Leiterplattentechnisch - Grundsätze, die bei der Gestaltung von PCB-Laminaten beachtet werden sollten

Beim Entwurf einer Leiterplatte (Leiterplatte) ist eine der grundlegendsten Fragen, die berücksichtigt werden müssen, wie viele Verdrahtungsschichten, Masseebenen und Leistungsebenen benötigt werden, 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 mit Anforderungen wie Schaltungsfunktion, Signalintegrität, EMI, EMV und Herstellungskosten zusammen. Für die meisten Designs gibt es viele widersprüchliche Anforderungen in den PCB-Leistungsanforderungen, Zielkosten, Fertigungstechnologie 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, auf die im Kaskadendesign achten sollte, sind unten aufgeführt:

1.Stratifizierung

In einer mehrschichtigen Leiterplatte enthält sie normalerweise eine Signalschicht (S), eine Leistungsebene (P) und eine Erdebene (GND). Die Kraftebene und die Bodenebene sind in der Regel feste Ebenen ohne Trennungen. Sie sorgen für einen guten niedrigen Impedanzstrom-Rücklaufweg für den Strom der benachbarten Signalspuren. Die Signalschicht befindet sich meist zwischen diesen Leistungs- oder Erdreferenzebenenschichten und bildet eine symmetrische Streifenleitung oder eine asymmetrische Streifenleitung. Die oberen und unteren Schichten einer mehrschichtigen Leiterplatte werden in der Regel verwendet, um Komponenten und eine kleine Anzahl von Spuren zu platzieren. Diese Signalspuren dürfen nicht zu lang sein, um die durch die Spuren erzeugte direkte Strahlung zu reduzieren.

2. Bestimmen Sie die einzelne Leistungsreferenzebene (Leistungsebene)

Die Verwendung von Entkopplungskondensatoren ist eine wichtige Maßnahme zur Lösung der Leistungsintegrität. Entkopplungskondensatoren können nur auf die oberen und unteren Schichten der Leiterplatte platziert werden. Die Spuren, Pads und Vias der Entkopplungskondensatoren werden die Wirkung der Entkopplungskondensatoren ernsthaft beeinflussen. Dies erfordert, dass die Spuren, die die Entkopplungskondensatoren verbinden, bei der Konstruktion so kurz und breit wie möglich sein sollten, und die an die Vias angeschlossenen Drähte sollten es auch so kurz wie möglich halten. Beispielsweise können Sie in einer Hochgeschwindigkeits-digitalen Schaltung den Entkopplungskondensator auf die Oberschicht der Leiterplatte platzieren, die zweite Schicht der Hochgeschwindigkeits-digitalen Schaltung (wie einem Prozessor) als Leistungsschicht zuweisen, die dritte Schicht als Signalschicht verwenden und die vierte Schicht als Signalschicht verwenden. Set als High-Speed-digitale Schaltung Erde.

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 Mehrleistungsreferenzebene wird in mehrere physikalische Bereiche mit unterschiedlichen Spannungen unterteilt. Ist die Signalschicht nahe der Mehrspannungsschicht, trifft der Signalstrom auf der nahe gelegenen Signalschicht auf einen unerwünschten Rücklaufweg, der Lücken im Rücklaufweg verursacht. Bei digitalen Hochgeschwindigkeitssignalen kann diese unangemessene Rücklaufbahn-Konstruktion ernsthafte Probleme verursachen, so dass es erforderlich ist, dass die Hochgeschwindigkeitssignalverkabelung weit von der Mehrleistungsreferenzebene entfernt sein sollte.

4. Bestimmen Sie mehrere Bodenbeziehungsebenen (Bodenbeziehungsebenen)

Mehrere Erdreferenzebenen (Erdebenen) können einen guten Stromrückkehrweg mit niedriger Impedanz liefern, der den Common-Mode-EMl reduzieren kann. Die Erdebene und die Leistungsebene sollten eng gekoppelt sein, und die Signalschicht sollte auch eng mit der benachbarten Referenzebene gekoppelt sein. Dies kann durch Verringerung der Dicke des Mediums zwischen den Schichten erreicht werden.

