Cum să alegi stratul PCB și să stivuiești?

Când realizăm designul stivuirii PCB, urmărim în principal două puncte importante:

1) Fiecare strat de urmărire PCB trebuie să aibă un strat adiacent ca referință (cum ar fi puterea sau pământul)

2) Stratul de pământ adiacent și stratul de putere principal trebuie să păstreze o distanță minimă pentru a asigura o capacitate de cuplare suficientă.

Aici vom introduce în principal explicația numărului de straturi de PCB cu 2 straturi la placă PCB cu 8 straturi:

1) stivuire de placă PCB cu o singură față și placă PCB cu două fețe

Pentru o placă PCB cu 2 straturi, din cauza numărului mic de straturi, nu există așa-numita problemă de stivuire. Când luăm în considerare controlul radiației EMI, trebuie doar să asigurăm configurația și cablarea corecte.

Când fac design PCB, oamenii s-au concentrat pe problema compatibilității electromagnetice a plăcilor de circuite PCB cu un singur strat și cu două straturi din ce în ce mai mult. Motivul principal este că zona buclei de semnal este prea mare, ceea ce nu numai că produce radiații electromagnetice puternice, dar produce și interferențe externe mai sensibile. Deci, dacă doriți să reduceți problemele cauzate de compatibilitatea electromagnetică a aspectului liniei PCB, cel mai simplu mod de a o rezolva este reducerea zonei buclei a semnalului cheie.

Care sunt semnalele cheie?

Din perspectiva compatibilității electromagnetice, semnalele cheie se referă în principal la acele semnale care generează radiații puternice și la cele care provoacă interferențe evidente în exterior.

În general, semnalele de radiații mai puternice sunt semnale periodice, cum ar fi semnalele de ordin scăzut ale adreselor sau ale orei. Și acele semnale care provoacă interferențe evidente în exterior sunt acele semnale analogice de nivel scăzut.

Prin urmare, plăcile PCB cu un singur și cu dublu strat sunt adesea folosite în aplicații analogice de joasă frecvență mai mici de 10KZ.

1) Urmele firului de putere de pe același strat sunt reprezentate prin urme radiale, iar lungimea totală a urmelor trebuie redusă cât mai mult posibil.

2) Când așezați firul de împământare și firul de alimentare, acestea sunt adiacente unul altuia. Un fir de împământare este aranjat lângă firul de semnal al cheii, iar acest fir de împământare este cât mai aproape posibil de firul de semnal. Acest lucru poate reduce zona buclei cât mai mult posibil și poate reduce semnalul de radiație la interferența exterioară.

3) Dacă este un PCB cu două straturi, putem aranja un fir de împământare cât mai aproape de partea inferioară a firului de semnal de pe cealaltă parte a PCB, iar firul de împământare ar trebui să fie cât mai larg posibil. Zona buclei rezultată este egală cu grosimea plăcii de circuit înmulțită cu lungimea liniei de semnal.

2) Stivuire de plăci PCB cu patru straturi

1. SIG-GND(PWR)-PWR (GND)-SIG;

2. GND－SIG(PWR)－SIG(PWR)－GND;

Pentru cele două modele de PCB cu 4 straturi de mai sus, principala problemă este că, dacă placa PCB are o grosime tradițională de 1.6 mm (62 mil). Deoarece distanța dintre straturi va deveni foarte mare, pe de o parte, nu este ușor. pentru a controla impedanța, cuplarea între straturi și ecranarea și, pe de altă parte, reduce capacitatea dintre plăcile PCB, ceea ce nu este ușor de a reduce zgomotul.

Dacă stivuirea plăcii PCB cu 4 straturi adoptă primul design, este adesea folosită pentru mai multe cipuri de pe placa PCB. Acest design poate obține performanțe SI mai bune, dar nu este ușor de controlat compatibilitatea electromagnetică EMI. De obicei, trebuie să controlăm cablarea și detalii suplimentare pentru a reduce problema.

Notă:

Stratul de pământ este aranjat în stratul adiacent al stratului de semnal cu semnalul cel mai dens, ceea ce nu numai că este ușor de redus radiația, dar mărește și aria plăcii PCB, arătând regula 20H.

