Sollten Tränentropfen beim Design von Leiterplatten hinzugefügt werden?

Diese Frage kann eine lange Debatte unter neuen und erfahrenen Ingenieuren in der Elektronikindustrie auslösen: Einige bestehen darauf, dass Tränentropfen auf der gesamten Platine hinzugefügt werden müssen, und bezeichnen dies als eine "lebensrettende Operation" zur Verbesserung der Zuverlässigkeit; andere lehnen dies vehement ab und beklagen, dass das Hinzufügen zu Hochfrequenzplatinen direkt zu Signalausfällen führt. Noch verwirrender ist, dass erfahrene Ingenieure völlig gegensätzliche Ansätze haben.

In Wirklichkeit gibt es keine Standardantwort "muss hinzugefügt werden" oder "absolut nicht hinzufügen" für Tränentropfen. Der Schlüssel ist, ihre wahre Funktion zu verstehen und die richtigen Anwendungsszenarien zu finden. Heute erklären wir die Kernlogik von PCB-Tränentropfen in einfachen Worten, damit Sie sich darüber keine Sorgen mehr machen müssen!

Verstehen Sie zuerst Folgendes: Tränentropfen sind nicht "dekorativ", sondern eine Sammlung von 5 praktischen Funktionen.

Tränentropfen sind die tropfenförmigen oder bogenförmigen Übergangsbereiche aus Kupfer zwischen Leiterbahn und Pads oder Vias. Sie mögen unbedeutend erscheinen, aber sie verbergen fünf Schlüsselfunktionen:

1. Stärkung der Verbindung:
Wie Verstärkungsstreifen an Kleidungsnähten erhöhen Tränentropfen die Kontaktfläche zwischen Leiterbahn und Pad und verteilen äußere Kräfte. Ob es sich um Vibrationen während des Produkttransports, das Ein- und Ausstecken während des Gebrauchs oder spätere Wartungsarbeiten und das Entfernen von Steckern handelt, es verhindert, dass Pad und Leiterbahn auseinandergerissen werden, wodurch die mechanische Festigkeit direkt verdoppelt wird.

2. Schutz der Pads vor "Ausfall":
Während mehrerer Lötzyklen unterliegen die Pads wiederholt thermischer Ausdehnung und Kontraktionsbeanspruchung, was leicht zu Verformungen und Ablösungen führt; ungleichmäßiges Ätzen während der Produktion und Fehlausrichtung der Vias können ebenfalls zu Rissen in den Pads führen. Tränentropfen wirken wie ein Puffer, absorbieren thermische Belastungen und reduzieren diese Ausfallrisiken.

3. Gewährleistung einer reibungslosen Signalübertragung:
Wenn sich die Breiten von Leiterbahn und Pad abrupt ändern, sind Signale anfällig für Reflexion und Dämpfung. Der sanfte Übergang des Tränentropfens reduziert Impedanzänderungen, was eine reibungslosere Signalübertragung ermöglicht und "Staus" verhindert.

4. Verbesserung der Produktions-"Ausbeute":
Bohrer weisen bei der Bohrung unweigerlich leichte Abweichungen auf. Der zusätzliche Kupferanteil des Tränentropfens "puffert" dagegen ab und verhindert, dass die Leiterbahn aufgrund von Bohrabweichungen bricht; er reduziert auch Überätzprobleme während des Ätzprozesses und gibt den Fabriken eine höhere Fehlertoleranz während der Produktion.

5. Ein ästhetischer "Bonus":
Im Vergleich zu starren rechtwinkligen Verbindungen machen Tränentropfen den Übergang zwischen Leiterbahnen und Pads natürlicher und verbessern das Gesamterscheinungsbild der Leiterplatte. Die Platine wirkt organisierter und professioneller, und der visuelle Effekt wird direkt verbessert.

In diesen Szenarien sind Tränentropfen ein "Muss", und das Weglassen führt unweigerlich zu Problemen.

Basierend auf den tatsächlichen Anwendungsszenarien wird empfohlen, in den folgenden 4 Situationen Priorität auf das Hinzufügen von Tränentropfen zu legen, um das Risiko eines Produktausfalls erheblich zu reduzieren:

1. Umgebungen mit hoher mechanischer Belastung: Obligatorische Ergänzung
Produkte wie Automobilelektronik, Industriesteuerungen und häufig gesteckte/abgezogene Schnittstellen von Steckverbindern sind Vibrationen, Stößen oder häufigem Ein- und Ausstecken ausgesetzt. Die Verbindung zwischen den Leiterbahnen und den Pads ist ein "Schwachpunkt", an dem sich die Belastung konzentriert. Es wird empfohlen, abgerundete oder "Schneemann"-förmige Tränentropfen zu wählen, die die Belastung effektiv verteilen und Bruchschäden während des Gebrauchs verhindern können.

