Technologie PCB - Principes à respecter pour la conception de stratifiés PCB

L'une des questions les plus fondamentales à prendre en compte lors de la conception d'un PCB (Printed Circuit Board) est le nombre de couches de câblage, le plan de masse et le plan d'alimentation nécessaires pour remplir les fonctions requises par le circuit, ainsi que les couches de câblage, La détermination du nombre de couches du plan de masse et du plan d'alimentation d'une carte de circuit imprimé est liée à des exigences telles que la fonction du circuit, l'intégrité du signal, l'EMI, la CEM et le coût de fabrication. Pour la plupart des conceptions, il existe de nombreuses exigences contradictoires concernant les exigences de performance des PCB, les coûts cibles, les techniques de fabrication et la complexité du système. Les conceptions de stratifiés PCB sont généralement déterminées par compromis après avoir pris en compte divers facteurs. Les circuits numériques à grande vitesse et les circuits radio sont généralement conçus avec des plaques multicouches.

Les 8 principes à prendre en compte pour la conception en cascade sont les suivants:

1. Stratification

Dans un PCB multicouche, il contient généralement une couche de signal (s), un plan d'alimentation (p) et un plan de masse (GNd). Le plan d'alimentation et le plan de masse sont généralement des plans pleins sans division. Ils fourniront un bon chemin de retour de courant à faible impédance pour les courants des traces de signal adjacentes. Les couches de signal sont majoritairement situées entre ces couches de plan d'alimentation ou de référence de masse, formant des lignes à ruban symétriques ou des lignes à ruban asymétriques. Les couches supérieure et inférieure des PCB multicouches sont généralement utilisées pour placer des composants et un petit nombre de traces. Ces traces de signal ne doivent pas être trop longues pour réduire le rayonnement direct généré par les traces.

2. Déterminer un plan de référence de puissance unique (plan de puissance)

L'utilisation de condensateurs de découplage est une mesure importante pour résoudre les problèmes d'intégrité de l'alimentation. Les condensateurs de découplage ne peuvent être placés que sur les couches supérieure et inférieure du PCB. Les traces, les Plots et les porosités du condensateur de découplage affecteront sérieusement l'effet du condensateur de découplage. Cela nécessite que les traces de connexion des condensateurs de découplage soient aussi courtes et larges que possible lors de la conception, et que les fils connectés aux surtrous restent aussi courts que possible. Par example, dans un circuit numérique à haut débit, on peut placer un condensateur de découplage au niveau supérieur du PCB, affecter une deuxième couche à un circuit numérique à haut débit tel qu'un processeur comme couche d'alimentation, utiliser une troisième couche comme couche de signal et utiliser une quatrième couche comme couche de signal. Configuré pour la mise à la terre du circuit numérique à haute vitesse.

De plus, essayez de vous assurer que les traces de signaux pilotées par le même dispositif numérique haute vitesse utilisent la même couche de puissance que le plan de référence et que cette couche de puissance est la couche d'alimentation du dispositif numérique haute vitesse.

3. Déterminer le plan de référence Multi - puissance

Le plan de référence Multi - puissance sera divisé en plusieurs zones physiques avec des tensions différentes. Si la couche de signal est proche de la couche multi - alimentation, le courant de signal sur la couche de signal voisine rencontrera un chemin de retour indésirable, ce qui entraînera un écart dans le chemin de retour. Pour les signaux numériques à grande vitesse, cette conception irrationnelle de la voie de retour peut entraîner de graves problèmes et nécessite donc que le câblage des signaux numériques à grande vitesse soit éloigné du plan de référence Multi - puissance.

4. Détermination de plusieurs plans de référence du sol (plan du sol)

Plusieurs plans de référence de masse (plans de masse) peuvent fournir un bon chemin de retour de courant à faible impédance, ce qui peut réduire le mode commun eml. Le plan de masse et le plan d'alimentation doivent être étroitement couplés et la couche de signal doit également être étroitement couplée au plan de référence adjacent. Ceci peut être réalisé en réduisant l'épaisseur du milieu entre les couches.

5. Combinaison raisonnable de câblage de conception

Les deux couches traversées par le chemin du signal sont appelées "combinaisons de câblage". La meilleure conception de combinaisons de câblage est d'éviter que le courant de retour ne circule d'un plan de référence à l'autre, mais d'un point (surface) du plan de référence à l'autre. Pour compléter le câblage complexe, la conversion couche à couche des traces est inévitable. Lors de la commutation entre les couches de signal, on s'assure que le courant de retour peut circuler en douceur d'un plan de référence à l'autre. Dans la conception, il est raisonnable d'utiliser des couches adjacentes comme combinaison de câblage. Si le chemin du signal doit traverser plusieurs couches, son utilisation comme combinaison de câblage n'est généralement pas une conception raisonnable, car le chemin à travers les couches multiples n'est pas lisse pour le courant de retour. Bien qu'il soit possible de réduire le rebond de masse en plaçant un condensateur de découplage au voisinage du perçage ou en réduisant l'épaisseur du diélectrique entre les plans de référence, ce n'est pas une bonne conception.

