Навигация
Уменьшение ширины проводников и зазоров
69120
знаков
3
таблицы
13
изображений
4.3 Уменьшение ширины проводников и зазоров
Очевидно, что уменьшение ширины проводников и зазоров позволяет увеличить количество трасс на каждом слое платы. К такому решению стремятся в производстве интегральных микросхем и печатных плат в течение многих лет. Но, все же, уменьшать ширину проводников бесконечно невозможно. Такое уменьшение ограничено токонесущими свойствами и омическим сопротивлением проводников. Омическое сопротивление, в еще большей мере, сказывается на работоспособности схем, когда они имеют большую длину, что для печатных плат не редкость. Существуют и технологические ограничения на ширину проводников, связанные непосредственно с производственным процессом выход готовой продукции резко падает, если требования к производственным процессам не укладываются в рамки нормальных допусков, определяемых применяемым оборудованием, материалами и параметрами климатической зоны производственных помещений.
Имеются также ограничения и на уменьшение расстояний между проводниками. Их размер определяется, исходя из требований к электрическим характеристикам, например, необходимостью снижения уровня перекрестных помех, минимизацией шумов, создания условий для безыскаженной передачи сигналов и формирования требуемого волнового сопротивления. Для силовой электроники следует считаться с ограничениями по электрической прочности изоляционных зазоров. Напряжение пробоя лакированных плат определяется электрической прочностью лакового покрытия, зазоры между открытыми проводниками на диэлектрическом основании пробиваются по поверхности платы. Электрохимическая форма пробоя не зависит от ширины зазора и не поддается прямому расчету.
Тем не менее, если удалось достичь уменьшения ширины проводников с учетом описанных ограничений, то это позволит эффективно повлиять на плотность и снижение себестоимости производства печатных плат, как показано на примере анализа одного из реальных производств. Видно, что уменьшение ширины дорожек со 150 мкм до 80 мкм позволяет вдвое уменьшить число сигнальных слоев и существенно снизить себестоимость производства печатных плат.
Снижение себестоимости осуществляется за счет снижения материалоемкости печатных плат. Было уже отмечено, что в составляющих себестоимости стоимость материалов стоит в первой строчке. Но эта мера снижения стоимости плат оправдана лишь в том случае, если созданы соответствующие производственные условия для уменьшения размеров проводников и зазоров. Для этого недостаточно иметь хорошее оборудование и материалы, нужны еще особые климатические условия в производственных помещениях, ответственных за этот процесс.
Тогда можно рассчитывать на приемлемый выход годной продукции. В противном случае уменьшение размеров проводников и зазоров или увеличит объем брака, или увеличит объем трудозатрат на исправление дефектов, уменьшит надежность печатных плат. То и другое увеличит себестоимость и, значит, не приведет к желаемому результату.
4.4 Увеличение количества слоев
Сегодня многие производства, желая показать свои достижения, говорят о возможностях изготовления МПП с большим количеством слоев и, соответственно, большой толщины. Действительно, раньше, когда использовались несовершенные САПР, всегда принимались волюнтаристские решения, ведущее прямо к достижению цели: когда на существующих слоях печатной платы не достатовало места для разводки всех необходимых внутрисхемных соединений, добаатяли еще один слой. Теперь, когда вопрос себестоимости приобрел первостепенную важность, при разработке многослойных ПП процесс проектирования направлен на минимизацию числа слоев, потому что каждый новый слой существенно увеличивает себестоимость печатной платы. Табл. 2.5 также демонстрирует, что любое увеличение количества сигнальных слоев в платах, работающих в составе высокопроизводительной или высокочастотной аппаратуры, когда требуется выдержать характеристики линий передач, будет вдвое больше, т. к. для них необходимо экранирование слоями земли и питания, прокладываемые между сигнальными слоями.
4.5 Оценка плотности межсоединений
Растущие конструктивно-технологические требования к печатному монтажу особенно четко установились в области вычислительной техники, поскольку увеличение производительности ЭВМ наряду с увеличением быстродействия элементной базы находится в непосредственной зависимости от возможностей сокращения длины связей между логическими элементами, так называемой конструктивной задержки передаваемого сигнала. Достаточно сопоставить значение времени переключения логических элементов, не превышающее в современных ИС, СИС и БИС единиц наносекунд, с временем распространения сигнала в печатных линиях связи, составляющем 6…7 нс/м, чтобы показать, что главной составляющей временных задержек в электронных устройствах современного и перспективного типов являются задержки в межсоединениях. Отсюда следует, что повышение быстродействия логических элементов должно сопровождаться максимально возможным снижением задержек в межсоединениях, т.е. сокращением их длины. Это достигается повышением степени интеграции логических элементов и более плотной компоновкой микросхем на платах.
В свою очередь, увеличение степени интеграции вызывает рост числа входных контактов микросхем п, подчиняющийся соотношению Рента:
где к – среднее число межсоединений, приходящееся на один логический элемент в ИС, например, для двухвходового вентиля к = 3…4; ^-показатель Рента, зависящий от структуры логических схем. Например, для произвольной логики высокопроизводительных процессоров р = 0,5…0,75, для микропроцессорной логики р< 0,5.