2. Hochfrequenz-/Hochgeschwindigkeitssignalszenarien: Mit Vorsicht hinzufügen
Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeitsschaltungen wie 5G-Kommunikationsmodule und Hochgeschwindigkeitsspeicherschnittstellen haben extrem hohe Anforderungen an die Signalintegrität. Tränentropfen sollten nicht blind hinzugefügt werden; glatte, gekrümmte Tränentropfen sollten priorisiert werden, und die Impedanzanpassung muss durch Simulation verifiziert werden, um Signalverzerrungen durch die Tränentropfen zu vermeiden.

3. Leiterplatten mit hoher Dichte: Selektive Ergänzung
Leiterplatten mit hoher Dichte wie Mobiltelefon-Motherboards und Wearable-Geräte haben extrem begrenzten Routing-Raum. Das Hinzufügen von Tränentropfen zur gesamten Platine beansprucht zusätzlichen Platz und beeinträchtigt die Routing-Dichte. Es wird empfohlen, sie nur zu kritischen Pads und Vias hinzuzufügen und sie in nicht kritischen Bereichen wegzulassen, um Zuverlässigkeit und Routing-Effizienz in Einklang zu bringen.

4. Massenproduktionsoptimierungsszenarien: Nach Bedarf anpassen
Bei kostengünstigen Unterhaltungselektronikprodukten, wenn die Prozessfähigkeiten des Leiterplattenherstellers durchschnittlich sind (z. B. geringe Bohrgenauigkeit), kann die Tränentropfen-Abdeckungsfläche angemessen vergrößert werden, um Prozessmängel auszugleichen und die Massenproduktionsausbeute zu verbessern; wenn der Prozess des Herstellers ausgereift ist, kann die konventionelle Größe verwendet werden, um Platz zu sparen.

Das Hinzufügen von Tränentropfen an diesen 3 Stellen ist gleichbedeutend mit... Hinzufügen von Tränentropfen: Mit Vorsicht vorgehen!

Nicht alle Szenarien eignen sich zum Hinzufügen von Tränentropfen. Das blinde Hinzufügen in den folgenden Situationen ist nur kontraproduktiv:

1. Impedanzempfindliche Bereiche:
Für Bereiche mit extrem hohen Impedanzanforderungen, wie z. B. Antennen und differentielle Paare, muss vor dem Hinzufügen von Tränentropfen eine Impedanzverifizierung durchgeführt werden. Wenn die Tränentropfen eine Fehlanpassung der Impedanz verursachen, wirkt sich dies direkt auf die Produktleistung aus, was es schlimmer macht, als sie überhaupt nicht hinzuzufügen.

2. Leiterplatten mit extrem hoher Dichte:
Für Produkte wie Miniatursensoren und extrem kompakte Mobiltelefon-Motherboards, bei denen die Verdichtungsdichte bereits maximiert ist, verringern Tränentropfen den Routing-Raum weiter, was möglicherweise zu Routing-Schwierigkeiten oder sogar Kurzschlussrisiken führt. Eine sorgfältige Bewertung ist erforderlich, bevor entschieden wird, ob sie hinzugefügt werden sollen.

3. Schaltungen mit geringer Komplexität:
Für einfache Steuerplatinen und gewöhnliche Unterhaltungselektronik, die geringere Anforderungen an mechanische Festigkeit und Signalintegrität haben, sind die Vorteile des Hinzufügens von Tränentropfen begrenzt, und es erhöht nur die Designzeit. Um den Prozess zu vereinfachen und die Effizienz zu verbessern, kann auf das Tränentropfen-Design verzichtet werden.

Zusammenfassung: Das Kernprinzip von Tränentropfen lautet "anpassen nach Bedarf".

PCB-Tränentropfen sind im Wesentlichen ein "Sahnehäubchen"-Optimierungsdesign, kein Kernelement, das die Schaltungsfunktion bestimmt. Sie sind weder ein "Allheilmittel" noch ein "überflüssiger Artikel":

• Wenn Sie Zuverlässigkeit anstreben und mit komplexen Umgebungen umgehen, sind sie ein "Schutzschild" zur Risikominderung;
• Wenn Sie mit Routing mit hoher Dichte und Hochfrequenz-/Hochgeschwindigkeitssignalen konfrontiert sind, sind sie ein "Detail", das sorgfältig kontrolliert werden muss;
• In einfachen Schaltungen und in Massenprodukten mit ausgereiften Prozessen sind sie eine "Optimierungsoption", die flexibel gewählt werden kann.

Hervorragendes Leiterplattendesign bedeutet niemals, blind Funktionen aufzuhäufen, sondern sich präzise an die Produktanforderungen anzupassen. Die Beherrschung der anwendbaren Szenarien und Designtechniken von Tränentropfen ist unerlässlich, um das beste Gleichgewicht zwischen Zuverlässigkeit, Leistung und Effizienz zu finden.