PCB Stackup: Wielowarstwowy obwód dla złożonych urządzeń

PCB Stackup-Ponieważ elektronika staje się z dnia na dzień coraz bardziej wyrafinowana, bardziej ekonomiczne jest zmieszczenie bardziej złożonych obwodów w kompaktowej przestrzeni. Zamiast budować kilka płytek drukowanych, najlepszym rozwiązaniem jest układanie ich w wielu warstwach. Dlatego układanie płytek drukowanych jest jednym z kluczowych kroków w procesie projektowania płytek, a my przyjrzeliśmy się temu szczegółowo poniżej. Spójrz!

Co to jest PCB Stackup?

Stos to stos obiektów, więc stos PCB to nagromadzenie warstw obwodu. W kategoriach technicznych odnosi się to do układu warstw izolacyjnych i miedzianych, które tworzą płytkę drukowaną.  

Wielowarstwowa płytka PCB

Bardziej szczegółowo, odnosi się do liczby warstw, przestrzeni między nimi i materiałów użytych w procesie produkcji.

Przed przystąpieniem do projektowania układu płytki należy wykonać układ warstw PCB, który obejmuje rozmieszczenie warstw, prepregów, laminatów, rdzeni, przelotek itp. Właściwe ułożenie warstw zapewnia sygnały wolne od szumów, integralność obwodu i wysokiej jakości płytkę PCB, jeśli jest wykonana prawidłowo.  

Warstwy PCB

Dlaczego trzeba układać warstwy?

Niezależnie od tego, czy używasz 4, 6, 8 czy więcej warstw, układ warstw skutecznie redukuje przesłuchy i promieniowanie elektromagnetyczne, zwiększając jednocześnie integralność sygnału. W rezultacie tworzy sieć zasilającą o niskiej indukcyjności, a także poprawia możliwości produkcyjne produktu.

Jednak te korzyści można uzyskać tylko wtedy, gdy zaprojektujesz wielowarstwową prawidłowo, zgodnie z wymaganiami EMC, wielkością obwodu i wielkością PCB. Należy również określić liczbę i lokalizację warstw wewnętrznych oraz sposób dystrybucji sygnałów w tych warstwach.

W przeciwnym razie skończysz z źle zaprojektowaną płytą PCB, która zmniejszy wydajność elektryczną transmisji sygnału. W konsekwencji otrzymasz obwód z większą ilością szumów, emisji i przesłuchów.  

PCB Stackup-Struktura stosu płytek PCB

Zazwyczaj płytki drukowane składają się z naprzemiennych warstw folii miedzianej, rdzenia i materiałów prepregowych, sklejonych i sprasowanych na gorąco.

Zazwyczaj materiałem rdzeniowym jest tkany materiał z włókna szklanego utwardzony żywicą epoksydową. Tworzy on cienki dielektryk, który izoluje cienkie, przylegające warstwy miedzi. Ponadto, prepreg wiąże wszystkie wewnętrzne warstwy.

Przy podejmowaniu decyzji o liczbie warstw należy wziąć pod uwagę następujące czynniki:

Gęstość komponentów i rodzaje pakietów

Złożoność płytki

Wymagania dotyczące warstw uziemienia/zasilania/sygnałów

Dodatkowo, uwzględnij trasowanie kanałów za pomocą ślepych przelotek, aby uzyskać najlepszą integralność sygnału dla urządzeń o wysokiej gęstości kanałów.  

Przykład 8-warstwowej płyty pcb

PCB Stackup-Korzyści wynikające z łączenia płyt PCB

Maksymalizacja funkcjonalności płytki drukowanej

Zwiększa trwałość

Skutecznie minimalizuje promieniowanie, przesłuch sygnału i impedancję na płytkach drukowanych o wysokiej prędkości i częstotliwości.

Zmniejsza koszty produkcji

Łączy wiele obwodów

Zwiększa wydajność płytki drukowanej

Zapewnia unikalne punkty połączeń dla wszystkich elementów elektronicznych

Kompaktowa i lekka konstrukcja

Zwiększa kompatybilność elektromagnetyczną

Standardowy 4-warstwowy układ PCB

Standardowy 4-warstwowy układ charakteryzuje się czterema równomiernie rozłożonymi warstwami z płaszczyznami w środku. Nawet jeśli takie płytki są idealnie symetryczne, nie pomaga to w zapewnieniu kompatybilności elektromagnetycznej (EMC).

Podobnie, sprzężenie warstw ściśle w środku z dużymi warstwami dielektrycznymi pomiędzy płaszczyznami i warstwami sygnałowymi nie pomaga w przesłuchach, EMC czy integralności sygnału.

To powiedziawszy, rozwija korzystną pojemność międzypłaszczyznową, ale wady przeważają nad zaletami, dlatego też 4-warstwowe PCB jest lepsze niż typ dwuwarstwowy.  

Przykład ułożenia 4-warstwowej płytki PCB

W płytce 4-warstwowej, poprawiamy wydajność EMC poprzez umieszczenie warstw sygnałowych blisko płaszczyzn, zwykle <10mil. Ponadto stosujemy duży rdzeń (około 40mil) pomiędzy płaszczyzną masy i zasilania, aby utrzymać standardową grubość podłoża na poziomie około 2mil.  

PCB Stackup-Standardowy układ 6-warstwowej płytki PCB

Jeśli dodasz dwie warstwy sygnałowe do płytki 4-warstwowej, otrzymasz 6-warstwową płytkę PCB. Dodatkowe warstwy znacznie zwiększają zakłócenia elektromagnetyczne, ponieważ płyta posiada dwie wewnętrzne płaszczyzny sygnałowe o dużej prędkości i dwie zewnętrzne o małej prędkości.  

