При проектировании печатных плат необходимо учитывать, как каждый слой платы будет влиять на другие. Например, при проектировании двухсторонней платы важно знать, какие слои будут находиться над другими, чтобы можно было соответствующим образом скорректировать проект.
Это руководство поможет вам понять, что такое слоистость печатной платы, правила проектирования слоистости и какое влияние различные слои оказывают на конечный продукт.
Что такое слоистая конструкция печатной платы?
Слоистая структура печатной платы — это расположение слоев различных материалов в печатной плате (PCB). Типичная слоистая структура печатной платы состоит из медного слоя, изоляционного слоя, заземляющей плоскости и сигнального слоя. Слоистая структура PCB влияет на несколько свойств печатной платы, включая тепловые характеристики, электромагнитные помехи (EMI), реакцию на напряжение и деформацию, а также целостность сигнала.
Медные слои
Существует два типа медных слоев: внутренний и внешний. Внутренние медные слои используются для соединения компонентов между собой, а внешние медные слои — для подключения к внешним устройствам. Толщина медных слоев также имеет важное значение. Толщина должна составлять 1 унцию для внутренних слоев и 2 унции для внешних слоев. Более тонкая медь может повлиять на производительность схемы и затруднить трассировку. Более толстая медь более прочная, но также увеличивает стоимость платы. Толщина меди должна выбираться в зависимости от требований к конструкции. Например, толщина меди должна быть как минимум на 0,01 мм больше ширины самой большой дорожки.
Уровни сигналов
Сигнальные слои используются для передачи высокоскоростных цифровых сигналов, таких как данные и тактовые сигналы. Двумя наиболее распространенными типами сигнальных слоев являются односторонние и дифференциальные. Односторонние слои используются для передачи одного сигнала. В них нет заземления, поэтому сигнал уязвим для помех. Дифференциальные слои используются для передачи нескольких сигналов с заземлением. Это наиболее распространенный тип слоя, который идеально подходит для радиочастотных схем и высокоскоростной связи. Толщина сигнальных слоев должна составлять 0,5 унции или 1 унцию. Толщина слоя определяется шириной дорожек. Дорожки должны быть как минимум на 0,004 мм шире ширины дорожки.
Изолирующие слои
Изолирующие слои используются для изоляции медных слоев и предотвращения электрических коротких замыканий. Двумя наиболее распространенными типами изолирующих слоев являются эпоксидная смола FR-4 и стеклоэпоксидная смола. Эпоксидная смола FR-4 — эпоксидная смола FR-4 является высококачественным материалом, обладающим превосходными свойствами для использования в печатных платах, включая отличные тепловые и механические характеристики. Это наиболее часто используемый изоляционный материал. Стеклоэпоксидная смола — стеклоэпоксидная смола является очень высококачественным изоляционным материалом. Она обычно используется для изготовления высококачественных плат. Стеклоэпоксидная смола дороже эпоксидной смолы FR-4, но для критически важных плат она может оправдать свою стоимость. Толщина изолирующих слоев должна составлять 1,5 мм. Толщина слоя определяется шириной дорожек. Дорожки должны быть как минимум на 0,005 мм шире ширины дорожки.
Опорная плоскость
Заземляющая плоскость цифровой схемы защищает ее от электромагнитных помех, а также служит обратным путем для тока. Толщина заземляющей плоскости должна составлять 0,25 мм. Слой заземляющей плоскости должен быть на 0,005 мм шире ширины дорожки. Комбинация меди и никеля предпочтительнее, чем слой заземляющей плоскости, состоящий только из меди, благодаря своим экранирующим свойствам, хотя она и является более дорогой и менее проводящей. Один слой меди менее проводим и более подвержен коррозии, но он дешевле и легче доступен.
Рекомендуемая многослойная конструкция печатной платы
4-слойная сборка печатной платы
Рекомендуемая ниже 4-слойная конструкция печатной платы основана на опыте отрасли и обширных исследованиях. Эта конструкция достаточно универсальна, чтобы использоваться с различными типами печатных плат.
Верхний медный слой — толщина меди: 1 унция, материал паяльной маски: FR-4, толщина никеля: 1 унция или 2 унции;
Нижний медный слой — толщина меди: 1 унция, материал паяльной маски: FR-4, толщина никеля: 1 унция или 2 унции;
Изоляционный слой — 1,5 мм полиимид, диэлектрическая прочность: 3000 В/мил;
Заземляющая плоскость — медь 0,25 мм, диэлектрическая прочность: 3000 В/мил.
6-слойная печатная плата
Для конструкции с высокой плотностью микросхем и высокой тактовой частотой следует рассмотреть возможность использования 6-слойной платы. Рекомендуемый метод слоевого построения 6-слойной печатной платы показан на следующем рисунке:
Этот метод укладки позволяет добиться лучшей целостности сигнала, слой сигнала примыкает к слою заземления, слой питания и слой заземления соединены парами, импеданс каждого слоя трассы можно хорошо контролировать, а оба слоя заземления хорошо поглощают линии магнитного поля. А в случае полного питания и слоя заземления он может обеспечить лучший путь возврата для каждого слоя сигнала.
