È necessario aggiungere le teardrops quando si progettano PCB?

Questa domanda può scatenare un lungo dibattito tra ingegneri sia nuovi che esperti nel settore dell'elettronica: alcuni insistono che le teardrops debbano essere aggiunte all'intera scheda, definendola un'"operazione salvavita" per migliorare l'affidabilità; altri si oppongono fermamente, lamentando che aggiungerle a schede ad alta frequenza causa direttamente il fallimento del segnale. Ancora più confuso è il fatto che gli ingegneri esperti abbiano approcci completamente opposti.

In realtà, non esiste una risposta standard "da aggiungere" o "da non aggiungere assolutamente" per le teardrops. La chiave è capire la loro vera funzione e trovare i giusti scenari applicativi. Oggi, spiegheremo la logica fondamentale delle teardrops PCB in termini semplici, così non dovrai più preoccuparti di questo argomento!

Innanzitutto, capisci questo: le teardrops non sono "decorative", ma una raccolta di 5 funzioni pratiche.

Le teardrops sono le aree di rame di transizione a forma di goccia o ad arco tra le tracce e i pad o le vias del PCB. Possono sembrare insignificanti, ma nascondono cinque funzioni chiave:

1. Rafforzare la connessione:
Come le strisce di rinforzo sulle cuciture dei vestiti, le teardrops aumentano l'area di contatto tra la traccia e il pad, disperdendo le forze esterne. Che si tratti di vibrazioni durante il trasporto del prodotto, di inserimento e rimozione durante l'uso, o di successiva manutenzione e rimozione del connettore, impedisce che il pad e la traccia si strappino, raddoppiando direttamente la resistenza meccanica.

2. Proteggere i pad dal "fallimento":
Durante i cicli di saldatura multipli, i pad sopportano ripetutamente lo stress di espansione e contrazione termica, portando facilmente a deformazioni e distacchi; anche l'incisione irregolare durante la produzione e il disallineamento delle vias possono causare la rottura dei pad. Le teardrops agiscono come un buffer, assorbendo lo stress termico e riducendo questi rischi di fallimento.

3. Garantire una trasmissione fluida del segnale:
Quando le larghezze della traccia e del pad cambiano bruscamente, i segnali sono soggetti a riflessione e attenuazione. La transizione fluida della teardrop riduce le variazioni di impedenza, consentendo una trasmissione del segnale più fluida e prevenendo "ingorghi."

4. Migliorare la "resa" della produzione:
Le punte dei trapani hanno inevitabilmente lievi deviazioni durante la foratura. La tolleranza extra di rame della teardrop "attutisce" questo, impedendo che la traccia si rompa a causa delle deviazioni di foratura; riduce anche i problemi di sovra-incisione durante il processo di incisione, dando alle fabbriche una maggiore tolleranza agli errori durante la produzione.

5. Un "bonus" estetico:
Rispetto alle connessioni ad angolo retto rigide, le teardrops rendono la transizione tra le tracce e i pad più naturale, migliorando l'aspetto generale del PCB. La scheda appare più organizzata e professionale, e l'effetto visivo viene direttamente migliorato.

In questi scenari, le teardrops sono un "must-have", e ometterle porterà inevitabilmente a problemi.

In base agli scenari applicativi reali, si consiglia di dare la priorità all'aggiunta di teardrops nelle seguenti 4 situazioni per ridurre significativamente il rischio di guasto del prodotto:

1. Ambienti con elevato stress meccanico: aggiunta obbligatoria
Prodotti come l'elettronica automobilistica, i controllori industriali e le interfacce dei connettori frequentemente inseriti/rimossi sono soggetti a vibrazioni, collisioni o frequenti inserimenti/rimozioni. La connessione tra le tracce e i pad è un "punto debole" in cui lo stress è concentrato. Si consiglia di scegliere teardrops arrotondate o a forma di "pupazzo di neve", che possono disperdere efficacemente lo stress e prevenire guasti da frattura durante l'uso.

