Multilayer PCBKKPCB

Multilayer-PCB-Platine bezeichnet eine Leiterplatte mit mehr als drei leitenden Musterschichten, die mit Isoliermaterialien dazwischen laminiert sind. Mit der Entwicklung der Elektroniktechnologie in Richtung Hochgeschwindigkeit, Multifunktionalität, großer Kapazität und tragbarer Niedrigverbrauch wird die Anwendung von Multilayer-PCBs immer breiter, und ihre Lagenzahl und Dichte werden ebenfalls immer höher, und die entsprechende Struktur wird zunehmend komplexer. Die Herstellung von Multilayer-PCBs ist zum wichtigsten Teil der gesamten PCB-Industrie geworden. Derzeit hat die durchschnittliche Lagenzahl von KKPCB 8-20 Lagen erreicht, kann bis zu 64 Lagen betragen, was ein hohes Niveau in Bezug auf Innenlagenfertigungsfähigkeit und Laminierfähigkeit erreicht hat. Das Aufkommen der Multilayer-Board-Technologie ist eine bedeutende Entwicklung der PCB-Industrie, die die gesamte PCB-Technologie sprunghaft voranbringt.

KKPCB ist sehr gut in Multilayer-PCB-Fertigung und Prototyping. Der Fertigungsprozess gewöhnlicher Multilayer-PCBs basiert hauptsächlich auf der Laminiertechnologie. Mehrlagenlaminierung ist ein wichtiger Prozess in der PCB-Fertigung. KKPCB stellt seit über 20 Jahren Multilayer-PCBs her. Im Laufe der Jahre haben wir alle Arten von Multilayer-Konstruktionen aus verschiedenen Branchen gesehen, alle Arten von Multilayer-Fragen beantwortet und alle Arten von Problemen mit Multilayer-PCBs gelöst.

1. Die Dicke der Kernplatine sollte entsprechend den Gesamtdickenanforderungen des Multilayer-Boards gewählt werden. Die Dicke der Kernplatine sollte konsistent sein und die Abweichung gering.

2. Es sollte ein bestimmter Abstand zwischen der Gesamtabmessung der Kernplatine und der Nutzungseinheit bestehen, d. h. der Abstand von der effektiven Einheit zum Rand der Platine sollte unter der Prämisse, kein Material zu verschwenden, möglichst viel Platz lassen.

3. Design des Positionierungslochs. Um die Abweichung zwischen den Lagen zu reduzieren, sollte auf das Design der Positionierungslöcher bei Multilayer-Boards geachtet werden: Bei 4-Lagen-Multilayer müssen nur mehr als 3 Positionierungslöcher für das Bohren ausgelegt werden. Bei Multilayer-Boards mit mehr als 6 Lagen müssen zusätzlich zu den Positionierungslöchern für das Bohren auch mehr als 5 überlappende Positionierungs-Nietlöcher und mehr als 5 Positionierungslöcher für die Werkzeugplatte für Nieten ausgelegt werden.

4. Die Innenkernplatine soll frei von Unterbrechungen, Kurzschlüssen, offenen Stromkreisen, Oxidation, sauberer Platinenoberfläche und ohne Restfilm sein.

5. Erfüllen Sie die Anforderungen der PCB-Nutzer, wählen Sie die geeignete PP- und Kupferfolienkonfiguration. Für 4-Lagen-Laminate können 7628, 3313 oder 7628 + 1080, 7628 + 2116 usw. verwendet werden. 1080 oder 2116 ist die Hauptwahl von PP für Multilayer-Boards mit mehr als 6 Lagen, und 7628 wird hauptsächlich verwendet, um die Dicke der Dielektrikumsschicht zu erhöhen. Gleichzeitig erfordert PP eine symmetrische Platzierung, um den Spiegeleffekt zu gewährleisten und Plattenverbiegung zu verhindern.

6. Vorbehandlungsprozess der Innenkernplatine. Der Behandlungsprozess der Innenlagenkernplatine umfasst den Schwarzoxidationsprozess und den Bräunungsbehandlungsprozess. Der Oxidationsbehandlungsprozess besteht darin, einen Schwarzoxidfilm auf der Innenkupferfolie zu bilden, die Dicke des Schwarzoxidfilms beträgt 0,25-4,50 mg/cm2. Der Bräunungsprozess (horizontale Bräunung) besteht darin, einen organischen Film auf der Innenkupferfolie zu bilden.

