Aturan Perutean PCB: Lebar Jejak, Jarak, dan Pilihan Pabrikan yang Penting

Setiap papan rute yang kami lihat di pabrik kami menceritakan kisah tentang keputusan yang dibuat sebelum keputusan tersebut tiba. Skema mendefinisikan fungsi listrik, namun routing memutuskan apakah fungsi tersebut dapat diproduksi dengan biaya yang masuk akal, dalam waktu tunggu yang realistis, dan dengan margin yang cukup untuk bertahan selama bertahun-tahun dalam panas, getaran, dan tekanan tegangan. Berdasarkan pengalaman kami sebagai produsen PCB, sebagian besar masalah produksi yang dapat dicegah — jejak terbakar, jarak bebas yang gagal, panel melengkung, pelapisan yang buruk — berasal dari beberapa aturan perutean yang terlewat atau disalahpahami. Artikel ini menjelaskan apa saja yang terlibat dalam perutean papan PC, parameter mana yang paling penting, dan cara menetapkan batasan perutean yang dapat dibuat oleh pabrik tanpa perselisihan.

Apa yang Sebenarnya Terlibat dalam Perutean Papan PC

Routing adalah langkah tata letak di mana setiap jaringan listrik dalam skema menjadi jalur tembaga fisik. Perangkat lunak dapat menggambar jalur tersebut secara otomatis, namun hasilnya hanya akan sebaik batasan yang diberikan oleh perancang: lebar jejak, jarak antar konduktor, lapisan yang diizinkan, jenis via, dan distribusi tembaga yang akan dilihat oleh proses etsa dan pelapisan.

Rute ini juga menciptakan bidang referensi darat, pulau listrik, dan jalur termal yang membuat desain berhasil di dunia nyata. Penempatan komponen menentukan di mana letak komponen; routing memutuskan bagaimana mereka terhubung. Di antara keduanya, routing memiliki pengaruh yang lebih besar terhadap biaya produksi dan hasil, karena geometri jejak dan keseimbangan tembaga secara langsung mempengaruhi cara pabrik mengetsa, melapisi, dan melaminasi panel.

Lebar Jejak: Keputusan Rute Pertama

Lebar jejak adalah angka pertama yang ditetapkan karena membawa tiga persyaratan sekaligus: kapasitas arus, penurunan tegangan, dan impedansi karakteristik. Jejak sinyal bisa saja tipis; jaringan listrik memerlukan penampang melintang. Referensi yang digunakan sebagian besar pabrik adalah IPC-2221. Untuk 1 oz (35 µm) tembaga pada lapisan luar dengan kenaikan suhu 10°C, perkiraan kapasitas arus kira-kira sebagai berikut.

Dua koreksi penting dalam praktiknya. Jejak pada lapisan dalam menghilangkan panas kira-kira setengah dari jumlah panas pada lapisan luar, sehingga tabel saat ini harus diturunkan nilainya. Dan nilai-nilai ini mengasumsikan kenaikan sebesar 10°C; jika selungkup di sekitarnya menghalangi aliran udara atau suhu sekitar tinggi, arus aman akan semakin turun. Ketika suatu desain harus mengalirkan arus tinggi yang berkelanjutan, rute tersebut harus menggunakan tuang tembaga, bidang datar, atau lapisan tembaga yang lebih tebal daripada satu jalur sempit. Jalur kami secara teratur merutekan papan tembaga setebal 2 ons hingga 10 ons, dan tabel lebar jejak untuk bobot tersebut terlihat sangat berbeda dari nilai 1 ons di atas.

Jarak Bebas dan Jarak: Tetapkan untuk Tegangan, Bukan Hanya untuk Pemeriksaan Aturan Desain

Clearance adalah jarak antara dua fitur tembaga: trace to trace, trace to pad, pad to via. Pemeriksaan aturan desain akan memverifikasi angka apa pun yang dimasukkan ke dalam alat CAD, namun angka yang benar berasal dari voltase, integritas sinyal, dan kemampuan pabrik, bukan dari aturan default. Untuk jaringan sinyal tegangan rendah di dalam produk tertutup, jarak antar jejak biasanya 0,1 mm (4 mil); kemampuan standar kami adalah 4 juta, dan kami dapat menampung 3 juta jejak dan ruang di mana kepadatan desain memerlukannya.

