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ANALOG/MIXED SIGNAL
PCB DESIGN
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- ELETTRONICA OGGI 446 - GIUGNO 2015
Dato che gli schemi elettrici sono i documenti fondamentali
del progetto, la loro accuratezza e completezza sono critiche.
La figura 2 mostra una porzione di uno schema che illustra
come siano indicati i numeri e i nomi dei piedini (pin), i valori
dei componenti e le loro massime tensioni operative.
La sigla del produttore determina il prezzo e le specifiche as-
sociate ad ogni simbolo nello schema elettrico. Il package del
componente determina le dimensioni dello stesso una volta
montato sulla scheda. Quando si disegnano le piazzole (pad)
sul circuito stmpato è importante adottare il lo spazio occu-
pato (footprint) raccomandato dal produttore, assicurandosi
che la piazzola di rame esposto per ogni pin sia posizionata
correttamente e sia leggermente più larga del pin stesso (da 3
a 20 mils a seconda dell’area disponibile e del metodo di sal-
datura). Alcuni componenti sono incapsulati in package mi-
croscopici che non consentono di lascare lo spazio per que-
sto margine: anche in questo caso una striscia di soldermask
di 2,5-3 mils dovrebbe essere applicata tra i pin sulla scheda.
Nell’esecuzione del layout è buona norma seguire la “regola
del 10”: le vias (fori conduttivi) più piccole devono avere un
diametro di 10 mils con un anello metallico attorno di 10 mils.
Le piste devono essere distanti almeno 10 mils dai bordi della
scheda ed il passo minimo tra piste parallele deve essere di
10 mils (5 mils di spazio e 5 mils di rame). Vias di diametro
superiore a 40 mils devono avere un anello
di spessore maggiore per motivi di affida-
bilità. Uno spazio libero (clearance) di 15-
25 mils deve essere rispettato sui piani di
massa sulle facce esterne e tra il piano e i
pin. Ciò riduce il rischio di cortocircuito in
fase di saldatura.
La fase successiva prevede il controllo
della posizione dei componenti, appena
le posizioni dei vari componenti e delle in-
terconnessioni sono state decise. Una re-
visione delle posizioni dovrebbe
essere eseguita immeditamente
dopo una primo posizionamento,
in modo da eseguire modifiche
che facilitino lo sbroglio e ottimiz-
zino le prestazioni. La posizione e
il package dei componenti sono
spesso riconsiderate in questa
fase e vengono introdotte delle
modifiche in base alle dimensio-
ni e ai costi.
I componenti che assorbono più
di 10 mW o che sono interes-
sati a una corrente maggiore di
10 mA normalmente richiedono
particolare attenzione agli aspetti termici. L’impedenza delle
piste sui cui viaggiano segnali sensibili dovrebbe essere con-
trollata e tali piste schermate da sorgenti di rumore tramite
dei piani di rame. I componenti di gestione dell’alimentazione
dovrebbero impiegare i piani di massa e i piani di alimenta-
zione per dissipare il calore. Inoltre, delle connessioni oppor-
tunamente dimensionate per correnti elevate devono essere
introdotte per ridurre la caduta di tensione sui collegamenti.
I passaggi tra i piani per i percorsi a correnti elevate dovreb-
bero essere realizzati con vias multiple, normalmente da due
a quattro per ogni passaggio, in modo da massimizzare l’affi-
dabilità, ridurre le perdite resistive e l’impedenza induttiva e
migliorare la conducibilità termica. La figura 3 aiuta a visua-
lizzare il trasferimento di calore nel circuito stampato.
Lo spessore del rame, il numero di strati, la continuità dei per-
corsi termici e l’area della scheda hanno un impatto diretto
sulla temperatura operativa dei componenti. Le temperature
operative possono essere ridotte aggiungendo piani uniformi
di massa o di alimentazione collegati direttamente alla sor-
gente di calore con molteplici vias. L’uso di piani termicamen-
te conduttivi per distribuire uniformemente il calore riduce
significativamente i picchi di temperatura massimizzando
l’area della scheda utilizzata per lo scambio di calore con l’at-
mosfera.
Fig. 2 – Estratto dello schema elettrico del regolatore BUCK del ricevitore wireless di potenza IDTP9021R
Fig. 3 – Conduzione del calore generato dal circuito integrato attraverso l’uso di vias termiche
(come le E-PAD) e di piani di rame