Die Funktionen des Innenlaminat-Behandlungsprozesses sind wie folgt:

a. Die Erhöhung des Oberflächenverhältnisses von Innenkupferfolie und Harz kann die Haftung zwischen ihnen verbessern.
b. Die effektive Benetzbarkeit des Schmelzharzes gegenüber Kupferfolie wird erhöht, so dass das fließende Harz ausreichend in den Oxidfilm eindringen kann und nach dem Aushärten eine starke Haftung zeigt.
c. Es kann die Zersetzung von Dicyandiamid im flüssigen Harz bei hohen Temperaturen und den Einfluss auf die Kupferoberfläche verhindern.

d. Es kann die Säurebeständigkeit verbessern und den PINK-Ring im Nassprozess verhindern.

7. Die organische Abstimmung der Laminierparameter, die Kontrolle der Laminierparameter von Multilayer-Boards bezieht sich hauptsächlich auf die organische Abstimmung der Laminierung „Temperatur, Druck und Zeit“. Wie man die Softwareparameter für Laminierungstemperatur, -druck und -zeit bestimmt, ist die Schlüsseltechnologie für die Multilayer-Laminatverarbeitung.

1. Kupferfolie

Funktion: Bildet die leitenden Muster auf der PCB.
Beschreibung: Kupferfolie ist das wesentliche Material für die leitenden Schichten der PCB und bietet die elektrischen Wege, die für die Signalübertragung und die Gesamtleistung der Platine erforderlich sind.

2. Kernplatine

Funktion: Dient als struktureller Rahmen der PCB.
Beschreibung: Ein doppelseitiges kupferkaschiertes Laminat, das als Rückgrat der Leiterplatte fungiert. Kernplatinen bieten mechanische Stabilität und dienen als Grundlage für die Herstellung von doppelseitigen oder mehrlagigen PCBs.

3. Prepreg

Funktion: Wirkt sowohl als Klebstoff als auch als Isolator zwischen Kernplatinen in Multilayer-PCBs.
Beschreibung: Prepreg ist ein unverzichtbares Material in der Multilayer-PCB-Fertigung. Es verbindet Kernplatinen miteinander und bietet gleichzeitig elektrische Isolierung. Während der Laminierung gewährleistet Prepreg eine starke Zwischenschichthaftung, verhindert Kurzschlüsse und erhält die strukturelle Integrität.

Unterschied zwischen einlagigen und mehrlagigen PCBs

Im Vergleich zu einlagigen oder doppelseitigen PCBs bieten Multilayer-PCBs eine deutlich verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und eine verbesserte elektrische Leistung.

Zum Beispiel werden in einer vierlagigen PCB die Innenlagen oft als Stromebene und Masseebene bezeichnet, was die folgenden Vorteile bietet:

1. Reduzierte Induktivität: Die Induktivität von Strom- und Masseleiterbahnen wird stark reduziert, wodurch die Rauschspannung gesenkt wird.

2. Hochfrequenz-Entkopplung: Die Strom- und Masseebenen bilden einen großen verteilten Kondensator, der eine hervorragende Hochfrequenz-Entkopplung für die Stromversorgung bietet und das Rauschen der Stromleitung reduziert.

3. Minimierte Signalschleifen: Unabhängige Strom- und Masseebenen helfen, die Schleifenfläche für alle Signalpfade zu minimieren, was die Signalintegrität verbessert.

4. Branchentrend zur Miniaturisierung: Moderne PCBs tendieren zu kleineren Größen, dünneren Schichten, kleineren Vias, höheren Lagenzahlen und feineren Leiterbahnbreiten und -abständen – was Multilayer-Designs unerlässlich macht.

5. Unterstützung für fortschrittliche Elektronik: Viele hochpräzise und hochtechnologische elektronische Geräte erfordern Multilayer-PCBs, um ihre Funktionen zu erfüllen. Standardmäßige doppelseitige Platinen können diese fortschrittlichen Anforderungen nicht erfüllen.

