Совершенство печатных плат начинается в библиотеке САПР. Часть 2

Altium Designer

Чип-компоненты преобладают на современной обычной печатной плате над выводными. Они имеют выводы формы «wraparound» (дословно – обернутый вокруг, прим. переводчика). Последняя плата, которую я делал, содержала 698 конденсаторов, 386 чип-резисторов и 81 чип-индуктивность. Вся разработка состояла из 1250 элементов и 1165 из них (или 93%) были чип-компонентами. Так что очень важно, что мы начинаем именно с чип-компонентов.

Большинство (около 90%) всех чип-компонентов имеют размеры в метрических единицах. На рисунке ниже показан стандартный компонент типоразмера 1608 (EIA 0603) с посадочными площадками и его courtyard-зона, имеющая размеры больше на 0,25 мм — 3,0 на 1,5 мм. Это идеально для размещения посадочных мест с использованием сетки 0,5 мм. Все они удобно строятся в ряд.

Размеры контактной площадки и центр размещения округляются с точностью 0,05 мм для использования трассировки с привязкой к сетке 0,05 мм и шириной проводников 0,25 мм.


Следующий рисунок иллюстрирует наиболее популярные технологии трассировки с применением сетки в 0,05 мм.

Вот шесть самых используемых ширин дорожек, округленных с точностью до 0,25 мм:
  • 0,075 мм (3 mils)
  • 0,1 мм (4 mils)
  • 0,125 мм (5 mils)
  • 0,15 мм (6 mils)
  • 0,2 мм (8 mils)
  • 0,25 мм (10 mils)

Главная мысль, которую я пытаюсь до вас донести, это то, что использование сеток при трассировке необходимое условие при использовании САПР. Исключением является Expedition Enterprise CAD, который обрабатывает бессеточные решения без особых усилий. Но для остальных библиотек САПР — промышленных или строительных, размещение компонентов, ответвления через переходные отверстия и трассировка проводников с использованием специальных сеток значительно повышает скорость создания и качество печатных плат.

Стандартная универсальная сетка сегодня составляет 0,05 мм, но время от времени специально приходится использовать шаг 0,025 мм.

Следующее поколение сеток в ближайшем будущем будет 0,01 мм, что я называю «высокое разрешение». Там никогда не надо будет сдвигаться более чем на 2 позиции вправо от десятичной точки для любых значений дизайна печатной платы.


Тот же самый принцип может быть применен и к чип-резистору, и к чип-конденсатору, используемых в промышленности сегодня. Самое важно то, что сетка размещения в 0,1 мм и сетка 0,05 мм для трассировки показывает оптимальные результаты независимо от ширины дорожки и зазора, потому что центр посадочной площадки привязан к сетке 0,05 мм и размер площадки округляется с точностью до 0,05 мм.

Давайте поговорим о отводах (ответвлениях) дорожек от посадочной площадки для того же 1608 чип-конденсатора. На рисунке ниже вы можете увидеть 2 различных варианта отвода и один их них лучше, чем второй. Отвод вверх имеет важную особенность: переходные отверстия расположены ближе к выводам конденсатора, чем у отводов направо/налево, что уменьшает сопротивление и увеличивает емкость. Кроме того, первый тип отвода получается привязанным к сетке 1 мм. Контактная площадка переходного отверстия диаметром 0,5 мм с размером отверстия 0,25 мм и размером зазора (anti-pad) 0,7 мм идеально подходит для размера проводника или зазора 0,1 мм. Рисунок ниже показывает пример трассировки. Для силовых ответвлений ширина дорожки составляет 0,3 мм.

Что такое Anti-pad
Anti-pad – пустая зона (показана синим кольцом на рисунке ниже) между посадочной площадкой и медным полигоном. Она должна быть выполнена таким образом, чтобы поддерживать импеданс линии передачи при прохождении через полигон.





А этот рисунок наглядно иллюстрирует идеальную прокладку дорожек между двумя переходными отверстиями на сетке 1 мм. Такой же пример может быть использован для всех чип- и монтируемых в отверстия резисторов и конденсаторов. Важно отметить, что зазор (anti-pad) никак не влияет на проводник. Проводник требует чистый неразрывный путь для возвратного тока на внутреннем полигоне и такой путь обеспечивается. Эта технология очень проста для производителей и не требует дополнительных затрат производства.


Для размещения компонентов типоразмера 1608 можно использовать привязку к сетке 0,5 мм и размещение courtyard-зон бок о бок. Ответвления можно производить по 1 мм сетке с выводом вправо или влево от контактной площадки. В противном случае может быть использованы ответвления сверху и снизу с сеткой 0,1 мм. На завершающем рисунке показан пример для размещения четырех чип-компонентов 1608. Отводы в стороны (лучшие) используются для блокировочных конденсаторов для подключения к внутреннему полигону земли. Ответвления вверх и вниз используются для резисторов.


