PCB小型化：PCB设计中面临的挑战

“亲爱的，我把孩子们变小了。” 这是电影中的一句台词，但它也可以描述PCB设计中正在进行的小型化。
虽然PCB面积在很大程度上保持不变，但在过去十年中，每单位面积的连接数量增加了两倍。
组件的平均数量在15年内翻了两番，而每个组件的平均连接数下降了4到5倍。每种设计的引脚数增加了两倍，引脚对引脚的连接数也增加了一倍。
尽管各个组件和成品越来越小，但PCB（印刷电路板）布局的密度和复杂性却有所增加。总体而言，PCB的日益小型化和复杂性给开发人员带来了许多挑战，他们负责确保所有组件都能配合在一起并平稳运行。
在一项调查中，接受调查的电子公司中有53％表示，不断增加的PCB复杂性是他们努力将最具竞争力的产品更快，更低成本地推向市场的主要挑战。以下是一些最常见的PCB布局问题领域的概述：

• 具有高引脚数的球栅阵列（BGA）的布线
• 适用于不规则形状的小型产品的柔性PCB设计
• 在不增加层数的情况下增加PCB布局密度
• 避免复杂的多层PCB设计中的电压降
• 确保有效的ECAD-MCAD集成并改善与制造商的沟通
• 为密集，复杂的PCB配备足够的测试点

如果使用与最新知识相对应的一致的PCB布局软件，则可以克服刚才提到的所有挑战。

• 电路板上的工作区有限
• 组件更小，间距更小
• 板子两侧都有更多组件
• 较长的路线增加了信号传输时间
• 需要更多的走线路径才能完成PCB

PCB设计人员可以使用PCB布局软件来帮助解决这些问题并潜在地减少所需的层数

避免电压降
早期的印刷电路板具有非常简单的配电网（PDN），该配电网由大接地层和内层的电源层组成。这种设计的优点是接地阻抗非常低，而且这种庞大的铜结构可以满足每个IC的功率要求。但是现代PCB不再那么简单。它们通常使用多个电压工作，通常用于一个和同一IC，因此需要多个接地和电源表面。这可能会引起各种问题，例如由于电源面积变窄（导致电流密度增加）或电磁干扰而引起的热量和分层问题。
最重要的是，由于电源区域的细分，减少了铜的含量，这不可避免地降低了载流能力。如果电流在切换时达到峰值，则开发不足的设计可能无法提供足够的电流，这可能导致IC两端的电压下降。但是，电压不足会导致故障，在某些情况下，其后果可能是灾难性的（例如，在用于变速器，电机或制动功能的控件中）。另外，这种电压下降的事实使情况变得复杂。通常只间歇性地发生，并且只能在某些开关状态下观察到。这使得很难使用手动方法来记录和诊断这些影响。
幸运的是，好的PCB布局软件可以执行PDN分析，有时也称为IR分析或电源完整性DC模拟（PI-DC）。这可以验证电路板上区域，导体走线和过孔的尺寸和属性是否足以满足电路板上组件的功耗要求。通过确定设计中可能出现问题的电压降的区域，此类分析使设计人员能够创建可靠而有效的PCB设计。

改善沟通与协作
电子和机械设计人员经常在各自的领域中孤立工作。缺乏沟通和协作可能意味着设计不能按时完成，因为每个变更请求都会增加产品开发的时间和成本，并降低公司的竞争优势。即使设计已经完成，将设计传达给制造商也可能导致挫败感和不准确性，再次使开发变得更加昂贵和耗时。
因此，在你将PCB设计文档发给制造商之前，使用华秋DFM软件进行检测是一项非常重要的步骤，通过一键检测直接分析你的设计中所存在的隐患。你可以根据软件给出的建议对你的PCB设计进行修改，从而避免PCB制造中可能出现的失败风险并提升你的PCB性能。并且通过华秋DFM进行估价，减少与制造商的沟通成本。