آیا باید هنگام طراحی PCB ها اشک های قطره ای اضافه کرد؟

این سوال می تواند بحثی طولانی را در بین مهندسان جدید و با تجربه در صنعت الکترونیک ایجاد کند: برخی اصرار دارند که باید اشک های قطره ای به کل برد اضافه شود و آن را "عملیات نجات دهنده" برای بهبود قابلیت اطمینان می نامند. دیگران به شدت با آن مخالفت می کنند و شکایت دارند که افزودن آنها به بردهای با فرکانس بالا مستقیماً باعث خرابی سیگنال می شود. گیج کننده تر این است که مهندسان با تجربه رویکردهای کاملاً متضادی دارند.

در واقعیت، هیچ پاسخ استانداردی برای "باید اضافه شود" یا "به هیچ وجه اضافه نشود" برای اشک های قطره ای وجود ندارد. نکته کلیدی این است که عملکرد واقعی آنها را درک کنید و سناریوهای کاربردی مناسب را پیدا کنید. امروز، ما منطق اصلی اشک های قطره ای PCB را به زبان ساده توضیح خواهیم داد، بنابراین دیگر هرگز نگران این موضوع نخواهید بود!

ابتدا این را درک کنید: اشک های قطره ای "تزئینی" نیستند، بلکه مجموعه ای از 5 عملکرد عملی هستند.

اشک های قطره ای، نواحی مسی انتقالی به شکل قطره اشک یا کمانی بین مسیرهای PCB و پدها یا ویاها هستند. ممکن است بی اهمیت به نظر برسند، اما پنج عملکرد کلیدی را پنهان می کنند:

1. تقویت اتصال:
مانند نوارهای تقویت کننده در درزهای لباس، اشک های قطره ای سطح تماس بین مسیر و پد را افزایش می دهند و نیروهای خارجی را پراکنده می کنند. چه لرزش در حین حمل و نقل محصول، چه اتصال و جدا کردن در حین استفاده، یا تعمیر و نگهداری بعدی و برداشتن کانکتور، از پاره شدن پد و مسیر جلوگیری می کند و مستقیماً استحکام مکانیکی را دو برابر می کند.

2. محافظت از پدها در برابر "خرابی":
در طول چرخه های لحیم کاری متعدد، پدها به طور مکرر استرس انبساط و انقباض حرارتی را تحمل می کنند و به راحتی منجر به تاب خوردگی و پوسته پوسته شدن می شوند. اچینگ ناهموار در حین تولید و عدم تراز ویاها نیز می تواند باعث ترک خوردن پد شود. اشک های قطره ای مانند یک بافر عمل می کنند، استرس حرارتی را جذب می کنند و این خطرات خرابی را کاهش می دهند.

3. اطمینان از انتقال سیگنال صاف:
هنگامی که عرض مسیر و پد به طور ناگهانی تغییر می کند، سیگنال ها مستعد انعکاس و تضعیف هستند. انتقال صاف اشک قطره ای، تغییرات امپدانس را کاهش می دهد و امکان انتقال سیگنال صاف تر را فراهم می کند و از "ترافیک" جلوگیری می کند.

4. بهبود "بازده" تولید:
مته ها در حین حفاری به ناچار انحرافات جزئی دارند. مزیت مسی اضافی اشک قطره ای در برابر این موضوع "بالشتک" می کند و از شکستن مسیر به دلیل انحرافات حفاری جلوگیری می کند. همچنین مشکلات بیش از حد اچینگ را در طول فرآیند اچینگ کاهش می دهد و به کارخانه ها تحمل بیشتری برای خطاها در حین تولید می دهد.

5. یک "پاداش" زیبایی شناختی:
در مقایسه با اتصالات زاویه راست سفت و سخت، اشک های قطره ای، انتقال بین مسیرها و پدها را طبیعی تر می کنند و ظاهر کلی PCB را بهبود می بخشند. برد مرتب تر و حرفه ای تر به نظر می رسد و جلوه بصری مستقیماً ارتقا می یابد.

در این سناریوها، اشک های قطره ای "باید داشته باشند" و حذف آنها به ناچار منجر به مشکلاتی خواهد شد.

بر اساس سناریوهای کاربردی واقعی، توصیه می شود در 4 موقعیت زیر، اضافه کردن اشک های قطره ای را در اولویت قرار دهید تا خطر خرابی محصول به طور قابل توجهی کاهش یابد:

1. محیط هایی با تنش مکانیکی بالا: افزودن اجباری
محصولاتی مانند الکترونیک خودرو، کنترلرهای صنعتی و رابط های کانکتور که مکرراً وصل و جدا می شوند، در معرض لرزش، برخورد یا اتصال/جدا شدن مکرر هستند. اتصال بین مسیرها و پدها یک "نقطه ضعف" است که در آن تنش متمرکز می شود. توصیه می شود اشک های قطره ای گرد یا به شکل "آدم برفی" را انتخاب کنید که می تواند به طور موثر تنش را پراکنده کرده و از شکستگی در حین استفاده جلوگیری کند.

