Люди ожидают, что электронные продукты будут богаты функциями, но также требуют, чтобы они были маленькими и портативными, что ставит новые задачи перед проектировщиками печатных плат. Чтобы добиться этого, проектировщики обращаются к многослойные печатные платы, которые предлагают увеличенное пространство для большего количества сигналов и электронных схем, чтобы обеспечить большую функциональность. Однако успешные Дизайн печатной платы зависит от тщательного рассмотрения стека печатной платы. Этот критический компонент напрямую влияет на производительность, надежность, стоимость и технологичность печатной платы. В этой статье вы найдете руководство по проектированию стека печатной платы, включая правила, предложения и примеры, которые помогут вам лучше завершить проект стека.
Что такое стек печатных плат?
PCB stackup относится к расположению медных и изолирующих слоев, которые составляют печатную плату. Типичный PCB stackup состоит из чередующихся слоев меди и изолирующего материала, таких как препрег и слои сердцевины. Медные слои содержат схему и служат проводящими путями для электронных сигналов на плате.
Компоновка печатной платы является важным аспектом проектирования платы и определяет ее электрические свойства, включая целостность сигнала, распределение питания и т. д. электромагнитная совместимость (ЭМС). Это также влияет на механические и термические свойства платы. Количество слоев, используемых в стеке печатной платы, может быть гибким и определяется сложностью схемы и конкретными требованиями к проектированию.
Двухслойная компоновка печатной платы является самой простой и распространенной, но для высокоплотных конструкций может потребоваться четыре или более слоев для размещения необходимых компонентов и маршрутизации. Проектировщики должны тщательно продумать компоновку печатной платы в процессе проектирования, чтобы гарантировать, что плата соответствует необходимым электрическим и механическим требованиям, а также является экономически эффективной в производстве. Правильная компоновка может помочь минимизировать потери сигнала, уменьшить электромагнитные помехи и обеспечить стабильную сеть распределения питания, что приведет к более надежной и высокопроизводительной печатной плате.
Правила и советы по проектированию печатных плат Stackup
Для создания хорошего стека необходимо следовать сотням правил и критериев, но вот некоторые из самых важных:
- Предпочтительным вариантом являются платы заземления, поскольку они позволяют прокладывать сигнал в микрополосковых или полосковых конфигурациях, что обеспечивает более низкое сопротивление заземления и уровень шума заземления.
- Чтобы предотвратить излучение высокоскоростных сигналов, важно направлять их по промежуточным слоям между различными уровнями, используя заземляющие плоскости в качестве экранов.
- Сигнальные слои следует размещать как можно ближе друг к другу, даже если они находятся на соседних плоскостях, и всегда рядом с плоскостью.
- Наличие нескольких заземляющих плоскостей полезно, поскольку это снижает сопротивление заземления платы и уменьшает излучение.
- Крайне важно иметь прочную связь между плоскостями питания и заземления.
- Поперечное сечение целесообразно с механической точки зрения, чтобы избежать деформаций.
- Если уровни сигнала находятся рядом с уровнями плоскости (земли или питания), обратный ток может протекать через соседнюю плоскость, что помогает уменьшить индуктивность обратного пути.
- Для улучшения характеристик шума и электромагнитных помех можно уменьшить толщину изоляции между сигнальным слоем и соседней с ним плоскостью.
- При выборе материалов на основе их электрических, механических и термических свойств важно учитывать толщину каждого сигнального слоя, принимая во внимание стандартные толщины и характеристики различных типов материалов печатных плат.
- Для проектирования стека следует использовать высококачественное программное обеспечение, выбирая соответствующие материалы из библиотеки и выполняя расчеты импеданса на основе их размеров.
Рекомендуемый материал и толщина
Три основных компонента печатной платы — это медь, изоляция и заземляющая плоскость. И варианты материалов и толщина для каждого из них играют решающую роль в определении его эксплуатационных характеристик.
- Медные слои
Существует несколько типов меди, каждый из которых имеет свою собственную уникальную температуру плавления, электропроводность и скорость теплового расширения. Выбор меди обычно основывается на требованиях к конструкции. Стоит отметить, что более толстые слои меди повышают общую надежность конструкции, но также увеличивают стоимость платы.
- Слои Изоляции
FR-4 Эпоксидная смола, стеклоэпоксидная смола и материалы с покрытием из парилена являются наиболее часто используемыми типами изоляционных материалов в печатных платах. Выбор подходящих изоляционных материалов зависит от среды применения. Для улучшения экранирования ЭМП и повышения долговечности платы рекомендуется использовать максимально толстый изоляционный слой. Однако, если изоляционный слой слишком толстый, это может повлиять на качество дорожек и переходных отверстий.
- Слои заземляющей плоскости
Медь и никель являются наиболее широко используемыми материалами для заземляющей плоскости. Выбор материалов для заземляющей плоскости зависит от требований к конструкции и типа паяльной маски. Рекомендуемая толщина заземляющей плоскости составляет от 0.1 мм до 0.25 мм. Хотя более толстая заземляющая плоскость обеспечивает лучшую производительность, она также приводит к увеличению размера платы.
Примеры проектирования стека печатных плат
4-х слойный стек печатных плат
Стандартная 4-слойная печатная плата обычно имеет толстый основной слой в центре платы, окруженный двумя более тонкими слоями препрега, при этом поверхностные слои используются в основном для сигналов и монтажа компонентов. Внутренние слои часто предназначены для сетей питания и заземления. Сквозные отверстия обычно используются для обеспечения соединений между слоями. Паяльная маска с открытыми контактными площадками наносится на внешние слои для обеспечения монтажа SMD и сквозных компонентов.
6-х слойный стек печатных плат
Конструкция 6-слойной печатной платы сопоставима с конструкцией 4-слойной, но имеет два дополнительных сигнальных слоя, размещенных между плоскостями, что приводит к двум скрытым слоям, которые идеально подходят для высокоскоростных сигналов, и двум поверхностным слоям, которые подходят для маршрутизации низкоскоростных сигналов. Размещение сигнальных слоев близко к их соседним плоскостям и использование более толстого центрального ядра для достижения желаемой толщины платы (например, 62 MIL) может значительно улучшить характеристики ЭМП.
8-х слойный стек печатных плат
Для 8-слойной печатной платы стека, конструкция должна включать по крайней мере три плоскости питания/заземления для повышения электромагнитной совместимости (ЭМС) и минимизации проблем, связанных с ЭМП. Инженеры и проектировщики печатных плат обычно учитывают требования схемы при проектировании стека.
Заключение
Проектирование стека печатных плат является важным аспектом как для инженеров-электронщиков, так и для конструкторов. Для производства высококачественной электроники необходимо учитывать различные факторы. Без хорошо спроектированного стека печатных плат качество и производительность конечного продукта могут быть значительно снижены. Поэтому для конструкторов важно тщательно выберите соответствующие материалы печатной платы и строительство для оптимальных результатов. Если у вас нет опыта в проектировании печатных плат, рассмотрите возможность работы со специалистом по проектированию печатных плат. Команда PCB в МОКО Технология имеет большой опыт в проектировании сложных стеков, включая многослойные и HDI-стеки. Мы можем помочь вам в проектировании экономически эффективного и технологичного стека, который соответствует всем электрическим требованиям.
