PCB katmanı nasıl seçilir ve istiflenir?

PCB stack-up tasarımı yaparken başlıca iki önemli noktayı takip ederiz:

1) Her PCB iz katmanının referans olarak bitişik bir katmana sahip olması gerekir (güç veya toprak gibi)

2) Bitişik zemin katmanı ve ana güç katmanı, yeterli bağlantı kapasitansı sağlamak için minimum bir mesafeyi korumalıdır.

Burada esas olarak 2 katmanlı PCB'den 8 katmanlı PCB kartına katman sayısının açıklamasını sunacağız:

1) tek taraflı PCB kartı ve çift taraflı PCB kartı yığını

2 katmanlı bir PCB kartı için, az sayıda katman nedeniyle yığınlanma sorunu yoktur. EMI radyasyonunu kontrol etmeyi düşündüğümüzde, yalnızca doğru yerleşimi ve kablolamayı sağlamamız gerekir.

PCB tasarımı yaparken, insanlar giderek daha fazla tek katmanlı ve çift katmanlı PCB devre kartlarının elektromanyetik uyumluluk sorununa odaklanmıştır. Bunun ana nedeni, sinyal döngüsünün alanının çok büyük olmasıdır, bu da yalnızca güçlü elektromanyetik radyasyon üretmekle kalmaz, aynı zamanda daha hassas harici parazitler de üretir. Yani PCB hat düzeninin elektromanyetik uyumluluğundan kaynaklanan sorunları azaltmak istiyorsanız, bunu çözmenin en kolay yolu anahtar sinyalinin döngü alanını azaltmaktır.

Anahtar sinyaller nelerdir?

Elektromanyetik uyumluluk açısından, temel sinyaller, esas olarak, güçlü radyasyon üreten ve dışarıya bariz parazite neden olan sinyallere atıfta bulunur.

Genel olarak konuşursak, daha güçlü radyasyon sinyalleri, düşük dereceli adres veya zaman sinyalleri gibi periyodik sinyallerdir. Ve dışarıya bariz parazite neden olan sinyaller, bu düşük seviyeli analog sinyallerdir.

Bu nedenle, tek ve çift katmanlı PCB kartları genellikle 10KZ'den düşük düşük frekanslı analog uygulamalarda kullanılır.

1) Aynı katmandaki güç kablosu izleri radyal izler ile temsil edilir ve izlerin toplam uzunluğu mümkün olduğunca azaltılmalıdır.

2) Topraklama kablosunu ve güç kablosunu yerleştirirken, birbirlerine bitişiktirler. Anahtar sinyal kablosunun yanında bir topraklama kablosu düzenlenmiştir ve bu topraklama kablosu, sinyal kablosuna mümkün olduğunca yakındır. Bu, döngü alanını mümkün olduğu kadar azaltabilir ve dış parazite giden radyasyon sinyalini azaltabilir.

3) Çift katmanlı bir PCB ise, PCB'nin diğer tarafındaki sinyal kablosunun altına mümkün olduğunca yakın bir topraklama kablosu düzenleyebiliriz ve topraklama kablosu mümkün olduğunca geniş olmalıdır. Ortaya çıkan döngü alanı, sinyal hattının uzunluğu ile çarpılan devre kartının kalınlığına eşittir.

2) Dört katmanlı PCB kartlarını yığınlayın

1. SIG-GND(PWR)-PWR (GND)-SIG;

2. GND-SIG(PWR)-SIG(PWR)-GND;

Yukarıdaki iki 4 katmanlı yığın PCB tasarımı için, asıl sorun, PCB kartı geleneksel 1.6 mm (62 mil) kalınlıktaysa, ana sorun şudur. Katmanlar arasındaki mesafe çok büyük olacağından, bir yandan bu kolay değildir. empedansı, katmanlar arası kuplajı ve ekranlamayı kontrol etmek ve diğer yandan, gürültüyü azaltmak kolay olmayan PCB kartları arasındaki kapasitansı azaltır.