Число межсоединений ЛГ определяется суммарным числом выводов п всех М микросхем, устанавливаемых на печатную плату:
где г – коэффициент разветвления соединений, зависящий от числа нагрузок т в цепях межэлементных связей: г=т/, так что 0,5 <г<1.
Суммарная длина соединений в печатных платах 2? определяется числом соединений N и средней дайной одного соединения 1с:
Статистические исследования показывают, что при произвольном размещении микросхем на плате средняя длина одного соединения определяется размером платы:
где i – коэффициент использования монтажного поля платы выводами микросхем.
Положив / = 0,5, оценим суммарную длину соединений в платах
Отношения к площади платы L2 суммарного числа выводов микросхем Мп и суммарной длины соединений Л в ней будем называть соответственно плотностью монтажа и плотностью соединений:
Используя и, получаем соотношение между плотностями соединений и монтажа
Таким образом, увеличение плотности размещения монтажных элементов и линейных размеров плат требует пропорционального увеличения плотности соединений. С другой стороны, плотность соединений определяется плотностью трассировки, т.е. числом проводников п, прокладываемых между отверстиями и коэффициентом использования трасс •, а в МПП – еще и числом сигнальных слоев т:
с
где Т – шаг сквозных отверстий, между которыми трассируется п проводников.
В односторонних печатных платах единственный слой проводящего рисунка используется для размещения монтажного поля, цепей питания и межсхемных соединений. Поэтому на этих платах невозможно удовлетворить противоречивые требования увеличения плотности монтажа и плотности соединений. Частично эти противоречия разрешаются в двусторонних печатных платах. И только применение МПП позволяет обеспечить специализацию слоев. МПП имеют наружные монтажные слои, которых, естественно, не может быть больше двух, тс сигнальных слоев с ортогональным принципом трассировки проводников в преимущественных направлениях А'или Y слои тэ с цепями земли и питания, выполняющие одновременно роль электрических экранов, заземленных по высокой частоте. Экранные слои размещаются между сигнальными, поэтому
Коэффициент использования трасс принимает значения в пределах 0 <з< 1 в зависимости от степени взаимной независимости направлений трассировки соединений. Значения ■ приближаются к единице с увеличением числа переходных отверстий, создающих возможность обхода пересечений трасс. В МПП особенно эффективны межслойные переходы в шаге трасс двусторонних внутренних слоев со строго ортогональной трассировкой.
Таблица 2.9. Коэффициент использования трассировочного пространства
| п ч> | Внутренние слои без межслоиных переходов | Двусторонние слои с межслойными переходами в шаге трасс |
| 1 | 0,6 | 0,9 |
| 2 | 0,52 | 0,82 |
| 3 | 0,45 | 0,80 |
| 4 | 0,38 | 0,75 |
В табл. 2.9 даны значения коэффициента з для сигнальных слоев МПП с различным числом трасс проводников птрмежду сквозными отверстиями. Из этих данных видно, что без межслоиных переходов увеличение плотности трасс не дает пропорционального эффекта.
Дефицит межслойных переходов проявляется в досадном для технологов явлении: первая пара слоев заполнена проводниками на 80%, вторая только на 30%, третья на 7% и четвертая на 2%. Т.е. усилия производства в увеличении плотности трасс и слойности МПП не вознаграждаются соответствующим увеличением плотности межсоединений при дефиците межслойных соединений. Гораздо эффективнее увеличивать количество межслойных соединений.
Похожие работы
... приводится в графической части. 3. ТРАССИРОВКА МОНТАЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ. 3.1 Трассировка с помощью алгоритма Прима На основании полученных ранее данных и требований задания проведем трассировку общего провода цепи питания печатной платы блока оперативной памяти методом Прима. Для этого приведём необходимый участок печатной платы в сетке с шагом 5. Вывод 1 разъёма должен быть соединён с выводами 7 ...
... разработки Учебный план специальности 200800. 1.3 Цель и назначение разработки Целью является проектирование конструкций изделий 1-ого уровня; освоение методики конструирования печатных узлов и печатных плат, методов их компоновки. 1.4 Источник разработки Журнал "Приборы и техника эксперимента".-2001.- №2.-с.146-148 схема электрическая принципиальная устройства регистрации. 1.5. ...
... различают три метода выполнения ПП: - ручной; - полу автоматизированный; - автоматизированный; Предпочтительными являются полу автоматизированный, автоматизированный методы. 2. Процесс изготовления печатной платы В техническом прогрессе ЭВМ играют значительную роль: они значительно облегчают работу человека в различных областях промышленности, инженерных исследованиях, ...
... - Text Style (Текстовый стиль). В этом диалоговом окне установки такие же, как в программе Symbol Editor. 4 РАЗРАБОТАТЬ КОНТАКТНЫЕ ПЛОЩАДКИ Во всех системах автоматизированного проектирования печатных плат информация о графике контактных площадок содержится отдельно от графики корпуса компонента. Это связано с тем, что при изготовлении фотошаблона требуется обеспечить сопряжение программных ...
0 комментариев