Проектирование стека печатных плат является ключом к производству многослойные печатные платы. Разумное укладывание может оптимизировать электрические характеристики печатной платы и снизить сложность производства. Независимо от того, новичок вы или инженер, эта статья предоставит вам все, что вам нужно.
Что Стек печатных платПочему это важно?
PCB stackup — это расположение слоев на печатной плате, включая проводящие медные слои (для сигнала, питания или заземления) и изолирующие диэлектрические слои. Он определяет структуру печатной платы, влияя на ее механическую стабильность, целостность сигнала и электрические характеристики. Затем давайте рассмотрим, почему так важен PCB stackup.
Определять Печатные платы Электрические характеристики: Хорошая конструкция печатной платы оптимизирует распределение мощности и сигнала. Правильно разместив слои питания, заземления и сигнала, можно минимизировать паразитную емкость и индуктивность, которые могут ухудшить производительность печатной платы. Такая оптимизация может улучшить скорость передачи сигнала и подачу питания в каждую часть схемы.
Улучшите целостность сигнала и уменьшите шум: Увеличивая расстояние между дорожками или изолируя аналоговые и цифровые части схемы, можно эффективно снизить перекрестные помехи и электромагнитные помехи. Кроме того, выбор изоляционных материалов с низкой диэлектрической постоянной может гарантировать более чистую передачу сигнала и дополнительно снизить шум.
Влияние на электромагнитную совместимость (ЭМС) и снижение выбросов: Хорошо спроектированный стек печатной платы эффективно решает проблемы ЭМС, интегрируя адекватное экранирование, достигая надлежащего согласования импеданса и оптимизируя расстояние между дорожками. Это может эффективно минимизировать электромагнитное излучение и электромагнитную восприимчивость, позволяя печатной плате не мешать внешним электронным устройствам, в то же время не подвергаясь их влиянию.
Различные типы Стек печатных платs
Благодаря достижениям в области лазерного сверления, последовательного ламинирования, гибких подложек и многого другого мы можем создавать более компактные и продвинутые печатные платы. Ниже приведены несколько типов стеков печатных плат, соответствующих различным требованиям приложений.
Стандартный стек многослойных печатных плат
Эти стеки обычно состоят из трех или более медных слоев, изолированных основным слоем или препрегом и соединенных между собой с помощью Переходные отверстия для печатных плат. Поскольку они производятся в одном цикле ламинирования, печатная плата подвергается меньшему термическому напряжению и механическому давлению. Эта стандартная многослойная печатная плата не требует лазерного сверления, что снижает сложность обработки, экономит производственные затраты и сокращает производственные циклы. Вот некоторые распространенные печатные платы и их особенности:
- Четырехслойная структура печатной платы: Четырехслойная плата включает в себя 4 слоя: верхний, нижний и два внутренних слоя. Верхний и нижний слои используются для маршрутизации сигнала, в то время как внутренние слои обычно предназначены для силовых и заземляющих плоскостей для повышения целостности сигнала и снижения электромагнитных помех.
- Четырехслойная структура печатной платы: Он состоит из 4 сигнальных слоев и 2 внутренних слоев для питания и заземления. Такое наложение обеспечивает эффективную маршрутизацию сигнала и лучшие обратные пути, что имеет решающее значение для высокоскоростных приложений.
- Четырехслойная структура печатной платы: 8-слойный стек включает четыре сигнальных слоя, два слоя питания и два слоя заземления, которые тщательно организованы для оптимизации целостности сигнала и снижения электромагнитных помех. Стратегическое размещение слоев питания и заземления в центре обеспечивает превосходную емкость и управление температурой, в то время как дополнительные слои повышают гибкость маршрутизации.
Для более сложных и высокопроизводительных конструкций могут использоваться усовершенствованные схемы компоновки печатных плат, такие как 10-слойная компоновка печатных плат, 12-слойная компоновка печатных плат и т. д.
