Die Menschen erwarten, dass elektronische Produkte reich an Funktionen sind, erfordern aber auch, dass sie klein und tragbar sind, Das bringt neue Herausforderungen für Leiterplattendesigner. Um das zu erreichen, Designer wenden sich an mehrschichtige Leiterplatten, die mehr Platz für mehr Signale und elektronische Schaltungen bieten, um eine größere Funktionalität zu ermöglichen. jedoch, erfolgreich PCB-Design hängt von einer sorgfältigen Betrachtung des PCB-Stapelaufbaus ab. Diese kritische Komponente wirkt sich direkt auf die Leistung der Leiterplatte aus, Verlässlichkeit, Kosten, und Herstellbarkeit. In diesem Artikel, finden Sie Anleitungen zum PCB-Stackup-Design, einschließlich Regeln, Vorschläge, und Beispiele, die Ihnen helfen, Ihr Stapeldesign besser zu vervollständigen.
Was ist PCB Stackup??
PCB Stackup bezieht sich auf die Anordnung von Kupfer- und Isolierschichten, die eine Leiterplatte bilden. Ein typischer PCB-Stapelaufbau besteht aus abwechselnden Schichten aus Kupfer und Isoliermaterial, wie Prepreg und Kernschichten. Die Kupferschichten enthalten die Schaltkreise und dienen als leitende Pfade für die elektronischen Signale auf der Platine.
Der Leiterplattenaufbau ist ein wesentlicher Aspekt des Leiterplattendesigns und bestimmt die elektrischen Eigenschaften der Leiterplatte, einschließlich Signalintegrität, Machtverteilung, und elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Es wirkt sich auch auf die mechanischen und thermischen Eigenschaften der Platte aus. Die Anzahl der in einem PCB-Stackup verwendeten Schichten kann flexibel sein und wird durch die Komplexität der Schaltung und die spezifischen Designvoraussetzungen bestimmt.
Ein zweischichtiger Leiterplattenaufbau ist der einfachste und gebräuchlichste, Designs mit hoher Dichte erfordern jedoch möglicherweise vier oder mehr Schichten, um die erforderlichen Komponenten und das Routing aufzunehmen. Designer müssen den PCB-Aufbau während des Designprozesses sorgfältig prüfen, um sicherzustellen, dass die Platine die erforderlichen elektrischen und mechanischen Anforderungen erfüllt und gleichzeitig kostengünstig in der Herstellung ist. Das richtige Stackup-Design kann dazu beitragen, den Signalverlust zu minimieren, reduzieren elektromagnetische Störungen, und sorgen für ein stabiles Stromverteilungsnetz, was zu einer zuverlässigeren und leistungsfähigeren Leiterplatte führt.
Regeln und Tipps zum PCB-Stackup-Design
Die Verwaltung eines guten Stackups erfordert die Einhaltung von Hunderten von Regeln und Kriterien, aber einige der wichtigsten sind:
- Groundplane-Platinen sind die bevorzugte Option, da sie das Signalrouting entweder in Microstrip- oder in Stripline-Konfigurationen ermöglichen, was zu niedrigerer Erdimpedanz und geringeren Bodenrauschpegeln führt.
- Um die Strahlung von Hochgeschwindigkeitssignalen zu verhindern, Es ist wichtig, sie auf Zwischenschichten zwischen verschiedenen Ebenen zu führen, während Masseebenen als Abschirmungen verwendet werden.
- Signallagen sollten so nah wie möglich beieinander platziert werden, auch wenn sie in benachbarten Flugzeugen sind, und immer neben einem Flugzeug.
- Mehrere Erdungsebenen zu haben ist vorteilhaft, da es die Erdungsimpedanz der Platine senkt und die Strahlung reduziert.
- Es ist entscheidend, eine starke Kopplung zwischen Strom- und Masseebene zu haben.
- Aus mechanischer Sicht ist ein Querschnitt sinnvoll, um Verformungen zu vermeiden.
- Wenn die Signalpegel neben den Ebenenpegeln liegen, entweder Erde oder Strom, der Rückstrom kann durch die benachbarte Ebene fließen, was hilft, die Induktivität des Rückwegs zu reduzieren.
- Zur Verbesserung der Rausch- und EMI-Leistung, Ein praktikabler Weg besteht darin, die Dicke der Isolierung zwischen einer Signalschicht und ihrer Nachbarebene zu verringern.
- Bei der Auswahl von Materialien basierend auf ihrer elektrischen, mechanisch, und thermischen Eigenschaften, Es ist wichtig, die Dicke jeder Signalschicht zu berücksichtigen, unter Berücksichtigung von Standarddicken und den Eigenschaften verschiedener Arten von Materialien für gedruckte Schaltungen.
- Für das Design des Stackups sollte hochwertige Software verwendet werden, Auswahl der geeigneten Materialien aus der Bibliothek und Durchführung von Impedanzberechnungen basierend auf ihren Abmessungen.