4 katmanlı PCB kartı istifleme ilk tasarımı benimserse, genellikle PCB kartında daha fazla yonga için kullanılır. Bu tasarım daha iyi SI performansı sağlayabilir, ancak EMI elektromanyetik uyumluluğunu kontrol etmek kolay değildir. Genellikle sorunu azaltmak için kablolamayı ve ek ayrıntıları kontrol etmemiz gerekir.

Uyarı:

Zemin katmanı, yalnızca radyasyonu azaltmak kolay olmayan, aynı zamanda 20H kuralını gösteren PCB kartının alanını artıran en yoğun sinyale sahip sinyal katmanının bitişik katmanında düzenlenir.

4 katmanlı PCB kartı yığını ikinci tasarımı benimserse, genellikle PCB kartı üzerindeki yonga yoğunluğunun düşük olduğu ve yonga çevresinde yeterli alanın olduğu (gerekli güç kaynağı bakır katmanını yerleştirmek için) uygulamalarda kullanılır.

İkinci 4 katmanlı PCB tasarımının dış katmanları zemin katmanlarıdır ve orta 2 katman sinyal/güç katmanlarıdır. Sinyal katmanındaki güç kaynağı, yalnızca akım yolunun ve sinyal yolunun empedansını azaltmakla kalmayıp aynı zamanda iç katman sinyal radyasyonunu dış toprak katmanından koruyan geniş kablolarla yönlendirilir. EMI elektromanyetik uyumluluk kontrolü açısından, en iyi 4 katmanlı PCB yapı tasarımıdır.

Uyarı:

Ortadaki iki sinyal katmanı ve güç karışık katmanları arasındaki mesafenin büyük olduğundan ve kablolama yönünün, karışmayı önlemek, pano alanını düzgün bir şekilde kontrol etmek ve 20H kuralını göstermek için esas olarak dikey olduğundan emin olmamız gerekir;

3) Altı katmanlı PCB kartlarını yığınlayın

Daha büyük yonga yoğunluğuna ve daha yüksek saat frekansına sahip tasarımlar için 6 katmanlı PCB kartı tasarımını düşünmeliyiz. Önerilen yığınlama:

1.SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG;

Bu yığın tasarımı daha eksiksiz bir sinyal alabilir. Sinyal katmanı, zemin katmanına bitişiktir ve güç katmanı ile zemin katmanı eşleştirilmiştir. Her iz katmanının empedansı iyi kontrol edilebilir ve her iki zemin katmanı da Elektromanyetik radyasyonu daha iyi azaltabilir. Ve tam güç kaynağı ve toprak katmanı olması durumunda, her bir sinyal katmanı için daha iyi bir dönüş yolu sağlayabilir.

2. GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND;

Tasarım için sadece talaş yoğunluğunun yüksek olmadığı durumlar için uygundur. Bu 6 katmanlı PCB yığın tasarımı, yalnızca ilk yığın tasarımının tüm avantajlarına sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda üst ve alt katmanların zemin düzlemleri nispeten eksiksiz olduğundan, kullanmak için nispeten iyi bir kalkan olarak kullanılabilir. .

Uyarı:

Güç katmanı, ana bileşen tarafı olmayan katmana mümkün olduğunca yakın olmalıdır, çünkü alt katman daha eksiksiz olacaktır. Bu nedenle, EMI performansı ilk çözümden daha iyidir.

Altı katmanlı PCB kartının tasarımı için, iyi güç ve toprak bağlantısı elde etmek için güç katmanı ile zemin katmanı arasındaki mesafe en aza indirilmelidir.

62 mil'lik bir PCB kalınlığı için, katman aralığı azaltılsa da, ana güç kaynağı ile zemin katmanı arasındaki mesafenin çok küçük olmasını kontrol etmek kolay değildir.

