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Le moderne tendenze di stratificazione dei PCB consentono anche di avere strati multipli per rispondere a esigenze ancora più complesse disegni e la miniaturizzazione. Un'adeguata stratificazione è utile per gestire i segnali di trasmissione e ricezione e la potenza in modo che il dispositivo funzioni in modo ottimale.
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Che cos'è il PCB Layer?
Circuiti stampati (PCB) comprendono una pluralità di strati, ognuno dei quali ha un ruolo specifico da svolgere. Gli strati citati possono variare da uno a diversi e più, a seconda della gerarchia del dispositivo. Questo strato di flessibilità, una volta applicato, consente di ottenere dispositivi piccoli ed eleganti, dai dispositivi mobili portatili ai dispositivi di sicurezza. dispositivi medici.
Funzioni e strutture dei livelli del PCB
1 Strati meccanici
Gli strati meccanici descrivono tutte le superfici planari esterne di un PCB, a partire dal suo spessore fino allo spessore delle tracce di rame. Includono caratteristiche quali i bordi della scheda, i fori per le viti e qualsiasi altra apertura. Questi strati contribuiscono alla Produzione di PCB e di aiutare a organizzare i componenti in modo appropriato sulla scheda.
2 strati di protezione
Le zone di esclusione definiscono le zone di un layer in cui non è possibile inserire alcun componente o traccia. In questo modo è possibile lasciare aperte le aree importanti dal punto di vista meccanico o funzionale, ad esempio le connessioni o le aree per la rimozione del calore.
3 Strati di instradamento del segnale
Questi strati sono dotati di tracce metalliche che interconnettono i componenti sui Superficie del PCB. I connettori e le interconnessioni trasportano i segnali elettrici in un circuito, collegandoli agli altri componenti del circuito nel modo corretto e con prestazioni ottimali.
4 Piani di potenza e di terra
I piani di alimentazione e di terra sono strati speciali utilizzati nel layout del PCB e fungono da percorsi ad alta corrente/potenza per la distribuzione dell'alimentazione e le connessioni a terra. Contribuiscono a filtrare il rumore e a mantenere la coerenza, riducendo al minimo le interferenze alla corrente e fornendo allo stesso tempo un buon percorso di ritorno alla stessa sorgente.
5 Piani di potenza e di terra divisi
I piani di massa consentono ad alcune parti del PCB di avere diverse alimentazioni di potenza o di terra. Questa separazione può minimizzare i livelli di rumore o separare i segnali analogici da quelli digitali o da più livelli di potenza.
6 strati di maschere di saldatura
Il maschera di saldatura è un foglio che viene applicato sopra le superfici di rame, dove le zone saldabili sono le uniche visibili. Evita la formazione di saldatura tra due tracce e protegge il PCB da fattori esterni.
7 Strati di pasta saldante
Le rappresentazioni della pasta saldante mostrano dove pasta per saldare dovrebbe essere posizionata prima di installare i componenti a montaggio superficiale. Pertanto, la pasta svolge un ruolo chiave nella formazione di una connessione robusta tra i componenti nel contesto di saldatura a riflusso.
8 strati di serigrafia
Il testo e i simboli che devono essere stampati sul PCB sono definiti strati serigrafici. Si tratta di etichette, designatori di riferimento e altri contrassegni utili per l'assemblaggio, la risoluzione dei problemi e la manutenzione delle apparecchiature elettroniche.
PCB Da strato a strato
Nella progettazione dei circuiti stampati, l'isolamento da strato a strato è una fattore chiave per garantire il corretto funzionamento del circuito. Nella costruzione di schede multistrato, gli strati sono fisicamente separati da materiali isolanti che includono FR-4, FR-2 e radiofrequenza (RF) substrati.
Questi materiali non solo prevengono efficacemente le dispersioni di corrente, ma migliorano anche la resistenza e la durata complessiva del PCB, in particolare l'FR-4, grazie alle sue eccellenti proprietà elettriche e alla sua resistenza meccanica nella progettazione di PCB multistrato, è stato ampiamente utilizzato per migliorare significativamente l'affidabilità e la durata del PCB.
Rapporto di connessione elettrica del circuito stampato
(1) Collegamento verticale
Nella progettazione di PCB multistrato, la tecnologia di interconnessione verticale è la chiave per realizzare la connessione elettrica tra gli strati, compresi i fori passanti, i fori ciechi, i fori interrati e altre modalità.
Foro passante:
Il foro passante è l'interconnessione verticale più semplice. Attraversa l'intero spessore della scheda PCB per realizzare il collegamento elettrico tra i diversi strati.
Per la produzione di fori passanti si ricorre solitamente alla foratura meccanica o al laser, quindi alla galvanoplastica o alla placcatura chimica della parete del foro per formare uno strato conduttivo.
