Elettronica_Oggi_446

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ANALOG/MIXED SIGNAL PCB DESIGN
32 - ELETTRONICA OGGI 446 - GIUGNO 2015
Questa immagine mostra l’efficacia nella distribuzione unifor-
me del calore dalla sorgente a tutte le superfici esposte della
scheda. In caso di dissipazione uniforme è possibile impiegare
questa formula per stimare la temperatura superficiale:
dove:
• P è la potenza dissipata sulla scheda
• Area è l’area della scheda (dimensioni x per y)
• ΔT è la differenza tra la temperatura superficiale e la tempe-
ratura ambiente
• HeatCONVECTION è la costante di convezione
Revisione e rifinitura del progetto
Il posizionamento dei componenti dovrebbe essere eseguito
nell’ordine seguente: connettori, circuiti di potenza, circuiti
sensibili e di precisione, componenti critici e poi tutto il resto.
A questo punto lo schema elettrico ha tutti i suoi componen-
ti piazzati sulla scheda. La gerarchia di priorità nello sbroglio
è dettata dalle tensioni di alimentazione, dalla suscettibilità o
dalla generazione di rumore e dalla capacità di tracciamento
delle piste. In generale piste di larghezza 10-20 mils sono utiliz-
zate per trasportare correnti di 10-20 mA, mentre tracce da 5-8
mils per correnti inferiori a 10 mA. Le piste che portano segnali
ad alta frequenza (superiore a 3 MHz) e velocemente variabili
nel tempo devono essere disegnate con grande attenzione, in
particolare quando attraversano nodi ad alta impedenza.
A questo punto il layout dovrebbe essere controllato da un
responsabile del progetto per ritoccare le posizioni dei com-
ponenti e i percorsi delle piste in modo iterativo fino all’ottimiz-
zazione di tutti i vincoli di progetto. Il numero di strati dipende
dal numero di tensioni di alimentazione e dalla complessità del
circuito. Gli strati sono aggiunti a coppie a causa del metodo
di fabbricazione. Tra i fattori più importanti che influenzano
il funzionamento vi sono il layout dei segnali di potenza e dei
piani di alimentazione, lo schema di messa a massa e la pos-
sibilità di utilizzare la scheda come desiderato. Un’ispezione
finale dovrebbe verificare l’adeguata schermatura dalle sor-
genti di rumore dei nodi e dei componenti più sensibili, assi-
curarsi dell’esistenza della soldermask tra i pin e le vias e che
la serigrafia sia leggibile e concisa.
Quando si determina la distribuzione dei piani, è consigliabile
impiegare il primo strato interno sotto i componenti come pia-
no di massa e assegnare i piani di alimentazione agli altri livel-
li. Idealmente, la scheda dovrebbe essere simmetrica nell’allo-
cazione verticale dei piani rispetto al piano centrale. In questa
fase qualsiasi altro vincolo deve essere preso in considerazio-
ne al fine di correggere la scheda in base alle ultime revisioni.
Una lista delle modifiche dovrebbe essere creata e aggiornata
a ogni passo di revisione sino alla conclusione della scheda.
Durante tutte le fasi di esecuzione del layout dovrebbe essere
sempre utilizzato un sistema automatico di controllo dei vinco-
li di progettazione, o DRC (Design Rule Checker), per evitare
errori. Naturamente il DRC è in grado di segnalare solamente
gli errori per cui è stato programmato e l’insieme di regole di
verifica cambia spesso tra i vari progetti.
L’insieme di regole basilari dovrebbe comprendere: la spazia-
tura tra componente e componente, la presenza di maglie non
connesse (ogni nodo del circuito è identificato da un nome
univoco nella netlist), cortocircuiti, violazioni della spaziatura
minima, vias troppo vicine ai pad di saldatura o troppo vicine
tra loro e violazioni della clearance.
Moltre regole aggiuntive possono essere impostante nel DRC
per assicurarsi un progetto robusto. Altre regole generali in-
cludono: mantenere gli spazi liberi sopra i 5 mils, evitare di
piazzare le vias all’interno dell’area coperta dai pad di compo-
nenti a montaggio superficiale e assicurarsi che la soldermask
sia presente su tutte le piazzole da saldare.
Infine, può essere utile per i progettisti comprendere i fattori
che incrementano il costo di un circuito stampato. Una scheda
normale è a 2 o a 4 strati, priva di fori di diametro inferiore a
10 mils, con spaziatura e larghezza delle piste di almeno 5 mils,
realizzata in FR-4 di spessore 0,062 pollici e con uno spessore
del rame di 35 micron (1 oz).
I fattori che incrementano il costo sono: l’aggiunta di altri strati,
uno spessore maggiore o minore della scheda o delle piste di
rame, vias nel pad, vias piene, vias cieche o sepolte e un tem-
po di fabbricazione minore. n
Note
[1] Queste caratteristiche speciali includono: intagli, sago-
mature, smussature, vias riempite sotto i pad (impiegate ad
esempio nei package di tipo BGA che hanno file di pad sotto
il componente) vias cieche o sepolte, rifinitura o livellamento
della superficie, tolleranze sui fori, numero di strati e così via.
Fig. 4 – Immagine termica di un circuito integrato di regolazione dell’a-
limentazione su un circuito stampato