Una delle considerazioni più fondamentali nella progettazione di un PCB è determinare quanti strati di routing, piani di massa e piani di alimentazione siano necessari per soddisfare i requisiti funzionali del circuito. La progettazione dello stack-up del PCB è solitamente un compromesso, che tiene conto di diversi fattori. Di seguito sono riportati i principi chiave per la progettazione dello stack-up del PCB.
Pianificazione dell'accumulo
Strati esterni con GND e PWRQuesti strati sono utilizzati principalmente per il routing e la messa in cortocircuito delle tracce. Per le applicazioni HDI (High-Density Interconnect), il secondo strato è spesso un livello di segnale utilizzato per il routing delle tracce tra componenti BGA a passo fine. In questa applicazione HDI, i produttori utilizzano in genere la foratura laser per una profondità controllata per accedere al secondo strato.
Bilanciamento degli strati: Tutti gli stack-up devono avere una disposizione degli strati bilanciata a partire dalla linea centrale del PCB per ridurre al minimo o eliminare la deformazione. Il tipo e lo spessore del prepreg (materiale preimpregnato) devono essere determinati prima di iniziare il layout CAD.
Considerazioni sulla produzione:È necessario condurre un'analisi di stack-up con il produttore per determinare il peso del rame, il materiale preimpregnato e lo spessore del nucleo prima del layout CAD, garantendo un'impedenza controllata.
Spessore materiale:
- Per sovrapposizioni da 1.6 a 4 strati si utilizza il materiale FR2 da 16 mm.
- Per sovrapposizioni da 1.8–4 strati si utilizza il FR10 da 20 mm.
- Per sovrapposizioni da 2.3–4 strati si utilizza il FR10 da 32 mm.
Spessori comuni dei PCB:
- A. 0.8 mm (0.031")
- B. 1.0 mm (0.040")
- C. 1.6 mm (0.062")
- Diametro 1.8 mm (0.070")
- E. 2.3 mm (0.090")
- F. 3.2 mm (0.125")
Principi di progettazione dello stack-up
Segmentazione degli strati
Nei PCB multistrato, gli strati includono tipicamente strati di segnale (S), strati di alimentazione (P) e strati di massa (GND). Gli strati di alimentazione e di massa sono solitamente contigui e forniscono un percorso di ritorno a bassa impedenza per la corrente che scorre attraverso le tracce di segnale adiacenti. Gli strati di segnale sono per lo più posizionati tra questi strati del piano di riferimento di alimentazione o di massa. Gli strati superiore e inferiore di un PCB multistrato vengono in genere utilizzati per il posizionamento dei componenti e per una piccola quantità di routing.
Determinazione di un singolo piano di riferimento di potenza
I condensatori di disaccoppiamento devono essere posizionati solo sugli strati superiore e inferiore del PCB. Il routing, le piazzole e i fori di via che si collegano a questi condensatori possono influire significativamente sulle loro prestazioni. Pertanto, è importante assicurarsi che le tracce che si collegano ai condensatori di disaccoppiamento siano il più corte e larghe possibile, e che i fori di via collegati a queste tracce siano il più corti possibile.
Determinazione di più piani di riferimento di potenza
I piani di riferimento di potenza multipli sono suddivisi in regioni separate, ciascuna delle quali fornisce livelli di tensione diversi. Se gli strati di segnale sono adiacenti a questi piani di riferimento di potenza multipli, i segnali su questi strati potrebbero incontrare percorsi di ritorno di bassa qualità, il che potrebbe influire negativamente sull'integrità del segnale. Pertanto, il routing del segnale digitale ad alta velocità dovrebbe essere tenuto lontano dai piani di riferimento di potenza multipli.
Determinazione di più piani di riferimento a terra (piani di terra)
Più piani di riferimento di terra forniscono un percorso di ritorno a bassa impedenza per le correnti, contribuendo a ridurre le interferenze elettromagnetiche (EMI) di modo comune. I piani di terra e di alimentazione devono essere strettamente accoppiati, e anche gli strati di segnale devono essere strettamente accoppiati con i piani di riferimento adiacenti.
Progettazione di combinazioni di routing
La combinazione di strati attraversata da una traccia di segnale è definita "combinazione di routing". La migliore progettazione della combinazione di routing evita che le correnti di ritorno fluiscano tra diversi piani di riferimento. Idealmente, la corrente di ritorno dovrebbe fluire da un punto su un piano di riferimento a un altro punto sullo stesso piano.