6. Définir la direction de câblage

Sur la même couche de signal, il faut s'assurer que la plupart des directions de câblage sont cohérentes et qu'elles sont orthogonales aux directions de câblage des couches de signal adjacentes. Par example, le sens de câblage d'une couche de signal peut être défini sur la direction "Axe Y" et le sens de câblage d'une autre couche de signal adjacente peut être défini sur la direction "axe X".

7. Adoptez la structure de couche paire

On peut constater à partir de l'empilement de PCB conçu que presque toutes les conceptions d'empilement classiques sont des couches paires plutôt que des couches impaires. Cette urgence est causée par de nombreux facteurs, comme indiqué ci - dessous.

On comprend à partir du procédé de fabrication de la carte de circuit imprimé que toutes les couches conductrices de la carte sont conservées sur la couche de coeur. Le matériau de la couche de coeur est généralement une couche de recouvrement double face. Lorsque la couche de coeur est pleinement exploitée, le nombre de couches conductrices de la carte de circuit imprimé est pair.

Les cartes de circuit imprimé numérotées paires présentent un avantage de coût. En raison de l'absence d'une couche de diélectrique et de cuivre, le coût des matières premières pour les cartes de circuits imprimés impaires est légèrement inférieur à celui des cartes de circuits imprimés paires. Cependant, étant donné que les cartes de circuit imprimé de numéro impair nécessitent l'ajout d'un processus non standard de collage de couches de coeur empilées au processus de structure de couche de coeur, le coût de traitement des cartes de circuit imprimé de numéro impair est nettement plus élevé que celui des cartes de circuit imprimé de numéro pair. L'ajout de cuivre à la structure de couche de noyau entraînera une réduction de l'efficacité de production et un cycle de production prolongé par rapport à la structure de couche de noyau normale. Avant le laminage et le collage, la couche de coeur externe nécessite un traitement supplémentaire, ce qui augmente les risques de rayures et de mauvaises gravures de la couche externe. Un traitement supplémentaire de la couche externe augmenterait considérablement les coûts de fabrication.

Lorsque la carte de circuit imprimé est dans un processus de collage de circuit multicouche, différentes tensions de laminage peuvent provoquer différents degrés de flexion de la carte de circuit imprimé lorsque les couches interne et externe sont refroidies. De plus, avec l'augmentation de l'épaisseur de la carte de circuit imprimé, le risque de flexion d'une carte de circuit imprimé composite à deux structures différentes devient plus grand. Les cartes à numéros impairs sont faciles à plier et les cartes à circuits imprimés à numéros pairs peuvent éviter la flexion des cartes.

Lors de la conception, si vous Empilez des couches impaires, vous pouvez utiliser les méthodes suivantes pour augmenter le nombre de couches.

Si la couche d'alimentation pour laquelle la carte de circuit imprimé est conçue est paire et la couche de signal est impaire, la méthode d'ajout d'une couche de signal peut être adoptée. L'ajout d'une couche de signal n'entraîne pas d'augmentation de coût, mais peut réduire le temps de traitement et améliorer la qualité de la carte de circuit imprimé.

Si vous Concevez une carte de circuit imprimé avec un nombre impair de couches d'alimentation et un nombre pair de couches de signal, vous pouvez utiliser la méthode d'ajout de couches d'alimentation. Une autre méthode simple consiste à ajouter une couche de mise à la terre au milieu de la pile sans modifier les autres paramètres, c'est - à - dire à câbler d'abord la carte de circuit imprimé sur les couches impaires, puis à dupliquer une couche de mise à la terre au milieu.

Dans les circuits micro - ondes et les circuits à milieu mixte (permittivité diélectrique différente), une couche de signal vierge peut être ajoutée près du Centre de l'empilement de cartes de circuit imprimé pour minimiser le déséquilibre de l'empilement.

8. Considérations relatives aux coûts

En termes de coûts de fabrication, le coût d'une carte multicouche est certainement plus élevé que celui d'une carte monocouche et d'une carte bicouche avec la même surface de PCB, et plus il y a de couches, plus le coût est élevé. Mais lors de l'examen de la mise en œuvre de la fonction du circuit et de la miniaturisation de la carte, et d'assurer des indicateurs de performance tels que l'intégrité du signal, eml, EMC, etc., la carte multicouche doit être utilisée autant que possible. Évaluation intégrée, la différence de coût entre les cartes multicouches et les cartes monocouches ne sera pas beaucoup plus élevée que prévu.