Der immer kompaktere Trend elektronischer Produkte erfordert heutzutage die dreidimensionale Gestaltung mehrschichtiger Leiterplatten. Das Stapeln von Schichten wirft jedoch neue Probleme im Zusammenhang mit dieser Designperspektive auf. Eines der Probleme besteht darin, einen qualitativ hochwertigen Schichtaufbau für das Projekt zu erhalten.

Da immer komplexere gedruckte Schaltungen hergestellt werden, die aus mehreren Schichten bestehen, ist das Stapeln von Leiterplatten besonders wichtig geworden.

Ein gutes PCB-Stack-Design ist unerlässlich, um die Strahlung von PCB-Schleifen und zugehörigen Schaltkreisen zu reduzieren. Im Gegenteil kann eine schlechte Akkumulation die Strahlung erheblich erhöhen, was aus Sicherheitsgründen schädlich ist.
Was ist PCB-Stackup?
Bevor das endgültige Layout-Design fertiggestellt ist, werden beim PCB-Aufbau Schichten aus Isolator und Kupfer auf der PCB aufgebracht. Die Entwicklung einer effektiven Stapelung ist ein komplexer Prozess. PCB verbindet Strom und Signale zwischen physischen Geräten, und die richtige Schichtung der Leiterplattenmaterialien wirkt sich direkt auf ihre Funktion aus.

Warum müssen wir Leiterplatten laminieren?
Die Entwicklung des PCB-Stackups ist für die Entwicklung effizienter Leiterplatten von entscheidender Bedeutung. Der PCB-Aufbau bietet viele Vorteile, da die mehrschichtige Struktur die Energieverteilung verbessern, elektromagnetische Störungen verhindern, Querstörungen begrenzen und eine Hochgeschwindigkeitssignalübertragung unterstützen kann.

Obwohl der Hauptzweck des Stapelns darin besteht, mehrere elektronische Schaltkreise über mehrere Schichten auf einer Platine zu platzieren, bietet die Stapelstruktur von Leiterplatten auch andere wichtige Vorteile. Zu diesen Maßnahmen gehören die Minimierung der Anfälligkeit von Leiterplatten gegenüber externem Rauschen sowie die Reduzierung von Übersprech- und Impedanzproblemen in Hochgeschwindigkeitssystemen.

Ein guter PCB-Aufbau kann auch dazu beitragen, die Endproduktionskosten zu senken. Durch die Maximierung der Effizienz und die Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit des gesamten Projekts kann das Stapeln von Leiterplatten effektiv Zeit und Geld sparen.

Vorsichtsmaßnahmen und Regeln für das PCB-Laminatdesign
● Anzahl der Schichten
Beim einfachen Stapeln kann es sich um vierschichtige Leiterplatten handeln, während komplexere Leiterplatten eine professionelle sequentielle Laminierung erfordern. Die höhere Anzahl an Ebenen ist zwar komplexer, ermöglicht den Designern jedoch mehr Layoutraum, ohne dass das Risiko steigt, auf unmögliche Lösungen zu stoßen.

Im Allgemeinen sind acht oder mehr Schichten erforderlich, um die beste Schichtanordnung und den besten Abstand zur Maximierung der Funktionalität zu erzielen. Durch den Einsatz von Qualitätsebenen und Leistungsebenen auf Mehrschichtplatinen kann auch die Strahlung reduziert werden.

● Ebenenanordnung
Die Anordnung der Kupferschicht und der Isolierschicht, die den Schaltkreis bilden, stellt den PCB-Überlappungsvorgang dar. Um ein Verziehen der Leiterplatte zu verhindern, ist es notwendig, den Querschnitt der Leiterplatte beim Auslegen der Lagen symmetrisch und ausgewogen zu gestalten. Beispielsweise sollte bei einer achtschichtigen Platte die Dicke der zweiten und siebten Schicht ähnlich sein, um die beste Balance zu erreichen.

Die Signalschicht sollte immer an die Ebene angrenzen, während die Leistungsebene und die Qualitätsebene streng miteinander gekoppelt sind. Es ist am besten, mehrere Erdungsebenen zu verwenden, da diese im Allgemeinen die Strahlung reduzieren und die Erdungsimpedanz senken.

● Schichtmaterialtyp
Die thermischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften jedes Substrats und deren Wechselwirkung sind entscheidend für die Wahl der PCB-Laminatmaterialien.

Die Leiterplatte besteht normalerweise aus einem starken Glasfasersubstratkern, der für die Dicke und Steifigkeit der Leiterplatte sorgt. Einige flexible Leiterplatten bestehen möglicherweise aus flexiblen Hochtemperaturkunststoffen.

Die Oberflächenschicht ist eine dünne Folie aus Kupferfolie, die auf der Platine befestigt ist. Auf beiden Seiten einer doppelseitigen Leiterplatte befindet sich Kupfer, und die Dicke des Kupfers variiert je nach Anzahl der Schichten des Leiterplattenstapels.

Decken Sie die Oberseite der Kupferfolie mit einer Lötmaske ab, damit die Kupferleiterbahnen mit anderen Metallen in Kontakt kommen. Dieses Material ist unerlässlich, um Benutzern zu helfen, das Anlöten der Überbrückungsdrähte an der richtigen Stelle zu vermeiden.

Auf die Lötstoppmaske wird eine Siebdruckschicht aufgetragen, um Symbole, Zahlen und Buchstaben hinzuzufügen, um die Montage zu erleichtern und den Menschen ein besseres Verständnis der Leiterplatte zu ermöglichen.

● Bestimmen Sie die Verkabelung und Durchgangslöcher
Designer sollten Hochgeschwindigkeitssignale auf der mittleren Schicht zwischen den Schichten leiten. Dadurch kann die Grundplatte eine Abschirmung bieten, die die von der Schiene bei hohen Geschwindigkeiten emittierte Strahlung eindämmt.

Durch die Platzierung des Signalpegels in der Nähe des Ebenenpegels kann der Rückstrom in der angrenzenden Ebene fließen, wodurch die Induktivität des Rückwegs minimiert wird. Zwischen benachbarten Strom- und Masseebenen ist nicht genügend Kapazität vorhanden, um mit Standardkonstruktionstechniken eine Entkopplung unter 500 MHz zu gewährleisten.

● Abstand zwischen den Ebenen
Aufgrund der reduzierten Kapazität ist eine enge Kopplung zwischen dem Signal und der Stromrückführungsebene von entscheidender Bedeutung. Die Strom- und Erdungsebenen sollten ebenfalls eng miteinander verbunden sein.

Die Signalschichten sollten immer nahe beieinander liegen, auch wenn sie in benachbarten Ebenen liegen. Eine enge Kopplung und Abstände zwischen den Schichten sind für unterbrechungsfreie Signale und Gesamtfunktionalität von entscheidender Bedeutung.

um zusammenzufassen
In der PCB-Stacking-Technologie gibt es viele verschiedene mehrschichtige Leiterplattendesigns. Bei mehreren Schichten muss ein dreidimensionaler Ansatz kombiniert werden, der die innere Struktur und die Oberflächengestaltung berücksichtigt. Angesichts der hohen Betriebsgeschwindigkeiten moderner Schaltkreise muss ein sorgfältiger Leiterplattenaufbau erfolgen, um die Verteilungsfähigkeiten zu verbessern und Störungen zu begrenzen. Eine schlecht gestaltete Leiterplatte kann die Signalübertragung, die Herstellbarkeit, die Leistungsübertragung und die langfristige Zuverlässigkeit beeinträchtigen.