5.Reasonly entwerfen Sie die Verdrahtungskombination

Die beiden Schichten, die durch einen Signalweg erstreckt werden, werden als "Verdrahtungskombination" bezeichnet. Die beste Konstruktion der Verdrahtungskombination besteht darin, zu vermeiden, dass der Rückstrom von einer Referenzebene zur anderen fließt, aber von einem Punkt (Oberfläche) einer Referenzebene zu einem anderen Punkt (Oberfläche). Um komplexe Verdrahtungen zu vervollständigen, ist die Schicht-zu-Schicht-Konvertierung von Spuren unvermeidlich. Stellen Sie beim Schalten zwischen Signalschichten sicher, dass der Rückstrom reibungslos von einer Referenzebene zur anderen fließen kann. In einer Konstruktion ist es sinnvoll, benachbarte Schichten als Verkabelungskombination zu verwenden. Wenn ein Signalweg mehrere Schichten erstrecken muss, ist es in der Regel kein vernünftiges Design, es als Verkabelungskombination zu verwenden, da ein Weg durch mehrere Schichten für den Rückstrom nicht glatt ist. Obwohl es möglich ist, den Bodenschwanz zu reduzieren, indem Entkopplungskondensatoren in der Nähe der Vias platziert werden oder die Dicke des Dielektrikums zwischen den Referenzebenen reduziert wird, ist es nicht eine gute Konstruktion.

6.Set die Verkabelungsrichtung

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.Adopt gerade-nummerierte Schichtstruktur

Aus dem entworfenen PCB-Stack kann festgestellt werden, dass fast alle klassischen Stack-Designs gerade und nicht ungerade Schichten sind. Dieser Notfall wird durch viele Faktoren verursacht,wie unten gezeigt.

Aus dem Herstellungsverfahren der Leiterplatte ist zu verstehen, dass alle leitfähigen Schichten der Leiterplatte auf der Kernschicht gespeichert sind. Das Material der Kernschicht ist in der Regel ein doppelseitiges Superstrat. Wenn die Kernschicht vollständig genutzt wird, ist die leitfähige Schicht der Leiterplatte die Zahl gleich.

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 Laminieren und Verkleben benötigt die äußere Kernschicht zusätzliche Verarbeitung, 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 verschiedenen Graden 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 bei der Konstruktion eine ungerade Anzahl von Schichten gestapelt wird, kann die folgende Methode verwendet werden, um die Anzahl der Schichten zu erhöhen.

Wenn die Stromversorgungsschicht der gestalteten Leiterplatte eine gerade Zahl ist und die Signalschicht eine ungerade Zahl ist, kann das Verfahren zum Hinzufügen einer Signalschicht angenommen werden. Die zusätzliche Signalschicht führt nicht zu einer Kostenerhöhung, kann aber die Verarbeitungszeit verkürzen und die Qualität der Leiterplatte verbessern.

Wenn Sie die Leiterplatte mit einer ungeraden Anzahl von Leistungsschichten und einer even Anzahl von Signalschichten entwerfen, können Sie die Methode verwenden, eine Leistungsschicht hinzuzufügen. Und eine andere einfache Methode besteht darin, eine Erdschicht in der Mitte des Stapels hinzuzufügen, ohne andere Einstellungen zu ändern, das heißt, die Leiterplatte zuerst auf eine ungerade Schicht zu routieren und dann eine Erdschicht in der Mitte zu kopieren.

In Mikrowellenschaltungen und Mischmediumschaltungen (unterschiedliche dielektrische Konstanten) kann eine leere Signalschicht in der Nähe der Mitte des Leiterplattenstapels hinzugefügt werden, um das Stapelungleichgewicht zu minimieren.

8.Kostenüberlegungen

In Bezug auf die Herstellungskosten sind die Kosten einer mehrschichtigen Leiterplatte mit demselben PCB-Bereich definitiv höher als die einer einlagigen und zweischichtigen Leiterplatte, und je mehr Schichten, desto höher die Kosten. Bei der Realisierung von Schaltungsfunktionen und Leiterplattenminiaturisierung und der Sicherstellung von Signalintegrität, EMI, EMV und anderen Leistungsindikatoren sollten jedoch möglichst mehrschichtige Leiterplatten verwendet werden. Umfassende Bewertung, der Kostenunterschied zwischen mehrschichtigen Leiterplatten und einlagigen Leiterplatten wird nicht viel höher als erwartet sein.