Leiterplattentechnisch - Prinzipien, die beim PCB-Laminatdesign beachtet werden sollten

When designing a PCB (printed circuit board), Eine der grundlegendsten Fragen, die berücksichtigt werden müssen, ist, wie viele Verdrahtungsschichten, Erdungs- und Leistungsebenen werden benötigt, um die Funktionen zu erreichen, die von der Schaltung benötigt werden, und die Verdrahtungsschichten, Masseebenen und Netzteile der Leiterplatte Die Bestimmung der Anzahl der Schichten der Ebene hängt von Anforderungen wie Schaltungsfunktion ab, Signalintegrität, EWI, EMV, und Herstellungskosten. Für die meisten Designs, Es gibt viele widersprüchliche Anforderungen in der Leistungsanforderungen an Leiterplatten, Zielkosten, Fertigungstechnik, und Systemkomplexität. Das PCB-Laminatdesign wird in der Regel durch einen Kompromiss nach Berücksichtigung verschiedener Faktoren bestimmt. Hochgeschwindigkeits-Digitalschaltungen und Funkschaltungen nehmen normalerweise mehrschichtige Leiterplattendesigns an.

Die 8-Prinzipien, die bei der Kaskadierung beachtet werden sollten, sind unten aufgeführt:

1. Schichtung

In einer mehrschichtigen Leiterplatte enthält sie normalerweise eine Signalschicht (S), eine Leistungsebene (P) und eine Erdungsebene (GND). Die Leistungsebene und die Bodenebene sind normalerweise feste Ebenen ohne Teilungen. Sie bieten einen guten niederohmigen Stromrücklauf für den Strom der benachbarten Signalbahnen. Die Signalschicht befindet sich meist zwischen diesen Leistungs- oder Masseebenen und bildet eine symmetrische oder asymmetrische Stripline. Die oberen und unteren Schichten einer mehrschichtigen Leiterplatte werden normalerweise verwendet, um Komponenten und eine kleine Anzahl von Leiterbahnen zu platzieren. Diese Signalspuren dürfen nicht zu lang sein, um die von den Leiterbahnen erzeugte direkte Strahlung zu reduzieren.

2. Bestimmen Sie die einzelne Leistungsbezugsebene (Leistungsebene)

Die Verwendung von Entkopplungskondensatoren ist eine wichtige Maßnahme zur Lösung der Leistungsintegrität. Entkopplungskondensatoren können nur auf der oberen und unteren Schicht der Leiterplatte platziert werden. Die Leiterbahnen, Pads und Durchgänge der Entkopplungskondensatoren beeinflussen die Wirkung der Entkopplungskondensatoren ernsthaft. Dies erfordert, dass die Leiterbahnen, die die Entkopplungskondensatoren verbinden, bei der Konstruktion so kurz und breit wie möglich sein sollten, und die Drähte, die mit den Durchkontaktierungen verbunden sind, sollten sie auch so kurz wie möglich halten. Beispielsweise können Sie in einer digitalen Hochgeschwindigkeitsschaltung den Entkopplungskondensator auf der obersten Schicht der Leiterplatte platzieren, die zweite Schicht der digitalen Hochgeschwindigkeitsschaltung (wie einem Prozessor) als Leistungsschicht zuweisen, die dritte Schicht als Signalschicht verwenden und die vierte Schicht als Signalschicht verwenden. Als High-Speed Digital Circuit Ground eingestellt.

Versuchen Sie außerdem sicherzustellen, dass die Signalspuren, die von demselben digitalen Hochgeschwindigkeitsgerät angetrieben werden, dieselbe Leistungsschicht wie die Referenzebene verwenden, und diese Stromschicht ist die Stromversorgungsschicht des digitalen Hochgeschwindigkeitsgeräts.

3. Bestimmen Sie die Multi-Power Referenzebene

Die Multi-Power Referenzebene wird in mehrere physikalische Bereiche mit unterschiedlichen Spannungen unterteilt. Wenn sich die Signalschicht in der Nähe der Multi-Power-Versorgungsschicht befindet, tritt der Signalstrom auf der nahe gelegenen Signalschicht auf einen unerwünschten Rückweg, der Lücken im Rückweg verursacht. Bei digitalen Hochgeschwindigkeitssignalen kann dieses unvernünftige Rücklaufbahndesign ernsthafte Probleme verursachen, so dass es erforderlich ist, dass die digitale Hochgeschwindigkeitssignalverdrahtung weit von der Multi-Power-Referenzebene entfernt sein sollte.

4. Bestimmen Sie mehrere Bodenbezugsebenen (Bodenebenen)

Mehrere Bodenbezugsebenen (Erdungsebenen) können einen guten niederohmigen Stromrücklauf bereitstellen, der Gleichtakt-EMl reduzieren kann. Die Erdungs- und Leistungsebene sollten fest gekoppelt sein, und die Signalschicht sollte auch eng mit der benachbarten Referenzebene gekoppelt sein. Dies kann erreicht werden, indem die Dicke des Mediums zwischen den Schichten reduziert wird.

5. Entwerfen Sie die Verkabelungskombination vernünftig

Die beiden Schichten, die von einem Signalweg überspannt werden, werden als "Verkabelungskombination" bezeichnet. Die beste Verkabelungskombination besteht darin, zu vermeiden, dass der Rückstrom von einer Bezugsebene zur anderen fließt, aber von einem Punkt (Oberfläche) einer Bezugsebene zu einem anderen Punkt (Oberfläche). Um komplexe Verkabelungen abzuschließen, ist die Schicht-zu-Schicht-Umwandlung von Leiterbahnen unumgänglich. Achten Sie beim Umschalten zwischen Signalschichten darauf, dass der Rückstrom reibungslos von einer Referenzebene zur anderen fließen kann. In einem Design ist es sinnvoll, benachbarte Schichten als Verkabelungskombination zu verwenden. Wenn ein Signalpfad mehrere Schichten umfassen muss, ist es normalerweise kein vernünftiger Entwurf, ihn als Verkabelungskombination zu verwenden, da ein Pfad durch mehrere Schichten für den Rückstrom nicht glatt ist. Obwohl es möglich ist, den Bodenprall zu reduzieren, indem Entkopplungskondensatoren in der Nähe der Durchkontaktierungen platziert werden oder die Dicke des Dielektrikums zwischen den Referenzebenen verringert wird, ist es kein gutes Design.