Fazit: Mehrschichtige PCBs sind für die moderne Elektronik unverzichtbar und bieten überlegene Rauschunterdrückung, Signalintegrität und Unterstützung für kompakte, hochdichte Schaltungsdesigns.

1. Klassifizierung nach Anwendung

• Unterhaltungselektronik-PCBs: Verwendet in Fernsehern, elektronischem Spielzeug, Smartphones und anderen Verbrauchergeräten.

• Industrie-PCBs: Verwendet in Computern, Messgeräten, Automatisierungssystemen und anderen industriellen Geräten.

• Militär- und Luftfahrt-PCBs: Entwickelt für hochzuverlässige Anwendungen in Verteidigung und Luftfahrt, die oft strenge Umwelt- und Leistungsstandards erfüllen.

2. Klassifizierung nach Flexibilität / Härte

• Starre PCBs: Massive, unflexible Platinen für traditionelle elektronische Geräte.

• Flexible PCBs (Flex): Können gebogen oder gefaltet werden, um in kompakte Räume oder dynamische Anwendungen zu passen.

• Starr-Flex-PCBs: Kombination aus starren und flexiblen Abschnitten, ideal für hochdichte, komplexe Baugruppen.

3. Klassifizierung nach Via- / Lochtechnologie

• PCBs mit vergrabenen Vias: Vias, die innere Schichten verbinden, ohne die äußeren Schichten zu erreichen.

• PCBs mit Blind-Vias: Vias, die äußere Schichten mit inneren Schichten verbinden, ohne durch die gesamte Platine zu gehen.

• Blind-Buried- / HDI-PCBs: High-Density-Interconnect-PCBs, die Blind- und Buried-Vias für miniaturisierte Hochleistungsschaltungen kombinieren.

• Durchkontaktierte PCBs: Vias, die durch alle Schichten der Platine gehen und üblicherweise zur Montage von Komponenten verwendet werden.

4. Klassifizierung nach Substratmaterial

• FR4-PCBs (Glasgewebe): Standardmäßige starre Platinen auf Basis von Glas-Epoxid-Material.

• Keramiksubstrat-PCBs: Verwendet für Hochfrequenz-, Hochtemperatur- oder Hochleistungsanwendungen.

• Metallkern-PCBs (MCPCBs): Bieten hervorragende Wärmeableitung für LED- und Leistungsanwendungen.

Wie oben erwähnt, können mehrschichtige PCBs in zivilen, industriellen und militärischen Bereichen eingesetzt werden. Mehrschichtige PCBs können für jeden Zweck verwendet werden.

Für viele Branchen sind mehrschichtige PCBs zur ersten Wahl für verschiedene Anwendungen geworden. Diese Präferenz ist weitgehend auf die kontinuierliche Förderung von Mobilität und Funktionalität durch alle Technologien zurückzuführen. Mehrschichtige PCBs sind ein sinnvoller Schritt in diesem Prozess, der die Größe reduzieren und mehr Funktionen realisieren kann. Infolgedessen sind sie recht verbreitet geworden, darunter:

• Unterhaltungselektronik: Unterhaltungselektronik ist ein weit gefasster Begriff, wie Smartphones und Mikrowellenherde. Jedes dieser Unterhaltungselektronikprodukte enthält eine PCB, aber immer mehr von ihnen verwenden mehrschichtige PCBs anstelle von standardmäßigen einlagigen PCBs, um die Funktionalität zu erhöhen und die Größe zu reduzieren.
• Computerelektronik: Alles vom Server bis zum Motherboard verwendet mehrschichtige PCBs, hauptsächlich wegen ihrer Platzersparnis und hohen Funktionalität. Für diese Anwendungen ist die Leistung eines der grundlegendsten Merkmale einer PCB.
• Telekommunikation: Telekommunikationsgeräte verwenden typischerweise mehrschichtige PCBs in einer Vielzahl von allgemeinen Anwendungen wie Signalübertragung, GPS und Satellitenanwendungen. Der Hauptgrund ist ihre Langlebigkeit und Funktionalität.
• Industrie: Mehrschichtige PCBs sind in mehreren industriellen Anwendungen beliebt geworden, wobei die industrielle Steuerung am bemerkenswertesten ist. Von Industriecomputern bis zu Steuerungssystemen werden mehrschichtige PCBs verwendet, um Maschinen in der gesamten Fertigung und in industriellen Anwendungen zu betreiben, was zu ihrer Langlebigkeit und geringen Größe beiträgt.
• Medizinische Geräte: Elektronische Produkte werden zu einem immer wichtigeren Teil der Gesundheitsbranche und spielen in jedem Bereich der Branche eine Rolle, von der Behandlung bis zur Diagnose. Im Vergleich zu einlagigen Alternativen sind mehrschichtige PCBs in der Medizinbranche aufgrund ihrer geringen Größe, ihres geringen Gewichts und ihrer leistungsstarken Funktionen besonders beliebt. Diese Vorteile machen mehrschichtige PCBs in modernen Röntgengeräten, Herzmonitoren, CAT-Scan-Geräten und medizinischen Testgeräten einsetzbar.
• Militär und nationale Verteidigung: Mehrschichtige PCBs werden in Bezug auf Langlebigkeit, Funktionalität und geringes Gewicht bevorzugt und sind in Hochgeschwindigkeitsschaltungen sehr nützlich, denen in militärischen Anwendungen immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt wird. Da sich die Verteidigungsindustrie auf hochkompakte Technik zubewegt, werden sie ebenfalls bevorzugt, da kleinere mehrschichtige PCBs mehr Platz für andere Komponenten lassen, um ihre bestehenden Funktionen zu erfüllen.
• Automobil: Im modernen Automobil ist das Auto zunehmend von elektronischen Komponenten abhängig, insbesondere mit dem Aufstieg von Elektrofahrzeugen. Von GPS und Bordcomputern bis hin zu Scheinwerferschaltern und motorsensoren, die von elektronischen Geräten gesteuert werden, wird die Verwendung des richtigen Komponententyps im Fahrzeugdesign immer wichtiger. Mehrschichtige PCBs haben eine hohe Funktionalität und relative Hitzebeständigkeit, weshalb sie sich sehr gut für die Innenraumumgebung von Automobilen eignen.
• Luft- und Raumfahrt: Wie Autos, Jets und KKPCB sind sie stark auf moderne Elektronik angewiesen, die alle sehr präzise sein muss. Vom Computer, der am Boden verwendet wird, bis zum Computer, der im Cockpit verwendet wird, muss die Anwendung von Luft- und Raumfahrt-PCBs zuverlässig sein. In diesem Fall ist die mehrschichtige PCB die ideale Lösung, mit genügend Schutzschicht, um zu verhindern, dass Hitze und externe Belastungen die Verbindung beschädigen, und der Fähigkeit, aus flexiblen Materialien hergestellt zu werden. Ihre höhere Qualität und Funktionalität tragen ebenfalls zu diesem Nutzen in der Luft- und Raumfahrtindustrie bei, da Luft- und Raumfahrtunternehmen bevorzugt die besten Materialien verwenden, um die Sicherheit von Personal und Ausrüstung zu gewährleisten.
• Es gibt noch mehr! Mehrschichtige PCBs werden in einer Vielzahl anderer Branchen eingesetzt, darunter die Wissenschafts- und Forschungsindustrie, sogar Haushaltsgeräte und Sicherheit. Alle Geräte, von Alarmsystemen und Glasfasersensoren bis hin zu Atomteilchenbeschleunigern und Wetteranalysegeräten, verwenden mehrschichtige PCBs und nutzen den Platz und das Gewicht, die durch dieses PCB-Format eingespart werden, voll aus.

KKPCB ist weithin bekannt als professioneller PCB-Lieferant in der elektronischen Fertigungsindustrie. Wir haben jahrelange Erfahrung im Bereich mehrschichtige PCBs, HDI-PCB-Segmente. KKPCB erweitert sein Produktsortiment weiter, darunter starre, starr-flexible, HDI-, Any-Layer-, Flex-, Großformat-, eingebettete, HF-, LED-, Backplane-, Metallsubstrat-, Keramiksubstrat-, IC-Struktur-, Hochfrequenz– und Schwerkuper-PCBs. Hohe Qualität und hohe Zuverlässigkeit.

