Công nghệ PCB - Các nguyên tắc cần được quan sát trong thiết kế laminate PCB

Khi thiết kế một PCB (bảng mạch in), một trong những vấn đề cơ bản nhất cần được xem xét là cần có bao nhiêu lớp dây, máy bay mặt đất và máy bay điện để đạt được các chức năng được yêu cầu bởi mạch, và các lớp dây, máy bay mặt đất và nguồn cung cấp điện của bảng mạch in Việc xác định số lớp của máy bay liên quan đến các yêu cầu như chức năng mạch, tính toàn vẹn tín hiệu, EMI, EMC và chi phí sản xuất. Đối với hầu hết các thiết kế, có nhiều yêu cầu mâu thuẫn trong các yêu cầu hiệu suất PCB, chi phí mục tiêu, công nghệ sản xuất và sự phức tạp của hệ thống. Thiết kế laminate PCB thường được xác định bởi một thỏa hiệp sau khi xem xét các yếu tố khác nhau. Các mạch kỹ thuật số tốc độ cao và mạch vô tuyến thường áp dụng thiết kế bảng đa lớp.

8 nguyên tắc cần chú ý trong thiết kế tầng lớp được liệt kê dưới đây:

1. Lớp hóa

Trong một PCB đa lớp, nó thường chứa một lớp tín hiệu (S), một phẳng điện (P) và một phẳng mặt đất (GND). Phẳng điện và phẳng mặt đất thường là phẳng rắn mà không có phân chia. Chúng sẽ cung cấp một đường dẫn trở lại dòng điện trở kháng thấp tốt cho dòng điện của các dấu hiệu tín hiệu lân cận. Lớp tín hiệu chủ yếu nằm giữa các lớp phẳng tham chiếu điện hoặc mặt đất này, tạo thành một đường dải đối xứng hoặc một đường dải không đối xứng. Các lớp trên và dưới của một PCB đa lớp thường được sử dụng để đặt các thành phần và một số lượng nhỏ dấu vết. Những dấu vết tín hiệu này không được quá dài để giảm bức xạ trực tiếp được tạo ra bởi dấu vết.

2. Xác định máy bay tham chiếu công suất duy nhất (máy bay công suất)

Sử dụng tụ điện tách ghép là một biện pháp quan trọng để giải quyết tính toàn vẹn năng lượng. Tụ điện ngắt nối chỉ có thể được đặt trên lớp trên và dưới của PCB. Các dấu vết, miếng đệm và đường dẫn của tụ nối sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu ứng của tụ nối. Điều này đòi hỏi rằng các dấu vết kết nối các tụ nối nên ngắn và rộng nhất có thể khi thiết kế, và các dây kết nối với các vias cũng nên giữ nó ngắn nhất có thể. Ví dụ, trong một mạch kỹ thuật số tốc độ cao, bạn có thể đặt tụ nối trên lớp trên của PCB, gán lớp thứ hai cho mạch kỹ thuật số tốc độ cao (chẳng hạn như bộ xử lý) làm lớp điện, sử dụng lớp thứ ba làm lớp tín hiệu và sử dụng lớp thứ tư làm lớp tín hiệu. Đặt như mặt đất mạch kỹ thuật số tốc độ cao.

Ngoài ra, hãy cố gắng đảm bảo rằng dấu hiệu tín hiệu được điều khiển bởi cùng một thiết bị kỹ thuật số tốc độ cao sử dụng cùng một lớp điện như phẳng tham chiếu, và lớp điện này là lớp cung cấp điện của thiết bị kỹ thuật số tốc độ cao.

3. Xác định phẳng tham chiếu đa năng lượng

Phẳng tham chiếu đa công sẽ được chia thành một số khu vực vật lý với điện áp khác nhau. Nếu lớp tín hiệu gần lớp cung cấp đa năng lượng, dòng tín hiệu trên lớp tín hiệu gần đó sẽ gặp một con đường trở lại không mong muốn, gây ra khoảng trống trong con đường trở lại. Đối với tín hiệu kỹ thuật số tốc độ cao, thiết kế đường dẫn trở lại không hợp lý này có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng, vì vậy cần phải có dây tín hiệu kỹ thuật số tốc độ cao cách phẳng tham chiếu đa công suất xa.

4.Xác định nhiều máy bay tham chiếu mặt đất (máy bay mặt đất)

Nhiều mặt phẳng tham chiếu mặt đất (mặt phẳng mặt đất) có thể cung cấp một đường dẫn trở kháng thấp tốt, có thể làm giảm EMl chế độ chung. Mặt phẳng mặt đất và mặt phẳng nguồn điện phải được ghép nối chặt chẽ, và lớp tín hiệu cũng phải được ghép nối chặt chẽ với mặt phẳng tham chiếu liền kề. Điều này có thể được thực hiện bằng cách giảm độ dày của môi trường giữa các lớp.

