Shumica e inxhinierëve mendojnë se shtimi i shtresave në një PCB do të thotë thjesht të grumbullosh më shumë gjurmë në më pak hapësirë. Gabim. Kalimi nga pllakat me 2 shtresa në ato me 4 shtresa ndryshon mënyrën se si sillet i gjithë qarku juaj elektrikisht. Ju merrni plane të dedikuara që funksionojnë si mburoja. Kjo është më e rëndësishme sesa diferenca e çmimit prej 20 dollarësh midis prototipeve.

Çfarë është Stack-up Standard PCB me 4 Shtresa?

Ja diçka që askush nuk ta thotë paraprakisht: grumbulli i shtresave në një pllakë me 4 shtresa nuk është i rastësishëm. Nuk mund t’i grumbullosh fletët e bakrit si të duash dhe të presësh performancë të mirë.

Ndërtimi standard ndjek këtë model sanduiç: 

Shtresa e Sinjalit të Sipërm → Prepreg → Plani Tokësor → Bërthama → Plani i Energjisë → Prepreg → Shtresa e Sinjalit të Poshtëm.

Shtresa 1Krye

 Shtresa juaj kryesore e sinjalit. Komponentët ndodhen këtu. Gjurmët kalojnë këtu. Këtu ndodh pjesa më e madhe e rrugëzimit tuaj sepse ju nevojitet qasje në panelet e komponentëve.

Shtresa 2 e Brendshme

 Plani i tokëzimit. E gjithë kjo fletë bakri lidhet me GND-në. Pse t'i kushtohet një shtresë e tërë tokëzimit? Sepse sinjalet me frekuencë të lartë kanë nevojë për një rrugë të fortë kthimi që ndodhet pikërisht poshtë tyre. Kur një sinjal udhëton në Shtresën 1, rryma e kthimit rrjedh direkt poshtë tij në Shtresën 2. Kjo krijon një zonë të vogël laku, duke ndaluar problemet e EMI-së para se ato të fillojnë.

 Mund të keni parë dizajne ku inxhinierët u përpoqën të përdornin një rrjet tokësor në vend të një plani. Katastrofë. Problemet me integritetin e sinjalit u kushtuan atyre tre rishikime të bordit.

Shtresa 3 e Brendshme

Plani i energjisë. Zakonisht lidhet me shinën tuaj kryesore VCC, qoftë ajo 3.3V, 5V ose 12V, varësisht nga dizajni juaj. Ky plan shpërndan energji në të gjithë tabelën me impedancë minimale. Ju merrni një tension të qëndrueshëm në çdo qark të integruar pa gjurmë të mëdha energjie duke përfunduar hapësirën e rrugëzimit. Disa dizajne e ndajnë këtë shtresë midis tensioneve të shumëfishta, si 3.3V dhe 5V. Funksionon mirë nëse mbani hapësirë ​​të duhur midis ndarjeve.

Shtresa 4 Fundi

 Shtresa dytësore e sinjalit. Ju drejtoheni këtu kur Shtresa 1 mbushet ose kur duhet të dilni nga daljet e BGA-së. Shtresa e poshtme gjithashtu përmban lidhës dhe pika testimi.

Bërthama vjen në mes. Ky është materiali bazë i ngurtë FR-4, përgjithësisht 1.0 mm i trashë në një pllakë standarde 1.6 mm. Shtresat e parapërgatitura janë ngjitësi. Këto fletë fibre qelqi gjysmë të thara lidhin gjithçka së bashku gjatë procesit të laminimit kur nxehtësia dhe presioni i shndërrojnë ato në një dielektrik të ngurtë.

Tani, disa prodhues propozojnë një marrëveshje Sinjal-Tokë-Fuqi-Sinjal si një alternativë. Teknikisht, funksionon. Por pakoja standarde Sinjal-Tokë-Fuqi-Sinjal funksionon më mirë për dizajnet me sinjal të përzier sepse të dy shtresat e sinjalit ndodhen menjëherë pranë planeve të referencës. Kjo i shtrëngon sythet tuaja elektromagnetike.

Edhe një gjë tjetër në lidhje me këtë grumbull: simetria ka rëndësi për prodhimin. Nëse e vendosni të gjithë bakrin në njërën anë, pllaka deformohet gjatë ripërpunimit. Rregullimi i Tipit 1 balancon shpërndarjen e bakrit nga lart poshtë, gjë që ndalon përkuljen gjatë montimit. 

PCB me 4 shtresa kundrejt PCB me 2 shtresa: Pse të përmirësohet?

