Jak zaplanować układanie wielowarstwowych obwodów drukowanych?

Podczas projektowania wielowarstwowej płytki drukowanej należy wziąć pod uwagę następujące czynniki. Płaszczyzny odniesienia dla sygnałów warstwy 3 znajdują się zwykle na warstwach 2 i 5. Sygnały poprowadzone na warstwie 4 wykorzystują te płaszczyzny odniesienia. Jeśli płaszczyzny odniesienia znajdują się na warstwach oddalonych od warstw sygnałowych, konieczne jest użycie szerokich ścieżek. Ten typ śledzenia jest możliwy tylko wtedy, gdy wspólna impedancja warstw jest równa 50O lub wyższa.

Korzystanie z menedżera stosu warstw

Przed utworzeniem wielowarstwowej płytki drukowanej należy najpierw określić, jakiego rodzaju technologii zamierza się użyć. Pozwoli to określić liczbę potrzebnych warstw i układ każdej z nich. Następnie należy utworzyć schemat za pomocą oprogramowania lub projektów wspomaganych komputerowo. Pomoże to przetestować układ i upewnić się, że będzie on funkcjonalny. Kolejnym krokiem jest określenie sposobu umieszczenia każdego komponentu, w tym typów połączeń.

Im więcej warstw na płytce drukowanej, tym lepiej. Wynika to z faktu, że większa liczba warstw zwiększa przepływ energii i zmniejsza zakłócenia elektromagnetyczne. Więcej warstw pozwala również na umieszczenie większej ilości elektroniki na jednej płytce.

Korzystanie z wielu płaszczyzn uziemienia

Pierwszym krokiem w projektowaniu PCB jest określenie liczby warstw. Następnie należy zdecydować, gdzie umieścić warstwę wewnętrzną i jak rozprowadzić sygnały między warstwami. Postępując zgodnie z prawidłowym planem, można zminimalizować koszty okablowania i produkcji.

Warstwa sygnałowa musi przylegać do płaszczyzn uziemienia. Pomaga to zmniejszyć promieniowanie i impedancję uziemienia. Płaszczyzny zasilania i masy również muszą być ze sobą połączone. Aby osiągnąć ten cel, najlepszym trybem wielowarstwowej płytki drukowanej jest układ 8-warstwowy. Konfigurację można jednak dostosować w zależności od potrzeb aplikacji.

Krytycznym czynnikiem w projektowaniu wielowarstwowych płytek drukowanych jest rozmieszczenie warstw zasilania i sygnału. Kolejność warstw jest bardzo ważna, ponieważ może wpływać na promieniowanie z pętli na płytce. Dlatego ważne jest, aby unikać układania warstw w dowolnej kolejności.

Łuk i skręt

Podczas planowania wielowarstwowej płytki PCB ważne jest, aby wziąć pod uwagę wygięcie i skręcenie, a także symetryczne masy miedzi. Ważne jest również uwzględnienie grubości rdzenia i prepregu. Te elementy konstrukcyjne mogą pomóc uniknąć wygięcia i skręcenia, które mogą powodować przesunięcie PCB podczas montażu. Ponadto, stosowanie symetrycznych stosów warstw jest doskonałym sposobem na zapobieganie występowaniu tego problemu.

Układ wielowarstwowej płytki drukowanej jest złożonym przedsięwzięciem i konieczne jest staranne podejście, aby zapewnić, że ostateczny projekt jest bezpieczny. Wielowarstwowe płytki PCB mogą się bardzo nagrzewać i wpływać na wydajność pobliskich obwodów. Dlatego ważne jest, aby użyć materiału zaprojektowanego dla określonego zakresu temperatur. Ponadto asymetryczne konstrukcje o różnych grubościach są podatne na wyginanie i skręcanie. Najlepszym podejściem jest zaplanowanie wielowarstwowej płytki PCB w oparciu o funkcjonalność projektu, proces produkcyjny i wdrożenie.

Obliczanie impedancji różnicowej

Podczas planowania wielowarstwowych zestawów PCB konieczne jest obliczenie impedancji różnicowej ścieżek na każdej warstwie PCB. Jest to kluczowy krok w procesie, ponieważ nieprawidłowe obliczenia mogą prowadzić do niedokładnych wyników. Standard IPC-A-600G definiuje współczynnik wytrawiania jako stosunek grubości (t) do połowy różnicy między W1 i W2. Po określeniu pożądanej impedancji płytek drukowanych, kolejnym krokiem jest obliczenie współczynnika wytrawiania każdej warstwy.

Pierwszym krokiem jest określenie płaszczyzny odniesienia. Płaszczyzna ta musi być połączona z płaszczyzną uziemienia. Dolna warstwa powinna mieć referencyjną płaszczyznę zasilania i płaszczyznę uziemienia. Górna warstwa powinna zawierać podstawową warstwę szybkiego routingu.

Zarządzanie dobrym stosem

Proces projektowania wielowarstwowych obwodów drukowanych jest zarówno sztuką, jak i nauką. Obejmuje on rozmieszczenie i odstępy między warstwami, a także prowadzenie przelotek między warstwami. Obejmuje również rozmieszczenie par płaszczyzn zasilania/uziemienia. Układ musi spełniać wymagania projektowe producenta.

Dobre oprogramowanie do projektowania wielowarstwowych obwodów drukowanych powinno mieć funkcje, które mogą pomóc w zarządzaniu wielowarstwowym układem. Powinno mieć narzędzia do definiowania rozmiaru płytki, przechwytywania schematów, umieszczania komponentów, trasowania ścieżek i zarządzania danymi komponentów. Powinno również obsługiwać wiele różnych typów materiałów i zawierać konfigurowalne opcje.

Dobry wielowarstwowy układ PCB powinien również zawierać zrównoważoną płaszczyznę uziemienia po każdej warstwie sygnału. Zarządzanie dobrym wielowarstwowym układem PCB może pomóc w osiągnięciu doskonałej integralności sygnału i wydajności EMC. Należy jednak pamiętać, że każda dodatkowa warstwa zwiększa koszty produkcji i wymagania projektowe. Jeśli jednak współpracujesz z doświadczonym producentem PCB, ten kompromis może być tego wart.