Ontwerprichtlijnen voor PCB Stackup

Mensen verwachten dat elektronische producten rijk zijn aan functies, maar vereisen ook dat ze klein en draagbaar zijn, wat nieuwe uitdagingen met zich meebrengt voor ontwerpers van printplaten. Om dit te behalen, ontwerpers wenden zich tot meerlaagse printplaten, die meer ruimte bieden voor meer signalen en elektronische circuits om meer functionaliteit mogelijk te maken. Echter, succesvol PCB-ontwerp hangt af van een zorgvuldige afweging van de PCB-stackup. Dit kritieke onderdeel heeft een directe invloed op de prestaties van de printplaat, betrouwbaarheid, kosten, en maakbaarheid. In dit artikel, vindt u richtlijnen voor het stapelen van PCB's, inclusief regels, suggesties, en voorbeelden om u te helpen uw stackup-ontwerp beter te voltooien.

Wat is PCB-stackup?

PCB-stackup verwijst naar de opstelling van koperen en isolerende lagen die een printplaat vormen. Een typische PCB-stackup bestaat uit afwisselende lagen koper en isolatiemateriaal, zoals prepreg- en kernlagen. De koperen lagen bevatten de circuits en dienen als geleidende paden voor de elektronische signalen op het bord.

De PCB-stackup is een essentieel aspect van het ontwerp van het bord en bepaalt de elektrische eigenschappen van het bord, inclusief signaalintegriteit, machtsverdeling, en elektromagnetische compabiliteit (EMC). Het heeft ook invloed op de mechanische en thermische eigenschappen van de plaat. Het aantal lagen dat wordt gebruikt in een PCB-stackup kan flexibel zijn en wordt bepaald door de complexiteit van het circuit en de specifieke ontwerpvereisten.

Een tweelaagse PCB-stackup is de eenvoudigste en meest voorkomende, maar ontwerpen met een hoge dichtheid kunnen vier of meer lagen nodig hebben om de benodigde componenten en routing te huisvesten. Ontwerpers moeten tijdens het ontwerpproces zorgvuldig rekening houden met de PCB-stackup om ervoor te zorgen dat het bord voldoet aan de noodzakelijke elektrische en mechanische vereisten en tegelijkertijd kosteneffectief te vervaardigen is. Een goed stapelontwerp kan helpen om signaalverlies te minimaliseren, elektromagnetische interferentie verminderen, en zorgen voor een stabiel stroomdistributienetwerk, resulterend in een betrouwbaardere en krachtigere printplaat.

Ontwerpregels en tips voor PCB Stackup

Het beheren van een goede stackup vereist het volgen van honderden regels en criteria, maar enkele van de belangrijkste zijn:

1. Grondvlakborden hebben de voorkeur, omdat ze signaalroutering mogelijk maken in microstrip- of stripline-configuraties, resulterend in lagere grondimpedantie en grondgeluidsniveaus.
2. Om straling van hogesnelheidssignalen te voorkomen, het is belangrijk om ze op tussenlagen tussen verschillende niveaus te leiden, terwijl grondvlakken als schilden worden gebruikt.
3. Signaallagen moeten zo dicht mogelijk bij elkaar worden geplaatst, zelfs als ze zich op aangrenzende vlakken bevinden, en altijd naast een vliegtuig.
4. Het hebben van meerdere grondvlakken is gunstig omdat het de grondimpedantie van het bord verlaagt en de straling vermindert.
5. Het is cruciaal om een ​​sterke koppeling te hebben tussen stroom- en grondvlakken.
6. Een doorsnede is vanuit mechanisch oogpunt aan te raden om vervormingen te voorkomen.
7. Als de signaalniveaus naast de vlakke niveaus liggen, hetzij aarde of kracht, de retourstroom kan door het aangrenzende vlak stromen, wat helpt om de inductantie van het retourpad te verminderen.
8. Om ruis en EMI-prestaties te verbeteren, een haalbare manier is om de dikte van de isolatie tussen een signaallaag en het aangrenzende vlak te verminderen.
9. Bij het kiezen van materialen op basis van hun elektrische, mechanisch, en thermische eigenschappen, het is cruciaal om rekening te houden met de dikte van elke signaallaag, rekening houdend met standaarddiktes en de kenmerken van verschillende soorten printmaterialen.
10. Er moet hoogwaardige software worden gebruikt om de stackup te ontwerpen, het selecteren van de juiste materialen uit de bibliotheek en het uitvoeren van impedantieberekeningen op basis van hun afmetingen.

