Když inženýr plošných spojů navrhuje produkt, zahrnuje to více než jen umístění a směrování součástek. Návrh napájecích a zemních rovin ve vnitřních vrstvách je stejně důležitý. Správa vnitřních vrstev vyžaduje zvážení integrity napájení, integrity signálu, elektromagnetické kompatibility a návrhu pro vyrobitelnost.
Rozdíl mezi vnitřními a vnějšími vrstvami
Vnější vrstvy se používají pro směrování a pájení součástek, zatímco vnitřní vrstvy jsou vyhrazeny pro napájecí a zemnící roviny. Tyto vrstvy jsou přítomny pouze ve vícevrstvých deskách, kde poskytují cesty pro napájení a zem. Běžné konstrukce, jako jsou dvouvrstvé, čtyřvrstvé a šestivrstvé desky, se vztahují k počtu signálových vrstev a vnitřních napájecích/zemnících vrstev.
Návrh vnitřní vrstvy
1. Vrstva země pod kritickými signály
U vysokorychlostních, hodinových a vysokofrekvenčních signálů minimalizuje umístění zemní vrstvy přímo pod tyto signály délku cesty smyčky a snižuje vyzařování.
2. Plocha napájecí roviny a zemnící roviny
Při návrhu vysokorychlostních obvodů musí být minimalizováno vyzařování a rušení systému z výkonové roviny. Plocha výkonové roviny by obvykle měla být menší než zemní rovina, aby zemní rovina mohla stínit výkonovou rovinu. Běžným pravidlem je zmenšit výkonovou rovinu směrem dovnitř o... dvojnásobná dielektrická tloušťka ve srovnání s rovinou terénu.
3. Plán stohování vrstev
Napájecí roviny by měly být přilehlé k odpovídajícím zemním rovinám, aby se vytvořila vazební kapacita. To v kombinaci s oddělovacími kondenzátory snižuje impedanci napájecí roviny a zajišťuje účinné filtrování.
4. Výběr referenční roviny
Volba referenční roviny je klíčová. I když napájecí i zemnící roviny mohou sloužit jako referenční roviny, zemnící rovina obecně nabízí lepší stínění, protože je obvykle uzemněna. Jako referenční roviny se upřednostňují zemnící roviny.
5. Vyhněte se směrování napříč oblastmi
Kritické signály v sousedních vrstvách se nesmí křížově segmentovat. Křížová segmentace může vytvářet velké signálové smyčky, což má za následek značné vyzařování a vazbu.
6. Směrování napájení a uzemnění
Zachovejte integritu zemnící roviny. Nesmí přes ni vést signálové vodiče. Pokud je hustota signálu vysoká, zvažte jejich vedení podél okrajů napájecí roviny.
Výroba vnitřní vrstvy
Výrobní proces vnitřních vrstev je pouze jednou částí komplexního pracovního postupu výroby desek plošných spojů. Výroba vnitřních vrstev musí zohledňovat další kroky procesu, jako jsou tolerance laminace a vrtání, které mohou ovlivnit kvalitu a výtěžnost. Zejména vícevrstvé desky plošných spojů vyžadují složitější procesy ve srovnání s jedno- nebo dvouvrstvými deskami. Konstruktéři musí tyto složitosti zvážit již během fáze návrhu.
1. Odstraňte nefunkční elektrody (NFP)
Nefunkční kontaktní plošky (NFP) jsou kontaktní plošky ve vnitřních vrstvách, které nejsou připojeny k žádné síti. Během výroby desek plošných spojů se NFP odstraňují, protože nemají vliv na funkčnost produktu, ale mohou ovlivnit kvalitu a efektivitu výroby.
(Vnitřní vrstva PIC-PCB-4)
2. Zvládnutí hustých prostupů v oblastech BGA
Součástky BGA mají často malé rozměry s hustě uspořádanými piny, což vede k hustému rozložení průchodů (via). Během výroby musí být průchody v bezpečné vzdálenosti od vodičů a měděných oblastí, aby se zabránilo zkratům při laminování a vrtání. Pokud nelze měď mezi průchody zachovat, může to způsobit přerušení obvodů v síti. Inženýři CAM musí tento problém řešit přidáním měděných můstků mezi průchody, aby byla zajištěna síťová konektivita.
3. Řešení anomálií návrhu vnitřní vrstvy
U vnitřních vrstev s negativními filmy, pokud jsou všechny průchody plně izolovány od mědi, není dosaženo žádného funkčního spojení. Takové konstrukce činí vnitřní vrstvu neúčinnou. Výrobci si s konstruktéry ověří, zda je toto provedení záměrné, nebo zda měď nebyla přiřazena k síti.
4. Úzká místa negativního filmu ve vnitřních vrstvách
Během dělení napájecích a zemních rovin ve vnitřních vrstvách mohou husté prostupy vytvářet úzká hrdla ve vodivosti sítě. Pokud je měděný můstek spojující napájecí sítě příliš úzký, nemůže vést dostatečný proud, což může vést k selhání desky. V závažných případech mohou úzká hrdla způsobit přerušení obvodů, což má za následek selhání návrhu.
Řešením těchto aspektů mohou inženýři desek plošných spojů zlepšit vyrobitelnost a spolehlivost vnitřních vrstev a zároveň se vyhnout konstrukčním chybám během výroby.
