Jednym z najbardziej podstawowych zagadnień w projektowaniu PCB jest określenie, ile warstw trasowania, płaszczyzn uziemienia i płaszczyzn zasilania jest potrzebnych do spełnienia wymagań funkcjonalnych obwodu. Projekt PCB typu stack-up jest zazwyczaj kompromisem, biorącym pod uwagę różne czynniki. Poniżej przedstawiono kluczowe zasady projektowania PCB typu stack-up.
Planowanie stosu
Warstwy zewnętrzne z GND i PWR: Te warstwy są używane głównie do trasowania i zwierania ścieżek. W przypadku zastosowań HDI (High-Density Interconnect) druga warstwa jest często warstwą sygnałową używaną do trasowania ścieżek między komponentami BGA o drobnym skoku. W tym zastosowaniu HDI producenci zazwyczaj stosują wiercenie laserowe do kontrolowanego wiercenia głębokości, aby uzyskać dostęp do drugiej warstwy.
Równoważenie warstw: Wszystkie układy warstw muszą mieć zrównoważony układ warstw od linii środkowej PCB, aby zminimalizować lub wyeliminować odkształcenia. Rodzaj i grubość prepregu (materiału wstępnie impregnowanego) muszą zostać określone przed rozpoczęciem układu CAD.
Uwagi dotyczące produkcji:Przed przystąpieniem do projektowania układów CAD konieczne jest przeprowadzenie analizy stosu z producentem w celu określenia masy miedzi, materiału prepregu i grubości rdzenia, co pozwoli zapewnić kontrolowaną impedancję.
Grubość materiału:
- Materiał FR1.6 o grubości 4 mm stosuje się do konstrukcji składających się z 2–16 warstw.
- FR1.8 o grubości 4 mm stosuje się do konstrukcji składających się z 10–20 warstw.
- FR2.3 o grubości 4 mm stosuje się do konstrukcji składających się z 10–32 warstw.
Typowe grubości PCB:
- A. 0.8 mm (0.031 cala)
- B. 1.0 mm (0.040 cala)
- C. 1.6 mm (0.062 cala)
- D. 1.8 mm (0.070 cala)
- E. 2.3 mm (0.090 cala)
- F. 3.2 mm (0.125 cala)
Zasady projektowania stosu
Segmentacja warstw
W wielowarstwowych płytkach PCB warstwy zazwyczaj obejmują warstwy sygnałowe (S), warstwy zasilania (P) i warstwy uziemienia (GND). Warstwy zasilania i uziemienia są zazwyczaj ciągłe i zapewniają ścieżkę powrotną o niskiej impedancji dla prądu płynącego przez sąsiednie ścieżki sygnałowe. Warstwy sygnałowe są najczęściej umieszczane pomiędzy tymi warstwami płaszczyzny odniesienia zasilania lub uziemienia. Górna i dolna warstwa wielowarstwowej płytki PCB są zazwyczaj używane do umieszczania komponentów i niewielkiej ilości trasowania.
Określanie pojedynczej płaszczyzny odniesienia mocy
Kondensatory odsprzęgające powinny być umieszczane tylko na górnej i dolnej warstwie PCB. Trasowanie, pady i przelotki łączące te kondensatory mogą znacząco wpłynąć na ich wydajność. Dlatego ważne jest, aby upewnić się, że ścieżki łączące się z kondensatorami odsprzęgającymi są tak krótkie i szerokie, jak to możliwe, a przelotki połączone z tymi ścieżkami są tak krótkie, jak to możliwe.
Określanie wielu płaszczyzn odniesienia mocy
Wiele płaszczyzn odniesienia mocy jest podzielonych na oddzielne regiony, z których każdy zapewnia różne poziomy napięcia. Jeśli warstwy sygnału sąsiadują z tymi wieloma płaszczyznami mocy, sygnały na tych warstwach mogą napotkać słabe ścieżki powrotne, co może negatywnie wpłynąć na integralność sygnału. Dlatego też, szybkie cyfrowe trasowanie sygnału powinno być trzymane z dala od wielu płaszczyzn odniesienia mocy.
Określanie wielu płaszczyzn odniesienia gruntu (płaszczyzn uziemienia)
Wiele płaszczyzn odniesienia uziemienia zapewnia ścieżkę powrotną o niskiej impedancji dla prądów, pomagając zmniejszyć zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) w trybie wspólnym. Płaszczyzny uziemienia i zasilania powinny być ściśle sprzężone, a warstwy sygnału powinny być również ściśle sprzężone z sąsiednimi płaszczyznami odniesienia.
Projektowanie kombinacji tras
Połączenie warstw, które przechodzi ślad sygnału, nazywane jest „kombinacją trasowania”. Najlepszy projekt kombinacji trasowania zapobiega przepływaniu prądów powrotnych między różnymi płaszczyznami odniesienia. W idealnym przypadku prąd powrotny powinien płynąć z jednego punktu na płaszczyźnie odniesienia do innego punktu na tej samej płaszczyźnie.
