cobre de hasta 25% o más. La mayoría de las áreas de "cobre fino" están en plateado hoyos paredes-los resultados TCT muestran claramente que este es el caso.

Uso de circuitos de cobre pesados ​​sería reducir o eliminar estos fallos por completo. Revestimiento de 2-oz/ft ² de cobre a un agujero de la pared reduce la tasa de fallos a casi cero (TCT resultados muestran una tasa de fracaso 0,57% después de ocho ciclos para el estándar FR-4 con un mínimo de recubrimiento de cobre 2,5 milésimas de pulgada). En efecto, el circuito de cobre se convierte en impermeable a los esfuerzos mecánicos que se le plantean por el ciclo térmico.

Gestión térmica

Como diseñadores se esfuerzan por obtener el máximo valor y el rendimiento de sus proyectos, circuitos impresos son cada vez más complejos y se ven obligados a densidades de energía más altos. La miniaturización, el uso de componentes de potencia, las condiciones ambientales extremas y los requisitos de alta intensidad aumenta la importancia de la gestión térmica. Las mayores pérdidas en forma de calor, que a menudo se genera en la operación de la electrónica, tiene que ser disipado de su fuente y radiadas para el medio ambiente, de lo contrario, los componentes pueden sobrecalentarse y fallos pueden causar. Sin embargo, los circuitos de cobre pesados ​​pueden ayudar a reducir los I ² pérdidas de R y de conducir el calor lejos de los componentes valiosos, reducir las tasas de fracaso espectacular.

Con el fin de lograr la adecuada disipación del calor de fuentes de calor en y sobre la superficie de una placa de circuito, disipadores de calor se emplean. El propósito de cualquier disipador de calor es para disipar el calor lejos de la fuente de generación por conducción y emitir este calor por convección con el medio ambiente. La fuente de calor en un lado del tablero (o fuentes de calor internas) está conectado por vías de cobre (a veces llamados "vias de calor") a una amplia zona de cobre desnudo en el otro lado de la junta.

En general, los disipadores clásicos se unen a esta superficie de cobre desnudo por medio de un adhesivo conductor térmico o, en algunos casos, son remachadas o atornilladas. La mayoría de disipadores de calor están hechos de cobre o aluminio. El proceso de montaje se requiere para clásicos disipadores consta de tres pasos de trabajo intensivo y costoso.

Para empezar, el metal que sirve como el disipador de calor debe ser perforado o cortado a la forma requerida. La capa de adhesivo también debe ser cortado o estampado para un ajuste preciso entre la placa de circuito y el disipador de calor. Por último, pero no menos importante, el disipador de calor debe ser colocado correctamente en la PCB y el paquete completo tiene que ser revestido para la resistencia eléctrica y / o la corrosión con una laca adecuada o capa de cubierta.

Normalmente, el proceso anterior no se puede automatizar y debe hacerse a mano. El tiempo y el trabajo necesario para completar este proceso es importante, y los resultados son inferiores a un proceso mecánico automatizado. Por el contrario, una función de los disipadores de calor se crean durante el proceso de fabricación de PCB y no requieren ningún montaje adicional. Tecnología de circuito de cobre pesado hace esto posible. Esta tecnología permite la adición de cobre de espesor disipadores prácticamente en cualquier lugar en las superficies exteriores de una tabla. El disipadores de calor están electrochapado en la superficie y por lo tanto conectadas a la conducción de calor vías sin ninguna interfaz que impiden la conductividad térmica.

Otro beneficio es el recubrimiento de cobre añadido en las vías de calor, lo que reduce la resistencia térmica del diseño de la placa, al darse cuenta de que pueden esperar el mismo grado de precisión y repetibilidad inherente en la fabricación de PCB. Debido devanados planas son en realidad trazas conductoras planas formadas en laminado revestido de cobre, mejoran la densidad de corriente global en comparación con conductores de alambre cilíndricos. Este beneficio es debido a la reducción al mínimo de efecto de la piel y una mayor eficiencia de transporte de corriente.

Planares a bordo lograr un excelente aislamiento dieléctrico primaria a secundaria y de secundaria a secundaria porque el mismo material dieléctrico se utiliza entre todas las capas, lo que garantiza la encapsulación completa de todos los bobinados. Además, los devanados primarios se pueden derramado de manera que los devanados secundarios están intercalados entre las primarias, lograr una baja inductancia de fuga. Técnicas de laminación PCB estándar, utilizando una selección de una variedad de resinas epoxi, puede de manera segura sándwich de hasta 50 capas de bobinas de cobre tan gruesas como 10-oz/ft ² .

Durante la fabricación de circuitos de cobre pesados, que generalmente se trata de placas grosores importantes, por lo tanto, las asignaciones deben ser hechas en la definición de las separaciones traza y tamaños de planchas. Por esta razón, se aconseja a los diseñadores tener el fabricante bordo a bordo al principio del proceso de diseño.

Productos de alimentación electrónica con circuitos de cobre pesados ​​han estado en uso durante muchos años en la industria militar y aeroespacial y están cobrando impulso como una tecnología de elección para aplicaciones industriales. Se cree que las exigencias del mercado se extenderá la aplicación de este tipo de productos en un futuro próximo.

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Referencias:

1. IPC-2221A

http://www.pcbdesign007.com