2. سناریوهای سیگنال با فرکانس بالا/سرعت بالا: با احتیاط اضافه کنید
مدارهای با فرکانس بالا و سرعت بالا مانند ماژول های ارتباطی 5G و رابط های حافظه با سرعت بالا، الزامات بسیار بالایی برای یکپارچگی سیگنال دارند. اشک های قطره ای نباید کورکورانه اضافه شوند. اشک های قطره ای صاف و منحنی باید در اولویت قرار گیرند و تطبیق امپدانس باید از طریق شبیه سازی تأیید شود تا از اعوجاج سیگنال ناشی از اشک های قطره ای جلوگیری شود.

3. PCB های با چگالی بالا: افزودن انتخابی
بردهای با چگالی بالا مانند مادربردهای تلفن همراه و دستگاه های پوشیدنی، فضای مسیریابی بسیار محدودی دارند. افزودن اشک های قطره ای به کل برد، فضای اضافی را اشغال می کند و بر تراکم مسیریابی تأثیر می گذارد. توصیه می شود آنها را فقط به پدها و ویاهای بحرانی اضافه کنید و آنها را در مناطق غیر بحرانی حذف کنید تا بین قابلیت اطمینان و راندمان مسیریابی تعادل برقرار شود.

4. سناریوهای بهینه سازی تولید انبوه: در صورت نیاز تنظیم کنید
برای محصولات الکترونیکی مصرفی کم هزینه، اگر قابلیت های فرآیند سازنده PCB متوسط باشد (به عنوان مثال، دقت حفاری کم)، می توان ناحیه پوشش اشک قطره ای را به طور مناسب افزایش داد تا کمبودهای فرآیند را جبران کرده و بازده تولید انبوه را بهبود بخشد. اگر فرآیند سازنده بالغ باشد، می توان از اندازه معمولی برای جلوگیری از اتلاف فضا استفاده کرد.

افزودن اشک های قطره ای در این 3 مکان معادل است با... افزودن اشک های قطره ای: با احتیاط ادامه دهید!

همه سناریوها برای افزودن اشک های قطره ای مناسب نیستند. افزودن کورکورانه آنها در موقعیت های زیر فقط نتیجه معکوس خواهد داشت:

1. مناطق حساس به امپدانس:
برای مناطقی با الزامات امپدانس بسیار بالا، مانند آنتن ها و جفت های دیفرانسیل، قبل از افزودن اشک های قطره ای، باید تأیید امپدانس انجام شود. اگر اشک های قطره ای باعث عدم تطابق امپدانس شوند، مستقیماً بر عملکرد محصول تأثیر می گذارد و آن را بدتر از عدم افزودن آنها می کند.

2. بردهای با چگالی فوق العاده بالا:
برای محصولاتی مانند سنسورهای کوچک و مادربردهای تلفن همراه بسیار فشرده، که در آن تراکم سیم کشی در حال حاضر به حداکثر رسیده است، اشک های قطره ای فضای مسیریابی را بیشتر فشرده می کنند و به طور بالقوه منجر به مشکلات مسیریابی یا حتی خطرات اتصال کوتاه می شوند. قبل از تصمیم گیری در مورد افزودن آنها، ارزیابی دقیق مورد نیاز است.

3. مدارهای کم پیچیدگی:
برای بردهای کنترل ساده و لوازم الکترونیکی مصرفی معمولی، که الزامات کمتری برای استحکام مکانیکی و یکپارچگی سیگنال دارند، مزایای افزودن اشک های قطره ای محدود است و فقط زمان طراحی را افزایش می دهد. برای ساده سازی فرآیند و بهبود راندمان، می توان طراحی اشک های قطره ای را حذف کرد.

خلاصه: اصل اساسی اشک های قطره ای "مطابق با نیاز" است.

اشک های قطره ای PCB اساساً یک طراحی بهینه سازی "آیسینگ روی کیک" هستند، نه یک عنصر اصلی که عملکرد مدار را تعیین می کند. آنها نه یک "درمان همه جانبه" هستند و نه یک "مورد زائد":

• هنگام پیگیری قابلیت اطمینان و برخورد با محیط های پیچیده، آنها یک "محافظ" برای کاهش خطرات هستند.
• هنگام مواجهه با مسیریابی با چگالی بالا و سیگنال های با فرکانس بالا/سرعت بالا، آنها یک "جزئیات" هستند که نیاز به کنترل دقیق دارد.
• در مدارهای ساده و محصولات تولید انبوه با فرآیندهای بالغ، آنها یک "گزینه بهینه سازی" هستند که می توان آنها را به طور انعطاف پذیر انتخاب کرد.

طراحی عالی PCB هرگز در مورد انباشتن کورکورانه ویژگی ها نیست، بلکه در مورد انطباق دقیق با نیازهای محصول است. تسلط بر سناریوهای کاربردی و تکنیک های طراحی اشک های قطره ای برای یافتن بهترین تعادل بین قابلیت اطمینان، عملکرد و راندمان ضروری است.