Die Entwicklung einer mehrschichtigen PCB erfordert sorgfältige Planung und Liebe zum Detail, um hohe Leistung, Signalintegrität und langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Nachfolgend finden Sie die wichtigsten Überlegungen für ein erfolgreiches Design mehrschichtiger PCBs.

1. Planung des Schichtstapels

• Der Stapel definiert, wie Signal-, Strom- und Masseebenen angeordnet sind.
• Ein gut geplanter Stapel reduziert Übersprechen, elektromagnetische Interferenzen (EMI) und Rauschen, während die Signalintegrität verbessert wird.
• Ein schlechter Stapel oder eine unsachgemäße Schichtkonfiguration kann zu Timing-Fehlern, Signalverzerrung und intermittierendem Betrieb führen.

2. Materialauswahl

• Die Wahl des richtigen Substrats und Kupferfolie ist entscheidend.
• Materialien mit geeigneter Dielektrizitätskonstante, thermischer Leistung und mechanischer Stabilität gewährleisten eine zuverlässige Signalübertragung und einen robusten Betrieb.
• Eine falsche Materialwahl kann die Emission erhöhen, die Leistung verringern und die PCB anfällig für Umgebungsrauschen machen.

3. Signalintegrität und EMI-Kontrolle

• Die richtige Platzierung von Masse- und Stromebenen minimiert Schleifenflächen und reduziert die Induktivität.
• Hochgeschwindigkeitssignale erfordern impedanzkontrollierte Leiterbahnen und ein sorgfältiges Routing, um Übersprechen und Reflexion zu reduzieren.
• Mehrschichtige Platinen ermöglichen dedizierte Ebenen für Strom und Masse, die als verteilte Kondensatoren wirken, um die Hochfrequenzentkopplung zu verbessern.

4. Best Practices für das Design

• Minimieren Sie die Anzahl der Vias und halten Sie die Signalwege so kurz und direkt wie möglich.
• Behalten Sie eine konsistente Schichtsymmetrie bei, um Verformungen zu verhindern und die mechanische Stabilität zu gewährleisten.
• Trennen Sie analoge und digitale Signale, wenn möglich, um Interferenzen zu reduzieren.
• Planen Sie Wärmemanagement ein, insbesondere bei Anwendungen mit hoher Leistung oder hoher Dichte.

Der Entwurf einer mehrlagigen Leiterplatte erfordert eine sorgfältige Planung, um hohe Leistung, Signalintegrität und langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Ein ordnungsgemäßes Design reduziert Rauschen, elektromagnetische Störungen (EMI) und Übersprechen und optimiert gleichzeitig den Platzbedarf und die Funktionalität.

1. Planung des Schichtaufbaus

• Der Schichtaufbau definiert die Anordnung von Signal-, Strom- und Masseebenen.

• Ein gut geplanter Schichtaufbau reduziert Übersprechen, EMI und Rauschen und verbessert die Signalintegrität.

• Ein schlechter Schichtaufbau oder eine unsachgemäße Schichtkonfiguration kann zu Timing-Fehlern, Signalverzerrungen und instabilem Betrieb führen.

Richtlinien für den Schichtaufbau:

1. Platzierung der Masseebene: Platzieren Sie eine Masseebene direkt unter der Bestückungsebene, um Abschirmung und eine Referenz für die Oberflächenverdrahtung zu bieten.

2. Angrenzung der Signalebenen: Alle Signalebenen sollten nach Möglichkeit an eine Masseebene angrenzen.

3. Vermeiden Sie direkt benachbarte Signalebenen: Verhindern Sie, dass zwei Signalebenen direkt nebeneinander liegen.

4. Paarung von Strom- und Masseebene: Platzieren Sie die Hauptstromebene so nah wie möglich an der zugehörigen Masseebene, um Induktivität und Rauschen zu reduzieren.

5. Symmetrie: Wahren Sie Symmetrie bei der Dicke der Dielektrikumsschichten, der Kupferfoliendicke und der Schichtgeometrie, um Verformung und mechanische Spannungen zu vermeiden.