Her iki 6 katmanlı PCB kartı tasarımıyla karşılaştırıldığında, 6 katmanlı PCB tasarımının ikinci maliyeti büyük ölçüde artar. Bu nedenle, genellikle ilk 6 katmanlı PCB yığın tasarımını seçiyoruz.

4) Sekiz katmanlı PCB kartlarını yığınlayın

Zayıf elektromanyetik emme kapasitesi ve büyük güç kaynağı empedansı nedeniyle 8 katmanlı PCB kartı tasarımı için 8 katmanlı PCB kartı iyi bir istifleme yöntemi değildir.

8 katmanlı PCB kartı tasarımının ilki:

1.Signal 1 bileşenli yüzey, az iz tabakası

2.Signal 2 dahili, küçük bir yönlendirme katmanı, daha iyi yönlendirme katmanı (X yönü)

3. Zemin

4.Signal 3 şerit hattı yönlendirme katmanı, daha iyi yönlendirme katmanı (Y yönü)

5.Signal 4 şerit hattı yönlendirme katmanı

6. Güç

7. Küçük bir yönlendirme katmanı ile dahili sinyal 5

8.Signal 6 biraz iz katmanı

2. 8 katmanlı PCB tasarımına referans katmanı eklenirse, daha iyi EMI performansına sahiptir ve her bir sinyal katmanının karakteristik empedansı da iyi kontrol edilebilir.

1.Sinyal 1 bileşenli yüzey, biraz kablolama katmanı, iyi kablolama katmanı

2.Ground oluşumu, daha iyi elektromanyetik dalga emme yeteneği

3.Signal 2 şerit hattı yönlendirme katmanı, iyi yönlendirme katmanı

4. Altta yatan oluşum ile mükemmel elektromanyetik absorpsiyon oluşturan güç güç kaynağı katmanı

5.Yer oluşumu

6.Signal 3 şerit hattı yönlendirme katmanı, iyi yönlendirme katmanı

7. Daha büyük güç empedansı ile güç zemini

8.Signal 4 biraz yönlendirme katmanı, iyi yönlendirme katmanı

3. En iyi 8 katmanlı PCB istifleme yöntemi aşağıdaki gibidir, çünkü referans düzlemi olarak çoklu katmanların kullanımı çok iyi jeomanyetik absorpsiyon kabiliyetine sahiptir.

1.Sinyal 1 bileşenli yüzey, biraz kablolama katmanı, iyi kablolama katmanı

2.Ground oluşumu, daha iyi elektromanyetik dalga emme yeteneği

3.Signal 2 şerit hattı yönlendirme katmanı, iyi yönlendirme katmanı

4. Altta yatan oluşum ile mükemmel elektromanyetik absorpsiyon oluşturan güç güç kaynağı katmanı

5.Yer oluşumu

6.Signal 3 şerit hattı yönlendirme katmanı, iyi yönlendirme katmanı

7.Ground oluşumu, daha iyi elektromanyetik dalga emme yeteneği

8.Signal 4 biraz yönlendirme katmanı, iyi yönlendirme katmanı

PCB kartı katmanlarının sayısının nasıl seçileceği ve PCB kartının ne tür istifleneceği konusunda PCB kartındaki sinyal ağlarının sayısı, cihaz yoğunluğu, PIN yoğunluğu, sinyal frekansı, kart boyutu vb. gibi birçok faktörü göz önünde bulundurmalıyız. .

Sinyal ağlarının sayısı ne kadar fazlaysa cihaz yoğunluğu o kadar yüksek, PIN yoğunluğu o kadar yüksek ve sinyal frekansı o kadar yüksek olur. Tasarım, çok katmanlı bir pano tasarımı kullanmaya çalışmalıdır. Daha iyi EMI performansı elde etmek için her sinyal katmanının bir referans katmanı olmasını sağlamak en iyisidir.

4 katmanlı PCB ve 6 katmanlı 6 nasıl ayırt edilir PCB?