2. Scenari di segnale ad alta frequenza/alta velocità: aggiungere con cautela
I circuiti ad alta frequenza e ad alta velocità come i moduli di comunicazione 5G e le interfacce di memoria ad alta velocità hanno requisiti estremamente elevati per l'integrità del segnale. Le teardrops non devono essere aggiunte alla cieca; è necessario dare la priorità a teardrops lisce e curve e l'abbinamento dell'impedenza deve essere verificato tramite simulazione per evitare distorsioni del segnale causate dalle teardrops.

3. PCB ad alta densità: aggiunta selettiva
Le schede ad alta densità come le schede madri dei telefoni cellulari e i dispositivi indossabili hanno uno spazio di routing estremamente limitato. L'aggiunta di teardrops all'intera scheda occuperà spazio extra e influirà sulla densità di routing. Si consiglia di aggiungerle solo a pad e vias critici e di ometterle nelle aree non critiche per bilanciare l'affidabilità e l'efficienza del routing.

4. Scenari di ottimizzazione della produzione di massa: regolare in base alle esigenze
Per i prodotti elettronici di consumo a basso costo, se le capacità di processo del produttore di PCB sono nella media (ad esempio, bassa precisione di foratura), l'area di copertura della teardrop può essere aumentata in modo appropriato per compensare le carenze del processo e migliorare la resa della produzione di massa; se il processo del produttore è maturo, è possibile utilizzare le dimensioni convenzionali per evitare di sprecare spazio.

Aggiungere teardrops in questi 3 punti equivale a... Aggiungere teardrops: procedere con cautela!

Non tutti gli scenari sono adatti per l'aggiunta di teardrops. Aggiungerle alla cieca nelle seguenti situazioni sarà solo controproducente:

1. Aree sensibili all'impedenza:
Per le aree con requisiti di impedenza estremamente elevati, come antenne e coppie differenziali, la verifica dell'impedenza deve essere eseguita prima di aggiungere le teardrops. Se le teardrops causano una mancata corrispondenza dell'impedenza, influenzerà direttamente le prestazioni del prodotto, peggiorando la situazione rispetto a non aggiungerle affatto.

2. Schede ad altissima densità:
Per prodotti come sensori in miniatura e schede madri di telefoni cellulari estremamente compatte, in cui la densità di cablaggio è già massimizzata, le teardrops comprimeranno ulteriormente lo spazio di routing, portando potenzialmente a difficoltà di routing o persino a rischi di cortocircuito. È necessaria un'attenta valutazione prima di decidere se aggiungerle.

3. Circuiti a bassa complessità:
Per schede di controllo semplici ed elettronica di consumo ordinaria, che hanno requisiti inferiori per la resistenza meccanica e l'integrità del segnale, i vantaggi dell'aggiunta di teardrops sono limitati e aumenteranno solo il tempo di progettazione. Per semplificare il processo e migliorare l'efficienza, la progettazione delle teardrops può essere omessa.

Riepilogo: il principio fondamentale delle teardrops è "adattarsi in base alle esigenze."

Le teardrops PCB sono essenzialmente un design di ottimizzazione "ciliegina sulla torta", non un elemento fondamentale che determina la funzione del circuito. Non sono né una "panacea" né un "elemento superfluo":

• Quando si persegue l'affidabilità e si affrontano ambienti complessi, sono uno "scudo protettivo" per ridurre i rischi;
• Quando si affrontano routing ad alta densità e segnali ad alta frequenza/alta velocità, sono un "dettaglio" che deve essere controllato con attenzione;
• Nei circuiti semplici e nei prodotti prodotti in serie con processi maturi, sono un'"opzione di ottimizzazione" che può essere scelta in modo flessibile.

Un'eccellente progettazione di PCB non consiste mai nell'accumulare ciecamente funzionalità, ma piuttosto nell'adattarsi con precisione alle esigenze del prodotto. Padroneggiare gli scenari applicabili e le tecniche di progettazione delle teardrops è essenziale per trovare il giusto equilibrio tra affidabilità, prestazioni ed efficienza.