Ju projektoni një pllakë me 2 shtresa. Funksionon në tavolinë. Pastaj ndërtoni 500 njësi dhe ato nuk kalojnë testimin EMC. Ju duket e njohur?

Integriteti i sinjalit

 Sinjalet me shpejtësi të lartë i urrejnë pllakat me 2 shtresa. Kur përdorni një bus SPI 100MHz ose një çift diferencial USB 2.0 në një dizajn me 2 shtresa, rryma e kthimit duhet të gjejë rrugën e saj prapa përmes çfarëdo rruge tokësore që i keni dhënë. Zakonisht, kjo do të thotë një rrugë e gjatë, endacake përmes gjurmëve të tokës. Kjo krijon një antenë të madhe në formë lakore që lëshon zhurmë dhe merr ndërhyrje. 

Në një pllakë me 4 shtresa, rryma e kthimit rrjedh direkt nën gjurmën e sinjalit përmes planit të tokëzimit. Sipërfaqja e lakut tkurret pothuajse në zero. Sytë e sinjalit hapen plotësisht në osciloskop.

Mbrojtja EMI

Ato plane të brendshme tokësore dhe të energjisë veprojnë si mburoja. Ato bllokojnë fushat elektromagnetike midis shtresave në vend që t'i lejojnë ato të rrezatojnë në hapësirë. Ju duhet të testoni qarqe identike në pllaka me 2 shtresa kundrejt atyre me 4 shtresa. Versioni me 4 shtresa zakonisht tregon emetime më të mira të rrezatuara 15-20dB. Ky është ndryshimi midis kalimit dhe dështimit të kufizimeve të Klasit B të Pjesës 15 të FCC.

Dendësi

Do të kesh katër shtresa drejtimi në vend të dy. Natyrisht, kjo të lejon të tkurrësh dimensionet e pllakës. Por përfitimi i vërtetë është shmangia e komponentëve të dendur si paketat BGA ose QFN me një pjerrësi prej 0.5 mm. Në një pllakë me 2 shtresa, je i kufizuar në drejtimin midis pllakave. Në një pllakë me 4 shtresa, shpon vrimat dhe i lëshon në shtresat e brendshme për t'i shpëtuar "folesë së miut".

 Një dizajn që ka nevojë për 80 mm × 60 mm në një 2-shtresa shpesh përshtatet me 60 mm × 45 mm me një 4-shtresa. Ky reduktim i sipërfaqes së dërrasës mund të kompensojë koston më të lartë për dërrasë kur ndërtoni mijëra copë.

Menaxhimi termik

Bakri e përçon nxehtësinë 200 herë më mirë se FR-4. Këto plane të brendshme e shpërndajnë nxehtësinë në të gjithë pllakën në vend që ta lejojnë atë të përqendrohet nën rregullatorin e tensionit ose MOSFET-in. Për furnizimet me energji që shtyjnë 3A ose më shumë, kjo ka rëndësi. Ndonjëherë mund të eliminoni një radiator duke përdorur lidhje termike në një plan të brendshëm bakri. Më kurseu 1.50 dollarë për koston e BOM në një dizajn PSU 12V duke e çuar nxehtësinë në Shtresën 3 në vend që ta fiksoja aluminin me bulona.

Diferenca në kosto? Sasitë e prototipave kushtojnë 15-30 dollarë më shumë për pllakë për 4-shtresa krahasuar me 2-shtresat nga shumica e fabrikave kineze. Çmimi i prodhimit për mbi 1000 copë shton ndoshta 2-4 dollarë për pllakë. Ndërkohë, një test i vetëm i dështuar i EMC kushton 3000-5000 dollarë vetëm për ritestimin. Bëni llogaritjet.

Specifikimet kryesore të dizajnit dhe përzgjedhja e materialit

FR-4 është materiali juaj standard. Pikë. Rreth 95% e dërrasave me 4 shtresa e përdorin atë sepse FR-4 kushton një e dhjeta e kostos së materialeve speciale.

Do ta shihni FR-4 të listuar me vlerësime të ndryshme Tg: TG130, TG150, TG170. Kjo është temperatura e tranzicionit të qelqit ku materiali zbutet. TG130-140 standard funksionon mirë për produktet e konsumit. Ju nevojitet TG170 për pajisje automobilistike ose industriale që vendosen në ambiente të nxehta ose pranë motorëve. Tg e lartë kushton 15-20% më shumë, por ju jep besueshmëri në temperaturë ambienti 130°C në vend të vetëm 105°C.

Materialet e Rogers hyjnë në skenë për dizajnet RF mbi 1 GHz. Rogers 4350B kushton rreth 8-12 herë më shumë se FR-4. Ju e përdorni atë kur keni nevojë për kontroll të rreptë të konstantës dielektrike për antenat me mikrostrip ose linjat e transmetimit me impedancë kritike. 

