Tecnología de PCB - Principios a seguir en el diseño de laminados de PCB

Una de las cuestiones más básicas a considerar al diseñar un PCB (placa de circuito impreso) es cuántas capas de cableado, planos de tierra y planos de potencia se necesitan para realizar las funciones necesarias del circuito, así como capas de cableado. La determinación del plano de tierra y el número de capas del plano de alimentación de la placa de circuito impreso está relacionada con los requisitos de función del circuito, integridad de la señal, emi, EMC y costos de fabricación. Para la mayoría de los diseños, hay muchos requisitos contradictorios en términos de requisitos de rendimiento de pcb, costos objetivo, tecnología de fabricación y complejidad del sistema. El diseño de los laminados de PCB generalmente se determina mediante un compromiso después de considerar varios factores. Los circuitos digitales de alta velocidad y los circuitos de radio suelen estar diseñados con placas multicapa.

Los ocho principios a los que se debe prestar atención en el diseño en cascada son los siguientes:

1. estratificación

En el PCB multicapa, suele contener una capa de señal (s), un plano de fuente (p) y un plano de tierra (gnd). El plano de la fuente de alimentación y el plano del suelo suelen ser planos sólidos sin división. Proporcionarán una buena ruta de retorno de corriente de baja resistencia para la corriente de los rastros de señal adyacentes. La mayoría de las capas de señal se encuentran entre estas capas de plano de referencia de energía o tierra, formando líneas de banda simétricas o asimétricas. La capa superior e inferior de los PCB multicapa se utiliza generalmente para colocar componentes y pequeñas trazas. Estos rastros de señal no deben ser demasiado largos para reducir la radiación directa producida por los rastros.

2. determinar un solo plano de referencia de Potencia (plano de potencia)

El uso de condensadores de desacoplamiento es una medida importante para resolver el problema de la integridad de la fuente de alimentación. Los condensadores de desacoplamiento solo se pueden colocar en la parte superior e inferior del pcb. Los rastros, almohadillas y agujeros de los condensadores de desacoplamiento afectarán seriamente el efecto de los condensadores de desacoplamiento. Esto requiere que los rastros que conectan los condensadores de desacoplamiento sean lo más cortos y anchos posible en el diseño, y los cables conectados a los agujeros también deben mantenerse lo más cortos posible. En los circuitos digitales de alta velocidad, por ejemplo, se pueden colocar condensadores de desacoplamiento en la parte superior del pcb, asignar la segunda capa a los circuitos digitales de alta velocidad (como procesadores) como capa de alimentación, utilizar la tercera capa como capa de señal y utilizar la cuarta capa como capa de señal. Se establece como un circuito digital de alta velocidad conectado a tierra.

Además, trate de asegurarse de que el rastro de señal impulsado por el mismo dispositivo digital de alta velocidad utiliza la misma capa de potencia que el plano de referencia, y esta capa de potencia es la capa de alimentación del dispositivo digital de alta velocidad.

3. determinar el plano de referencia de potencia múltiple

El plano de referencia de potencia múltiple se dividirá en varias áreas físicas con diferentes tensiones. Si la capa de señal está cerca de la capa de alimentación múltiple, la corriente de señal en la capa de señal cercana encontrará una ruta de retorno no deseada, lo que provocará un hueco en la ruta de retorno. Para las señales digitales de alta velocidad, este diseño irrazonable de la ruta de retorno puede causar problemas graves, por lo que se requiere que el cableado de las señales digitales de alta velocidad se mantenga alejado del plano de referencia de Potencia múltiple.

4. determinar varios planos de referencia del suelo (planos del suelo)

Varios planos de referencia de puesta a tierra (planos de puesta a tierra) pueden proporcionar una buena ruta de retorno de corriente de baja resistencia, lo que puede reducir el eml de modo común. El plano de tierra y el plano de la fuente de alimentación deben estar estrechamente acoplados, y la capa de señal también debe estar estrechamente acoplada al plano de referencia adyacente. Esto se puede lograr reduciendo el espesor del medio entre las capas.

5. diseño racional de la combinación de cableado

Las dos capas que se cruzan por la ruta de la señal se llaman "combinaciones de cableado". la mejor combinación de cableado está diseñada para evitar que la corriente de retorno fluya de un plano de referencia a otro, pero de un punto (superficie) del plano de referencia a otro. Para completar el cableado complejo, la conversión de capa a capa del rastro es inevitable. Al cambiar entre las capas de señal, asegúrese de que la corriente de retorno pueda fluir suavemente de un plano de referencia a otro. En el diseño, es razonable utilizar capas adyacentes como combinaciones de cableado. Si la ruta de la señal necesita cruzar varias capas, su uso como combinación de cableado generalmente no es un diseño razonable, ya que la ruta a través de varias capas no es suave para la corriente de retorno. Aunque se puede reducir el rebote del suelo colocando condensadores de desacoplamiento cerca del agujero de paso o reduciendo el espesor del dieléctrico entre los planos de referencia, este no es un buen diseño.