Dacă placa PCB cu 4 straturi stivuită adoptă al doilea design, este de obicei folosită în aplicații în care densitatea cipului de pe placa PCB este scăzută și există suficientă zonă în jurul cipului (pentru a plasa stratul de cupru necesar al sursei de alimentare).

Straturile exterioare ale celui de-al doilea design PCB cu 4 straturi sunt straturi de pământ, iar cele 2 straturi din mijloc sunt straturi de semnal/putere. Sursa de alimentare de pe stratul de semnal este direcționată cu fire largi, care nu numai că pot reduce impedanța căii curentului și a căii semnalului, dar și protejează radiația semnalului din stratul interior prin stratul exterior de pământ. Din punct de vedere al controlului compatibilității electromagnetice EMI, este cel mai bun design de structură PCB cu 4 straturi.

Notă:

Trebuie să ne asigurăm că distanța dintre cele două straturi din mijloc de semnal și straturi mixte de putere este mare, iar direcția cablajului este în principal verticală, pentru a evita diafonia, pentru a controla corect zona plăcii și a arăta regula 20H;

3) Stivuire de plăci PCB cu șase straturi

Pentru acele modele cu densitate mai mare de cip și frecvență de ceas mai mare, ar trebui să luăm în considerare designul plăcii PCB cu 6 straturi. Stivuirea recomandată este:

1.SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG;

Acest design de stivuire poate obține un semnal mai complet. Stratul de semnal este adiacent stratului de sol, iar stratul de putere și stratul de sol sunt împerecheate. Impedanța fiecărui strat de urmă poate fi bine controlată, iar ambele straturi de pământ pot reduce mai bine radiația electromagnetică. Și în cazul unei surse de alimentare complete și al stratului de masă, poate oferi o cale de întoarcere mai bună pentru fiecare strat de semnal.

2. GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND;

Pentru design, este potrivit doar pentru ocaziile în care densitatea cipului nu este mare. Acest design de stivuire PCB cu 6 straturi nu numai că are toate avantajele primului design de stivuire, ci și deoarece planurile de masă ale straturilor de sus și de jos sunt relativ complete, poate fi folosit ca un scut relativ bun de utilizat. .

Notă:

Stratul de putere ar trebui să fie cât mai aproape posibil de stratul care nu este partea principală a componentei, deoarece stratul de jos va fi mai complet. Prin urmare, performanța EMI este mai bună decât prima soluție.

Pentru proiectarea plăcii PCB cu șase straturi, distanța dintre stratul de putere și stratul de pământ trebuie redusă la minimum pentru a obține o putere bună și o cuplare la pământ.

Pentru o grosime de PCB de 62 mil, deși distanța dintre straturi este redusă, nu este ușor să controlați distanța dintre sursa principală de alimentare și stratul de masă să fie foarte mică.

În comparație cu designul plăcii PCB cu 6 straturi, al doilea cost al designului PCB cu 6 straturi este mult crescut. Prin urmare, alegem de obicei primul design de stivuire PCB cu 6 straturi.

4) Stivuire de plăci PCB cu opt straturi

Pentru proiectarea plăcii PCB cu 8 straturi, datorită capacității slabe de absorbție electromagnetică și impedanței mari de alimentare, placa PCB cu 8 straturi nu este o metodă bună de stivuire.

Primul design al plăcii PCB cu 8 straturi:

1.Semnal 1 suprafață componentă, cu un strat mic de urme

2.Semnal 2 intern cu un mic strat de rutare, un strat de rutare mai bun (direcția X)

3. teren

4. Strat de rutare a liniilor de semnal cu 3 benzi, strat de rutare mai bun (direcția Y)

5.Signal 4 stripline strat de rutare

6. Puterea

7. Semnal 5 intern cu un mic strat de rutare

8.Semnal 6 un mic strat de urmă

2. Dacă stratul de referință este adăugat la designul PCB cu 8 straturi, acesta are performanțe EMI mai bune, iar impedanța caracteristică a fiecărui strat de semnal poate fi, de asemenea, bine controlată

1.Semnal 1 suprafață de componentă, puțin strat de cablare, strat de cablare bun

2.Formarea solului, capacitate mai bună de absorbție a undelor electromagnetice

3.Signal 2 strat de rutare a liniilor de bandă, strat de rutare bun

4. Stratul de alimentare cu energie, care constituie o absorbție electromagnetică excelentă cu formațiunea de bază

5.Formarea terenului

6.Signal 3 strat de rutare a liniilor de bandă, strat de rutare bun

7.Pământ de putere, cu impedanță de putere mai mare

8.Semnal 4 un mic strat de rutare, un strat de rutare bun

3. Cea mai bună metodă de stivuire PCB cu 8 straturi este următoarea, deoarece utilizarea mai multor straturi ca plan de referință are o capacitate foarte bună de absorbție geomagnetică.