Elektronik endüstrisinde PCB'nin kalitesini belirlemek istiyorsak, PCB katmanında tek katmanlı pano, çift katmanlı pano ve çok katmanlı pano olduğu için ilk aklımıza gelen PCB Baskı katman sayısıdır. .

Çok katmanlı PCB arasında en yaygın olanı 4 katmanlı PCB ve 6 katmanlı PCB'dir. Onların arasındaki fark ne? Çünkü PCB'nin üretim maliyeti PCB'nin katman sayısı ile yakından ilgilidir, diğer bir deyişle, 6 katmanlı PCB'nin fiyatı, 4 katmanlı PCB'nin fiyatından daha yüksektir, peki bir PCB'nin katman sayısı nasıl belirlenir? Bu bölümde, aralarındaki farklılıkları nasıl bulacağınız konusunda size rehberlik edecek iki yöntem tanıtacağız.

PCB'nin açık deliğini kontrol edin

PCB'de ön tarafta bir geçiş deliği varsa, arkada bulunamıyorsa, PCB'nin 6 katmanlı bir PCB yerine 8 katmanlı bir PCB veya 4 katmanlı bir PCB olması muhtemeldir. 4 katmanlı PCB, 4 katmanlı akımı iletmek için açık deliklere ihtiyaç duyduğundan, açık delikler tüm devre kartından geçecektir. 6 katmanlı PCB veya 8 katmanlı PCB'de gömülü açık delikler varken ön ve arkadaki delikleri bulabiliriz, böylece açık delikleri arkada değil yalnızca ön tarafta bulabilirsiniz.

Ön taraftaki kabloları kontrol edin

6 katmanlı PCB'nin katman sayısı 4 katmandan fazla olduğu için 6 katmanlı PCB'nin kablolama alanı daha büyüktür. Başka bir deyişle, 4 katmanlı PCB'nin kablolaması daha kompakttır, dolayısıyla 4 katmanlı PCB'nin kabloları, her PCB katmanı için 6 katmandan fazladır. PCB'nin önündeki kabloları kontrol edebiliriz. Kablolama kompakt ise, bu 4 katmanlı PCB'dir, aksi takdirde 6 katmanlı PCB'dir.

Yukarıdaki, 4 katmanlı PCB ve 6 katmanlı PCB'yi çıplak gözle tanımlamanın iki basit yöntemidir. Daha fazlasını keşfetmeniz gerekiyorsa, başka birçok yöntem vardır.

PCB Maliyetini Etkileyen Faktörler

PCB'nizin nihai maliyeti, kartın tasarımına ve amaçlanan uygulamasına bağlıdır. Başka bir deyişle, günlük kullanım için basit bir PCB'ye ihtiyacınız varsa, fiyat daha gelişmiş bir şeye ihtiyacınız olduğundan çok daha düşük olacaktır.

Sonuç olarak, bu sadece PCB maliyetlerini belirleyen unsurların genel bir değerlendirmesidir. Birkaç gerçek dünya öğesi, bir baskılı devre kartının (PCB) maliyetini etkiler. 4 Katmanlı PCB maliyetleri. Bir PCB'nin üretim maliyeti, büyük ölçüde boyutundan, birkaç katmanından ve önemli bir etkiye sahip olan malzeme türünden etkilenir.

Böylece, 4 katmanı etkileyen faktörler veya 6 Katmanlı PCB Maliyetleri aşağıdakiler:

• Malzeme Seçimi

Herhangi bir işte, bir ürünün maliyeti, kullanılan üretim malzemesinin türü ile doğrudan ilişkilidir. Bir aracın iç kısmına gelince, deri koltuklar kumaş veya kumaştan yapılanlara göre daha pahalıdır. Sonuç olarak, aynı fikrin PCB üretimine nasıl uygulanabileceğini görmek kolaydır. Petrol veya uçak sektörlerinde kullanılanlar gibi yüksek yoğunluklu uygulamalar için PCB'ler genellikle FR4 (alev geciktirici 4) malzeme ile lamine edilir. Doğru malzemeleri seçme sürecine başlarken aklınızda bulundurmanız gereken bazı şeyler şunlardır:

• Termal Güvenilirlik

PCB uygulamasının beklenen sıcaklık aralığını belirleyin. Seçtiğiniz malzemenin sıcaklık derecesinin izin verilen aralıkta olduğundan emin olun. Malzeme sadece belirli bir sıcaklık aralığında çalışmamalı, aynı zamanda belirli bir süre boyunca aşırı ısınma olmadan düzenlenmiş bir ortamda çalışmalıdır. Yüksek sıcaklık ayarında bir PCB kullanmak istiyorsanız sıcaklık güvenilirliği, bu testi geçtiğinden emin olun.

• Sıcaklık Toleransı

Bu, kartın bağlı veya yakındaki bileşenlere aşırı ısı aktarılmasına neden olmadan yüksek sıcaklıklara dayanma kapasitesini belirtir. "Sinyal Performansı" terimi, bir malzemenin tüm çalışma döngüsü boyunca sabit bir elektrik sinyali akışını sürdürme yeteneğini ifade eder. Tahmin edebileceğiniz gibi, bu bir PCB'nin düzgün çalışması için çok önemlidir. Malzemenin uygulamalı kullanımının beklenen fiziksel streslerine dayanma kapasitesi, mekanik özelliklerinin belirlenmesinde birincil husustur.

• boyutlar

Ne yazık ki, boyut önemlidir, özellikle de bir ürünün maliyeti söz konusu olduğunda. PCB'nin nihai maliyeti, ihtiyacınız olan kartın boyutundan etkilenecektir. Panel kullanımı söz konusu olduğunda, bu da doğrudur. Bir PCB'nin toplam maliyeti bu iki kriterden büyük ölçüde etkilenir.

Not: Devre kartınızın boyutu, özel uygulamanız veya tasarımınız için ihtiyaç duyduğunuz devre sayısına göre belirlenecektir.

• Katmanlar veya Yığınlar

Daha önce de belirtildiği gibi, daha fazla katman, daha pahalı hale gelir. Bu fiyat artışları, üreticinin üretim sürecinde kullandığı malzemelerin boyutunu ve türünü de dikkate alır.

Fiyat artışlarının geniş bir karşılaştırması aşağıdaki tabloda gösterilmektedir:

• Katman 1 ve 2: (yüzde 35 ila yüzde 40 maliyet artışı)
• Katman sayısını ikiden dörde çıkarmak (yüzde 35'ten yüzde 40'a maliyet artışı)
• Dört ila altı katman: (yüzde 30 ila yüzde 40 maliyet artışı)
• Altı ila sekiz katman: (yüzde 30 ila yüzde 35 maliyet artışı)
• 8 Katmandan 10 Katmana: (Yüzde 20'den yüzde 30'a maliyet artışı)
• 10 katmanlı yapıdan 12 katmanlı yapıya geçiş (yüzde 20 ila yüzde 30 maliyet artışı)

Üretim sürecindeki en büyük fiyat artışlarından biriyle sonuçlanan ikinci bir katman ekler. Bu, üretim sürecindeki aşama sayısını artırdığından, durumun böyle olduğu açıktır (laminasyon işlemi).

Ne kadar çok katman varsa, üretim süreci o kadar uzun sürer ve o kadar fazla kaynak kullanır. Yani, 6 Katmanlı PCB Maliyeti ve üretim süresi, daha az katmandan daha yüksek olacaktır.

• Bitiş

PCB tasarımınızın maliyeti, seçtiğiniz bitişten etkilenecektir. Ne kadar küçük olursa olsun, yine de katkıda bulunan bir bileşendir. Daha kaliteli olduğu veya daha uzun bir raf ömrüne sahip olduğu için birini diğerine tercih edebilirsiniz.

