Trong quá trình chế tạo và sản xuất PCB, luôn có mối quan tâm về chất lượng thiết kế, năng suất cao và ngăn ngừa việc làm lại hoặc loại bỏ các bo mạch. Nếu bạn có một thiết kế bo mạch in, có lẽ bạn đã từng gặp phải vô số vấn đề bất ngờ ở nhiều giai đoạn phát triển khác nhau. Tuy nhiên, có một số quyết định thiết kế đơn giản mà các nhà thiết kế có thể đưa ra để ngăn ngừa năng suất thấp và đảm bảo độ tin cậy cao trong quá trình vận hành.
Một vấn đề thường phát sinh trong quá trình chế tạo là các lỗ không thẳng hàng và các trace nứt không mong muốn do khoan di chuyển. Ngay cả khi chúng không khiến bo mạch bị từ chối, chúng có thể dẫn đến các vấn đề về tách đường ray theo thời gian. Mặc dù chúng rất phổ biến và dường như nằm ngoài tầm kiểm soát của bạn, bạn có thể thực hiện các biện pháp nào để chuẩn bị và ngăn ngừa những vấn đề này xảy ra trong thiết kế của mình? Rất may, PCB teardrop trên các lỗ xuyên và pad của bạn giúp đảm bảo một cú khoan trượt vẫn có thể tạo thành một kết nối đáng tin cậy, đồng thời ngăn ngừa tách đường ray.
PCB Teardrops trong layout của bạn
Teardrop là một phần bổ sung đơn giản vào một đường dẫn tạo kết nối với một pad. Một ví dụ được hiển thị bên dưới, trong đó các đường I2C được kết nối với các via trong bố cục PCB. Trong hình ảnh bên dưới, teardrop PCB là một số đồng bổ sung được bo tròn từ đường dẫn đến mép của vòng khuyên của via. Bằng cách thêm phần đồng bổ sung này, đường dẫn có kết nối mạnh hơn với vòng khuyên trên via. Định dạng được hiển thị bên dưới có lẽ là kiểu teardrop PCB phổ biến nhất được sử dụng trên via. Kiểu teardrop khác đôi khi được gọi là kiểu người tuyết vì nó thêm một phần tròn nhỏ tại kết nối trace-to-via, thay vì sử dụng phần đồng bo tròn.
Trace I2C không có teardrop (trái) và có teardrop (phải)
Những teardrop trên pad và trace
Các teardrop PCB không chỉ giới hạn ở các vòng khuyên trên via, mặc dù đây là một trong những vị trí phổ biến nhất mà chúng có thể được tìm thấy trong PCB cho các ứng dụng có độ tin cậy cao. Ngoài via, các teardrop PCB có thể được thêm vào các pad SMD, các kết nối góc vuông giữa các trace và các vị trí mà một trace chuyển từ chiều rộng rộng sang hẹp. Các định dạng này được hiển thị bên dưới.
Altium Designer cho phép bạn dễ dàng thêm các teardrop PCB vào các đường dẫn, pad và via.
Tại sao nên sử dụng PCB Teardrops?
Trong quá trình chế tạo PCB, có hai vấn đề tiềm ẩn có thể xảy ra khi khoan một PCB thông thường:
- Mũi khoan có thể bị lệch trong quá trình chế tạo vì có một số sai số và độ trễ rất nhỏ trong các giai đoạn dịch chuyển CNC. Do đó, lỗ và mũi khoan có thể hơi lệch nhau và lỗ khoan có thể không thẳng hàng hoàn hảo với vị trí của pad.
- Các lớp có thể dịch chuyển rất nhẹ trong quá trình cán mỏng, dẫn đến việc các pad trên các lớp khác nhau không thẳng hàng. Mũi khoan có thể khoan chính xác vào một lớp, nhưng có thể không thẳng hàng ở lớp khác.
PCB teardrop là chính sách bảo hiểm của bạn chống lại sự dịch chuyển khoan và sự sai lệch lớp trong quá trình chế tạo. Nếu sự sai lệch nghiêm trọng, vẫn có khả năng cao là cú khoan sẽ không cắt đứt kết nối giữa pad và lỗ via. Đồng bổ sung vẫn sẽ cung cấp kết nối có thể được mạ.
Một lý do khác khiến teardrop được sử dụng trong bố trí PCB là để cung cấp thêm sức mạnh để các via có thể chịu được ứng suất nhiệt và cơ học. Bằng cách đặt fillet, chúng ta không có sự tập trung ứng suất tại điểm kết nối giữa một đường ray mỏng và pad hoặc vòng via. Thay vào đó, lực tác động lên giao diện đường ray-pad sẽ được phân tán trên một diện tích lớn hơn, giúp giảm ứng suất cơ học.
Ứng suất cơ học và nhiệt có thể phát sinh trong bố cục PCB trong quá trình chế tạo và trong quá trình vận hành thực tế. Trong trường hợp có chu kỳ nhiệt cực độ hoặc sốc cơ học, kết nối yếu giữa trace và pad có thể tách rời hoặc thậm chí gãy. Điều này có thể xảy ra trong cả thiết kế cứng và mềm. Nếu điều này xảy ra trong quá trình chế tạo hoặc lắp ráp, một bo mạch sẽ phải bị loại bỏ.
PCB Teardrops và Tiêu chuẩn IPC
Tiêu chuẩn IPC về độ tin cậy được chia thành Class 1-3. Các thiết kế tuân thủ Class 3 được thiết kế để có độ tin cậy cao nhất có thể, với các lĩnh vực ứng dụng bao gồm thiết bị điện tử quân sự và thiết bị hỗ trợ sự sống. Các thiết bị được phân loại là Class 3 cần có thời gian chết tối thiểu có thể và tuổi thọ dài nhất có thể. Các sản phẩm Class 3 cũng có các tiêu chuẩn chế tạo và lắp ráp khắt khe nhằm đảm bảo độ tin cậy.
Nhiều tiêu chuẩn IPC nêu ra các yêu cầu cụ thể và chung cho các sản phẩm Class 3. Trong số các tiêu chuẩn thiết kế và chế tạo khác nhau, IPC 6012 và IPC 2221A nêu rõ các yêu cầu về vòng khuyên , lỗ via mù/chôn, phần nhô ra của linh kiện, mối hàn và nhiều hơn nữa. Mặc dù các tiêu chuẩn IPC không đặt ra các yêu cầu thiết kế cụ thể cho teardrop, nhưng chúng được đề cập trong IPC 2221A như một phương pháp được khuyến nghị để đảm bảo độ tin cậy. Trong các thiết kế Class 3, rất nên sử dụng teardrop trên các vòng khuyên cho tất cả các lỗ via.