6. Ausgewogene Verteilung: Stellen Sie sicher, dass die Verteilung großer Kupferflächen und Schaltungsebenen für elektrische und mechanische Stabilität symmetrisch ist.

Wirksamkeit:

• Im Vergleich zu zweiseitigen Leiterplatten kann eine ordnungsgemäß entworfene vierlagige Leiterplatte die Strahlung um etwa 15 dB reduzieren.

• Ein ordnungsgemäßer Schichtaufbau bietet ein induktivitätsarmes Verteilungsnetzwerk und verbessert die Hochgeschwindigkeitsleistung.

2. Materialauswahl

• Wählen Sie das richtige Substrat und die richtige Kupferfolie hinsichtlich Dielektrizitätskonstante, thermischer Leistung und mechanischer Stabilität.

• Eine falsche Materialauswahl kann EMI erhöhen, die Signalintegrität verringern und die Leiterplatte anfällig für externe Störungen machen.

3. Signalintegrität & EMI-Kontrolle

• Die richtige Platzierung von Masse- und Stromebenen minimiert Schleifenflächen und Induktivität.

• Hochgeschwindigkeitssignale erfordern Leiterbahnen mit kontrollierter Impedanz und sorgfältiges Routing, um Übersprechen und Reflexionen zu reduzieren.

• Mehrlagige Leiterplatten ermöglichen dedizierte Ebenen für Strom und Masse, die als verteilte Kondensatoren für die Hochfrequenzentkopplung wirken.

4. Bewährte Designpraktiken

• Minimieren Sie die Anzahl der Durchkontaktierungen und halten Sie die Signalwege kurz und direkt.

• Trennen Sie analoge und digitale Signale, wo dies möglich ist.

• Planen Sie Wärmemanagement bei Hochleistungs- oder dichten Layouts ein.

• Wahren Sie die Schichtsymmetrie, um mechanische Spannungen und Verformung zu vermeiden.

Laminierung einer 4-lagigen Leiterplatte

Die Laminierung ist ein kritischer Prozess in der Fertigung mehrlagiger Leiterplatten, bei dem mehrere Schichten aus Kupfer und dielektrischen Materialien unter Hitze und Druck miteinander verbunden werden, um eine solide, zuverlässige Leiterplatte zu bilden. Eine ordnungsgemäße Laminierung gewährleistet mechanische Stabilität, Signalintegrität und gleichbleibende elektrische Leistung.

Typischer Aufbau einer 4-lagigen Leiterplatte

1. Oberste Schicht (Signalebene): Bestückungsverdrahtung und Signal-Leiterbahnen.

2. Innere Schicht 1 (Masseebene): Bietet Abschirmung und eine Referenzebene für Signale.

3. Innere Schicht 2 (Stromebene): Verteilt Strom effizient und reduziert Rauschen.

4. Unterste Schicht (Signalebene): Zusätzliches Routing für Signale und Komponenten.

Hauptvorteile

• Verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit (EMV): Reduziert Strahlung und Übersprechen.

• Induktivitätsarme Stromverteilung: Verbessert die Hochfrequenzleistung und Signalintegrität.

• Kompaktes Design: Unterstützt kleinere Abmessungen und höhere Funktionalität für moderne Elektronik.

• Mechanische Stabilität: Symmetrische Laminierung reduziert Verformung und gewährleistet langfristige Zuverlässigkeit.

Eine gut entworfene 4-lagige Laminierung ist unerlässlich für Hochleistungsanwendungen in Unterhaltungselektronik, Industrieautomation, Medizingeräten, Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie Militärsektoren.

4-lagiger PCB-Stapel

Vier Lagen einer Leiterplatte werden üblicherweise gleichmäßig gestapelt. Das heißt, vier gleichmäßig beabstandete Schichten mit der Ebene in der Mitte. Dies macht die Platine zwar symmetrisch, hilft aber nicht bei der EMV.

Darüber hinaus besteht ein weiterer häufiger Fehler darin, die Ebene eng an die große dielektrische Schicht und die Ebene zwischen der Mitte und dem Signal zu koppeln. Dies erzeugt zwar eine gute Zwischenebenenkapazität, hilft aber auch nicht bei der Signalintegrität, dem Übersprechen oder der EMV – deshalb haben wir uns entschieden, 4-lagige Leiterplatten auf zwei Lagen zu verwenden.