Aşağıdakiler en yaygın cila tiplerinden bazılarıdır (yüzey işlemleri):

• HASL lehimleme malzemesi olarak iyi bir seçimdir
• Ayrıca LFHASL ile daha iyi lehimlenebilirliğe sahip olabilirsiniz.
• OSP daha iyi lehimlenebilirlik sağlar
• Al (alüminyum) tel bağlama ve daha fazla lehimlenebilirlik, IMM Ag kullanılarak elde edilebilir.
• IMM Sn lehimlenebilirlik sağlar.
• Lehimlenebilirlik, Al tel bağlama özelliği ve bir temas yüzeyi ENIG'in tüm özellikleridir.
• ENEPIG, üstün bir temas yüzeyine, Al tel bağlamaya ve lehimlenebilirliğe sahiptir

Lehimlenebilirlik ve temas yüzeyi açısından Elec Au, Al ve Au (altın) tel bağlamaya göre üstün bir seçimdir.

• Panodaki Delik Ölçüleri

Kartın delik boyutu ve miktarı nihai üretim maliyetini etkileyecektir. Mümkün olduğunca küçük delikler oluşturmak için özel ekipmana ihtiyacınız olacak. Daha önce de belirtildiği gibi, ne kadar çok deliğe ihtiyaç duyarsanız, o kadar fazla aşama ve üretim süresi alır; dolayısıyla, projenin maliyeti o kadar yüksek olur. Panonun tasarımı bu konuda en önemli unsurdur.

• İz Genişliği ve Aralığı

Bu, minimum iz genişliğini ve her iz arasındaki boşluğu içerir. Herhangi bir mühendise sorarsanız, PCB'ye zarar vermeden veya aşırı ısınmadan akımı taşımak istiyorsanız, yeterli iz genişliğine sahip olmanın çok önemli olduğunu söyleyeceklerdir.

Bir izin genişliğini belirlemedeki ilk adım, tasarımın doğru olduğundan emin olmaktır (simülasyon). İz genişliği ve akım taşıma kapasitesi kart boyutu ile ters orantılıdır. Daha geniş (daha kalın) izler, diğer nedenler mevcut taşıma kapasitesini sınırlasa bile daha fazla malzeme ve işçiliğe ihtiyaç duyacaktır. Bu şey fiyatı artıracak.

Kısacası, levha kalınlığı ile fiyatlandırma arasında doğrudan bir ilişki vardır. Daha kalın ve daha ince levhalar arasında fiyat farkı vardır, ancak aynı zamanda malzemenin kalitesine de bağlıdır. Daha kalın malzemelerden PCB elde etmek, lamine etmek ve oluşturmaktır. Aradığınız tasarım oldukça basit olsa bile, bu özellikle doğrudur.

• Özellikler

Daha karmaşık tasarımlar veya ısmarlama veya benzersiz gereksinimler için ek maliyetler kaçınılmazdır. Üretim sürecinde gereken ek çaba, kaynaklar ve hatta özel ekipman nedeniyle, bu tasarım gereksinimlerinin üretilmesi daha pahalıdır. Bununla birlikte, simülasyon kullanımı, herhangi bir nihai tasarım seçimi yapmadan önce panonuzun maliyetini ve ilgili tasarım ihtiyaçlarını çok daha iyi kavramanızı sağlayabilir.

Final Kelimeler

Üretim maliyetleri katman sayısından etkilenir. Katman sayısı belirlenirken tasarımın karmaşıklığı, SI kaygılarına dikkat ve daha fazlası dahil olmak üzere birçok husus göz önünde bulundurulur.

Genellikle, 4 Katmanlı PCB maliyeti daha büyük 6 Katmanlı PCB Maliyeti, daha fazla bilgi için buraya tıklayın 2 Katman Vs. 4 Katmanlı PCB Maliyeti. Ancak malzeme, son işlem, iz genişliği vb. gibi diğer şeyler de maliyet tahminlerini etkiler. PCB üreticileri ve tasarımcıları, tasarımınızın kaç katmana ihtiyaç duyduğunu belirlemek için genellikle birlikte çalışır.