Quando un progettista di PCB progetta un prodotto, non si limita solo al posizionamento e al routing dei componenti. Progettare i piani di alimentazione e di massa negli strati interni è altrettanto fondamentale. La gestione degli strati interni richiede di considerare l'integrità di alimentazione, l'integrità del segnale, la compatibilità elettromagnetica e il Design for Manufacturability.
Differenza tra strati interni ed esterni
Gli strati esterni vengono utilizzati per il routing e la saldatura dei componenti, mentre gli strati interni sono dedicati ai piani di alimentazione e di massa. Questi strati sono presenti solo nelle schede multistrato, dove forniscono i percorsi per l'alimentazione e la massa. I progetti comuni, come le schede a doppio, quattro e sei strati, fanno riferimento al numero di strati di segnale e di strati interni di alimentazione/massa.
Design dello strato interno
1. Strato di terra sotto segnali critici
Per segnali ad alta velocità, clock e alta frequenza, il posizionamento di uno strato di terra direttamente sotto questi segnali riduce al minimo la lunghezza del percorso ad anello e riduce le radiazioni.
2. Piano di potenza e area del piano di terra
Nella progettazione di circuiti ad alta velocità, la radiazione del piano di potenza e l'interferenza del sistema devono essere ridotte al minimo. In genere, l'area del piano di potenza dovrebbe essere inferiore a quella del piano di massa per consentire a quest'ultimo di schermare il piano di potenza. Una regola comune è quella di ridurre il piano di potenza verso l'interno di il doppio dello spessore dielettrico rispetto al piano di terra.
3. Piano di accatastamento degli strati
I piani di potenza devono essere adiacenti ai corrispondenti piani di massa per formare una capacità di accoppiamento. Questo, combinato con condensatori di disaccoppiamento, riduce l'impedenza del piano di potenza e fornisce un filtraggio efficace.
4. Selezione del piano di riferimento
La scelta di un piano di riferimento è fondamentale. Sebbene sia il piano di alimentazione che quello di massa possano fungere da riferimento, il piano di massa offre generalmente una schermatura superiore, essendo tipicamente collegato a terra. I piani di massa sono preferibili come piani di riferimento.
5. Evitare il routing tra aree diverse
I segnali critici negli strati adiacenti non devono attraversare le aree segmentate. La segmentazione incrociata può creare ampi loop di segnale, con conseguente significativa radiazione e accoppiamento.
6. Alimentazione e routing di terra
Mantenere l'integrità del piano di massa. Evitare di far passare le linee di segnale attraverso di esso. Se la densità del segnale è elevata, valutare la possibilità di far passare le linee lungo i bordi del piano di alimentazione.
Produzione dello strato interno
Il processo di produzione degli strati interni è solo una parte del complesso flusso di lavoro di fabbricazione dei PCB. La produzione degli strati interni deve tenere conto di altre fasi del processo, come le tolleranze di laminazione e foratura, che possono influire sulla qualità e sulla resa. I PCB multistrato, in particolare, richiedono processi più complessi rispetto alle schede a singolo o doppio strato. I progettisti devono considerare queste complessità durante la fase di progettazione.
1. Rimuovere i cuscinetti non funzionali (NFP)
I pad non funzionali (NFP) sono pad negli strati interni che non sono collegati ad alcuna rete. Durante la produzione dei PCB, gli NFP vengono rimossi perché non influiscono sulla funzionalità del prodotto, ma possono influire sulla qualità e sull'efficienza produttiva.
(Strato interno PIC-PCB-4)
2. Gestire i fori di passaggio densi nelle aree BGA
I dispositivi BGA hanno spesso ingombri ridotti con pin densamente raggruppati, il che porta a un elevato numero di fan-out delle vie. Durante la produzione, le vie devono mantenere una distanza di sicurezza dalle tracce e dalle aree in rame per evitare cortocircuiti durante la laminazione e la foratura. Se il rame tra le vie non può essere trattenuto, può causare circuiti aperti nella rete. Gli ingegneri CAM devono risolvere questo problema aggiungendo ponti in rame tra le vie per garantire la connettività di rete.
3. Risolvere le anomalie di progettazione dello strato interno
Nei progetti a strato interno che utilizzano pellicole negative, se tutti i fori di via sono completamente isolati dal rame, non si ottiene alcuna connessione funzionale. Tali progetti rendono lo strato interno inefficace. I produttori si consulteranno con i progettisti per verificare se il progetto è intenzionale o se il rame non è stato assegnato a una rete.
4. Colli di bottiglia della pellicola negativa negli strati interni
Durante la suddivisione dei piani di alimentazione e di massa negli strati interni, le vie dense possono creare colli di bottiglia nella conduttività della rete. Se il ponte in rame che collega le reti di alimentazione è troppo stretto, non può trasportare corrente sufficiente, con conseguente potenziale guasto della scheda. Nei casi più gravi, i colli di bottiglia possono causare circuiti aperti, con conseguente errore di progettazione.
Tenendo conto di queste considerazioni, gli ingegneri dei PCB possono migliorare la producibilità e l'affidabilità degli strati interni, evitando al contempo errori di progettazione durante la fabbricazione.