Il vantaggio dei vias è che si tratta di un processo di produzione maturo e adatto alla maggior parte dei progetti di PCB. Tuttavia, a causa delle loro grandi dimensioni, i vias possono occupare più spazio nei cablaggi ad alta densità.
Viali ciechi:
I vias ciechi sono una forma particolare di vias: collegano solo uno strato esterno di un PCB a uno o più strati interni senza penetrare nell'intero spessore della scheda.
Il vantaggio principale dei blind vias è che possono migliorare significativamente l'utilizzo dello spazio su un PCB (soprattutto nei progetti di interconnessione ad alta densità (HDI)). Utilizzando i blind vias, i progettisti possono realizzare connessioni interstrato più complesse senza aumentare le dimensioni complessive dell'IIPCB.
Inoltre, i blind vias possono ridurre la lunghezza dei percorsi del segnale, migliorando così l'integrità del segnale e riducendo le interferenze elettromagnetiche (EMI).
Viali sepolti
Vias interrati sono un'altra forma più avanzata di interconnessione verticale: creano una connessione elettrica diretta tra gli strati interni senza la necessità di una transizione attraverso gli strati esterni. Questo metodo non solo migliora la densità di routing del PCB, ma riduce anche in modo significativo la lunghezza del percorso di trasmissione del segnale, migliorando così la qualità del segnale e riducendone il ritardo.
In pratica, la scelta di queste tecnologie di interconnessione verticale dipende dai requisiti specifici di progettazione del PCB e dalle capacità del processo di produzione. Ad esempio, la progettazione di circuiti digitali ad alta velocità può privilegiare l'uso di fori ciechi o interrati per ridurre al minimo la lunghezza del percorso del segnale, migliorando così l'integrità del segnale; mentre nelle applicazioni di packaging ad alta densità (HIP), si può fare maggiore affidamento sulla tecnologia microvia per ottenere una maggiore densità di interconnessione e dimensioni ridotte del pacchetto.
(2) Isolamento elettrico interstrato
Nella progettazione di PCB multistrato, l'isolamento elettrico tra gli strati è un fattore importante per garantire il corretto funzionamento del circuito e migliorare l'integrità del segnale. Per realizzare un isolamento elettrico efficace, i progettisti devono considerare i seguenti aspetti.
1. Controllo dell'impedenza
Il controllo dell'impedenza si riferisce al controllo preciso dei parametri geometrici e delle proprietà dei materiali del PCB per ottenere il valore di impedenza desiderato, riducendo così la riflessione e la diafonia del segnale.
Il cuore del controllo dell'impedenza consiste nel regolare la larghezza della linea di segnale tra gli strati e la costante dielettrica del materiale dielettrico. Ad esempio, per lo strato interno della linea di segnale, è possibile utilizzare la struttura della linea a nastro, regolando la larghezza della linea, lo spessore del dielettrico e la distanza del piano di massa per ottenere l'impedenza caratteristica desiderata.
2.Selezione del materiale dielettrico
I diversi tipi di materiali dielettrici hanno una costante dielettrica e un fattore di perdita diversi, che influiscono direttamente sull'effetto dell'isolamento elettrico tra gli strati. FR-4 è il materiale dielettrico più comunemente usato, ma in alta frequenza per le applicazioni, è necessario scegliere materiali a bassa perdita, come il PTFE o la resina epossidica caricata con ceramica. Questi materiali possono infatti ridurre significativamente l'attenuazione e la distorsione del segnale e sono particolarmente adatti per i circuiti digitali ad alta velocità e per la progettazione di circuiti RF.
3.Struttura a strati ottimizzazione
Una corretta progettazione dell'impilamento degli strati può ridurre al minimo le interferenze elettriche tra gli strati. Una pratica comune è quella di posizionare lo strato del segnale accanto allo strato del piano di massa, formando così una struttura a linea a microstriscia, che può sopprimere efficacemente la radiazione e fornire un buon percorso di ritorno. Inoltre, si raccomanda di disporre i segnali ad alta velocità nello strato interno, lontano dal bordo della scheda, per ridurre ulteriormente le interferenze elettriche tra gli strati. EMI.
4.Condensatore di disaccoppiamento layout
Nel strato di alimentazione e lo strato di terra tra il posizionamento ragionevole dei condensatori di disaccoppiamento può ridurre significativamente il rumore dell'alimentazione, migliorando l'effetto dell'isolamento elettrico. La chiave di questa fase è scegliere il tipo di condensatore e la capacità appropriata, in modo che sia vicino ai pin di alimentazione corrispondenti.
5.Schermatura interstrato
In alcune applicazioni speciali, è necessario inserire uno schermo tra strati specifici, come una rete metallica o una pellicola conduttiva, per migliorare ulteriormente l'isolamento elettrico. Questo metodo è particolarmente adatto alle esigenze di isolamento molto elevate, come i circuiti a segnale misto o le interfacce per sensori ad alta sensibilità.