Izin tidak boleh menjadi nilai global tunggal. Tegangan kerja, tingkat polusi, lapisan, ketinggian, dan tegangan transien semuanya mempengaruhi jarak rambat yang dibutuhkan suatu produk. IPC-2221B berisi tabel jarak versus tegangan yang digunakan teknisi kepatuhan; sebagai aturan praktis, setiap jaring yang membawa tegangan lebih dari 50 V, atau jejak apa pun yang dirutekan di dekat tepi papan, harus menggunakan jarak bebas yang jauh lebih besar daripada aturan desain default.

Untuk sinyal berkecepatan tinggi, jarak mengontrol kopling dan impedansi. Pasangan diferensial yang cocok mempertahankan impedansi targetnya hanya ketika jarak antara dua jejak tetap konstan, dan bidang referensi di bawahnya lebih penting daripada nilai jarak bebas absolut. Untuk rangkaian RF, jejak 50 Ω ditentukan oleh lebarnya, ketebalan dielektrik, dan jarak ke bidang tanah di bawahnya.

Penumpukan Lapisan: Kepadatan Perutean Mendorong Biaya dan Waktu Proses

Jumlah lapisan adalah keputusan perutean terbesar yang dibuat oleh suatu desain. Jika dua lapisan dapat menangani kepadatan, tumpukan enam lapisan hanya membuang-buang uang. Jika desain memerlukan daya dan ground plane yang kontinu, kontrol impedansi yang ketat, atau fan-out BGA yang padat, tumpukan akan berpindah ke empat, enam, atau lebih lapisan. Perpindahan dari dua lapisan ke empat lapisan kira-kira menggandakan biaya proses, karena pencitraan lapisan dalam, laminasi, penyelarasan, dan langkah pengeboran tambahan ditambahkan ke rute. Waktu tunggu bertambah seiring dengan bertambahnya jumlah lapisan. Di fasilitas kami di Zona Pengembangan Ekonomi Guangde, waktu produksi yang dipublikasikan berdasarkan jumlah lapisan adalah sebagai berikut.

Rute menentukan tumpukan, dan tumpukan menentukan tanggal pengiriman. Jika suatu desain hanya membutuhkan 12 lapisan karena lapisan sinyal luar kurang digunakan, rute empat lapisan yang lebih bersih akan dapat dicapai dalam waktu singkat. Pabrik kami membangun dari 1 hingga 32 lapisan, dan polanya konsisten: perutean yang efisien mempersingkat waktu tunggu dengan lebih andal dibandingkan biaya percepatan apa pun.

Aturan DFM: Rutekan Cara Pabrik Mengetsa, Pelat, dan Laminasi

Rute yang melewati netlist dan pemeriksaan sinyal masih bisa gagal di lantai pabrik. Papan harus digores, dibor, disepuh, dan ditekan, dan setiap proses memiliki batas geometris. Aturan berikut mencegah kegagalan berulang yang paling umum.

Saldo Tembaga dan Pencuri

Jika satu area lapisan berupa tuang padat dan area lainnya hampir kosong, ketebalan pelapisan menjadi tidak merata dan laminasi dapat membuat panel melengkung. Perutean yang baik mendistribusikan tembaga ke setiap lapisan; jika hal itu tidak memungkinkan, tambahkan balok pencuri atau tembaga yang diarsir silang. Tim CAM kami menambahkan pencurian selama perkakas, tetapi desain yang dirutekan yang menghasilkan tinjauan yang seimbang lebih cepat dan pelat lebih seragam.

Vias dan Cincin Annular

Setiap via membutuhkan cincin melingkar: cincin tembaga di sekitar lubang bor yang menghubungkan laras ke jejak. Jika cincin terlalu kecil, kesalahan registrasi bor akan memutus sambungan. Cincin annular minimal 4 mil (0,1 mm) adalah aturan kerja yang aman untuk pemrosesan standar. Via yang buta dan terkubur mengurangi jumlah lapisan dalam desain padat, namun masing-masing tipe via menambah langkah pengeboran dan laminasi; via-in-pad, berguna pada BGA, memerlukan pengisian dan pelapisan tambahan. Papan HDI dengan mikrovia membentuk rangkaian proses terpisah, yang dikirimkan oleh lini HDI kami dalam waktu 25 hari.

