دانشنامه SMDPCB
حداقل عرض ترک و فاصله در PCB؛ انتخاب درست بدون افزایش بیدلیل هزینه
مقاله فنی قابل ویرایش با Elementor
عرض ترک و فاصله PCB (Printed Circuit Board — برد مدار چاپی) را براساس جریان، دما، ولتاژ، امپدانس و توان واقعی سازنده انتخاب کنید و از طراحی مرزی و هزینه اضافی دور بمانید.
# حداقل عرض ترک و فاصله در PCB؛ انتخاب درست بدون افزایش بیدلیل هزینه
پاسخ کوتاه
کوچکترین عددی که کارخانه قبول میکند، همیشه بهترین انتخاب نیست. عرض مسیر باید جریان را بدون داغشدن و افت ولتاژ زیاد عبور دهد. فاصله دو مسیر نیز باید با ولتاژ، محیط کار، دقت کارخانه و سرعت سیگنال هماهنگ باشد. عدد حداقل کارخانه مرز توان ساخت است؛ برای طراحی معمولی بهتر است کمی حاشیه امن بگذارید.
سه «حداقل» متفاوت را با هم اشتباه نگیرید
- حداقل فرایند ساخت: کوچکترین ویژگی قابل تولید تحت گزینههای مشخص کارخانه.
- حداقل لازم برای کارکرد مدار: مقداری که جریان، حرارت، افت ولتاژ یا کیفیت سیگنال را تأمین میکند.
- حداقل ایمنی: فاصله لازم برای ولتاژ، آلودگی، ارتفاع و استاندارد محصول.
مقدار نهایی باید سختگیرانهترین نیاز را برآورده کند.
عرض ترک به چه عواملی وابسته است؟
- جریان پیوسته و پیک
- افزایش دمای مجاز
- ضخامت مس نهایی، نه فقط Foil اولیه
- لایه بیرونی یا داخلی
- دمای محیط و دفع حرارت برد
- طول مسیر و افت ولتاژ
- شکل Pad، Neck-down و Viaهای مسیر
- محدودیت امپدانس و فاصله تا لایه مرجع زمین یا تغذیه
یک مسیر پهن که در ورودی Pad باریک میشود، از نظر حرارتی به اندازه باریکترین بخش محدود میشود. Viaها نیز مقاومت و ظرفیت جریان مسیر بینلایهای را تعیین میکنند.
چرا مس ضخیمتر همیشه راهحل ساده نیست؟
مس سنگین ظرفیت جریان را بالا میبرد، اما Etching ویژگی ظریف را دشوارتر میکند. راهنمای فعلی JLCPCB نیز حداقل Track/Space را با افزایش وزن مس بزرگتر اعلام میکند. علاوه بر هزینه، انتخاب مس سنگین ممکن است به تغییر Clearance، Pad و Impedance Geometry نیاز داشته باشد.
مقدار تقریبی رایج برای 1 oz حدود 35 میکرومتر است، ولی ضخامت نهایی لایه بیرونی ممکن است تحت آبکاری تغییر کند. در Fab Drawing روشن کنید منظور Starting Copper است یا Finished Copper.
فاصله مسی چگونه تعیین میشود؟
برای مسیرهای کمولتاژ، توان ساخت کارخانه و اثر مسیرها روی یکدیگر مهم است. در ولتاژ بالا دو فاصله جدا داریم: فاصله مستقیم در هوا و فاصله روی سطح برد. این عددها به ولتاژ، آلودگی محیط، جنس برد و استاندارد ایمنی محصول وابستهاند. یک عدد عمومی اینترنتی را برای همه پروژهها استفاده نکنید.
در سیگنال سریع، فاصله بیشتر میتواند کوپل ناخواسته را کم کند، اما رفتار دقیق به Stack-up، طول موازی، Reference Plane و Edge Rate وابسته است.
روش عملی انتخاب Rule
- فناوری و سازنده هدف را مشخص کنید.
- حداقل عادی و حداقل ویژه/پرهزینه کارخانه را جدا کنید.
- نیاز جریان و افت ولتاژ را محاسبه کنید.
- نیاز ایمنی و ولتاژ را مستقل بررسی کنید.
- برای مسیرهای کنترلشده، چیدمان و ضخامت لایهها را از سازنده تأیید بگیرید.
- Rules جدا برای Power، High Voltage، Differential Pair، BGA (Ball Grid Array — آرایه شبکهای توپی) Escape و Default بسازید.
- تا جای ممکن از طراحی روی مرز مطلق دور بمانید.
- ویژگیهای مرزی را در DFM (Design for Manufacturability — طراحی برای ساختپذیری) و CAM (Computer-Aided Manufacturing — ساخت به کمک رایانه) تأیید کنید.
مثال تصمیمگیری
فرض کنید یک برد بیشتر مسیرهای کمجریان دارد و فقط یک مسیر تغذیه پرجریان است. تغییر تمام برد به مس سنگین میتواند هزینه و محدودیت هندسی را زیاد کند. ابتدا مسیر تغذیه را پهن، کوتاه و با Plane یا Pour تقویت کنید؛ افت ولتاژ و دما را محاسبه و در صورت عبور بین لایهها تعداد Via کافی در نظر بگیرید. سپس اگر هنوز نیاز تأمین نمیشود، وزن مس بالاتر را بررسی کنید.
خطاهای رایج
- استفاده از 4 mil برای همه مسیرها فقط چون کارخانه آن را میسازد
- محاسبه جریان بدون درنظرگرفتن Neck-down و Via
- استفاده از فاصله ساخت برای مدار برق شهر
- تعریف Rule واحد برای تمام Netها
- تغییر Stack-up بعد از Route خطوط امپدانسی
- اتکا به وزن اسمی مس بدون مشخص کردن Finished Copper
چکلیست
- جریان پیوسته، پیک و افت ولتاژ مشخص است.
- ضخامت مس و لایه داخلی/بیرونی در محاسبه لحاظ شده است.
- فاصله ایمنی جدا از حد ساخت بررسی شده است.
- Stack-up خطوط امپدانسی با سازنده هماهنگ است.
- Neck-down، Pad و Viaها کنترل شدهاند.
- Rules پروژه با Capability فعلی سازنده تطبیق دارند.
پرسشهای متداول
آیا 4 mil همیشه قابل ساخت است؟
خیر. قابلیت به تعداد لایه، وزن مس، ماده، گزینه فرایندی و کارخانه وابسته است. حتی اگر قابل ساخت باشد، استفاده مرزی میتواند قیمت یا ریسک Yield را افزایش دهد.
برای جریان بالا فقط عرض ترک مهم است؟
خیر. ضخامت مس، طول، دمای محیط، لایه، Via، Pad، Plane و مسیر دفع حرارت نیز مؤثرند.
منابع
- JLCPCB Copper Weight Guide: https://jlcpcb.com/help/article/jlcpcb-copper-weight
- AdvancedPCB، PCB Designs for Manufacturability: https://www.advancedpcb.com/en-us/resources/blog/pcb-designs-that-work-engineered-for-performance-and-manufacturability/
- Altium، PCB Electrical Rule Types: https://www.altium.com/documentation/altium-designer/pcb/design-rule-types/electrical