לאחר שה-Layout וה-Routing הושלמו, האמינות לטווח ארוך תלויה בכמה קווי הנחיה מעשיים לתכנון PCB: בחירת רכיבים שמתאימים לייצור, בחירת מצע (Substrate) נכון, שליטה ב-EMI/EMC, ויישום תכנון תרמי חזק ללוח. מדריך זה (חלק 2) מסכם כללים מוכחים שמתאימים לציפיות ייצור בשוק האמריקאי ולמציאות של ייצור סדרתי.
1. בחירת רכיבים: לחשוב מעבר לגודל ולמפרט
בחירת רכיבים אינה החלטה חשמלית בלבד. היא משפיעה גם על Yield בהרכבה, יכולת בדיקה, סיכון ל-Rework, ועלות.
כשאפשר – לבחור מארזים נפוצים
בחירה במארז הקטן ביותר “רק כי הוא נכנס” יכולה להקשות על ההרכבה ולהעלות סיכון לתקלות. Footprints סטנדרטיים בדרך כלל קלים יותר להשגה, להרכבה ולאימות.
בחירת מארז חשובה: זהירות עם QFP בצפיפות פינים גבוהה
ב-IC עם רגליים (Leaded ICs), צורת הרגל וה-Pitch משפיעים גם על מורכבות ה-Routing וגם על איכות ההלחמה. כלל אצבע: מארזי QFP עם Pitch מתחת ל-0.5 מ״מ דורשים בדיקה קפדנית יותר. אם התכנון מאפשר, BGA יכול להיות פתרון ידידותי יותר לייצור כשיש צפיפות I/O גבוהה.
לבדוק יכולת הלחמה והתאמה לתהליך ללא עופרת
ודאו שהמארז, גאומטריית המגעים ונתוני האמינות מתאימים ל-Process Window שלכם—במיוחד אם אתם עובדים עם Lead-Free Reflow.
לשמור ספריית רכיבים שימושית ומסודרת
ספרייה מסודרת (ממדים מכניים, מידות Pads, מידע ספק) מפחיתה טעויות Footprint ושומרת על עקביות בין רוויזיות.
2. בחירת חומרי PCB: להתאים את המצע למשימה
“FR-4” הוא לא חומר אחד אחיד. יש הבדלים משמעותיים בין סוגי חומרים מבחינת התנהגות חשמלית, יציבות תרמית ועמידות לטווח ארוך. התחילו ממיפוי הדרישות למבנה הלוח—חד-צדדי, דו-צדדי או רב-שכבתי—ואז קבעו עובי בהתאם לגודל הלוח ולעומס הרכיבים.
צרכים חשמליים קודם
אם העיצוב רגיש להפסדים או להתנהגות אימפדנס, בחרו חומר שתומך בדרישות Integrity של האות—לא רק הכי זול או הכי מוכר.
שלישיית האמינות: Tg, CTE ושטיחות
כאשר הלוחות עוברים מחזורי טמפרטורה חוזרים, תכונות החומר הופכות לקריטיות:
- Tg (טמפרטורת מעבר זכוכיתי): Tg גבוה לרוב תורם לעמידות תרמית טובה יותר
- CTE (מקדם התפשטות תרמית): אי-התאמה יוצרת מאמצים, במיוחד בציר Z
- שטיחות/עיוות (Flatness/Warpage): משפיע על Yield בהרכבה ועל בדיקות
שימו לב גם ליכולת החומר לתמוך ביצירת vias איכותיים ובמטליזציה של חורים מצופים (Plated Through-Hole, PTH)—נושא שמקושר ישירות לאמינות בלוחות רב-שכבתיים.
לא להתעלם מהעלות—לאזן נכון
מחירי חומרים יכולים להשתנות משמעותית בין FR-4 סטנדרטי, גרסאות High-Tg, פוליאימיד ולמינטים ל-RF. בחרו באופציה הזולה ביותר שעוד עומדת בדרישות החשמל והאמינות.
