七招教你规避嵌入式PCB工程更改.pdf

七招教你规避嵌入式 PCB 工程更改 工程更改(ECO)将推高设计成本，造成产品开发大量延迟，进而延迟产品上市时间。然而， 通过认真思考经常发生问题的七大关键领域，可以规避大多数ECO。这七大领域是：元器 件选择，存储器，湿度敏感等级(MSL)，可测性设计(DFT)，冷却技术，散热器以及热膨胀 系数(CTE) 。 元器件选择 为了规避ECO，全面通读元器件规格书很重要。PCB 设计师一般都会例行检查元器件的 电气和工程数据以及产品寿命和可用性。但当元器件处于市场推广的早期阶段，数据手册 上可能还没有全部的关键指标。如果元器件上市才几个月，或者只能提供小批量样品，那 么当前可获得的可靠性数据可能没有普遍性，或不够详细。举例来说，最终可能无法提供 足够多的可靠性数据，或有关现场失效率的质量保证数据。 不要轻信规格书中写的表面文章很重要，而是要积极联系元器件供应商，尽可能多地了解 元器件的特性以及如何将这些特性应用于设计。 元件需要处理的最大期望电流或电压就是一个很好的例子。如果所选的元件不能处理足够 的电流或电压，那么元件很可能烧坏。图1 显示的是一个烧坏了的电容。 图1：由于元件选择不当致使电路中流过相当大的电流或电压将有可能发生像这个烧过的 电容这样的损坏。 让我们看另外一个例子——栅格阵列(LGA)封装的器件。除了电气和机械约束外，你可能 需要考虑推荐的助焊剂类型、允许或不允许的回流焊温度以及允许的焊点空洞等级。 目前还没有专门与LGA 器件相关的空洞方面的IPC 标准。目前在一些情况下，空洞等级 最高为30%的LGA 器件被认为是可靠的。然而一般来说，最大为25%的较低空洞等级更 好，20%最好了。图2 显示了空洞等级为20.41%的焊球，这是IPC Class II 标准能够接受 的。 图2：IPC Class II 可以接受20.41%空洞等级的焊球。 在缺少空洞数据的条件下，设计工程师必须依靠他们的经验、技巧和常识，利用不会马上 停产、可以从多个渠道获得、市场上容易找到的元件开展他们的设计。 在元器件选择过程中进行额外的分析和计算同样非常重要，比如计算峰值性能时的电流或 电压。一个元器件可能规定了某个峰值温度和电流值时的性能指标。然而，针对特定的设 计，PCB 设计师必须采取行动确保他或她亲自做了这些关键的计算。 工程师不仅要负责计算单个元器件，而且要考虑该元器件与特定设计中使用的其它元器件 之间的关系。举例来说，这种计算对于发热量很高的模拟元件来说尤其重要。比如有许多 模拟元件放置在电路板的同一面，并且彼此挨着。这些元器件会产生相当大的功率，因而 与电路板的另外一面( 自然是数字器件)相比产生的热量会高很多。在这种情况下，插满了 模拟器件的那一面有可能发生阻焊层剥离现象。 元器件电路的模拟部分会产生大量热量。过热可能导致阻焊层剥离，在最坏情况下，可能 烧坏元器件。图3 显示了电路板的阻焊层剥离现象。 图3：散热不好可能导致PCB 阻焊层的剥离。 设计和版图工程师需要在版图设计阶段合作开展元器件的布局，避免元器件太靠近电路板 边缘，或太靠近另外的元器件，避免相互间没留出足够的空间。在计算机上很容易设计元 器件布局，但如果在版图中没有精确地创建元器件封装，那么贴片机可能无法完美地将这 些器件紧邻放置。例如，图4 显示了元器件稍突出于电路板的情况。 图4：连接器边缘稍突出于电路板的边缘。 存储器 同样的原则也适用于存储器的选择。由于不断有新一代更先进的DRAM 和闪存上市，PCB 设计师要想始终走在技术前沿、及时准确地判断不断变化的存储器规范如何影响更新的设 计是极具挑战性的一项任务。 比如DDR2 代DRAM 有别于今天的DDR3 器件，而DDR3 器件将有别于未来的DDR4 DRAM。在写这篇文章时，JEDEC 已经宣布发行DDR4 标准——JESD79-4 。据市场调查 公司iSuppli 透露，DDR3 DRAM 在目前DRAM 市场中所占份额是85%至90%。不过该 公司预测，新推出的DDR4 在2014 年将占到 12%的份额，并且到2015 年将迅速增长到 56%。 PCB 设计师需要随时关注DDR4 的崛起，并与OEM 客户保持紧密合作，因为他们在推出 下一代嵌入式系统时很可能包含 DDR4 DRAM。他们必须很好地掌握新的特性和功能动态， 避免设计上的满足感以及因此导致的工程更改单。另外一件需要注意的事是，存储器价格 会发生波动。 湿度敏感等级(MSL) 湿度敏感等级(MSL)很容易被忽视。如果OEM 厂商在设计中不顾及MSL，关键的MSL 规 范没有得到正确对