1.Semnal 1 suprafață componentă, puțin strat de cablare, strat bun de cablare

2.Formarea solului, capacitate mai bună de absorbție a undelor electromagnetice

3.Signal 2 strat de rutare a liniilor de bandă, strat de rutare bun

4. Stratul de alimentare cu energie, care constituie o absorbție electromagnetică excelentă cu formațiunea de bază

5.Formarea terenului

6.Signal 3 strat de rutare a liniilor de bandă, strat de rutare bun

7.Formarea solului, capacitate mai bună de absorbție a undelor electromagnetice

8.Semnal 4 un mic strat de rutare, un strat de rutare bun

Pentru a alege numărul de straturi de placă PCB și ce fel de stivuire a plăcii PCB, ar trebui să luăm în considerare mulți factori, cum ar fi numărul de rețele de semnal de pe placa PCB, densitatea dispozitivului, densitatea PIN, frecvența semnalului, dimensiunea plăcii etc. .

Cu cât este mai mare numărul de rețele de semnal, cu atât este mai mare densitatea dispozitivului, cu atât densitatea PIN este mai mare și frecvența semnalului este mai mare. Designul ar trebui să încerce să folosească un design de placă cu mai multe straturi. Pentru a obține performanțe EMI mai bune, cel mai bine este să vă asigurați că fiecare strat de semnal este un strat de referință.

Cum se face distincția între PCB cu 4 straturi și 6 straturi PCB?

Dacă dorim să identificăm calitatea PCB-ului în industria electronică, primul lucru la care ne gândim este numărul de straturi de imprimare PCB, deoarece există plăci cu un singur strat, plăci cu două straturi și plăci cu mai multe straturi în stratul de PCB. .

Printre PCB-ul cu mai multe straturi, cel mai comun este PCB-ul cu 4 straturi și PCB-ul cu 6 straturi. Care este diferența dintre ele? Pentru că costul de fabricație al PCB este strâns legat de numărul de straturi de PCB, cu alte cuvinte, prețul PCB-ului cu 6 straturi este mai mare decât cel al PCB-ului cu 4 straturi, deci cum să identifici numărul de straturi ale unui PCB? În această secțiune, vom introduce două metode pentru a vă ghida cum să găsiți diferențele dintre acestea.

Verificați orificiul traversant al PCB-ului

Dacă există un orificiu traversant pe partea din față a PCB, deși nu poate fi găsit pe spate, este probabil ca PCB să fie un PCB cu 6 straturi sau un PCB cu 8 straturi în loc de un PCB cu 4 straturi. Deoarece PCB-ul cu 4 straturi are nevoie de găuri de trecere pentru a conduce curentul de 4 straturi, găurile de trecere vor trece prin întreaga placă de circuit. Putem găsi găurile pe față și pe spate, în timp ce există găuri de trecere încorporate în PCB-ul cu 6 straturi sau PCB-ul cu 8 straturi, așa că este posibil să găsiți găurile de trecere doar pe față și nu pe spate.

Verificați firele din față

Deoarece numărul de straturi de PCB cu 6 straturi este mai mare de 4 straturi, spațiul de cablare al PCB-ului cu 6 straturi este mai mare. Cu alte cuvinte, cablarea PCB-ului cu 4 straturi este mai compactă, prin urmare firele PCB-ului cu 4 straturi sunt mai mult de 6 straturi pentru fiecare strat de PCB. putem verifica cablajul de pe partea din față a PCB-ului. Dacă cablajul este compact, este PCB cu 4 straturi, în caz contrar este PCB cu 6 straturi.

