1). 簡(jiǎn)介
計(jì)算機(jī)載板的開發(fā)可以分為三個(gè)主要任務(wù)：系統(tǒng)設(shè)計(jì)、原理圖設(shè)計(jì)和PCB布局。在我以前的博客中，已經(jīng)談到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和原理圖設(shè)計(jì)。在這里，想給你關(guān)于第三階段設(shè)計(jì)的一些見解，PCB布局。我個(gè)人很喜歡這個(gè)階段，因?yàn)樗枰芏嗟南胂罅徒?jīng)驗(yàn)。在這一部分，我想重點(diǎn)關(guān)注為Toradex計(jì)算機(jī)模塊設(shè)計(jì)一個(gè)低成本載板。
2). 布線
a). 但在我們開始PCB布線走線之前，我們必須決定什么樣的PCB疊層和技術(shù)適合我們的載板。由于我們希望設(shè)計(jì)一個(gè)低成本的載板，首先需要花一些時(shí)間優(yōu)化成本。
./ PCB 尺寸: PCB的成本幾乎隨其尺寸線性增加。這是另一個(gè)原因很好的解釋為什么一個(gè)計(jì)算機(jī)模塊比較適合你的預(yù)算。小封裝的芯片SoC和高速DDR3接口需要昂貴的PCB布線技術(shù)。具有昂貴的高密度HDI技術(shù)的PCB的尺寸僅被應(yīng)用于計(jì)算機(jī)模塊部分。相對(duì)大的計(jì)算機(jī)載板可以用更便宜的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)制造。
./ PCB 層數(shù):根據(jù)外圍電路的復(fù)雜性，四層甚至兩層板對(duì)于載板已經(jīng)是足夠了。隨著你在你的載板上有足夠的空間，你需要更少的層。例如，我們的評(píng)估板由四層PCB制成，而Ixora由于其組件密度而需要六層板。
./ PCB 厚度:你是否真的需要一個(gè)1.6mm厚的PCB？ 在不考慮PCB剛性前提下，或許1mm板厚已經(jīng)足夠了。減少PCB厚度意味著減少材料需求。 此外，如果PCB更薄，在鉆孔過(guò)程中可以堆疊更多的板，這減少了機(jī)器加工時(shí)間。不要低估使用更薄的 PCB 所節(jié)省的成本。請(qǐng)注意，PCB的剛度隨厚度的三次方減小。特別是當(dāng)你的板上有大型BGA器件，易于彎曲PCB可能會(huì)導(dǎo)致焊球裂紋。
./路徑線寬和間距:通過(guò)將走線寬度和間隙保持在最小150μm（6mil），可以降低PCB成本。走線和間隙常常由器件封裝決定。也許值得檢查一個(gè)不同的器件封裝。應(yīng)避免走線間隔低于100μm（4mil），因?yàn)閮r(jià)格將大量增加。
./阻抗控制:阻抗控制增加了額外的成本。即使在我們的布局設(shè)計(jì)指南中建議控制某些信號(hào)的阻抗，也有例外，你可以避免它。最重要的因素是載板上的信號(hào)走線長(zhǎng)度。如果你只有很短的走線例如。100Mbit / s以太網(wǎng)和USB 2.0（480 Mbit / s）接口，實(shí)際上不需要考慮阻抗控制，當(dāng)然接口速度也需要考慮。例如，如果SD卡接口的標(biāo)準(zhǔn)速度（25MHz）足夠，則阻抗控制則不是真正必要的。沒(méi)有一個(gè)通用的準(zhǔn)則來(lái)衡量是否需要阻抗控制。這里有很多經(jīng)驗(yàn)涉及。如果你決定不控制阻抗，一個(gè)干凈的布線路由甚至更重要。嘗試避免樹狀布線考慮信號(hào)的電流返回路徑。
./鉆孔和銑削公差:不要過(guò)于約束你的設(shè)計(jì)。嚴(yán)格公差增加生產(chǎn)成本。在通孔和直插THT孔處的較大環(huán)形環(huán)將給PCB制造商留下更多的公差。添加淚滴將進(jìn)一步放松鉆孔公差并提高產(chǎn)量。如果使用較大的鉆頭直徑作為過(guò)孔，制造商能夠在鉆孔過(guò)程中堆疊更多的PCB，鉆頭可以使用更長(zhǎng)時(shí)間。
./表面清理:不要低估PCB表面處理的成本。計(jì)算機(jī)模塊PCB需要相當(dāng)昂貴的表面光潔度：帶鍍金邊緣連接器焊盤的無(wú)電鍍鎳浸金（ENIG）表面涂層。這是由于細(xì)間距BGA器件所需要的。你應(yīng)該檢查是否可以通過(guò)使用熱空氣焊料水平（HASL）或有機(jī)表面保護(hù)（OSP）來(lái)節(jié)省一些錢。與你的PCB制造商和你的EMS生產(chǎn)商談?wù)劚砻婀鉂嵍鹊闹笜?biāo)。
./表面貼片和直插混合技術(shù):這個(gè)部分的優(yōu)化與裝配成本有關(guān)。 如果設(shè)計(jì)采用表貼SMD和直插THT元件（例如連接器），則應(yīng)嘗試SMD元件僅位于一側(cè)（參見Apalis和Colibri評(píng)估板）。這允許使用成本優(yōu)化的波峰焊接技術(shù)。或者可以采用過(guò)孔蓋油。如果因電路板密度需要在兩側(cè)都有SMD元件（參見Ixora和Iris板），則需要選擇性焊接直插THT元件。在THT焊盤和SMD元件之間留出至少5mm的空間。否則手工焊接無(wú)法避免。
b). 在優(yōu)化PCB本身的成本后，我想給你一些提示，可以幫助你在第一個(gè)版本就取得成功。首先，建議仔細(xì)閱讀我們的布局設(shè)計(jì)指南。在本指南中，我們努力集中收集一系列的建議，以避免布局設(shè)計(jì)中的常見錯(cuò)誤，特別是對(duì)于高速信號(hào)。多年來(lái)，我看到了很多的PCB布局，可以很容易地改進(jìn)，無(wú)需任何額外的PCB制造成本。
我通常從已經(jīng)確定為最敏感的信號(hào)開始PCB布局。這樣的信號(hào)例如是PCIe和類似的高速接口。即使我從這些信號(hào)開始，仍舊試圖對(duì)低速信號(hào)以及電源軌布線會(huì)有一個(gè)規(guī)劃。
我或許不需要建議你仔細(xì)使用布局工具的內(nèi)置設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC）。此外，我建議使用第二個(gè)工具來(lái)獨(dú)立于布局工具查看生產(chǎn)數(shù)據(jù)（Gerber文件）。在這樣工具檢查的結(jié)果下，我已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在設(shè)置中創(chuàng)建Gerber文件已經(jīng)有很多錯(cuò)誤。通常向一個(gè)同事提出這樣的Gerber文件審查請(qǐng)求是值得的。一個(gè)有價(jià)值且免費(fèi)的Gerber數(shù)據(jù)查看器例如是來(lái)自GraphiCode的GC-Prevue。
3). 總結(jié)
我希望在如何進(jìn)行計(jì)算機(jī)載板成本優(yōu)化方面給你一些建議，也許你有自己的策略優(yōu)化你的硬件設(shè)計(jì)。請(qǐng)留下評(píng)論并分享你的經(jīng)驗(yàn)。