Trashësia e bordit

Standardi është 1.6 mm. Kjo i përshtatet sloteve standarde të PCB-së në kuti dhe ofron ngurtësi të mirë mekanike për montimin me dorë. Mund të porosisni 0.8 mm për pajisje ultra të holla si pajisjet që vishen, 1.0 mm për dizajne të ndjeshme ndaj kostos ose 2.0 mm për pllaka me fuqi të lartë. Thjesht duhet të dini se një trashësi më e hollë se 1.6 mm e bën tabelën të përkulet më shumë gjatë montimit, gjë që mund të plasarit nyjet e saldimit në komponentët e mëdhenj.

Pesha e bakrit

Shtresat e jashtme zakonisht përdorin 1 oz bakër. Kjo përballon 3-4A për gjurmë me gjerësi të arsyeshme gjurmësh. Planet e brendshme të energjisë dhe të tokëzimit zakonisht specifikojnë gjithashtu 1 oz, megjithëse disa prodhues vendosin si parazgjedhje 0.5 oz në shtresat e brendshme për të kursyer kosto. Shikojeni këtë në ofertën tuaj. 

Për dizajnet me rrymë të lartë që shtyjnë 10A+, mund të porosisni bakër 2oz ose edhe 3oz, por kushton më shumë dhe kufizon gjerësinë minimale të gjurmës, pasi bakri më i trashë është më i vështirë për t'u gdhendur me detaje të imëta.

Kontrolli i rezistencës

Këtu shkëlqejnë pllakat me 4 shtresa. Ju nevojitet impedancë e kontrolluar për memorien USB, Ethernet, HDMI ose DDR. Kalkulatori përcakton një gjerësi gjurme bazuar në gjeometrinë e grumbullimit tuaj. Një mikroshirit tipik 50Ω në një pllakë me 4 shtresa me bakër 1oz dhe hapësirë ​​dielektrike 10mil është rreth 12-15 mil i gjerë. Prodhuesit kërkojnë 50-150 dollarë shtesë për kontrollin e impedancës sepse duhet të testojnë kuponët dhe të certifikojnë rezultatet.

Duhet t'i japësh shtëpisë tënde të fabrikës një specifikim për instalimin e njësisë së montimit nëse dëshiron impedancë të kontrolluar. Nëse u thua atyre se më duhen 50 ohm pa përcaktuar trashësinë dielektrike dhe vlerën Er, i lë të hamendësojnë. Shumë herë ata hamendësojnë gabim.

Aftësitë Prodhuese

Dizajni juaj është aq i mirë sa ajo që fabrika mund të ndërtojë në të vërtetë. Ja se si duken aftësitë standarde me 4 shtresa te prodhuesit e mirë kinezë që nga viti 2026:

Gjurmim minimal

 4mil/4mil është i arritshëm në shumicën e dyqaneve pa çmime premium. Kjo ju lejon të përdorni jastëkë BGA me hap 0.5 mm. Mund të shtyni deri në 3mil/3mil ose edhe 2.5mil/2.5mil, por prisni tarifa shtesë dhe kohë më të gjata përgatitjeje. Për shumicën e modeleve, 5mil/5mil ose 6mil/6mil funksionon mirë dhe i mban kostot të ulëta.

Madhësia minimale e vrimës

 Shpimi mekanik zbret në diametër deri në 0.2 mm. Çdo gjë më e vogël ka nevojë për shpim me lazer, gjë që trefishon koston e vrimave. Viat standarde kanë vrima 0.3 mm me jastëkë 0.6 mm. Këto janë të lira dhe të besueshme.

Përfundon sipërfaqja

 HASL kushton më pak, por lë një sipërfaqe të pabarabartë që shkakton probleme për komponentët me pjerrësi të hollë nën 0.5 mm. ENIG shton 15-25 dollarë në kostot e prototipit, por ju jep një sipërfaqe të sheshtë, rezistente ndaj oksidimit, të mirë për një afat ruajtjeje prej më shumë se 12 muajsh. 

Mund ta përdorni ENIG për çdo gjë me QFN ose BGA. OSP është në mes të kostos dhe afatit të ruajtjes, i vlefshëm për 6 muaj. Immersion Silver funksionon në mënyrë të ngjashme me ENIG me një kosto pak më të ulët, por nxihet më shpejt.

