Jakie czynniki wpływają na wybór wzajemnych połączeń?

Wybór podejść do pakowania wśród różnych elementów jest podyktowany nie tylko funkcją systemu, ale także wybranymi typami komponentów i parametrami pracy systemu, takimi jak częstotliwość taktowania, zużycie energii i metody zarządzania ciepłem, a także środowisko w którym system będzie działał.

Szybkość działania

Bardzo ważna jest szybkość, z jaką działa system elektroniczny czynnik techniczny w projektowaniu połączeń,. Wiele systemów cyfrowych działa z częstotliwością bliską 100 MHz i już przekracza ten poziom. Rosnąca prędkość systemu stawia duże wymagania przed pomysłowością inżynierów zajmujących się pakowaniem i właściwościami materiałów użytych do produkcji podłoża PWB.

Szybkość propagacji sygnału jest odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego ze stałej dielektrycznej materiałów podłoża, co wymaga od projektantów świadomości właściwości dielektrycznych materiału podłoża, którego zamierzają użyć. Propagacja sygnału na podłożu pomiędzy chipami, tzw. czas przelotu, jest wprost proporcjonalna do długości złączy i musi być utrzymywana krótka, aby zapewnić optymalną wydajność elektryczną systemu pracującego z dużymi prędkościami.

Dla systemów pracujących z szybkością około 25 MHz, połączenia muszą mieć charakterystykę linii transmisyjnej, aby zminimalizować straty sygnału i zniekształcenia;. Właściwe zaprojektowanie takich linii przesyłowych wymaga dokładnego obliczenia wymiarów separacji przewodnika i dielektryka oraz ich precyzyjnego wykonania, aby zapewnić oczekiwaną dokładność działania. W przypadku płytek drukowanych istnieją dwa podstawowe typy linii transmisyjnych 1) Stripline, 2) Microstrip.

 

Pobór energii

Wraz ze wzrostem częstotliwości taktowania chipów i wzrostem liczby bramek na chip, następuje odpowiedni wzrost ich zużycia energii. Niektóre chipy wymagają do działania nawet 30W mocy. W związku z tym coraz więcej zacisków jest wymaganych do doprowadzenia zasilania i dostosowania przepływu powrotnego na płaszczyznach uziemienia. Około 20 do 20 procent zacisków chipowych jest używanych do połączeń zasilania i uziemienia. Przy potrzebie izolacji elektrycznej sygnałów w szybkich systemach, liczba ta może sięgać 50 procent.

Inżynierowie projektanci muszą zapewnić odpowiednie płaszczyzny dystrybucji zasilania i uziemienia w płytach wielowarstwowych (MLB), aby zapewnić wydajny przepływ prądów o niskiej rezystancji, co może być istotne w przypadku płyt łączących szybkie chipy zużywające dziesiątki watów i pracujące pod napięciem 5 V, 3.3 V lub niżej. Właściwa dystrybucja zasilania i uziemienia w systemie ma zasadnicze znaczenie dla zmniejszenia zakłóceń przełączania di/dt w szybkich systemach, a także dla zmniejszenia niepożądanej koncentracji ciepła. W niektórych przypadkach wymagane były oddzielne konstrukcje szyn zbiorczych, aby sprostać takim wymaganiom dużej mocy.

 

Zarządzanie termiczne

Cała energia, która została dostarczona do układów scalonych zasilania (IC) muszą być skutecznie usuwane z systemu, aby zapewnić jego prawidłowe działanie i długą żywotność. Usuwanie ciepła z systemu to jedno z najtrudniejszych zadań opakowań elektronicznych. W dużych systemach do chłodzenia powietrzem potrzebne są ogromne konstrukcje radiatorów, które przyćmiewają poszczególne układy scalone, a niektóre firmy komputerowe zbudowały gigantyczne nadbudówki do chłodzenia swoich modułów komputerowych cieczą. Niektóre projekty komputerów wykorzystują chłodzenie zanurzeniowe w cieczy. Jednak potrzeby chłodzenia dużych systemów obciążają możliwości istniejących metod chłodzenia.

Sytuacja nie jest tak poważna w przypadku mniejszych, stołowych lub przenośnych urządzeń elektronicznych, ale nadal wymaga od inżynierów zajmujących się pakowaniem złagodzenia gorących punktów i zapewnienia długowieczności działania. Ponieważ PWB są znanymi przewodnikami ciepła, projektant musi dokładnie ocenić metodę stanu cieplnego przez płytkę, używając takich technik, jak przelotki cieplne, osadzone metalowe kulki i przewodzące płaszczyzny.

 

Zakłócenia elektroniczne

Wraz ze wzrostem częstotliwości działania sprzętu elektronicznego wiele układów scalonych, modułów lub zespołów może działać jako generatory sygnałów o częstotliwości radiowej (RF). Takie emanacje zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) mogą poważnie zagrozić działaniu sąsiedniej elektroniki lub nawet innych elementów tego samego sprzętu, powodując awarie, pomyłki i błędy, i należy im zapobiegać. Istnieją określone normy EMI określające dopuszczalne poziomy takiego promieniowania, a poziomy te są bardzo niskie.

Inżynierowie zajmujący się pakowaniem, a zwłaszcza projektanci PWB, muszą być zaznajomieni z metodami redukcji lub anulowania tego promieniowania EMI, aby zapewnić, że ich sprzęt nie przekroczy dopuszczalnych limitów tych zakłóceń.

 

Środowisko operacyjne systemu

Wybór konkretnego podejścia do pakowania produktu elektronicznego jest również podyktowany jego końcowym zastosowaniem oraz segmentem rynku, dla którego ten produkt jest przeznaczony. Projektant opakowania musi zrozumieć główną siłę napędową zastosowania produktu. Czy zależy to od kosztów, wydajności, czy może gdzieś pomiędzy? Gdzie będzie używany: na przykład pod maską samochodu, gdzie warunki środowiskowe są surowe, czy w biurze, gdzie warunki pracy są łagodne? IPC ustanowił zestaw warunków pracy sprzętu sklasyfikowanych według stopnia dotkliwości.

 

Koszty:

Koszt produktu stał się najważniejszym kryterium w każdym projektowaniu układów elektronicznych. Zachowując wszystkie wyżej wymienione warunki projektowe i eksploatacyjne, inżynier projektujący musi utrzymać koszty jako dominujące kryterium i musi przeanalizować wszystkie potencjalne kompromisy w świetle najlepszego rozwiązania koszt/wydajność dla produktu.

Znaczenie rygorystycznej analizy kompromisów kosztowych podczas projektowania produktu elektronicznego podkreśla fakt, że około 60 procent kosztów produkcji jest określanych w pierwszych stanach procesu projektowania, kiedy to tylko 35 procent całkowitego wysiłku projektowego zostało wykorzystane wydatkowane.

Dbałość o wymagania i możliwości produkcyjne i montażowe podczas projektowania produktu może obniżyć koszty montażu nawet o 35 procent, a koszty PWB nawet o 25 procent.

 

Przeczytaj także: Dwustronna produkcja PCB.

Jeśli masz jakiekolwiek pytania dotyczące wyświetlania orientacji PCB (Płytka drukowana). Zapraszamy do kontaktu: Zapytania dotyczące sprzedaży, Obsługa klienta or Pomoc techniczna.

 

Numer Referencyjny

1, Printed Circuit Handbook autorstwa Clydena F. Coombsa, Fr. i Happy T. Holden