Aanbevolen materiaal en dikte

De drie belangrijkste componenten van een PCB-stackup zijn koper, isolatie, en grondvlak. En de materiaalopties en dikte voor elk van hen spelen een cruciale rol bij het bepalen van de prestatiekenmerken.

• Koperen lagen

Er zijn meerdere soorten koper beschikbaar, elk met zijn eigen unieke smelttemperatuur, elektrische geleiding, en thermische uitzettingssnelheid. De selectie van koper is meestal gebaseerd op de ontwerpvereisten. Het is vermeldenswaard dat dikkere koperlagen de algehele robuustheid van het ontwerp verbeteren, maar verhogen ook de kosten van het bord.

• Isolatie Lagen

FR-4 epoxy, glas epoxy, en met paryleen gecoate materialen zijn de meest gebruikte soorten isolatiematerialen in PCB's. En het kiezen van de juiste isolatiematerialen is afhankelijk van de toepassingsomgeving. Om de EMI-afscherming te verbeteren en de duurzaamheid van het bord te verbeteren, het is raadzaam om een ​​zo dik mogelijke isolatielaag te gebruiken. Echter, als de isolatielaag te dik is, het kan de kwaliteit van sporen en via's beïnvloeden.

• Grondvlaklagen

Koper en nikkel zijn de meest gebruikte aardingsmaterialen. De selectie van aardvlakmaterialen is gebaseerd op ontwerpvereisten en het type soldeermasker. De aanbevolen dikte voor het grondvlak ligt tussen 0.1 mm en 0.25 mm. Hoewel een dikker grondvlak betere prestaties oplevert, het leidt ook tot een toename van de grootte van het bord.

PCB Stackup-ontwerpvoorbeelden

• 4 laag PCB-stackup

Een standaard 4-laags PCB-stack-up heeft meestal een dikke kernlaag in het midden van het bord, omgeven door twee dunnere prepreg-lagen, met de oppervlaktelagen die voornamelijk worden gebruikt voor signalen en montage van componenten. De binnenste lagen zijn vaak gewijd aan stroom- en grondnetten. Through-hole via's worden gewoonlijk gebruikt om verbindingen tussen de lagen te verschaffen. Op de buitenste lagen wordt een soldeermasker met blootliggende pads aangebracht om de montage van SMD- en doorlopende componenten mogelijk te maken.

• 6 laag PCB-stackup

Het ontwerp van een 6-laags PCB-stackup is vergelijkbaar met dat van een 4-laags ontwerp, maar het heeft twee extra signaallagen die tussen de vlakken zijn geplaatst, resulterend in twee ondergrondse lagen die ideaal zijn voor signalen met hoge snelheid en twee oppervlaktelagen die geschikt zijn voor het routeren van signalen met lage snelheid. De signaallagen dicht bij hun aangrenzende vlakken plaatsen en een dikkere middenkern gebruiken om de gewenste borddikte te bereiken (bijv., 62 MIL) kan de EMI-prestaties aanzienlijk verbeteren.

• 8 laag PCB-stackup

Voor een 8-laagse PCB-stapeling, het ontwerp moet ten minste drie voedings-/aardingsvlakken bevatten om de elektromagnetische compatibiliteit te vergroten (EMC) en minimaliseer EMI-gerelateerde problemen. PCB-ingenieurs en -ontwerpers houden doorgaans rekening met de vereisten van het circuit bij het ontwerpen van de stapelopstelling.

Conclusie

PCB-stack-upontwerp is een cruciaal aspect voor zowel elektronische ingenieurs als ontwerpers. Om hoogwaardige elektronica te produceren, er moet met verschillende factoren rekening worden gehouden. Zonder een goed ontworpen PCB-stapeling, de kwaliteit en prestaties van het eindproduct kunnen sterk in het gedrang komen. Daarom, het is belangrijk voor ontwerpers om zorgvuldig te zijn selecteer de juiste PCB-materialen en constructie voor een optimaal resultaat. Als u geen expertise heeft in het stapelen van PCB's, overweeg om samen te werken met een PCB-ontwerpspecialist. Het PCB-team van MOKO-technologie heeft ruime ervaring met het ontwerpen van complexe stack-ups, inclusief multilayer en HDI stack-ups. Wij kunnen u helpen bij het ontwerpen van een kosteneffectieve en maakbare stack-up die aan alle elektrische eisen voldoet.