Come pianificare il numero di strati del PCB?
Determinare il numero di strati della scheda PCB è un processo complesso e intricato. Gli ingegneri di PCB spesso sperano che il numero di strati della scheda PCB sia più buono, con un allineamento conveniente. Anche se sotto l'aspetto delle prestazioni del prodotto, i prodotti multistrato della scheda PCE8 hanno buone prestazioni elettriche, la compatibilità elettromagnetica del prodotto è eccellente, ma dal punto di vista del costo del prodotto, il ciclo della scheda per valutare il numero di strati del PCB, più il prezzo è alto, e il ciclo della scheda è lungo.
Nel determinare il numero di strati della scheda PCB, dobbiamo trovare un equilibrio tra molti fattori, in base alla complessità del circuito, alla densità del dispositivo e alla valutazione iniziale delle esigenze speciali.
La determinazione del numero di strati della scheda PCB deve garantire che i principi di base della scheda PCB riducano al minimo il numero di strati in base alle circostanze della linea, i seguenti aspetti:
- (1) In base alla densità del layout del dispositivo per determinare il numero di strati della PCB:
Densità di layout del dispositivo con la densità PIN del dispositivo per definire la densità PIN = area della scheda / (numero totale di pin sulla scheda / 14), l'unità di area della scheda è in ². La densità di PIN, il numero di strati di segnale, gli strati della scheda PCB corrispondono alla seguente tabella.
Tabella 1: Densità dei pin, strati di segnale, corrispondenza degli strati del PCB (lato singolo)
| Densità PIN (in ²) | Numero di strati di segnale | Numero di strati della scheda |
| ＞0.8 | 2 | 2 |
| 0.6-0.8 | 2 | 4 |
| 0.4-0.6 | 4 | 6 |
| 0.3-0.4 | 6 | 8 |
| 0.2-0.3 | 8 | 10 |
| ＜0.2 | 10 | ≥12 |
Tabella 2: Densità dei pin, strati di segnale, corrispondenza degli strati del PCB (doppio lato)
| Densità PIN (in ²) | Numero di strati di segnale | Numero di strati della scheda |
| ＞0.6 | 2 | 2 |
| 0.4-0.6 | 2 | 4 |
| 0.2-0.4 | 4 | 6 |
| ＜0.2 | 6 | 8 |
- (2) Controllo dei costi: Se il costo è la considerazione principale, scegliere schede a singolo strato o a doppio strato; il costo aumenta di circa 50% con il numero di strati.
- (3) Ciclo di formazione del Consiglio: Se avete bisogno di produrre pannelli in tempi brevi, scegliete i pannelli a doppio strato, che hanno un ciclo di produzione di 8-14 giorni; i pannelli multistrato hanno un ciclo più lungo a causa della complessità del processo.
- (4) Frequenza della CPU: quando la frequenza principale è superiore a 120 MHz, utilizzare almeno schede a 4 strati; sotto i 120 MHz, sono sufficienti schede a doppio strato.
- (5) Tipo di memoria: SRAM statica, NOR FLASH parallela o seriale per schede a doppio strato; SDRAM dinamica e NAND FLASH necessitano di schede ad almeno 4 strati per supportare la corrispondenza di impedenza e l'elaborazione a lunghezza uguale.
- (6) Pacchetto BGA: Se il passo dei PIN è ≥0,6 mm e il numero di PIN è <100, utilizzare una scheda a doppio strato; altrimenti, utilizzare almeno una scheda a 4 strati.
- (7) Caratteristiche del settore: Se il dispositivo di ispezione portatile richiede un'elevata protezione EMC ed ESD, utilizzare almeno 4 strati di schede con un piano di massa completo.
Tipi di strati di PCB
PCB monostrato
- Un PCB a singolo strato è completato solo da un lato del materiale non conduttivo, come la fibra di vetro o la resina epossidica, con uno strato di conduttori in rame. Questo design è piuttosto elementare e adatto per l'uso in disegni con pochi componenti e, nella maggior parte dei casi, senza necessità di instradamento.
- Un singolo strato di rame supporta la connessione elettrica di base; tuttavia, la costruzione del dispositivo è semplice e la densità dei circuiti è bassa a causa della sua struttura a un solo lato.
- I PCB a singolo strato sono economici e facili da produrre. Tuttavia, presentano problemi di spazio per l'instradamento delle connessioni e questo li limita nella gestione di circuiti complessi.
- Questi circuiti stampati sono destinati a un utilizzo di base e a bassa densità in applicazioni che includono le basi elettronica di consumo, kit di strumenti didattici e semplici circuiti di controllo.
