Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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Leiterplatte Blog - Standard 4-Schicht PCB Stackup Design Guide

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Standard 4-Schicht PCB Stackup Design Guide

2024-05-21
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Author:iPCB

Dieser Artikel stellt den Standard 4-Lagen-Leiterplattenstack im Detail, seine Struktur, Designpunkte, Herstellungsprozess und seine Anwendungsszenarien vor und bietet eine umfassende Referenz für Ingenieure und Designer.

Leiterplatten (Leiterplatten) sind ein Kernbestandteil moderner elektronischer Geräte. In komplexen elektronischen Geräten sind mehrschichtige Leiterplatten weit verbreitet, unter denen 4-schichtige Leiterplatten aufgrund ihrer ausgewogenen Leistung und Kostenvorteile zu einer der häufigsten Entscheidungen geworden sind.

1. Standard 4-Schicht PCB Stapelstruktur

1.1 Standard gestapelte Struktur (von oben nach unten):

Top Layer: verwendet zum Platzieren von Komponenten und Verkabelung.

Innere Schicht 1: Als Bodenschicht (GND) wird sie verwendet, um elektromagnetische Abschirmung und Signalreferenz bereitzustellen.

Innere Schicht 2: Als Leistungsschicht (Power), verwendet für die Energieverteilung.

Untere Schicht: verwendet für die Platzierung von Komponenten und Verkabelung.

Diese gestapelte Struktur bietet gute elektrische Leistung und Signalintegrität und eignet sich für die meisten moderat komplexen elektronischen Designs.

1.2 Dielektrisches Zwischenschichtmaterial

Das dielektrische Material zwischen den Schichten ist in der Regel vorimprägniertes Glasfasergewebe (Prepreg) oder Kernplatte (Core). Die dielektrische Konstante und Dicke dieser Materialien beeinflussen direkt die Impedanzsteuerung und Signalintegrität der Leiterplatte.

1.3 Routing und Abstand

Beim Design einer 4-Lagen-Leiterplatte müssen Leiterbahnbreite und -abstand berücksichtigt werden. Typischerweise haben Signalschichten Leiterbahnbreiten und -abstände von 0,1-0,2 mm, während Leistungs- und Masseschichten basierend auf aktuellen Anforderungen entworfen werden.

Standard 4-Lagen PCB Stapeln

Standard 4-Lagen PCB Stapeln

2. Standard 4-Schicht PCB Stackupdesign Punkte

2.1 Power und Ground Layering

Power- und Masseschichten sind das Herzstück des mehrschichtigen PCB-Designs. Die Verwendung der inneren Schicht 1 als Bodenschicht und der inneren Schicht 2 als Leistungsschicht kann das Rauschen zwischen Stromversorgung und Erde effektiv reduzieren und eine stabile Energieverteilung bereitstellen.

2.2 Signalintegrität

Bei mehrschichtigen Leiterplatten ist die Signalintegrität der Schlüssel zum Design. Die oberen und unteren Schichten werden typischerweise für Hochgeschwindigkeitssignal-Routing verwendet, während die inneren Schichten für Low-Speed-Signal- und Stromverteilung verwendet werden. Durch vernünftige Verdrahtung und Zwischenschicht über Design können Signalreflexion und Übersprechen effektiv reduziert werden.

2.3 Impedanzsteuerung

Um die Stabilität der Signalübertragung sicherzustellen, ist eine präzise Impedanzsteuerung erforderlich. Durch Auswahl geeigneter dielektrischer Materialien und Kontrolle der Leiterbahnbreite und -abstände kann eine Differenzimpedanz von 50 Ohm oder 100 Ohm erreicht werden.

3. Standard 4-Schicht PCB Stackup Herstellungsprozess

3.1 Materialauswahl

Die Wahl von hochwertigen Substraten und vorimprägniertem Glasfasergewebe ist die Grundlage für die Sicherstellung der Leiterplattenleistung. Häufig verwendete Materialien umfassen FR4, Rogers, etc., mit unterschiedlichen dielektrischen Konstanten und Wärmeausdehnungskoeffizienten.

3.2 Laminierung

Laminierte Laminierung ist ein Schlüsselprozess in der mehrschichtigen Leiterplattenherstellung. Jede Materialschicht wird unter hoher Temperatur und hohem Druck durch eine heiße Presse zusammengepresst, um eine starke mehrschichtige Struktur zu bilden.

3.3 Beschichten und Ätzen

Nach Abschluss der Laminierung werden Schaltungsmuster durch Galvanik- und Ätzprozesse gebildet. Die galvanisierte Kupferschicht bietet eine gute elektrische Leitfähigkeit und mechanische Festigkeit, während der Ätzprozess überschüssige Kupferschicht entfernt, um feine Schaltungsmuster zu bilden.

3.4 Oberflächenbehandlung

Oberflächenbehandlungsprozesse umfassen Heißluftnivellierung (HASL), elektrolose Vernickelung (ENIG), etc., die eine gute Schweißbarkeit und Oxidationsbeständigkeit bieten.

4. Anwendungsszenarien

4.1 Unterhaltungselektronik

In der Unterhaltungselektronik wie Smartphones und Tablets sind 4-Lagen-Leiterplatten aufgrund ihrer hohen Leistung und niedrigen Kosten weit verbreitet. Seine mehrschichtige Konstruktion bietet hervorragende elektromagnetische Verträglichkeit und Signalintegrität.

4.2 Kommunikationsgeräte

In Kommunikationsgeräten wie Routern und Schaltern kann 4-Lagen-Leiterplatte Hochgeschwindigkeitssignalübertragung und komplexe Energiemanagementanforderungen unterstützen, um einen stabilen Betrieb der Ausrüstung sicherzustellen.

4.3 Industrielle Kontrolle

In industriellen Automatisierungs- und Steuerungssystemen können 4-Lagen-Leiterplatten die Anforderungen an hohe Zuverlässigkeit und Langlebigkeit erfüllen. Seine mehrschichtige Struktur bietet ausreichende Leistungs- und Signalverteilungsfunktionen, um sich an komplexe industrielle Umgebungen anzupassen.

4.4 Automobilelektronik

In elektronischen Automobilsystemen, wie zentralen Steueranzeigen, In-Car-Unterhaltung usw., bietet 4-Layer-PCB eine hohe Immunität und stabile Stromverteilung, um einen zuverlässigen Betrieb des Systems zu gewährleisten.

Standard 4-lagige Leiterplattenstackup ist aufgrund seiner überlegenen Leistung und Wirtschaftlichkeit eine wichtige Wahl im modernen elektronischen Design geworden. Durch vernünftiges Laminierungsdesign und Herstellungsverfahren können hohe Zuverlässigkeit und Hochleistungs-Leiterplatten erreicht werden, um die Anforderungen verschiedener komplexer Anwendungen zu erfüllen. Wir hoffen, dass dieser Leitfaden Ingenieuren und Designern helfen kann, die 4-Schicht-PCB-Technologie besser zu verstehen und anzuwenden und die Entwicklung der Elektronikindustrie zu fördern.