Как освоить проектирование стека печатных плат?

Как инженер-проектировщик печатных плат, вам необходимо обладать соответствующими навыками проектирования. Эти основные навыки включают в себя компоновку печатной платы, проектирование стека печатных плат, обработку заземления питания, маршрутизацию сигналов DDR, высокоскоростную маршрутизацию сигналов, маршрутизацию ключевых сигналов, проверку DRC и т. д. Сегодня я поделюсь с вами: проектирование стека печатных плат.

Проектирование стека печатных плат

Количество слоев печатной платы зависит от сложности печатной платы. С точки зрения процесса обработки печатной платы многослойная печатная плата изготавливается путем укладки и прессования нескольких «двусторонних печатных плат». Однако количество слоев многослойной печатной платы, порядок укладки слоев и выбор материалов платы определяются проектировщиком печатной платы, что является так называемым «проектированием стека печатной платы».

Требования к возможностям инженера-проектировщика печатных плат: уметь осваивать состав стека печатных плат, осваивать требования к проектированию стека, уметь использовать инструменты для проектирования стека и управления расчетом импеданса, а также осваивать основные принципы настройки стека печатных плат.

Количество слоев и схема укладки в проекте печатной платы зависят от следующих факторов:

1. Стоимость оборудования: количество слоев печатной платы напрямую связано с конечной стоимостью оборудования. Чем больше слоев, тем выше стоимость оборудования. Аппаратные печатные платы, представленные потребительскими товарами, как правило, имеют максимальный предел по количеству слоев. Например, количество слоев печатной платы материнской платы ноутбуков обычно составляет от 4 до 6 и редко превышает 8 слоев;

2. Вывод компонентов высокой плотности: для компонентов высокой плотности, представленных устройствами в корпусе BGA, количество выходных слоев таких компонентов в основном определяет количество слоев разводки платы печатной платы;

3. Контроль качества сигнала: для конструкций печатных плат с относительно концентрированными высокоскоростными сигналами, если вы сосредоточены на качестве сигнала, то требуется уменьшить соседнюю проводку слоя, чтобы уменьшить перекрестные помехи между сигналами. В это время соотношение количества слоев разводки к количеству опорных слоев (слой заземления или слой питания) предпочтительно составляет 1:1, что увеличит количество слоев конструкции печатной платы; напротив, если нет обязательного требования к контролю качества сигнала, решение соседнего слоя разводки может быть использовано для уменьшения количества слоев печатной платы;

4. Определение сигнала схемы: Определение сигнала схемы определит, является ли разводка печатной платы «гладкой». Плохое определение сигнала схемы приведет к негладкой разводке печатной платы и увеличит количество слоев разводки;

5. Базовые возможности обработки производителя печатных плат: схема проектирования стекирования (метод стекирования, толщина стекирования и т. д.), предоставленная проектировщиком печатных плат, должна полностью учитывать базовые возможности обработки производителя печатных плат, такие как: поток обработки, возможности оборудования для обработки, общие модели печатных плат и т. д.

Общие принципы проектирования стекирования печатных плат

Соответствовать требованиям характеристического импеданса сигнала; соответствовать принципу минимизации сигнального контура; соответствовать требованиям минимизации помех сигнала в печатной плате; соответствовать принципу симметрии.

В частности, инженерам печатных плат необходимо обращать внимание на следующие 9 аспектов при проектировании многослойных плат:

1. Сигнальный слой должен примыкать к медному слою, а сигнальный слой и медный слой должны быть размещены с интервалами. Лучше всего, чтобы каждый сигнальный слой был смежным по крайней мере с одним медным слоем. Сигнальный слой должен быть тесно связан с соседним медным слоем (то есть толщина диэлектрика между сигнальным слоем и соседним медным слоем очень мала).

2. Силовая медь и заземляющая медь должны быть тесно связаны и находиться в середине стека. Сокращение расстояния между силовыми и заземляющими слоями способствует стабильности источника питания и уменьшению электромагнитных помех. Постарайтесь избегать размещения сигнального слоя между силовым слоем и заземляющим слоем. Близкое расположение силовой плоскости и заземляющей плоскости похоже на формирование плоского конденсатора. Чем ближе две плоскости, тем больше значение емкости. Основная функция этого конденсатора — обеспечить низкоомный обратный путь для высокочастотного шума (например, шума переключения), чтобы входная мощность приемного устройства имела меньшие пульсации и повышала производительность самого приемного устройства.

3. В случае высокой скорости можно добавить дополнительные заземляющие слои для изоляции сигнального слоя. Несколько слоев заземленной меди могут эффективно снизить импеданс печатной платы и уменьшить синфазные электромагнитные помехи. Однако рекомендуется не добавлять больше слоев питания для изоляции, что может вызвать ненужные шумовые помехи.

4. Высокоскоростные сигналы в системе должны находиться во внутреннем слое и между двумя медными фольгами, чтобы две медные фольги могли обеспечить экранирование для этих высокоскоростных сигналов и ограничить излучение этих сигналов в двух областях медной фольги.

5. Отдайте приоритет модели линии передачи высокоскоростных сигналов и тактовых сигналов, спроектируйте полную опорную плоскость для этих сигналов и постарайтесь избежать пересечения области разделения плоскости, чтобы контролировать характеристическое сопротивление и обеспечить целостность пути возврата сигнала.

6. Ситуация, когда два сигнальных слоя находятся рядом. Для плат с высокоскоростными сигналами идеальным вариантом является проектирование полной опорной плоскости для каждого слоя высокоскоростного сигнала, но на практике нам всегда нужно идти на компромисс между количеством слоев печатной платы и стоимостью печатной платы. В этом случае неизбежно наличие двух соседних сигнальных слоев. Текущая практика заключается в увеличении расстояния между двумя сигнальными слоями и прокладке двух слоев как можно более вертикальной, чтобы избежать перекрестных помех сигнала между слоями.

7. Лучше всего устанавливать медные слои парами. Например, 2-й и 5-й слои или 3-й и 4-й слои шестислойной платы должны быть омеднены вместе. Это необходимо для того, чтобы учесть требования сбалансированной структуры в процессе, поскольку несбалансированные медные слои могут вызвать коробление и деформацию печатной платы.

8. Вторичная поверхность (т. е. слой, близкий к поверхности) спроектирована как слой заземления, что способствует снижению электромагнитных помех.

9. Оцените количество требуемых сигнальных слоев на основе плотности устройств печатной платы и плотности выводов и определите общее количество слоев.

При фактическом выполнении проектирования стекирования инженерам-проектировщикам печатных плат необходимо гибко применять вышеуказанные принципы и выбирать наиболее подходящую структуру слоев платы в соответствии с фактическими требованиями системы.