Empfohlenes Material und Dicke
Die drei Hauptkomponenten eines PCB-Stackups sind Kupfer, Isolierung, und Bodenebene. Und die Materialoptionen und die Dicke für jedes von ihnen spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung ihrer Leistungsmerkmale.
- Kupferschichten
Es gibt mehrere Arten von Kupfer, jedes mit seiner eigenen einzigartigen Schmelztemperatur, elektrische Leitfähigkeit, und Wärmeausdehnungsrate. Die Auswahl des Kupfers basiert typischerweise auf den Designanforderungen. Es ist erwähnenswert, dass dickere Kupferschichten die allgemeine Robustheit des Designs verbessern, sondern erhöhen auch die Kosten des Boards.
- Isolierschichten
FR-4 Epoxid, Glas Epoxid, und parylenbeschichtete Materialien sind die am häufigsten verwendeten Arten von Isoliermaterialien in Leiterplatten. Und die Auswahl der geeigneten Isolationsmaterialien ist abhängig von der Anwendungsumgebung. Um die EMI-Abschirmung zu verbessern und die Haltbarkeit der Platine zu verbessern, Es ist ratsam, eine möglichst dicke Dämmschicht zu verwenden. jedoch, wenn die Dämmschicht zu dick ist, Dies kann die Qualität von Leiterbahnen und Durchkontaktierungen beeinträchtigen.
- Grundebenenschichten
Kupfer und Nickel sind die am häufigsten verwendeten Grundplattenmaterialien. Die Auswahl der Grundplattenmaterialien basiert auf Designanforderungen und der Art der Lötmaske. Die empfohlene Dicke für die Grundplatte liegt zwischen 0.1 mm und 0.25 mm. Obwohl eine dickere Grundplatte eine bessere Leistung liefert, es führt auch zu einer Vergrößerung der Platine.
Designbeispiele für PCB-Stackups
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4 Layer-Leiterplattenstapel
Ein standardmäßiger 4-lagiger Leiterplattenaufbau weist typischerweise eine dicke Kernschicht in der Mitte der Platine auf, umgeben von zwei dünneren Prepreg-Schichten, wobei die Oberflächenschichten hauptsächlich für Signale und Komponentenmontage verwendet werden. Die inneren Schichten sind oft für Strom- und Erdungsnetze bestimmt. Durchkontaktierungen werden üblicherweise verwendet, um Verbindungen zwischen den Schichten bereitzustellen. Auf die äußeren Lagen wird Lötstopplack mit freigelegten Pads aufgebracht, um die Montage von SMD- und Through-Hole-Bauteilen zu ermöglichen.
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6 Layer-Leiterplattenstapel
Der Aufbau eines 6-Lagen-Leiterplattenaufbaus ist vergleichbar mit dem eines 4-Lagen-Aufbaus, aber es hat zwei zusätzliche Signalschichten, die zwischen den Ebenen platziert sind, Dies führt zu zwei vergrabenen Schichten, die ideal für Hochgeschwindigkeitssignale sind, und zwei Oberflächenschichten, die zum Routing von Signalen mit niedriger Geschwindigkeit geeignet sind. Platzieren der Signalschichten in der Nähe ihrer benachbarten Ebenen und Verwenden eines dickeren Mittelkerns, um die gewünschte Platinendicke zu erreichen (z.B., 62 Mil) kann die EMI-Leistung erheblich verbessern.
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8 Layer-Leiterplattenstapel
Für einen 8-lagigen Leiterplattenaufbau, Das Design sollte mindestens drei Stromversorgungs-/Erdungsebenen enthalten, um die elektromagnetische Kompatibilität zu erhöhen (EMV) und minimieren Sie EMI-bezogene Probleme. PCB-Ingenieure und -Designer berücksichtigen normalerweise die Anforderungen der Schaltung, wenn sie die Stapelanordnung entwerfen.
Fazit
Das PCB-Stack-up-Design ist ein entscheidender Aspekt sowohl für Elektronikingenieure als auch für Designer. Um hochwertige Elektronik zu produzieren, verschiedene Faktoren müssen berücksichtigt werden. Ohne einen gut gestalteten Leiterplattenaufbau, die Qualität und Leistung des Endprodukts kann stark beeinträchtigt werden. Deshalb, Es ist wichtig, dass Designer sorgfältig vorgehen Wählen Sie die geeigneten Leiterplattenmaterialien aus und Konstruktion für optimale Ergebnisse. Wenn Ihnen das Fachwissen im PCB-Stack-up-Design fehlt, Erwägen Sie die Zusammenarbeit mit einem Spezialisten für PCB-Design. Das PCB-Team von MOKO-Technologie verfügt über umfangreiche Erfahrung im Design komplexer Stack-Ups, einschließlich Multilayer- und HDI-Stapelaufbauten. Wir können Sie bei der Entwicklung eines kostengünstigen und herstellbaren Aufbaus unterstützen, der alle elektrischen Anforderungen erfüllt.