3. EMI / EMC: לצמצם צימוד לפני שזה הופך לבעיה
התערבות חיצונית ניתן לצמצם באמצעות מיגון מארז ושיפור חסינות המעגל, אבל רעש שנוצר בתוך הלוח עצמו נקבע בעיקר לפי איך ממקמים רכיבים ואיך מנתבים מסלולים.
להפריד אזורים “רועשים” מאזורים רגישים
אם שני רכיבים עלולים להשפיע זה על זה, מרחק הוא הכלי הראשון. כשאי אפשר להגדיל מרחק, צריך בידוד או מיגון.
להימנע ממסלולים מקבילים ארוכים בין “עולמות תדר” שונים
ניתוב מקביל של אותות לא קשורים עלול לגרום ל-Crosstalk. למסלולים מהירים או בתדר גבוה, Guard/Shield מוארק יכול לעזור כשמיישמים אותו בצורה נכונה.
לנצל את ה-Stack-Up
- בלוחות דו-שכבתיים: הקדישו צד אחד לאותות ושמרו את הצד השני כייחוס GND רציף ככל האפשר.
- בלוחות רב-שכבתיים: מיקום מסלולים רגישים בין שכבות ייחוס מוצקות יכול להפחית גם קרינה וגם קליטת רעש.
- בניתוב בסגנון מיקרוגל, מבנה קו ההולכה ועובי הדיאלקטרי חייבים לעמוד ביעד האימפדנס.
לקצר מסלולים בתדר גבוה
מסלולים קצרים יותר—כמו מסלולי בסיס טרנזיסטור ומסלולי HF—בדרך כלל מפחיתים קרינה ומקטינים הזדמנויות לצימוד.
להפריד נתיבי חזרה ודומיינים של מתח/אדמה כשיש הבדלי תדר
שיתוף אותו מסלול GND/Power בין מעגלים בתדרים שונים הוא מקור שכיח להזרקת רעש.
להפריד Analog GND ו-Digital GND—ואז לחבר פעם אחת
גישה פרקטית: להשאיר מערכות GND אנלוגית ודיגיטלית נפרדות, ואז לחבר אותן בנקודה משותפת אחת בממשק ההארקה החיצוני.
להגדיל מרחקים כשיש הפרשי מתח גדולים
יותר מרחק מפחית צימוד ומוריד סיכון בתנאי מאמץ.
4. תכנון תרמי: לא לתת לחום לקבוע את הגבולות
כשהצפיפות עולה, הטמפרטורה הופכת לגורם אמינות מרכזי. חום עודף יכול לשנות פרמטרים, לקצר אורך חיים ואף לגרום לכשל.
להשתמש בנחושת כמפזרת חום
יותר שטח נחושת סביב רכיבי הספק—במיוחד על אזור האדמה—עוזר לפזר חום ולהקטין Hot Spots.
להוסיף פתרונות מכניים כשצריך
רכיבים עם פיזור גבוה עשויים להזדקק להרמה מהלוח או לשילוב Heatsinks כדי למנוע ריכוז חום בלמינציה.
GND פנימי כ-Mesh (ותכנון מודע לקצוות)
בלוחות רב-שכבתיים, תבנית GND פנימית בסגנון Mesh יחד עם מיקום מודע לקצוות יכולים לשפר חוזק מכני וגם ביצועים תרמיים.
לבחור חומרים עמידים לחום/מעכבי בעירה כשנדרש
אם סביבת העבודה או טמפרטורת התהליך מחמירות, בחרו חומרים שיכולים לעמוד בכך.
מסקנה (Takeaway)
קווי הנחיה אלו לתכנון PCB—בחירת רכיבים טובה, בחירת חומר נכונה, שליטה ממושמעת ב-EMI/EMC, ותכנון תרמי מעשי—מסייעים לצמצם Rework, לשפר יכולת ייצור ולהעלות אמינות לאורך זמן בייצור סדרתי.