PCB a doppio strato
Costruzioni: costruzione
Un PCB a doppio strato presenta strati di lamina di rame su due lati di un materiale di substrato, in cui il materiale del substrato ha una conducibilità elettrica.
Rispetto al PCB a strato singolo:
Questa configurazione consente la formazione di schemi circuitali più complessi rispetto alle schede a singolo strato, in quanto vi è una superficie aggiuntiva su cui è possibile effettuare le connessioni. I PCB a doppio strato hanno una maggiore capacità e flessibilità di routinge questo li rende adatti a progetti complessi e sono relativamente economici da produrre.
Anche in questo caso, i PCB a doppia faccia hanno una maggiore densità di percorsi, ma sono comunque facili ed economici da produrre. Sono un passo avanti rispetto alle schede monostrato, ma sono meno flessibili di quelle multistrato.
Applicazioni:
Questo tipo è ampiamente utilizzato in prodotti elettronici, prodotti per il controllo industriale, e computer di fascia bassa.
PCB multistrato
Costruzioni: costruzione
PCB multistrato sono costruiti laminando insieme una pila di strati di rame e di isolante e facendoli aderire con un adesivo, proprio come i PCB monofacciali e bifacciali.
Questa struttura consente di integrare circuiti estremamente sottili e ravvicinati per progettare un layout che deve avere molti strati per l'instradamento dei segnali, l'interconnessione dell'alimentazione e la gestione del calore prodotto all'interno della struttura.
I PCB multistrato offrono strati aggiuntivi che aumentano l'efficienza nell'utilizzo dello spazio e sono adatti per usi ad alta velocità e ad alta densità.
Svantaggi:
Integrano circuiti molto complessi e lavorano ad alta densità e ad alta integrità di segnale. Tuttavia, sono relativamente più costosi e difficili da produrre rispetto a quelli laminati.
Applicazioni tipiche:
4Layer PCB: Ampiamente utilizzato in quelle applicazioni dove l'alimentazione e il segnale devono essere separati, ad esempio, nell'apparecchiatura di rete e nello stato dell'arte elettronica di consumo.
6Layer PCB: Applicato in apparecchiature avanzate che richiedono la canalizzazione e la segmentazione di segnali ad alta velocità e/o che devono essere schermate, come computer e apparecchiature di comunicazione.
PCB a 8 strati: È il più adatto per progetti compatti e ad alta produttività, tra cui apparecchiature mediche sofisticate e apparecchi di consumo contemporanei.
Considerazioni sugli strati del PCB
Configurazione dello stack-up dei livelli
La scelta della giusta disposizione degli strati comporta un bilanciamento tra integrità del segnale, dissipazione del calore e costi. I progettisti devono determinare con attenzione quanti strati sono necessari per instradare tutti i segnali, cercando al contempo di ridurre al minimo il numero di strati per ridurre la complessità, il che a sua volta aiuta a gestire i costi.
Integrità del segnale e controllo dell'impedenza
Per comprendere e mantenere l'integrità del segnale, occorre innanzitutto evitare le interferenze e i segnali devono essere trasmessi sul PCB con una distorsione minima o nulla. Ciò è possibile con l'uso della giusta configurazione dei livelli e dei metodi di instradamento. Le tracce di segnale devono avere un'impedenza controllata per ridurre al minimo le riflessioni e la degradazione dei segnali. Questo vale soprattutto per i segnali ad alta velocità e ad alta frequenza. applicazione uso; la tecnologia dei sensori svolge un ruolo importante.
Gestione termica
Il controllo della temperatura eccessiva è un fattore critico nella gestione di prestazioni efficienti e di alta qualità. Alcuni PCB multistrato incorporano strati sottili specializzati, progettati per condurre il calore e allontanare il calore dai componenti più interessanti.
Costo e producibilità
Pertanto, lavorare con più strati è più costoso e rende più difficile il processo di produzione. Questa comprensione deve essere bilanciata con gli strati aggiuntivi che aggiungono vantaggi, ma anche con i fattori di costo e di produzione che gli ingegneri ritengono necessari.
Conclusione
I circuiti stampati e la loro costruzione sono fondamentali nell'odierno mondo dell'elettronica, per quanto riguarda tutti i tipi di elettronica, dai gadget che la gente usa quotidianamente alla tessitura su cui si basa la medicina moderna.
PCB a singolo lato forniscono soluzioni di base e sono più economici rispetto ai PCB a doppia faccia, che di solito sono più efficaci nella progettazione di circuiti complessi grazie al maggiore livello di routing. PCB multistrato hanno molti strati per supportare circuiti complessi e alta densità. disegni per fornire funzionalità ad alta velocità e dissipare il calore. I diversi piani di alimentazione di ogni strato hanno scopi diversi e presentano vantaggi e svantaggi.
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