Um die EMV-Leistung des Kondensators zu verbessern, ist es besser, die Signalebene so nah wie möglich an die Ebene zu legen (< 10 mil) und einen großen Kern (~ 40 mil) zwischen der Stromversorgung und der Masseebene zu verwenden, um die Gesamtsubstratdicke von 62 mil beizubehalten. Eine enge Nachführung der Ebenenkopplung reduziert Übersprechen zwischen Leiterbahnen und ermöglicht es uns, die Impedanz auf einem akzeptablen Wert zu halten.

6-lagiger PCB-Stapel

Die sechslagige Leiterplatte ist im Grunde eine vierlagige Platine mit zwei zusätzlichen Signalebenen zwischen den Ebenen. Dies verbessert die EMI erheblich, da sie zwei vergrabene Schichten für Hochgeschwindigkeitssignale und zwei Oberflächenschichten für das Routing von Niedergeschwindigkeitssignalen bietet. Die Signalebene sollte sehr nahe an der benachbarten Ebene platziert werden und die Plattendicke (62 mil) sollte aus einem dickeren zentralen Kern bestehen. Es gibt immer einen Kompromiss zwischen Leiterbahnimpedanz, Leiterbahnbreite und Prepreg-/Kerndicke. Differenzpaare werden im Hochgeschwindigkeitsdesign immer häufiger eingesetzt. Rauschen wird durch die Verwendung von Differenzmodussignalen reduziert.

6-lagiger PCB-Stapel & 8-lagiger PCB-Stapel

Um die EMV-Leistung zu verbessern, fügen Sie zwei weitere Ebenen im Sechser-Stack hinzu. Es wird empfohlen, nicht mehr als zwei benachbarte Signalebenen zwischen den Ebenen zu haben, da dies Impedanzdiskontinuitäten erzeugt (Impedanzunterschied der Signalebene von ~ 20 Ohm) und das Übersprechen zwischen diesen Signalebenen erhöht.

Im folgenden Fall werden zwei Ebenenlagen in die Mitte des Substrats eingefügt. Dies ermöglicht eine enge Kopplung zwischen den mittleren Ebenen und isoliert jede Signalebene, wodurch die Kopplung verringert und das Übersprechen erheblich erhöht wird. Diese Konfiguration wird üblicherweise für Hochgeschwindigkeitssignale in DDR2- und DDR3-Designs verwendet, bei denen Übersprechen aufgrund enger Verkabelung ein Problem darstellt.

10-Lagen-PCB-Stack

Wenn sechs Verdrahtungslagen und vier Ebenen erforderlich sind, sollten Zehn-Lagen-Boards verwendet werden – und der EMV sollte Aufmerksamkeit geschenkt werden.

Ein typischer 10-Lagen-Überlagerungsaufbau ist oben dargestellt. Diese Überlagerung ist ideal aufgrund der engen Kopplung von Signal- und Rückleiter-Ebene, der Abschirmung der Hochgeschwindigkeits-Signalebene, dem Vorhandensein von mehreren Masseebenen und der Symmetrie von eng gekoppelter Stromversorgung/Masse in der Mitte der Leiterplatte. Hochgeschwindigkeitssignale werden üblicherweise auf Signalebenen geführt, die zwischen Ebenen vergraben sind (in diesem Fall Lagen 3-4 und 7-8). Es sollte jedoch darauf geachtet werden, diese Signale korrekt zu führen. Andernfalls vermeiden Sie Kopplung (Übersprechen) zwischen benachbarten Lagen.

12-Lagen-PCB-Stack

12 Lagen sind die maximale Anzahl von Lagen, die in einer 62 mil dicken Leiterplatte einfach hergestellt werden können. Gelegentlich sieht man 14 bis 16 Lagen von Boards, die zu 62 mil dicken Boards verarbeitet werden, aber die Anzahl der Hersteller, die sie herstellen, ist auf diejenigen beschränkt, die HDI-Boards herstellen können. Die oben genannten zwölf gestapelten Lagen bieten Abschirmung auf sechs inneren Lagen.