Cele de mai sus sunt două metode simple de a identifica PCB cu 4 straturi și PCB cu 6 straturi cu ochiul liber. Dacă aveți nevoie să explorați mai mult, există multe alte metode.

Factori care afectează costul PCB-urilor

Costul final al PCB-ului dvs. depinde de designul și de aplicarea prevăzută a plăcii. Cu alte cuvinte, dacă aveți nevoie de un PCB simplu pentru utilizarea de zi cu zi, prețul va fi mult mai mic decât dacă aveți nevoie de ceva mai avansat.

Ca rezultat, aceasta este doar o evaluare generală a elementelor care determină costurile PCB. Mai multe elemente din lumea reală influențează costul unei plăci de circuit imprimat (PCB), inclusiv Costuri PCB cu 4 straturi. Costul de fabricație al unui PCB este în mare măsură influențat de dimensiunea acestuia, mai multe straturi și tipul de material, care au un efect semnificativ.

Deci, factorii care influențează cele 4 straturi sau Costuri PCB cu 6 straturi sunt următoarele:

• Alegerea materialelor

În orice afacere, costul unui produs este direct legat de tipul de material de producție utilizat. Când vine vorba de interiorul unui vehicul, scaunele din piele sunt mai scumpe decât cele din material textil sau pânză. Ca rezultat, este ușor de văzut cum aceeași idee s-ar putea aplica producției de PCB. PCB-urile pentru aplicații de mare intensitate, cum ar fi cele utilizate în sectorul petrolului sau al aeronavelor, sunt adesea laminate cu material FR4 (ignifug 4). Iată câteva lucruri de reținut când începeți procesul de selectare a materialelor potrivite:

• Fiabilitate termică

Determinați intervalul de temperatură așteptat al aplicației PCB. Asigurați-vă că temperatura nominală a materialului pe care îl alegeți se încadrează în intervalul permis. Materialul nu trebuie să funcționeze numai într-un interval de temperatură specificat, ci și într-un mediu reglementat, fără supraîncălzire pentru o perioadă nedeterminată. Fiabilitatea temperaturii dacă doriți să utilizați un PCB într-o setare de temperatură ridicată, asigurați-vă că trece acest test.

• Toleranță la temperatură

Aceasta specifică capacitatea plăcii de a suporta temperaturi ridicate fără a provoca transferul excesiv de căldură către componentele conectate sau din apropiere. Termenul „performanță a semnalului” se referă la capacitatea unui material de a menține un flux constant de semnale electrice pe parcursul întregului său ciclu de lucru. După cum probabil ați ghicit, acest lucru este esențial pentru funcționarea corectă a unui PCB. Capacitatea materialului de a suporta solicitările fizice anticipate ale utilizării sale aplicative este principala considerație în determinarea proprietăților sale mecanice.

• Dimensiuni

Din păcate, dimensiunea contează, mai ales când vine vorba de cheltuiala unui produs. Costul final al PCB-ului va fi influențat de dimensiunea plăcii de care aveți nevoie. Când vine vorba de utilizarea panoului, acest lucru este și adevărat. Costul total al unui PCB este influențat în mare măsură de aceste două criterii.

Notă: Dimensiunea plăcii de circuite va fi determinată de numărul de circuite de care aveți nevoie pentru aplicația sau designul dumneavoastră specific.

• Straturi sau stive

Cu cât mai multe straturi, după cum s-a spus anterior, cu atât devine mai scump. Aceste creșteri de preț iau în considerare și dimensiunea și tipul materialelor utilizate de producător în procesul său de fabricație.

O comparație amplă a creșterilor de preț este prezentată în următorul tabel:

• Straturile 1 și 2: (35% până la 40% creștere a costurilor)
• Creșterea numărului de straturi de la două la patru (creștere a costurilor cu 35% până la 40%)
• De la patru până la șase straturi: (30% până la 40% creștere a costurilor)
• De la șase până la opt straturi: (30% până la 35% creștere a costurilor)
• De la 8 la 10 straturi: (20% la 30% creștere a costurilor)
• O trecere de la construcția cu 10 straturi la 12 straturi (creștere a costurilor cu 20% la 30%)

Se adaugă un al doilea strat care are ca rezultat una dintre cele mai mari creșteri de preț în procesul de producție. Deoarece acest lucru crește numărul de etape în procesul de fabricație, este evident că acesta este cazul (procesul de laminare).