Bantuan Termal

Saat bantalan lubang tembus terhubung ke tuang tembaga besar, tuang tersebut bertindak sebagai heat sink selama penyolderan. Tanpa jari-jari pelepas termal, bantalan mungkin tidak mencapai suhu penyolderan. Rutekan bantalan yang terhubung dengan bidang dengan pelepas panas jika peringkat saat ini memungkinkan.

Daftar periksa perutean praktis untuk dijalankan sebelum mengirim file:

• Ukur jejak daya dan tuangkan untuk arus kasus terburuk yang berkelanjutan, bukan untuk beban biasa.
• Gunakan aturan izin kelas per-net; jaringan sinyal tegangan tinggi, kecepatan tinggi, dan umum jarang membutuhkan jarak yang sama.
• Jaga agar distribusi tembaga pada setiap lapisan cukup merata, dan tambahkan pencuri pada lapisan yang sebagian besar kosong.
• Konfirmasikan jejak/ruang minimum, cincin annular minimum, dan ukuran minimum melalui bor dengan pabrik sebelum menyelesaikan rute.
• Tempatkan bidang referensi padat di bawah setiap rute berkecepatan tinggi atau yang dikontrol impedansinya.

Bahan dan Permukaan Akhir yang Mengubah Aturan Perutean

Substrat dan lapisan akhir mengubah parameter perutean seperti halnya rangkaian listrik. Standar FR-4 menangani papan digital dan analog umum dengan baik. FR-4 Tg tinggi tahan terhadap kegagalan CAF pada papan multilapis tebal dan umum terjadi pada elektronik otomotif; FR-4 bebas halogen memenuhi persyaratan lingkungan; laminasi frekuensi tinggi dengan Dk dan Df terkontrol digunakan untuk RF dan digital kecepatan tinggi, dan lebar jejak yang diperlukan untuk garis 50 Ω berubah pada setiap material.

Papan inti logam — berbahan dasar aluminium atau tembaga — menghantarkan panas melalui substrat, sehingga sirkuit listrik dapat menggunakan rute yang lebih sempit, namun pengeboran dan pengetsaan inti logam mengikuti aturan desain yang berbeda. Rangkaian produk kami meliputi papan FR-4, Tg tinggi, bebas halogen, frekuensi tinggi, berbahan dasar aluminium, berbahan dasar tembaga, dan berbahan dasar keramik, dengan penyelesaian permukaan seperti OSP, HASL bebas timah, emas imersi, dan timah imersi. Pilihan hasil akhir terutama mempengaruhi kemampuan solder dan umur simpan, sehingga harus disesuaikan dengan proses perakitan dan bukan hanya dianggap sebagai renungan.

Rute Dengan mempertimbangkan Manufaktur

Routing adalah dimana suatu desain menjadi objek fisik, dan objek tersebut dinilai oleh pabrik. Papan yang dikirimkan tepat waktu dan bekerja dengan andal jarang merupakan produk dari pengaturan router otomatis yang cerdas; mereka adalah produk dari lebar jejak yang diukur untuk arus, jarak bebas yang ditetapkan untuk tegangan, tumpukan yang dipilih untuk kepadatan, dan detail DFM yang dihormati dari lintasan tata letak pertama. Jika ragu, tanyakan lebih awal: prototipe dua sisi dari pabrik kami dapat selesai dalam 24 jam, dan satu iterasi cepat biayanya jauh lebih murah daripada batch 16 lapis yang gagal dalam uji kelistrikan karena kesalahan jarak. Jika Anda memerlukan rekomendasi tumpukan, tinjauan DFM, atau penawaran harga untuk papan yang dirutekan dari 1 hingga 32 lapisan, tim teknik kami siap menjawab secara spesifik.