Ngjyrat e maskave të saldimit

 E gjelbra është standarde dhe falas. E zeza duket profesionale, por e bën inspektimin më të vështirë pasi nuk mund të shihni gjurmë nën maskë. E bardha funksionon shumë mirë për pllakat LED sepse reflekton dritën. Bluja dhe e kuqja janë zgjedhje estetike që u shtojnë prototipeve 10-20 dollarë. E zeza mat është në modë tani për produktet e konsumit, por kushton edhe më shumë.

Via të verbër dhe të varrosur

 Shumica e dizenjove me 4 shtresa përdorin vrima standarde me vrima që shpohen deri në fund. Viat e verbëra ose viat e varrosura ju lejojnë të përdorni dizenjo më të dendura, por shtojnë kosto të konsiderueshme. Prisni çmime 3-5 herë më të larta. Shmangni ato, përveç nëse absolutisht nuk mund t'i shpëtoni një BGA 0.4 mm ndryshe.

Zbatimet kryesore të PCB-ve me 4 shtresa

Pllaka me 4 shtresa gjeni kudo në elektronikën moderne.

Power Supplies

 Furnizimet me energji në modalitetin ndërprerës mbi 15W përdorin pothuajse gjithmonë një ndërtim me 4 shtresa. Plani i tokëzimit zvogëlon zhurmën e ndërrimit dhe plani i energjisë shpërndan rryma të larta pa gjurmë të trasha. Ne projektuam një herë një drajver LED 80W në një pllakë me 2 shtresa. Funksionoi, por rrezatoi aq shumë zhurmë saqë ndërhyri me radion AM në ambientet e klientit.

Consumer Electronics

 Pajisjet inteligjente të shtëpisë, routerat WiFi, altoparlantët Bluetooth dhe çdo gjë me lidhje pa tel kanë nevojë për një dizajn me 4 shtresa për të kaluar testimin FCC. Vetëm performanca e antenës justifikon koston sepse vendosja e planit të tokëzimit ndikon drejtpërdrejt në modelet dhe efikasitetin e rrezatimit.

Kontrolluesit e Automobilave

Pajisjet elektronike të automobilave përballen me mjedise të ashpra EMI me zhurmë të alternatorit, rritje të ndezjes dhe ndërhyrje në komutimin e motorit. Pllakat me katër shtresa me plane të duhura tokëzimi i mbijetojnë kësaj stuhie elektrike. Gjithashtu, specifikimet e temperaturës së automobilave kërkojnë materialin TG170 që performon nga -40°C deri në +125°C.

Kontrolli industriale

PLCs, motorët e transmisionit dhe HMI-të industriale përdorin pllaka me 4 shtresa për imunitet ndaj zhurmës. Kur instaloni pajisje në një fabrikë pranë VFD-ve dhe salduesve, ju nevojitet e gjithë mbrojtja që mund të merrni.

Drejtuesit LED

Drajverët LED me fuqi të lartë përfitojnë nga përhapja termike e planeve të brendshme të bakrit. Një drajver LED 50W në një shtresë me 4 shtresa mund të shpërndajë nxehtësinë përmes Shtresës 3, duke ulur temperaturat e pikave të nxehta me 15-20°C krahasuar me një shtresë me 2 shtresa.

Si ta Ulni Çmimin e PCB-së me 4 Shtresa

Çmimi i prototipave i bën njerëzit nervozë. Shih ofertat prej 180 dollarësh për pesë tabela dhe pyet veten nëse prodhimi do të të çojë në falimentim. Nuk do të ndodhë.

Sasia

Pesë prototipa pllakash nga një fabrikë kineze kushtojnë 100-200 dollarë, varësisht nga madhësia dhe karakteristikat. Por 100 pllaka mund të kushtojnë gjithsej 300-400 dollarë. Kostoja e instalimit amortizohet. Kur të arrini 1000 copë, do të kushtoni 3-6 dollarë për pllakë për një dizajn standard 100 mm × 100 mm. Mos merrni vendime për prodhimin bazuar në ofertat e prototipave.

Përmes teknologjisë

 Viat me vrima të thella nuk kushtojnë pothuajse asgjë. Viat e verbëra ose të fshehura e shumëfishojnë koston tuaj me 3-5 herë sepse kërkojnë cikle të shumëfishta laminimi. Nëse nuk po projektoni një telefon ose një pajisje ultrakompakte që vishet, përdorni viat me vrima të thella.

Madhësia e Bordit dhe Panelizimi

Prodhuesit ndërtojnë PCB në madhësi standarde të paneleve, zakonisht 18″ × 24″. Nëse dimensionet e pllakës suaj lejojnë kopje të shumëfishta për panel me mbeturina minimale, çmimi ulet. Një pllakë 95mm × 95mm përshtatet në katër për panel me një shfrytëzim të mirë. Një pllakë 110mm × 87mm përshtatet në mënyrë të ngathët dhe shkakton humbje materiale. Ndonjëherë tkurrja e pllakës suaj me 5mm ul koston për njësi me 15% vetëm për shkak të efikasitetit më të mirë të panelit.

