大家也許已經遇到過或即將面臨這個問題:
一個全新的概念給團隊帶來了商機,但是為了節省時間而需要利用已有的設計來減少工作量。盡管單板外形可以重復使用,但是某個連接器的位置卻不能復用。
設計的生搬硬套非常困難,這無異于削足適履。
“一個新設計,無論是原創還是翻新,都需要良好的基礎。”
除了過度擁擠的問題之外,有時將全新或修改后的電路放入預設的形狀因素中,會比在電子器件周圍新建結構更加費力。這就好比與其改造一套不合心意的精裝房,不如按照自己喜好裝修一套毛坯房來得容易。通常而言,我采取的第一步措施是調研設計規則——檢查上一次迭代的密度指標,并讀取記錄新原理圖網表數據前后的引腳數量等內容,這讓我清楚地了解接下來的步驟。在這一步,單位面積的pin數是我的技術指標。而接下來的步驟要點請聽我逐一解釋——
1不破不立
注意開路、短路的數量以及網表導致的缺失的封裝是非常必要的。layout的第一個實際操作是刪除導致違反設計規則(短路)的對象。不破不立,新的設計不需要相同的布線;而定義了舊的射頻路徑及其所有接地過孔的精心設計的鋪銅恰恰是我們棄舊迎新的阻礙。但是請記住這點:當元件并未固定下來時,試圖保持同一的布線會導致重復壓力損傷。
2全盤皆在
通過仔細刪除器件周圍的走線,再創建一個包含該器件本身及其fan-out和匹配電路元件的模塊(module),我們可以移植整個器件。接下來我們在X和/或Y維度中按照既定量移動部件組,訣竅是要準確地知道移動的距離和方向。切記,在嘗試大幅度移動之前需要保存數據。
下面針對器件必須被移動或成為可重用的候選對象的情況,我們來做一個演示:
圖1 - 我們希望保留的fan-out和離散器件的布局
圖1顯示了我們想要“切割”的器件。 紅色虛線內的所有內容都必須清除,即器件本身加上左側的元件列部分。
圖2- 表層下面有過多內容
然而表層下面的連線過多,大大增加了我們的操作難度。在這種情況下,我們可以逐層處理并刪除所有跨越虛線的走線;或者我們可以預覽每層,然后在其周邊進行四次簡單切割,從而順利取走想要的部分。
圖3 –準備移動的器件
現在,路徑已經清晰明顯,我們可以將整個器件重新放置。剩余的走線由于與開始時的順序和層次相同,因此如果新位置相當接近,則連線可以一起恢復。我們此處沒有考慮電源,但將銅層重整為新拓撲結構的過程需使用highlight命令和創意多邊形功能。
3
(重新)校準設計規則
一旦整體的芯片布局概念獲得批準,我們就應該能夠具體化密度級別。IPC識別三種級別并具有最小、標稱和最大尺寸的設計規則。較大的焊盤可以為每個部件提供更大的空間,并且可以通過其寬大的焊盤尺寸來幫助解決節點溫度問題,從而提高設計的可靠性。
但是由于大焊盤不能通過回流焊工藝保持元件的完美對齊,而容易引起裝配線的問題。請記住,切勿在同一塊板上混合不同密度的封裝,同一部件存在兩種焊料外形的情況將導致至少部分焊點出現問題。
4
層疊驗證
現在我們已經為舊的電路板配備了新的元件組合和連接方案,下一步即要驗證舊的層疊。如果我們可以使用布線通道將最復雜的器件fan-out,我們的目的就達成了。但如果沒有改進的余地,甚至發生信號無法完全消除的情況,問題就變得棘手了。
這時候,我們就需要與原理圖團隊進行有效溝通。通常而言,大多數問題的解決方案都需要更多而非更少的電路,我們也無法在發現問題之前解決問題。因此,在layout過程中進行中途改進是很正常的。但是為了最大程度降低問題的棘手度,我們能做到的便是預見這個可能并在placement的時候在各個地方留有余量。
5
“綠地“方法
“綠地”項目是指不受先前工作所施加的限制條件的項目。這類項目類比在綠地上的建設中不需要在現有建筑或基礎設施的約束下工作
也許我們即將開展一個“綠地”項目:全新的電路板設計揭示了全新的產品外形,我們期望在某些位置具備新的安裝孔。這會使電路板原先寬裕的區域變得受限于封裝,同時又增加了連接器的數目。而其要點是——PCB正在往兩個方向發展:物理和電氣。團隊中的每個人都從設計小部件這樣一般而又模糊的概念開展項目,有時甚至直到項目的最后一天, 我們才通過反復迭代來確定最終的設計形式。
除了共同開發之外,我們已經達到了所有元件都能設計在電路板上的水平。Fan-out研究或讓我們對舊的層疊設計富有信心,或為我們提供新的層疊設計;而不管怎樣,我們都因此實現了第一個進度目標。
6
布局
現在是時候進行關鍵電路高級仿真了。將風險元素定義為高速、寬帶和電源完整性這三大方面,使我們能夠在刻蝕任何銅之前通過虛擬迭代而保持領先。連接所有“特殊”網絡,使SI / PI專家進行深入研究。設計的早期階段產生的種種不確定性問題,迫使我們使用現有技術來獲取對設計的性能見解;而在我們現有的設計技能中,仿真分析顯然是最關鍵的效率倍增器之一。
早在金拱門還是麥當勞的時候,其經營者有句名言適用于此:
如果你有時間靠著休息,你就有時間打掃衛生。
這意味我們要在忙碌的間隙搞定小事。
當我們為仿真進行修改時,也是了解絲印、裝配子面板和各種可交付成果的好時機。很可能10%的部件將被移動,參考指示器則必須在電路板完成時再次進行對齊。而這意味著,我們在關鍵的流片時間里不需要在意其他90%的部件。在layout過程中巧妙地使用停工時間有助于推動我們的設計成功。
總結
一個新設計,無論是原創還是翻新,都需要良好的基礎。而該基礎的原則是圍繞設計需求,并將這些需求轉化為電氣約束和機械標準。最終布局脫胎于一次次的揭露設計痛點的fan-out優化中,而這實際上就是要為 layout付出大量的時間:有史以來最復雜的PCB設計就誕生于周而復始的失敗……
我們的工作始于清理舊部件并且要持續管理,這樣設計階段的后期工作才不會成為設計規則檢查的噩夢。將時間管理和專注于捕獲設計意圖(規則)作為布局階段的一部分,會使我們(或自動布線器)在解決其余難題時處于有利位置。前期的努力付出不僅會在當下的設計中得到回報,更會在日后的工作中收獲額外的驚喜。良好的開端雖不能保證良好的結局,但糟糕的開局則意味著出局無疑。明智地去選擇,讓我們一起笑到最后。
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原文標題:特邀博主I 第一批看完此文的layout工程師都贏在了起跑線上
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