Печатная плата с металлическим сердечником (MCPCB) Stack-Up
Они обычно используются в мощных светодиодах и других приложениях с высокой мощностью. Металлический сердечник (обычно алюминиевый) влияет на общую толщину печатной платы, а также выполняет две ключевые функции: рассеивание тепла и электропроводность. Во-первых, он эффективно рассеивает тепло, выделяемое микросхемами и другими компонентами печатной платы во время работы. Во-вторых, сердечник обеспечивает плоскостность и проводимость нижнего слоя печатной платы, позволяя ей стабильно подключаться к внешнему радиатору.
Стек HDI PCB
HDI PCB включают глухие переходные отверстия, скрытые переходные отверстия и микропереходные отверстия для поддержки сверхкомпактных цифровых схем. Эти конструкции часто имеют высокопроизводительный процессор с очень быстрыми шинами данных, включая соединения с памятью и внешними последовательными и параллельными периферийными устройствами (устройства, подключенные к PCI). HDI PCB использует очень маленькие нестандартные переходные отверстия, точно контролируемые дорожки импеданса и HD-отпечатки с жесткими требованиями к зазорам и паяльной маске для размещения различных конфигураций слоев.
Высокочастотная сборка печатных плат
Высокочастотные печатные платы предназначены для обработки высокочастотных сигналов (до 100 ГГц) и часто используются в приложениях с интенсивным использованием радиочастот. Эти печатные платы имеют некоторые особые требования к конструкции, такие как точные допуски на зазоры и расстояния, конструкция антенны и строгий контроль количества припоя, используемого на разъемах, все из которых гарантируют, что схема может работать эффективно и стабильно в условиях высоких частот.
Стек гибких и жестко-гибких печатных плат
Эти печатные платы специально разработаны для компактных и адаптируемых приложений, таких как портативные и носимые устройства. Эти платы могут быть полностью гибкими или комбинацией гибкости и жесткости для создания единой сборки печатной платы, которая может адаптироваться к различным формам и движениям. Гибкие платы состоят из гибкой полимер Подложка, медные слои (один или несколько) и наложение. Они могут соединять цепи через дорожки и переходы, как стандартная печатная плата, при этом имея возможность изгибаться.
Соображения по проектированию стека печатных плат
При проектировании стека печатной платы важно учитывать следующие ключевые факторы, чтобы создать надежную и технологичную конструкцию.
Метод ламинирования печатных платs
Ламинирование печатных плат — это процесс ламинирования внутренних слоев, препрега и медной фольги с помощью нагрева и давления для формирования многослойной печатной платы. Существует два распространенных метода ламинирования печатных плат: конструкция из фольги и конструкция из колпачка.
Конструкция из фольги
Конструкция из фольги широко используется при ламинировании печатных плат, поскольку она может точно гарантировать точность выравнивания слоев и положения сверления, что упрощает производство. Кроме того, этот процесс требует меньше основного материала подложки, что снижает производственные затраты.
В конструкции из фольги препрег располагается между внешней медной фольгой и внутренними слоями. Например, препрег располагается между первым и вторым слоями, а также между третьим и четвертым слоями четырехслойной печатной платы. Самый внешний медный слой не изготовлен из плакированного медью ламината, как в конструкции крышки, а представляет собой непрерывный лист медной фольги. Это 4-слойная структура печатной платы для лучшего понимания:
- Верхний слой (слой 1)
- Препрег
- Внутренний слой: Ламинированное ядро печатной платы (слой 2 и слой 3)
- Препрег
- Нижний слой (слой 4)
Cap Cстроительство
В конструкции колпачка два внешних слоя изготавливаются из предварительно покрытого медью ламината и разделяются одним слоем препрега (в качестве примера возьмем четырехслойную печатную плату). Это стек печатной платы, показывающий конструкцию колпачка для четырехслойной печатной платы:
- Слой 1 и слой 2: Паяльная маска, нанесенная на внешний слой ламината
- Препрег
- Слой 3 и слой 4: Паяльная маска, нанесенная на внешний слой ламината
Этот метод не рекомендуется использовать в современном производстве печатных плат, за исключением гибридных печатных плат, где необходимо изготавливать специальные ламинаты, а определенные методы сверления (например, лазерное сверление) недоступны.