Koha Lead

 Koha standarde e përgatitjes është 7-10 ditë nga prodhuesit kinezë. Shërbimi i shpejtë kushton 2-3 herë më shumë. Nëse nuk po vraponi për në një panair tregtar, përdorni kohën standarde të përgatitjes. 

Kompleksiteti i projektimit

 Kontrolli i impedancës, gjurmët e imëta të pjerrësisë nën 5mil, ose bakri i rëndë 2oz+, të gjitha shkaktojnë karikime shtesë. Mbajeni dizajnin tuaj të prodhohet me specifikime standarde dhe kuotat mbeten të arsyeshme.

Edhe një gjë në lidhje me koston: mos bëni shpenzime të ulëta për përfundimin e sipërfaqes për të kursyer 15 dollarë për pllakë. Një klient kursen 200 dollarë për pllaka me 200 pllaka duke përdorur HASL në vend të ENIG. Pastaj ata shpenzuan 4000 dollarë duke ripunuar 30% të pllakave sepse sipërfaqja e pabarabartë shkaktoi dëmtime në rezistorët 0402 gjatë ripërpunimit. 

përmbledhje

Pllakat PCB me katër shtresa kushtojnë më shumë se pllakat me 2 shtresa, por ofrojnë integritet më të mirë të sinjalit, performancë EMI dhe dendësi rrugëzimi. Njësia standarde vendos planet e tokëzimit dhe të energjisë nga brenda me shtresa sinjali sipër dhe poshtë. Ky konfigurim trajton sinjale me shpejtësi të lartë, kalon testimin EMC dhe lejon vendosje më të dendur të komponentëve. Ngarkoni skedarët tuaj Gerber për të marrë oferta të menjëhershme dhe reagime DFM përpara se të angazhoheni në prodhim.

Rreth Nesh Wonderful PCB

Wonderful PCB merret me gjithçka, nga dizajni industrial dhe inxhinieria elektronike deri te prodhimi i PCB-ve me 4 shtresa. Ne bashkëpunojmë me kompani globale për të prodhuar dhe montuar tabela qarqesh të shtypura me 4 shtresa në Kinë.

Pyetje të Shpeshta Rreth Pllakave të Qarkut me 4 Shtresa

A mund të përdor një pllakë me 4 shtresa për dizajne me frekuencë të lartë?

Mund të inkorporoni 6 GHz me FR-4 standard. Përtej kësaj, ju nevojiten materiale Rogers ose materiale të tjera me humbje të ulëta. Gjëja e rëndësishme është të kontrolloni konstanten dielektrike dhe ta mbani simetrike grumbullin tuaj. Për dizajnet e bandave ISM 2.4 GHz Wi-Fi, Bluetooth ose nën 1 GHz, FR-4 funksionon mirë. Unë kam ndërtuar marrës GPS në FR-4 pa probleme.

Cila është trashësia standarde e bërthamës së brendshme?

Për një pllakë të përfunduar 1.6 mm, bërthama është përgjithësisht 1.0 mm e trashë. Dy shtresat e prepreg-it shtojnë nga 0.3 mm secila. Ju humbisni rreth 0.07 mm në trashësinë e bakrit. Kjo do t'ju japë afërsisht 10-12 mil dielektrik midis Shtresës 1 dhe Shtresës 2, e cila është perfekte për gjurmë të impedancës së kontrolluar prej 50Ω.

Si mund të eksportoj skedarët Gerber për një PCB me 4 shtresa?

Ju nevojiten skedarë të veçantë Gerber për secilën shtresë, plus skedarë shpimi. Eksportoni bakrin e sipërm, planin e tokëzimit, planin e fuqisë, bakrin e poshtëm, maskën e sipërme të saldimit, maskën e poshtme të saldimit, ekranin e sipërm të mëndafshit, ekranin e poshtëm të mëndafshit dhe skicën e tabelës. Shtoni skedarë shpimi NC për vrimat kalimtare. Shumica e mjeteve moderne CAD, KiCad, Altium dhe EAGLE, kanë shabllone me 4 shtresa që eksportojnë gjithçka në mënyrë korrekte. Prodhuesi duhet të dijë se cila shtresë e brendshme është e tokëzuar dhe cila është e furnizuar me energji. Përfshini një vizatim ose skedar shënimesh stackup që specifikon Shtresën 2 = GND dhe Shtresën 3 = VCC.