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

Al diseñar una placa de circuito impreso (PCB), una de las cuestiones más básicas que deben considerarse es cuántas capas de cableado, planos de tierra y planos de potencia se necesitan para lograr las funciones requeridas por el circuito, y las capas de cableado, planos de tierra y fuentes de alimentación de la placa de circuito impreso. La determinación del número de capas del plano está relacionada con requisitos tales como la función del circuito, la integridad de la señal, la EMI, la EMC y el costo de fabricación. Para la mayoría de los diseños, hay muchos requisitos contradictorios en los requisitos de rendimiento de la PCB, el costo objetivo, la tecnología de fabricación y la complejidad del sistema. El diseño de laminado de PCB generalmente está determinado por un compromiso después de considerar varios factores. Los circuitos digitales de alta velocidad y los circuitos de radio generalmente adoptan diseños de placas de múltiples capas.

Los 8 principios a los que debe prestarse atención en el diseño en cascada se enumeran a continuación:

1.Estratificación

En una PCB multicapa, generalmente contiene una capa de señal (S), un plano de potencia (P) y un plano de tierra (GND). El plano de potencia y el plano de tierra son generalmente planos sólidos sin divisiones. Proporcionarán una buena trayectoria de retorno de corriente de baja impedancia para la corriente de las trazas de señal adyacentes. La capa de señal se encuentra principalmente entre estas capas de plano de referencia de potencia o tierra, formando una línea de tiras simétrica o una línea de tiras asimétrica. Las capas superior e inferior de una PCB multicapa se usan generalmente para colocar componentes y un pequeño número de trazas. Estas trazas de señal no deben ser demasiado largas para reducir la radiación directa generada por las trazas.

2.Determinar el plano de referencia de potencia único (plano de potencia)

El uso de condensadores de desacoplamiento es una medida importante para resolver la integridad de la energía. Los condensadores de desacoplamiento solo se pueden colocar en las capas superior e inferior de la PCB. Las huellas, almohadillas y vías de los condensadores de desacoplamiento afectarán seriamente el efecto de los condensadores de desacoplamiento. Esto requiere que las trazas que conectan los condensadores de desacoplamiento deben ser lo más cortas y anchas posibles al diseñar, y los cables conectados a los vias también deben mantenerlo lo más corto posible. Por ejemplo, en un circuito digital de alta velocidad, puede colocar el condensador de desacoplamiento en la capa superior de la PCB, asignar la segunda capa al circuito digital de alta velocidad (como un procesador) como la capa de potencia, usar la tercera capa como la capa de señal y usar la cuarta capa como la capa de señal. Establecido como tierra de circuito digital de alta velocidad.

Además, trate de asegurarse de que las trazas de señal impulsadas por el mismo dispositivo digital de alta velocidad usen la misma capa de potencia que el plano de referencia, y esta capa de potencia es la capa de suministro de potencia del dispositivo digital de alta velocidad.

3. determinar el plano de referencia de potencia múltiple

El plano de referencia de múltiples potencias se dividirá en varias áreas físicas con diferentes voltajes. Si la capa de señal está cerca de la capa de fuente de alimentación múltiple, la corriente de señal en la capa de señal cercana encontrará una trayectoria de retorno indeseable, causando huecos en la trayectoria de retorno. Para señales digitales de alta velocidad, este diseño de trayectoria de retorno irrazonable puede causar problemas graves, por lo que se requiere que el cableado de señal digital de alta velocidad esté lejos del plano de referencia de múltiples potencias.

4.Determinar múltiples planos de referencia de tierra (planos de tierra)

Múltiples planos de referencia de tierra (planos de tierra) pueden proporcionar una buena trayectoria de retorno de corriente de baja impedancia, lo que puede reducir EMl de modo común. El plano de tierra y el plano de potencia deben estar estrechamente acoplados, y la capa de señal también debe estar estrechamente acoplada con el plano de referencia adyacente. Esto se puede lograr reduciendo el grosor del medio entre capas.