Cu cât sunt mai multe straturi, cu atât procesul de fabricație va dura mai mult și va folosi mai multe resurse. Asa de, Costul PCB cu 6 straturi iar timpul de fabricație va fi mai mare decât straturile mai mici.

• Finisare

Costul designului PCB-ului dvs. va fi afectat de finisajul pe care îl alegeți. Oricât de mic, este totuși o componentă care contribuie. Puteți alege un finisaj în detrimentul altuia deoarece este de o calitate mai bună sau are o durată de valabilitate mai lungă.

Următoarele sunt câteva dintre cele mai comune tipuri de finisare (tratamente de suprafață):

• HASL este o alegere bună ca material de lipit
• De asemenea, puteți avea o capacitate de lipire îmbunătățită cu LFHASL.
• OSP oferă o lipire mai bună
• Lipirea sârmei de Al (aluminiu) și o lipire mai mare pot fi obținute folosind IMM Ag.
• IMM Sn oferă lipire.
• Capacitatea de lipire, capacitatea de lipire a firului de Al și suprafața de contact sunt toate caracteristicile ENIG
• ENEPIG are o suprafață de contact superioară, lipire a sârmei de Al și lipire

În ceea ce privește lipirea și suprafața de contact, Elec Au este o alegere superioară lipirii cu fire de Al și Au (aur).

• Dimensiunile găurilor de pe placă

Dimensiunea și cantitatea găurii plăcii vor afecta costul final de producție. Pentru a crea găuri cât mai mici posibil, veți avea nevoie de echipamente specializate. După cum sa spus anterior, cu cât aveți nevoie de mai multe găuri, cu atât este nevoie de mai multe etape și de timp de fabricație; prin urmare, cu cât costul proiectului este mai mare. Designul plăcii este cea mai importantă componentă atunci când vine vorba de această problemă.

• Lățimea și spațierea traseului

Aceasta include lățimea minimă a urmei și distanța dintre fiecare urmă. Dacă întrebați orice inginer, acesta vă va spune că a avea suficientă lățime de urme este esențială dacă doriți să transportați curent pe un PCB fără a-l deteriora sau supraîncălzi.

Primul pas în determinarea lățimii unei urme este să vă asigurați că designul este corect (simulare). Lățimea urmelor și capacitatea de transport a curentului sunt invers proporționale cu dimensiunea plăcii. Urmele mai largi (mai groase) vor avea nevoie de mai multe materiale și forță de muncă, chiar dacă alte motive limitează capacitatea de transport existentă. Chestia asta va crește prețul.

Pe scurt, există o asociere directă între grosimea plăcii și preț. Există o diferență de preț între plăcile mai groase și cele mai subțiri, dar se bazează și pe calitatea materialului. Se obține, laminează și formează un PCB din materiale mai groase. Chiar dacă designul pe care îl căutați este destul de simplu, acest lucru este deosebit de adevărat.

• Specificații

Costurile suplimentare sunt inevitabile pentru modele mai complexe sau cerințe personalizate sau unice. Datorită efortului suplimentar, resurselor și chiar echipamentelor specializate necesare în procesul de fabricație, aceste cerințe de proiectare sunt mai costisitoare de produs. Cu toate acestea, utilizarea simulării ar putea oferi o înțelegere mult mai bună a costului plăcii dumneavoastră și a nevoilor de proiectare asociate înainte de a face orice alegere finală de proiectare.

Ultimele cuvinte

Costurile de producție sunt afectate de numărul de straturi. Multe considerații, inclusiv complexitatea designului, atenția față de preocupările SI și multe altele, sunt luate în considerare atunci când se determină numărul de straturi.

În general, Costul PCB cu 4 straturi este mai mare decât Costul PCB cu 6 straturi,click aici pentru a afla mai multe 2 straturi vs. Costul PCB cu 4 straturi. Dar alte lucruri precum materialul, finisarea, lățimea urmelor etc. afectează și estimările de cost. Producătorii și designerii de PCB lucrează adesea împreună pentru a determina de câte straturi are nevoie de design.