В следующей части продолжим рассказ о чип-компонентов.

Оригинал

20 комментариев

avatar
Походу, всю статью можно упаковать в одно предложение:
«Если вы выберете удачный шаг сетки установки элементов, и подгоните под него футпринты, у вас получится сделать плату меньше по размеру». ;)
avatar
Угу. Следующая часть должна быть поинтереснее.
avatar
есть спорные моменты
— отвод дорожки в сторону сулит сдвигом/углом при запайки за счет повержностного натяжения и неравномерности растределения тепла.
— слишком большие боковые остатки (расход припоя) на паде, что в свою очередь тоже придовид к растрате припоя и финансов без всяких мотивов.
— с какого перепугу основа единиц измерения в милиметрах не ясно, когда всё оборудование нынче в дюймах, так как оно все покупное, тоесть «тамошнее» ;)
— проводить дороги под чипами очень нежелательно, особенно под конденсаторами, так что желательно прикрывать такую возможность при создании библиотек на корню, и сделать отдельно патерны с возможностью исключительно на крайний случай. А про то что это ограничивает плату во ВЧ так это ещё и отдельный разговор. Так что ни в коем случае.
— «Для силовых ответвлений ширина дорожки составляет 0,3 мм.» Дык тут вообще то нужно считать конкретно и зависит от рабочего тока + запас на перегруз.
Комментарий отредактирован 2013-11-13 08:05:22 пользователем idea
avatar
Миллиметры используются из-за того, что размеры SMD-компонентов кратны долям миллиметра.
Насколько мне известно, CAM-системы, на которых происходит обработка файлов и подготовока производства, работают в своих внутренних единицах, а отображают и выдают наружу метры или дюймы в зависимости от того, какой флажок установил пользователь. Переключение с одной системы счисления на другую происходит абсолютно безболезненно. Так что никакой разницы.

Про 0,3 мм я тоже не совсем понял. Но там на рисунке, где показаны две коричневые трассы между via, 2 дорожки по 0,1 плюс зазор 0,1 — всего 0,3. Наверное это имелось ввиду.
Комментарий отредактирован 2013-11-13 08:45:35 пользователем aitras
avatar
«Про 0,3 мм я тоже не совсем понял. Но там на рисунке, где показаны две коричневые трассы между via, 2 дорожки по 0,1 плюс зазор 0,1 — всего 0,3. Наверное это имелось ввиду. „
Так это ваша фраза с текста — я её лишь процитировал и дальше написал. Так что это вопрос к вам от куда утверждение про 0,3мм. ;)
avatar
Эта статья — перевод :)
avatar
— слишком большие боковые остатки (расход припоя) на паде, что в свою очередь тоже придовид к растрате припоя и финансов без всяких мотивов.
Может не совсем понял фразу, но, если использовать паяльную маску, данная проблема решится сама собой.
avatar
Маска, как правило, полностью открывает посадочную площадку, поэтому — не решает.
avatar
А где можно подробней почитать про СУТЬ и применение антипадов?
avatar
А какая там суть? Я понимаю просто:
Идет металлизированное отверстие сквозь плату, следовательно, во внутренних слоях (если они имеются) надо сделать отступы от этого отверстия (в соответствии с технологическими нормами). И вот он — антипад.
avatar
а, я думал он вносит какие-то особые паразитные связи в схему просто, и надо знать как что делать
avatar
Представим, что на самом верхнем слое над внутренним полигоном «земли» идет дорожка, скажем, +5V. Возвратный ток по полигону пойдет не где попало, а сконцентрируется под этой трассой. И если в этот путь попадет вырез для антипада, то меняется сопротивление трассы возвратного тока. Вот так он влияет.
avatar
а эквивалентную принципиальную схему можно где-то подсмотреть?
avatar
Эмм… даже не знаю. ВЧ ток просто течет по пути с наименьшей индуктивностью.
Про возвратный ток тут чуть-чуть написано: www.circuitry.ru/files/article_pdf/3/article_3347_449.pdf
avatar
Импеданс линии передачи = волновое сопротивление, поэтому все зависит от того, что трассируется… Имхо…
avatar
Больше переводов не планируется?
avatar
Планируется, но пока тяжело со свободным временем
avatar
Посоветуйте толковые книги по проектированию печатных плат. Что бы почитать как правильно слои размещать, ВЧ-цепи, экранировать и т.д. Желательно без привязки к конкретным САПР. А то в сети по частям собирать информацию неудобно.
avatar
Джонсон Г., Грэхэм М. — Конструирование высокоскоростных цифровых устройств. Начальный курс черной магии
Джонсон Г., Грэхэм М. — Высокоскоростная передача цифровых данных. Высший курс чёрной магии
www.elart.narod.ru/
avatar
Полезный сайт, спасибо :)
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.