PCB小型化：PCB設(shè)計(jì)中面臨的挑戰(zhàn)

“親愛(ài)的，我把孩子們變小了?！?這是電影中的一句臺(tái)詞，但它也可以描述PCB設(shè)計(jì)中正在進(jìn)行的小型化。
雖然PCB面積在很大程度上保持不變，但在過(guò)去十年中，每單位面積的連接數(shù)量增加了兩倍。
組件的平均數(shù)量在15年內(nèi)翻了兩番，而每個(gè)組件的平均連接數(shù)下降了4到5倍。每種設(shè)計(jì)的引腳數(shù)增加了兩倍，引腳對(duì)引腳的連接數(shù)也增加了一倍。
盡管各個(gè)組件和成品越來(lái)越小，但PCB（印刷電路板）布局的密度和復(fù)雜性卻有所增加?？傮w而言，PCB的日益小型化和復(fù)雜性給開(kāi)發(fā)人員帶來(lái)了許多挑戰(zhàn)，他們負(fù)責(zé)確保所有組件都能配合在一起并平穩(wěn)運(yùn)行。
在一項(xiàng)調(diào)查中，接受調(diào)查的電子公司中有53％表示，不斷增加的PCB復(fù)雜性是他們努力將最具競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品更快，更低成本地推向市場(chǎng)的主要挑戰(zhàn)。以下是一些最常見(jiàn)的PCB布局問(wèn)題領(lǐng)域的概述：

• 具有高引腳數(shù)的球柵陣列（BGA）的布線
• 適用于不規(guī)則形狀的小型產(chǎn)品的柔性PCB設(shè)計(jì)
• 在不增加層數(shù)的情況下增加PCB布局密度
• 避免復(fù)雜的多層PCB設(shè)計(jì)中的電壓降
• 確保有效的ECAD-MCAD集成并改善與制造商的溝通
• 為密集，復(fù)雜的PCB配備足夠的測(cè)試點(diǎn)

如果使用與最新知識(shí)相對(duì)應(yīng)的一致的PCB布局軟件，則可以克服剛才提到的所有挑戰(zhàn)。
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• 電路板上的工作區(qū)有限
• 組件更小，間距更小
• 板子兩側(cè)都有更多組件
• 較長(zhǎng)的路線增加了信號(hào)傳輸時(shí)間
• 需要更多的走線路徑才能完成PCB

PCB設(shè)計(jì)人員可以使用PCB布局軟件來(lái)幫助解決這些問(wèn)題并潛在地減少所需的層數(shù)
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避免電壓降
早期的印刷電路板具有非常簡(jiǎn)單的配電網(wǎng)（PDN），該配電網(wǎng)由大接地層和內(nèi)層的電源層組成。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是接地阻抗非常低，而且這種龐大的銅結(jié)構(gòu)可以滿足每個(gè)IC的功率要求。但是現(xiàn)代PCB不再那么簡(jiǎn)單。它們通常使用多個(gè)電壓工作，通常用于一個(gè)和同一IC，因此需要多個(gè)接地和電源表面。這可能會(huì)引起各種問(wèn)題，例如由于電源面積變窄（導(dǎo)致電流密度增加）或電磁干擾而引起的熱量和分層問(wèn)題。
最重要的是，由于電源區(qū)域的細(xì)分，減少了銅的含量，這不可避免地降低了載流能力。如果電流在切換時(shí)達(dá)到峰值，則開(kāi)發(fā)不足的設(shè)計(jì)可能無(wú)法提供足夠的電流，這可能導(dǎo)致IC兩端的電壓下降。但是，電壓不足會(huì)導(dǎo)致故障，在某些情況下，其后果可能是災(zāi)難性的（例如，在用于變速器，電機(jī)或制動(dòng)功能的控件中）。另外，這種電壓下降的事實(shí)使情況變得復(fù)雜。通常只間歇性地發(fā)生，并且只能在某些開(kāi)關(guān)狀態(tài)下觀察到。這使得很難使用手動(dòng)方法來(lái)記錄和診斷這些影響。
幸運(yùn)的是，好的PCB布局軟件可以執(zhí)行PDN分析，有時(shí)也稱為IR分析或電源完整性DC模擬（PI-DC）。這可以驗(yàn)證電路板上區(qū)域，導(dǎo)體走線和過(guò)孔的尺寸和屬性是否足以滿足電路板上組件的功耗要求。通過(guò)確定設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)問(wèn)題的電壓降的區(qū)域，此類分析使設(shè)計(jì)人員能夠創(chuàng)建可靠而有效的PCB設(shè)計(jì)。
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改善溝通與協(xié)作
電子和機(jī)械設(shè)計(jì)人員經(jīng)常在各自的領(lǐng)域中孤立工作。缺乏溝通和協(xié)作可能意味著設(shè)計(jì)不能按時(shí)完成，因?yàn)槊總€(gè)變更請(qǐng)求都會(huì)增加產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的時(shí)間和成本，并降低公司的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。即使設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，將設(shè)計(jì)傳達(dá)給制造商也可能導(dǎo)致挫敗感和不準(zhǔn)確性，再次使開(kāi)發(fā)變得更加昂貴和耗時(shí)。
因此，在你將PCB設(shè)計(jì)文檔發(fā)給制造商之前，使用華秋DFM軟件進(jìn)行檢測(cè)是一項(xiàng)非常重要的步驟，通過(guò)一鍵檢測(cè)直接分析你的設(shè)計(jì)中所存在的隱患。你可以根據(jù)軟件給出的建議對(duì)你的PCB設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，從而避免PCB制造中可能出現(xiàn)的失敗風(fēng)險(xiǎn)并提升你的PCB性能。并且通過(guò)華秋DFM進(jìn)行估價(jià)，減少與制造商的溝通成本。