Van ontwerptekeningen tot daadwerkelijke massaproductie moet een printplaat talrijke hindernissen overwinnen, waaronder verwerkbaarheid, vervaardigbaarheid, signaalintegriteit en EMC.In dit artikel wordt systematisch de ontwerplogic beschreven rond 13 gemeenschappelijke maar cruciale kernconcepten in PCB-ontwerp, het verbeteren van uw PCB engineering denken en ontwerp mogelijkheden.

1. FR4 Board Material: De hoeksteen van de signaalwereld

FR-4, het meest gebruikte PCB-substraat, is een koper bekleed laminaat gemaakt van glasvezel en epoxyhars.

• Low Tg Board (Tg≈130°C): wordt gebruikt voor algemene toepassingen.
• Medium Tg Board (Tg>150°C): geschikt voor schakelingen van middelgrote complexiteit.
• High Tg Board (Tg≥170°C): aanbevolen voor soldeermiddelen met hoge temperatuur, loodvrije processen en scenario's met een hoge betrouwbaarheid, zoals in de automobielindustrie en de communicatie.

Hoge Tg-platen hebben niet alleen een sterke hittebestendigheid, maar ook een aanzienlijk verbeterde vocht- en chemische weerstand.het waarborgen van de dimensionale stabiliteit van meerlagige platen tijdens langdurige werking.

2Impedantieafsluiting: de "bewaker" van de high-speed-signaalrouting

In high-speed digitale circuits (zoals DDR, USB, PCIe) zullen signalen zonder precieze impedantieafsluiting problemen ondervinden zoals reflectie en crosstalk.:

• Differentiële impedantie: 100Ω/90Ω
• Impedantie aan één einde: 50Ω

Een nauwkeurige simulatie is vereist, waarbij rekening wordt gehouden met factoren zoals laagstapeling, spoorbreedte en -spacing, referentievlak en dielectrische constante.

3- Oppervlaktebehandelingsprocessen: bepaling van de soldeerkwaliteit en levensduur

Vijf algemene oppervlaktebehandelingen:

Onderdompeling goud of onderdompeling tin wordt ten zeerste aanbevolen voor hoge frequentie impedantiebeheersing.

4. Core Board/Prepreg: Belangrijke materialen die de dikte van het bord, de laagstapeling en de elektrische prestaties bepalen

De kernplaat (Core) + PP (Prepreg) bepaalt de structuur en stabiliteit van de meerlagige plaat.en elektrische constanten moeten allemaal worden overwogen in combinatie met de simulatie van de laagstapeling.

• Kern: stijf plaat met dubbelzijdig koperen laminaat
• PP: Halffastig hars dat wordt gebruikt voor interlaagbinding

De juiste verhoudingen zijn cruciaal om procesproblemen te voorkomen, zoals de vervorming van het bord, de leegtes en het schillen van koper tijdens het lamineeren.

5- Differentiële lijnen: symmetrische routing is essentieel voor signaalintegratie

Differentiële signalen worden gebruikt voor hogesnelheidsgegevensoverdracht, zoals LVDS, USB en PCIe, en moeten aan de volgende eisen voldoen:

• Gelijke lengte, breedte en afstand
• Consistente grondvlakreferentie
• Vermijd discontinue referentievlakken

Asymmetrie in differentiële sporen beïnvloedt rechtstreeks klokverschil en dwarsgesprek, en moet tijdens de lay-outfase volledig worden overwogen.

6Signal Integrity (SI): De ziel van PCB-ontwerpen met hoge snelheid

Vijf belangrijke factoren die van invloed zijn op de signaalintegriteit:

• Reflectie (impedantie mismatch)
• Crosstalk (te dicht bij elkaar gelegen sporen)
• Ground bounce (interferentie van de grond terugstroming gegenereerd door gelijktijdig schakelen van meerdere chips)
• Onjuist ontwerp van het filter
• Onvoldoende ontwerp van de PCB-structuur

SI-problemen leiden vaak tot systeemfalen, frequente resets en gegevensfouten.

7. Signaalreflectie: voorkomen dat signalen "op hetzelfde pad terugkeren"

Signaalreflectie kan leiden tot:

• Overschrijding
• Onderafdeling
• Klinken.
• Gestapelde golfvormen

Om de reflectie te regelen, is naast de impedantieafsluiting ook een juiste eindafsluiting (bron- en laadkant) nodig en moeten referentievlakbreuken worden vermeden.

8. Crosstalk: "Geluidsvervuiling" tussen signaallijnen

Dicht verpakte hogesnelheidslijnen zonder grondreferentie zullen ernstige crosstalk veroorzaken, vooral merkbaar in DDR of hogesnelheidsbusparallelle routing.

capacitieve koppeling → stroomcrosstalk
Inductieve koppeling → Spanningscrosstalk
Oplossingen: Voeg grondvliegtuigbewakers toe, houd de juiste afstand tussen de sporen en controleer de richting van de sporen.

9Interne stroomlaag: het geheime wapen voor stabiele stroomvoorziening en onderdrukking van interferentie

Kracht en grond moeten worden ontworpen als grote gebieden met een redelijke scheiding en een dichte plaatsing om drijvende eilanden en gebroken stroomlusten te voorkomen.

10Blind/buried vias: een belangrijke techniek in PCB-ontwerp met hoge dichtheid

• Eerste orde blind via: L2-TOP
• Tweede orde blind via: L3-TOP
• Begraven via: onderling verbonden tussen L3-L6

Blinde/begraven via's worden veel gebruikt in HDI-platen, waardoor het gebruik van de ruimte aanzienlijk wordt verbeterd, maar ze hebben hoge kosten en verwerkingsvereisten.

11Testpunten: "sluiters" voor de debugging van massaproductie

Gebruikt voor functionele testen, in-circuit programmering en debugging positionering.

12. Merkpunten: Zorg voor SMT-plaatsingsnauwkeurigheid

Gebruikt voor SMT-plaatsingspositionering.

• voornamelijk 1 mm cirkelvormig;
• Laat losmaskeropeningen rond de markeringspunten;
• Drie markeringspunten op het bord moeten symmetrisch worden geplaatst met een consistente koperen folie als achtergrond.

13PTH/NPTH-gaten: dragers voor aansluiting en bevestiging

• PTH (Metallized Hole): wordt gebruikt voor elektrische verbindingen;
• NPTH (Non-metallic Hole): wordt gebruikt voor structurele positionering, schroefinstallatie, enz.

De gatken moeten tijdens de verwerking nauwkeurig in het technische dossier worden gemarkeerd om herbewerking te voorkomen.

Conclusie: Het beheersen van belangrijke details leidt tot hoogwaardig PCB-ontwerp

PCB-ontwerp is niet simpelweg "tekenen", maar een complex systeemtechnisch project dat rekening houdt met elektrische prestaties, haalbaarheid van processen, productiekosten en toekomstig onderhoud.Het begrijpen van de ontwerplogic en de technische betekenis achter elke term is het startpunt om een professionele PCB-ingenieur te worden.