5. diseño racional de la combinación de cableado

Las dos capas abarcadas por una trayectoria de señal se denominan una "combinación de cableado". El mejor diseño de combinación de cableado es evitar que la corriente de retorno fluya de un plano de referencia a otro, pero de un punto (superficie) de un plano de referencia a otro punto (superficie). Para completar el cableado complejo, la conversión capa a capa de trazas es inevitable. Al cambiar entre capas de señal, asegúrese de que la corriente de retorno pueda fluir sin problemas de un plano de referencia a otro. En un diseño, es razonable usar capas adyacentes como una combinación de cableado. Si una trayectoria de señal necesita abarcar múltiples capas, generalmente no es un diseño razonable usarla como una combinación de cableado, porque una trayectoria a través de múltiples capas no es lisa para la corriente de retorno. Aunque es posible reducir el rebote de tierra colocando condensadores de desacoplamiento cerca de los vias o reduciendo el grosor del dieléctrico entre los planos de referencia, no es un buen diseño.

6.Set la dirección del cableado

En la misma capa de señal, debe asegurarse que la mayoría de las direcciones de cableado son consistentes, y deben ser ortogonales a la dirección de cableado de capas de señal adyacentes. Por ejemplo, la dirección de cableado de una capa de señal puede ajustarse como la dirección del "eje Y", y la dirección de cableado de otra capa de señal adyacente puede ajustarse como la dirección del "eje X".

7. adoptar una estructura de capas pares

Se puede encontrar a partir de la pila de PCB diseñada que casi todos los diseños clásicos de pila son capas con números pares, no capas con números impares. Esta emergencia es causada por 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 la materia prima de la placa de circuito impreso con números impares es ligeramente menor que el costo de la placa de circuito impreso con números pares. Sin embargo, debido a que las placas de circuito impreso con números impares necesitan añadir un proceso de unión de capa de núcleo laminado no estándar sobre la base del proceso de estructura de capa de núcleo, el costo de procesamiento de las placas de circuito impreso con números impares es significativamente mayor que el de las placas de circuito impreso con números pares. En comparación con la estructura de capa de núcleo ordinaria, la adición de cobre a la estructura de capa de núcleo dará como resultado una disminución en la eficiencia de producción y un ciclo de producción prolongado. Antes de la laminación y la unión, la capa de núcleo exterior necesita un procesamiento adicional, lo que aumenta el riesgo de arañazos y grabado incorrecto de la capa exterior. El tratamiento adicional de la capa externa aumentará en gran medida el coste de fabricación.

Cuando la placa de circuito impreso está en el proceso de unión de circuito multicapa, cuando las capas internas y externas se enfrían, diferentes tensiones de laminación harán que la placa de circuito impreso se doble a diferentes grados. Además, a medida que aumenta el grosor de la placa de circuito, el riesgo de flexión de la placa de circuito impreso compuesto con dos estructuras diferentes se hace mayor. Las placas de circuito con números impares son fáciles de doblar, y las placas de circuito impreso con números pares pueden evitar la doblación de la placa de circuito.

Al diseñar, si se apilan un número impar de capas, se puede usar el siguiente método para aumentar el número de capas.

Si la capa de alimentación de la placa de circuito impreso de diseño es un número par y la capa de señal es un número impar, se puede adoptar el método de añadir una capa de señal. La capa de señal añadida no conducirá a un aumento en el coste, pero puede acortar el tiempo de procesamiento y mejorar la calidad de la placa de circuito impreso.

Si diseña la placa de circuito impreso con un número impar de capas de potencia y un número par de capas de señal, puede usar el método de agregar una capa de potencia. Y otro método simple es añadir una capa de tierra en el medio de la pila sin cambiar otros ajustes, es decir, encaminar la placa de circuito impreso en una capa con números impares primero, y luego copiar una capa de 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 coste

En términos de costos de fabricación, cuando el área de PCB es la misma, el costo de las placas de circuito multicapa debe ser mayor que el de las placas de circuito individuales y dobles. cuanto más capas, mayor es el costo. Sin embargo, al considerar la realización de funciones de circuito y la miniaturización de la placa de circuito para garantizar la integridad de la señal, eml, EMC y otros indicadores de rendimiento, 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.