12-Lagen-PCB-Stack & 14-Lagen-PCB-Stack

Wenn acht Verdrahtungs-(Signal-)Lagen erforderlich sind, ist eine spezielle kritische Abschirmung erforderlich, um den folgenden 14-Lagen-Überlagerungsaufbau zu verwenden. Die Lagen 6 und 9 bieten Isolation für empfindliche Signale und 3, 4 und 11, 12 bieten Abschirmung für Hochgeschwindigkeitssignale.

14-Lagen-PCB-Stack & 16-Lagen-PCB-Stack

16-Lagen-PCB bietet zehn Verdrahtungslagen, die üblicherweise in extrem dichten Designs verwendet werden. Typischerweise sehen Sie eine 16-Lagen-PCB, bei der die in EDA-Anwendungen verwendete Routing-Technologie das Design nicht vollständig routen kann. „Wenn es nicht routet – fügen Sie einfach weiter Lagen hinzu.“ Obwohl dies ein gängiges Sprichwort ist, ist es keine gute Praxis.

Wenn das Board die Route nicht abschließen kann, kann es viele Gründe geben. Schlechte Platzierung ist oft der Grund. Öffnen Sie die Routing-Kanäle, reduzieren Sie die Anzahl der Kreuzungen im Rattennest, platzieren Sie Vias auf dem 25-mil-Raster, um das Routing zu ermöglichen und den Routern so weit wie möglich zu helfen.

16-Lagen-PCB-Stack

Die Anzahl der herstellbaren Lagen ist tatsächlich nicht auf Multilayer-PCB beschränkt (bitte prüfen Sie zuerst die Herstellerfunktion). Natürlich nimmt mit zunehmender Lagenzahl die PCB-Dicke zu, um die Mindestdicke des verwendeten Materials aufzunehmen. Das Aspektverhältnis (Board-Dicke und minimale Lochgröße) muss ebenfalls berücksichtigt werden. Im Allgemeinen beträgt die Dicke von 100 Mil Material 10:1. Beispielsweise hat ein 200 mil dickes Substrat eine minimale Lochgröße von 20 mil.

Die technische Regel basiert auf dem minimalen Abstand der verwendeten SMT-Komponenten, was im Wesentlichen das maximale Routing, den Freiraum und die Durchkontaktierung darstellt, die zulässig sind, während die PCB-Herstellungskosten minimiert werden. Komplexe Hochgeschwindigkeitsdesigns mit einem Ball Grid Array (BGA) erfordern normalerweise 4 / 4 mil (Routing/Abstand) und 20 / 8 mil (PAD/Loch) Via-Technologie. Wenn möglich, verwenden Sie jedoch kleinere Größen, was die Kosten senkt und den Fertigungsdurchsatz erhöht.

Sobald diese Regeln festgelegt sind, werden die erforderliche charakteristische Impedanz (Zo) und der erforderliche differentielle Impedanz-Stack (Zdiff) gemäß dem Komponentendatenblatt berechnet. Typischerweise werden 50 Ohm Zo und 100 Ohm Zdiff verwendet. Beachten Sie, dass niedrigere Impedanzen den di / dt erhöhen und den aufgenommenen Strom erheblich steigern (was für das PDN nachteilig ist), und höhere Impedanzen erzeugen mehr EMI und machen das Design anfälliger für externe Einflüsse. Daher ist ein guter Zo-Bereich 50-60 Ohm.

Die Gesamtzahl der für ein bestimmtes Design erforderlichen Lagen hängt von der Komplexität des Designs ab. Zu den Faktoren gehören die Anzahl der Signalnetzwerke, die aus dem BGA herausgeführt werden müssen; die Anzahl der von BGA benötigten Stromversorgungen; die Komponentendichte und der Gehäusetyp.

Erfahrene Designer werden es nach einer Weile wissen, aber die Überprüfung, ob genügend Lagen vorhanden sind, ist eine gute Möglichkeit, das Board automatisch anzupassen. Wenn nicht angepasst, muss der Router mindestens 85 % des Routings abschließen, um anzuzeigen, dass der ausgewählte Stack routbar ist. Möglicherweise müssen Sie die Platzierung mehrmals neu bewerten, um optimale Ergebnisse zu erzielen.