5. Thiết kế hợp lý kết hợp dây

Hai lớp mà đường dẫn tín hiệu đi qua được gọi là "kết hợp cáp". Thiết kế kết hợp cáp tốt nhất là tránh dòng điện trở lại từ mặt phẳng tham chiếu này sang mặt phẳng tham chiếu khác, nhưng từ một điểm (bề mặt) của mặt phẳng tham chiếu đến đầu kia (bề mặt). Để hoàn thành hệ thống dây điện phức tạp, chuyển đổi lớp sang lớp của dấu vết là không thể tránh khỏi. Khi chuyển đổi giữa các lớp tín hiệu, hãy đảm bảo dòng điện trở lại có thể chảy trơn tru từ mặt phẳng tham chiếu này sang mặt phẳng khác. Trong thiết kế, nó là hợp lý để sử dụng các lớp liền kề như một kết hợp cáp. Nếu đường dẫn tín hiệu cần phải vượt qua nhiều lớp, sử dụng nó như một kết hợp cáp thường là một thiết kế không hợp lý vì đường dẫn qua nhiều lớp không trơn tru cho dòng điện trở lại. Mặc dù có thể giảm hồi phục mặt đất bằng cách đặt tụ điện tách rời gần lỗ thông qua hoặc giảm độ dày của điện môi giữa các mặt phẳng tham chiếu, đây không phải là một thiết kế tốt.

6. Đặt hướng dây

Trên cùng một lớp tín hiệu, nên đảm bảo rằng hầu hết các hướng dây đều nhất quán và nên chữ giác với hướng dây của các lớp tín hiệu lân cận. Ví dụ, hướng dây của một lớp tín hiệu có thể được đặt là hướng "trục Y", và hướng dây của lớp tín hiệu lân cận khác có thể được đặt là hướng "trục X".

7.Adopt cấu trúc lớp chồng số

Nó có thể được tìm thấy từ ngăn xếp PCB được thiết kế rằng hầu hết các thiết kế ngăn xếp cổ điển là các lớp chấp số, không phải lớp chấp số. Khẩn cấp này được gây ra bởi nhiều yếu tố, như được hiển thị dưới đây.

Có thể hiểu được từ quá trình sản xuất bảng mạch in, tất cả các lớp dẫn điện trong bảng được giữ trên lớp lõi. Vật liệu của lớp lõi thường là lớp phủ hai mặt. Khi lớp lõi được sử dụng đầy đủ, số lượng lớp dẫn điện của bảng mạch in là số chẵn.

Bảng mạch in chồng số có lợi thế về chi phí. Do thiếu một lớp dielectric và đồng, chi phí nguyên liệu của bảng mạch in chữ số thấp hơn một chút so với chi phí của bảng mạch in chữ số. Tuy nhiên, bởi vì các bảng mạch in chữ số cần thêm một quy trình liên kết lớp lõi laminated không tiêu chuẩn dựa trên quy trình cấu trúc lớp lõi, chi phí xử lý của các bảng mạch in chữ số cao hơn đáng kể so với các bảng mạch in chữ số. So với cấu trúc lớp lõi thông thường, việc thêm đồng vào cấu trúc lớp lõi sẽ dẫn đến giảm hiệu quả sản xuất và chu kỳ sản xuất kéo dài. Trước khi lamination và liên kết, lớp lõi bên ngoài cần xử lý bổ sung, làm tăng nguy cơ trầy xước và khắc sai của lớp bên ngoài. Việc xử lý lớp ngoài bổ sung sẽ làm tăng đáng kể chi phí sản xuất.

Khi bảng mạch in đang trong quá trình liên kết mạch đa lớp, khi các lớp bên trong và bên ngoài được làm mát, căng thẳng lamination khác nhau sẽ khiến bảng mạch in uốn cong đến mức độ khác nhau. Hơn nữa, khi độ dày của bảng mạch tăng lên, nguy cơ uốn cong của bảng mạch in tổng hợp với hai cấu trúc khác nhau trở nên lớn hơn. Các bảng mạch có số lẻ dễ uốn cong, và các bảng mạch in chồng số có thể tránh uốn cong bảng mạch.

Khi thiết kế, nếu bạn xếp các lớp lẻ, bạn có thể tăng số lượng các lớp bằng cách sử dụng các phương pháp sau.

Nếu lớp cung cấp điện của bảng mạch in thiết kế là một số chấp và lớp tín hiệu là một số chấp, phương pháp thêm lớp tín hiệu có thể được áp dụng. Lớp tín hiệu bổ sung sẽ không dẫn đến sự gia tăng chi phí, nhưng có thể rút ngắn thời gian xử lý và cải thiện chất lượng của bảng mạch in.

Nếu bạn thiết kế bảng mạch in với một số lớp công suất lẻ và một số lớp tín hiệu chồng, bạn có thể sử dụng phương pháp thêm một lớp công suất. Và một phương pháp đơn giản khác là thêm một lớp mặt đất ở giữa ngăn chồng mà không thay đổi các cài đặt khác, đó là, để định tuyến bảng mạch in trên một lớp chữ số trước, và sau đó sao chép một lớp mặt đất ở giữa.

Trong các mạch vi sóng và các mạch truyền thông hỗn hợp (hằng số môi điện khác nhau), một lớp tín hiệu trống có thể được thêm gần trung tâm của ngăn xếp bảng mạch in để giảm thiểu sự mất cân bằng ngăn xếp.

8.Chi phí cân nhắc

Về chi phí sản xuất, với cùng một khu vực PCB, chi phí của bảng mạch đa lớp chắc chắn cao hơn so với bảng mạch lớp đơn và lớp đôi, và càng nhiều lớp, chi phí càng cao. Nhưng khi xem xét việc thực hiện các chức năng mạch và thu nhỏ bảng mạch, và đảm bảo tính toàn vẹn tín hiệu, EMl, EMC và các chỉ số hiệu suất khác, các bảng mạch đa lớp nên được sử dụng càng nhiều càng tốt. Đánh giá toàn diện, sự khác biệt chi phí giữa các bảng mạch đa lớp và bảng mạch một lớp sẽ không cao hơn dự kiến nhiều.