6. Stellen Sie die Verdrahtungsrichtung ein

Auf der gleichen Signalschicht sollte sichergestellt werden, dass die meisten Verdrahtungsrichtungen konsistent sind und orthogonal zur Verdrahtungsrichtung benachbarter Signalschichten sein sollten. Beispielsweise kann die Verdrahtungsrichtung einer Signalschicht als die Richtung "Y-Achse" und die Verdrahtungsrichtung einer anderen benachbarten Signalschicht als die Richtung "X-Achse" eingestellt werden.

7. Nehmen Sie gerade nummerierte Ebenenstruktur an

Es kann von der entworfenen Leiterplattenstapel dass fast alle klassischen Stapeldesigns gerade nummerierte Schichten sind, nicht ungerade Ebenen. Dieser Notfall wird durch viele Faktoren verursacht, wie unten gezeigt.

Aus dem Herstellungsprozess der Leiterplatte lässt sich verstehen, dass alle leitfähigen Schichten in der Leiterplatte auf der Kernschicht gespeichert sind. Das Material der Kernschicht ist in der Regel ein doppelseitiger Superstar. Wenn die Kernschicht vollständig ausgenutzt wird, ist die leitfähige Schicht der Leiterplatte Die Zahl ist gerade.

Gerade nummerierte Leiterplatten haben Kostenvorteile. Aufgrund des Fehlens einer Schicht aus Dielektrikum und Kupfer sind die Rohstoffkosten der ungeraden Leiterplatte etwas niedriger als die Kosten der geraden Leiterplatte. Da ungerade Leiterplatten jedoch einen nicht standardmäßigen laminierten Kernschichtklebeprozess auf der Grundlage des Kernschichtstrukturprozesses hinzufügen müssen, sind die Verarbeitungskosten von ungerade Leiterplatten erheblich höher als die von gerade nummerierten Leiterplatten. Verglichen mit der gewöhnlichen Kernschichtstruktur führt das Hinzufügen von Kupfer zur Kernschichtstruktur zu einer Abnahme der Produktionseffizienz und einem verlängerten Produktionszyklus. Vor dem Kaschieren und Verkleben muss die äußere Kernschicht zusätzlich bearbeitet werden, was das Risiko von Kratzern und falschem Ätzen der äußeren Schicht erhöht. Die zusätzliche äußere Schichtbehandlung erhöht die Herstellungskosten erheblich.

Wenn sich die Leiterplatte im mehrschichtigen Schaltungsbindungsprozess befindet, wenn die inneren und äußeren Schichten abgekühlt sind, führen verschiedene Laminierungsspannungen dazu, dass sich die Leiterplatte in unterschiedlichem Maße verbiegt. Darüber hinaus wird mit zunehmender Dicke der Leiterplatte das Risiko des Biegens der Verbund-Leiterplatte mit zwei verschiedenen Strukturen größer. Ungerade nummerierte Leiterplatten sind einfach zu biegen, und gerade nummerierte Leiterplatten können das Biegen der Leiterplatte vermeiden.

Wenn beim Entwerfen eine ungerade Anzahl von Ebenen gestapelt ist, kann die folgende Methode verwendet werden, um die Anzahl der Ebenen zu erhöhen.

Wenn die Stromversorgungsschicht der Designprintplatte eine gerade Zahl und die Signalschicht eine ungerade Zahl ist, kann das Verfahren zum Hinzufügen einer Signalschicht übernommen werden. Die hinzugefügte Signalschicht führt nicht zu einem Kostenanstieg, kann aber die Verarbeitungszeit verkürzen und die Qualität der Leiterplatte verbessern.

Wenn Sie die Leiterplatte mit einer ungeraden Anzahl von Leistungsschichten und einer geraden Anzahl von Signalschichten entwerfen, können Sie die Methode zum Hinzufügen einer Leistungsschicht verwenden. Und eine weitere einfache Methode besteht darin, eine Masseschicht in der Mitte des Stapels hinzuzufügen, ohne andere Einstellungen zu ändern, das heißt, die Leiterplatte zuerst auf einer ungeraden Ebene zu routen und dann eine Masseschicht in der Mitte zu kopieren.

In Mikrowellenschaltungen und Mischmedien (verschiedene dielektrische Konstanten) Schaltungen kann eine leere Signalschicht nahe der Mitte des Leiterplattenstapels hinzugefügt werden, um Stapelungleichgewichte zu minimieren.

8. Kostenerwägungen

In Bezug auf die Herstellungskosten, mit dem gleichen Leiterplattenbereich, Die Kosten einer Mehrschichtplatine sind definitiv höher als die einer Ein- und Doppelschichtplatine, und je mehr Schichten, je höher die Kosten. Aber bei der Realisierung von Schaltungsfunktionen und Leiterplattenminiaturisierung, und Gewährleistung der Signalintegrität, EMl, EMV und andere Leistungsindikatoren, Mehrschichtige Leiterplatten sollten so viel wie möglich verwendet werden. Umfassende Bewertung, Der Kostenunterschied zwischen mehrschichtigen Leiterplatten und einlagigen Leiterplatten wird nicht viel höher als erwartet sein.