Przykład ułożenia 6-warstwowej płytki PCB

Płaszczyzny sygnałowe powinny być blisko sąsiednich płaszczyzn, aby utrzymać grubość płytki w granicach 62mil. Budując ten układ, musisz zrównoważyć grubość rdzenia, szerokość śladu i impedancję.  

Standardowy 8-warstwowy układ PCB

8-warstwowy układ poprawia wydajność EMC poprzez dodanie dwóch płaszczyzn sygnałowych do 6-warstwowego układu PCB. Dodanie ich do środka podłoża umożliwia ścisłe sprzężenie między środkowymi płaszczyznami. Ponadto, oddziela każdą warstwę sygnałową w celu zmniejszenia sprzężenia, co znacznie minimalizuje przesłuch.

Pamięć DDR2 i DDR3 zwykle używa tej konfiguracji, ponieważ ciasne trasowanie nie powoduje problemu przesłuchu.  

Pamięć 2GB DDR2

Należy jednak pamiętać, że posiadanie więcej niż dwóch sąsiadujących warstw sygnałowych pomiędzy płaszczyznami prowadzi do nieciągłości impedancji. Może to być nawet 20-omowa różnica impedancji, co zwiększa przesłuch.  

Pamięć 4GB DDR3

Najważniejsze wskazówki dotyczące projektowania płytek drukowanych

PCB Stackup-Określanie liczby warstw

Oczywiście, pierwszą kwestią jest liczba warstw. Aby to wyjaśnić, należy wziąć pod uwagę następujące czynniki:

Zasilanie (dla płytek o dużej mocy lub gdy twój układ zawiera zasilacze)

Płaszczyzny/warstwy uziemienia

Sygnał (niska lub wysoka prędkość)

Idealnie, najlepszy projekt nie powinien mieszać typów sygnałów w warstwach rdzenia. Aby uzyskać dokładną liczbę warstw, możesz najpierw obliczyć gęstość pinów za pomocą tego wzoru:

Gęstość pinów = obszar tablicy / (całkowita liczba pinów/14)

Po uzyskaniu gęstości pinów, użyj tej tabeli, aby znaleźć liczbę warstw sygnałowych.

PCB Stackup-Określenie rozmieszczenia warstw

Po drugie, określ liczbę warstw i ich rozmieszczenie. Użyj tych zasad:

Unikaj umieszczania dwóch warstw sygnałowych obok siebie

Utrzymuj symetryczne ułożenie stosu, idąc do środka od górnej i dolnej warstwy

Poprowadzenie sygnałów o dużej szybkości na mikropaskach o minimalnej grubości

Zachowaj minimalne odstępy pomiędzy warstwami zasilania i uziemienia

Trzymaj wewnętrzne warstwy zasilania obok warstw sygnałowych dla ścisłego sprzężenia.

Określanie typów materiałów warstwowych

Następnie należy określić grubość każdej warstwy sygnałowej oraz rdzenia i prepregu. Chociaż istnieją standardowe grubości materiałów PCB, należy wziąć pod uwagę właściwości termiczne, elektryczne i mechaniczne każdego materiału.  

PCB Stackup-Określenie tras i przelotek

Na koniec należy określić ślady trasowania poprzez podjęcie decyzji:

Masa miedzi

Gdzie umieścić przelotki

Rodzaje przelotek

Przewody na płytce drukowanej

Standardowe umieszczenie piętrowe i lokalizacja piętrowa HDI

HDI jest akronimem połączeń o dużej gęstości, dlatego stos ma następujące korzyści w porównaniu ze stosem standardowym

Niski współczynnik poziomy

Na którym piętrze

Wysoka gęstość składników na cal kwadratowy

Ta najnowocześniejsza technologia przekształca konstrukcję i produkcję wielowarstwowych płyt drukowanych poprzez zapewnienie ciągłej kaskady

Dzięki temu można uzyskać szeroki zakres projektów, jednocześnie upraszczając architekturę złożonych płyt drukowanych Ponadto stosy używają piętrowych, zakopanych, ślepych, przecinających się otworów przejściowych

Maksymalna liczba styków i szyków krat określa liczbę poziomów koron Ponadto liczba warstw zasilania, sygnału i uziemienia wpływa również na HDI, ale zalecana liczba warstw płaskich i sygnałów powinna być równa Celem jest stworzenie zrównoważonej symetrycznej struktury  

Siatka kul lutowanych

Z drugiej strony, standardowy projekt piętrowy zależy od kilku czynników, takich jak liczba osób

Ilość warstwy sygnału, warstwy uziemienia i warstwy zasilania

Wymagania dotyczące emisji

Sekwencja warstw

Częstotliwość obwodów

Odległość między warstwami

Osłona/ nieosłona zewnętrzna

Dlatego podstawowe zasady projektowania stosu standardowego obejmują oddzielanie warstw sygnałów i używanie szerokich rdzeni w celu zapobiegania problemom z firmą EMC

Jedną z głównych zalet tej warstwy jest wewnętrzna osłona Wadą jest jednak to, że instalacja płyty spawanej komponentów zmniejsza warstwę uziemienia, szczególnie w przypadku płyt drukowanych o dużej gęstości  

Wyciąg informacyjny

Podsumowując, stos PCB jest kluczowy w nowoczesnych złożonych urządzeniach, ponieważ umożliwia umieszczanie dużych obwodów w małych przestrzeniach W naszych PCB mamy doświadczenie i doświadczenie, aby zapewnić najwyższą jakość torów PCB spełniających wszystkie standardy Jeśli projekt wymaga płyt drukowanych, skontaktuj się z nami, aby uzyskać więcej informacji Można również przesłać swój projekt produkcyjny