Типпечатных плат и Их Область примененияs
Для печатных плат, содержащих большое количество силовых компонентов или требующих проведения сильноточных трасс, может потребоваться добавление нескольких слоев для размещения силовых плоскостей или областей с медным заполнением для снижения сопротивления и рассеивания тепла. Радиочастотные компоненты (такие как радиочастотные переключатели или модемы) требуют нескольких плоскостей для рассеивания тепла и обеспечения лучшего заземления. Печатные платы с чувствительными цифровыми доменами (такими как Ethernet, PCI и т. д.) обычно проектируются с выделенными внутренними слоями для добавления дополнительных заземляющих плоскостей.
Печатные платы Компонент Плотность
Плотность компонентов печатной платы влияет на конструкцию стекирования, особенно при использовании процессоров с большим количеством выводов или корпусов BGA. Из-за меньших шагов и сложных схем выводов могут потребоваться дополнительные слои для достижения разумной маршрутизации сигнала.
Типы компонентов и интерфейсы
Выбор типа компонента и интерфейса (например, цифровой, смешанный сигнал, аналоговый или высокоскоростной сигнал) повлияет на конструкцию стека печатной платы. Хотя использование компонентов BGA (матрица шариковых выводов) может сэкономить место, это увеличивает производственные затраты и сложность изготовления, а переделка затруднена.
Механические требования
Механическая стабильность имеет решающее значение в конструкции печатных плат. Более тонкие платы экономят место, но подвержены риску деформации и вибрации, в то время как более толстые платы обеспечивают повышенную прочность и поддержку компонентов. Количество слоев и диэлектрическое расстояние должны соответствовать механическим требованиям конструкции, чтобы обеспечить структурную стабильность и надежность конечного продукта.
5 советов по разработке эффективного Стек печатных плат
Хотя конструкция стека печатной платы зависит от различных требований к применению, вот несколько общих рекомендаций, которые могут помочь создать лучшую конструкцию.
- Выберите правильный диэлектрический материал, чтобы соответствовать механическим, электрическим и термическим свойствам, требуемым конструкцией печатной платы. Для высокочастотных печатных плат выбирайте материалы с низким Dk. Толщина медной плоскости тесно связана с величиной тока. Для печатных плат с высоким током медная плоскость должна быть толще.
- Оцените количество необходимых сигнальных слоев на основе различных требований приложения. Высокомощные или высокоскоростные приложения потребуют больше сигнальных слоев, чем низкоскоростные
- Разумное планирование количества слоев питания и заземления может значительно улучшить целостность сигнала и характеристики ЭМС печатной платы.
- Тщательно продумайте ширину трассы, интервал и наложение слоев, чтобы обеспечить равномерное сопротивление по высокоскоростной трассе для хорошей целостности сигнала. Чтобы избежать искажения сигнала, обеспечьте стабильную плоскость заземления под трассой с контролируемым сопротивлением и учитывайте трапециевидный эффект трассы при расчете сопротивления.
- Расположение последовательных слоев является важным аспектом, который следует учитывать при сборке печатных плат. Сигнальные слои, слои заземления и слои питания должны располагаться поочередно, чтобы уменьшить электромагнитные помехи. Это полезные советы по расположению слоев.
- Сохраняйте симметричность стека. Печатные платы с четным числом слоев имеют ценовые преимущества и более устойчивы к деформации платы, чем платы с нечетным числом слоев.
- Не размещайте два соседних сигнальных слоя, так как это может легко привести к перекрестным помехам.
- Сигнальный слой обычно располагается на смежном слое по отношению к слою заземления или слою питания, чтобы обеспечить обратный путь сигнала с низким импедансом.
- Плоскость питания и заземления должны располагаться как можно ближе.
- Используйте полные слои питания и избегайте ненужного разделения. Держите два соседних слоя питания как можно дальше друг от друга, чтобы избежать ненужного соединения.
Выводы
Проектирование эффективного стека печатных плат является критически важным шагом для обеспечения производительности платы, надежности и технологичности. Правильный проект стека необходим для достижения оптимальной целостности сигнала печатной платы, управления температурой и распределения питания. Как новому, так и опытному инженеру, всесторонние знания стека печатных плат помогут оптимизировать проектирование и оптимизировать производство.