8-слойная печатная плата
8-слойные печатные платы обычно используются в высокоскоростных системах с высокой производительностью. Некоторые из этих слоев используются для питания или заземления, которые обычно представляют собой сплошные плоскости без разделений. В этом методе используется многослойная опорная плоскость заземления, которая обладает очень хорошей способностью минимизировать количество и влияние электромагнитных помех.
8-слойная структура выглядит следующим образом:
Верхний слой — Сигнал 1: поверхность компонента, слой микрополосковой трассировки, хороший слой трассировки;
2-й слой — заземляющая плоскость: лучшая способность поглощения электромагнитных волн;
Третий слой — сигнал 2: слой для прокладки полосковых линий, хороший слой для прокладки;
4-й слой — слой питания: обеспечивает отличное поглощение электромагнитных волн вместе с нижележащими слоями;
5-й слой — заземляющая плоскость;
6-й слой — сигнал 3: слой для прокладки ленточных линий, хороший слой для прокладки;
7-й слой — заземляющая плоскость: улучшенная способность поглощения электромагнитных волн;
8-й слой — сигнал 4: микрополосковый маршрутизационный слой, хороший маршрутизационный слой.
Правила проектирования многослойных печатных плат
Конструкция многослойной печатной платы зависит от требований к функциональности схемы, целостности сигнала, электромагнитной совместимости, производственной стоимости и т. д. На основании этого мы сформулировали следующие правила проектирования для вашего сведения.
1. Использование четной структуры слоев
Наш опыт проектирования схем в прошлом показывает, что конструкция стека почти всегда представляет собой структуру с четным количеством слоев, а не с нечетным.
- Экономия затрат
Стоимость обработки печатных плат с нечетным количеством слоев значительно выше, чем печатных плат с четным количеством слоев. Это связано с тем, что печатные платы с нечетным количеством слоев требуют добавления ламинированного слоя на основе процесса структуры слоя ядра.
- Избегайте изгиба печатной платы
Необычное напряжение ламинирования может привести к изгибу платы. С увеличением толщины платы увеличивается риск изгиба. Нечетная печатная плата легко изгибается, в то время как четная печатная плата не подвержена изгибу.
2. Определение трассировки и переходных отверстий
Направления проводки на одном и том же сигнальном слое должны быть согласованными и ортогональными по отношению к направлениям на соседних сигнальных слоях. Например, направление проводки на одном сигнальном слое может быть установлено в направлении «оси Y», а направление проводки на соседнем сигнальном слое — в направлении «оси X».
3. Выбор расположения слоев
- При использовании микрополосковой технологии важно обеспечить правильное расположение слоев.
- Прокладывайте высокоскоростные сигналы на микрополосках минимальной толщины и размещайте сигнальные слои рядом со слоями питания для обеспечения сильной связи.
- Слои питания и заземления должны быть расположены как можно ближе друг к другу.
- Важно, чтобы сигнальные слои были отделены друг от друга.
4. Выберите короткие сигнальные трассы
Верхний и нижний слои многослойной печатной платы обычно используются для размещения компонентов и небольшого количества сигнальных дорожек. Эти сигнальные дорожки не должны быть слишком длинными, чтобы уменьшить создаваемое ими прямое излучение.
5. развязывающие конденсаторы
При проектировании печатной платы важно использовать развязывающие конденсаторы для обеспечения надлежащей подачи питания. Развязывающие конденсаторы должны размещаться только на верхней и нижней плоскостях. Эффективность этих конденсаторов в значительной степени зависит от качества соответствующих дорожек, контактных площадок и переходных отверстий. Для обеспечения надлежащей функциональности провода должны быть как можно короче, а переходные отверстия — как можно ближе.
Варианты материалов и толщина для многослойных печатных плат
Как указано выше, мы знаем, что в состав многослойной печатной платы входят три основных компонента: медь, изоляция и заземляющая плоскость. Выбор материала и толщины каждого слоя влияет на эксплуатационные характеристики конечного продукта.
Медные слои — существует много различных типов меди. Каждый тип имеет свою температуру плавления, электропроводность и коэффициент теплового расширения. Выбор меди обычно определяется требованиями к конструкции.
Всегда помните, что чем толще слои меди, тем более прочной будет общая конструкция. Но более толстые слои меди увеличат стоимость платы.
Изоляционные слои. Наиболее распространенными изоляционными материалами для печатных плат являются эпоксидная смола FR-4, стеклоэпоксидная смола и материалы с париленовым покрытием. Выбор каждого типа определяется условиями эксплуатации.
Изоляционный слой должен быть как можно толще для экранирования ЭМИ и повышения прочности платы. Однако, если он будет слишком толстым, это может повлиять на качество дорожек и переходных отверстий.
Слои заземляющей плоскости — Наиболее распространенными типами заземляющих плоскостей являются медь и никель. Выбор каждого типа определяется требованиями к конструкции и типом паяльной маски.
Толщина заземляющей плоскости должна составлять от 0,1 мм до 0,25 мм. Более толстая заземляющая плоскость будет работать лучше, но также увеличит размер платы.
Заключение
В этом блоге вы узнали, что означает термин «слоистость печатной платы» применительно к печатным платам. Мы также представили конструкции слоистости печатных плат и объяснили, почему они важны для вашего проекта. Если у вас возникли вопросы по электронному проектированию, обращайтесь к нам.