6. establecer la dirección del cableado

En la misma capa de señal, se debe garantizar que la mayoría de las direcciones de cableado sean consistentes y deben ser ortonormales a las direcciones de cableado de las capas de señal adyacentes. Por ejemplo, se puede establecer la dirección de cableado de una capa de señal en la dirección "eje y" y se puede establecer la dirección de cableado de otra capa de señal adyacente en la dirección "eje x".

7. adoptar una estructura de capas pares

A partir de la pila de PCB diseñada, se puede encontrar que casi todos los diseños de apilamiento clásicos son capas pares en lugar de capas impares. Esta emergencia se debe a muchos factores, como se muestra a continuación.

A partir del proceso de fabricación de la placa de circuito impreso, se puede entender que todas las capas conductoras de la placa de circuito se conservan en la capa central. El material del núcleo suele ser una cubierta de doble Cara. Cuando la capa central se aprovecha al máximo, el número de capas conductoras en la placa de circuito impreso es par.

Las placas de circuito impreso con números pares tienen ventajas de costo. Debido a la falta de una capa de dieléctrico y cobre, el costo de las materias primas de las placas de circuito impreso singulares es ligeramente menor que el de las placas de circuito impreso pares. Sin embargo, debido a la necesidad de agregar un proceso de Unión de capa de núcleo apilado no estándar a la base del proceso de estructura de capa de núcleo, el costo de procesamiento de la placa de circuito impreso de número impar es significativamente mayor que el del sustrato de circuito impreso de número par. En comparación con la estructura normal de la capa central, la adición de cobre a la estructura de la capa central dará lugar a una reducción de la eficiencia de producción y una prolongación del ciclo de producción. Antes de laminar y pegar, la capa exterior del núcleo requiere un tratamiento adicional, lo que aumenta el riesgo de arañazos en la capa exterior y grabado incorrecto. El tratamiento adicional de la capa exterior aumentará considerablemente los costos de fabricación.

Cuando la placa de circuito impreso está en el proceso de Unión de circuitos multicapa, cuando la capa interior y la capa exterior se enfrían, diferentes tensiones laminadas pueden causar diferentes grados de flexión de la placa de circuito impreso. Además, a medida que aumenta el espesor de la placa de circuito, el riesgo de flexión de la placa de circuito impreso compuesta con dos estructuras diferentes aumenta. Las placas de circuito con números impares se doblan fácilmente, y las placas de circuito impreso con números pares pueden evitar que las placas de circuito se doblen.

En el momento del diseño, si se apilan capas singulares, se pueden utilizar los siguientes métodos para aumentar el número de capas.

Si la capa de alimentación de la placa de circuito impreso de diseño es par y la capa de señal es extraña, se puede utilizar el método de agregar la capa de señal. El aumento de la capa de señal no provocará un aumento de los costos, pero puede acortar el tiempo de procesamiento y mejorar la calidad de la placa de circuito impreso.

Si la placa de circuito impreso que diseña tiene varias capas de alimentación impares y varias capas de señal pares, se puede utilizar el método de agregar capas de alimentación. Otra forma sencilla es agregar una formación de puesta a tierra en el Centro de la pila sin cambiar otras configuraciones, es decir, primero cableado la placa de circuito impreso en la capa extraña y luego copiar una formación de puesta a tierra en el medio.

En los circuitos de microondas y los circuitos de medios mixtos (diferentes constantes dieléctrico), se puede agregar una capa de señal en blanco cerca del Centro de la pila de placas de circuito impreso para minimizar el desequilibrio de apilamiento.

8. consideraciones de costos

En términos de costos de fabricación, bajo la misma superficie de pcb, el costo de las placas de circuito multicapa debe ser mayor que el de las placas de circuito individuales y dobles, y cuanto más capas, mayor es el costo. Sin embargo, al considerar la realización de la función del circuito y la miniaturización de la placa de circuito, y garantizar indicadores de rendimiento como la integridad de la señal, eml y emc, se deben utilizar placas de circuito multicapa en la medida de lo posible. En una evaluación exhaustiva, la diferencia de costos entre las placas de circuito multicapa y las placas de circuito monocapa no será mucho mayor de lo esperado.