Beim Entwurf von Leiterplatten ist eine der grundlegendsten Fragen, die es zu berücksichtigen gilt, die Umsetzung der Anforderungen der Schaltungsfunktionen an die Anzahl der Verdrahtungsschichten, der Masseebene und der Stromversorgungsebene sowie der Verdrahtungsschicht, der Erdungsebene und der Stromversorgung der Leiterplatte Ebene Bestimmung der Anzahl der Schichten und der Schaltungsfunktion, Signalintegrität, EMI, EMV, Herstellungskosten und andere Anforderungen.

Bei den meisten Designs gibt es viele widersprüchliche Anforderungen an die Leistungsanforderungen der Leiterplatte, die Zielkosten, die Fertigungstechnologie und die Systemkomplexität. Das laminierte PCB-Design ist in der Regel eine Kompromissentscheidung unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren. Digitale Hochgeschwindigkeitsschaltungen und Whisker-Schaltungen werden normalerweise mit Mehrschichtplatinen entwickelt.

Hier sind acht Prinzipien für kaskadierendes Design:

1. DEliminierung

In einer mehrschichtigen Leiterplatte gibt es normalerweise eine Signalschicht (S), eine Stromversorgungsebene (P) und eine Erdungsebene (GND). Die Leistungsebene und die Erdungsebene sind normalerweise unsegmentierte massive Ebenen, die einen guten Stromrückweg mit niedriger Impedanz für den Strom benachbarter Signalleitungen bieten.

Die meisten Signalschichten befinden sich zwischen diesen Stromquellen oder Erdungsebenenschichten und bilden symmetrische oder asymmetrische Bandleitungen. Die obere und untere Schicht einer mehrschichtigen Leiterplatte werden normalerweise zum Platzieren von Komponenten und einer kleinen Menge Verkabelung verwendet. Die Verkabelung dieser Signale sollte nicht zu lang sein, um die durch die Verkabelung verursachte Direktstrahlung zu reduzieren.

2. Bestimmen Sie die einzelne Leistungsreferenzebene

Der Einsatz von Entkopplungskondensatoren ist eine wichtige Maßnahme zur Behebung der Stromversorgungsintegrität. Entkopplungskondensatoren können nur oben und unten auf der Leiterplatte platziert werden. Die Verlegung des Entkopplungskondensators, des Lötpads und des Lochdurchgangs hat erhebliche Auswirkungen auf die Wirkung des Entkopplungskondensators. Daher muss bei der Konstruktion berücksichtigt werden, dass die Verlegung des Entkopplungskondensators so kurz und breit wie möglich sein sollte und dass der mit dem Loch verbundene Draht dies auch tun sollte auch so kurz wie möglich sein. In einer Hochgeschwindigkeits-Digitalschaltung ist es beispielsweise möglich, den Entkopplungskondensator auf der obersten Schicht der Leiterplatte zu platzieren und Schicht 2 der Hochgeschwindigkeits-Digitalschaltung (z. B. dem Prozessor) als Leistungsschicht zuzuweisen, Schicht 3 als Signalschicht und Schicht 4 als Masse der digitalen Hochgeschwindigkeitsschaltung.

Darüber hinaus muss sichergestellt werden, dass die Signalweiterleitung, die von demselben Hochgeschwindigkeits-Digitalgerät gesteuert wird, dieselbe Leistungsschicht wie die Referenzebene verwendet und diese Leistungsschicht die Stromversorgungsschicht des Hochgeschwindigkeits-Digitalgeräts ist.

3. Bestimmen Sie die Multi-Potenz-Referenzebene

Die Multi-Power-Referenzebene wird in mehrere feste Bereiche mit unterschiedlichen Spannungen aufgeteilt. Wenn die Signalschicht an die Multi-Power-Schicht angrenzt, trifft der Signalstrom auf der nahegelegenen Signalschicht auf einen unbefriedigenden Rückweg, was zu Lücken im Rückweg führt.

Bei digitalen Hochgeschwindigkeitssignalen kann dieses unangemessene Design des Rückwegs ernsthafte Probleme verursachen. Daher ist es erforderlich, dass die Verkabelung digitaler Hochgeschwindigkeitssignale von der Multi-Power-Referenzebene entfernt ist.

4.Bestimmen Sie mehrere Bodenreferenzebenen

 Mehrere Erdungsreferenzebenen (Erdungsebenen) können einen guten Stromrückweg mit niedriger Impedanz bereitstellen, wodurch Gleichtakt-EMl reduziert werden kann. Die Masseebene und die Leistungsebene sollten eng gekoppelt sein, und die Signalschicht sollte eng mit der angrenzenden Referenzebene gekoppelt sein. Dies kann durch eine Verringerung der Dicke des Mediums zwischen den Schichten erreicht werden.

5. Verdrahtungskombination sinnvoll gestalten

Die beiden Schichten, die ein Signalpfad überspannt, werden als „Verdrahtungskombination“ bezeichnet. Die beste Verdrahtungskombination soll verhindern, dass der Rückstrom von einer Referenzebene zur anderen fließt, sondern stattdessen von einem Punkt (Fläche) einer Referenzebene zu einer anderen fließt. Um die komplexe Verkabelung zu vervollständigen, ist die Umwandlung der Verkabelung zwischen den Schichten unvermeidlich. Wenn das Signal zwischen Schichten umgewandelt wird, sollte sichergestellt werden, dass der Rückstrom reibungslos von einer Referenzebene zur anderen fließt. Bei einem Entwurf ist es sinnvoll, benachbarte Schichten als Verdrahtungskombination zu betrachten.

Wenn sich ein Signalpfad über mehrere Schichten erstrecken muss, ist es in der Regel nicht sinnvoll, ihn als Verdrahtungskombination zu verwenden, da ein Pfad durch mehrere Schichten für Rückströme nicht lückenhaft ist. Obwohl die Feder reduziert werden kann, indem man einen Entkopplungskondensator in der Nähe des Durchgangslochs platziert oder die Dicke des Mediums zwischen den Referenzebenen verringert, ist dies kein gutes Design.

6.Verdrahtungsrichtung einstellen

Wenn die Verdrahtungsrichtung auf derselben Signalschicht festgelegt wird, sollte sichergestellt werden, dass die meisten Verdrahtungsrichtungen konsistent sind und orthogonal zu den Verdrahtungsrichtungen benachbarter Signalschichten verlaufen. Beispielsweise kann die Verdrahtungsrichtung einer Signalschicht auf die „Y-Achse“-Richtung und die Verdrahtungsrichtung einer anderen benachbarten Signalschicht auf die „X-Achse“-Richtung eingestellt werden.

7. Adotierte die gleichmäßige Schichtstruktur 

Anhand der entworfenen PCB-Laminierung lässt sich erkennen, dass das klassische Laminierungsdesign fast ausschließlich aus geraden Schichten und nicht aus ungeraden Schichten besteht. Dieses Phänomen wird durch eine Vielzahl von Faktoren verursacht.

Aus dem Herstellungsprozess von Leiterplatten können wir wissen, dass die gesamte leitfähige Schicht in der Leiterplatte auf der Kernschicht gespeichert ist. Das Material der Kernschicht ist im Allgemeinen eine doppelseitige Verkleidungsplatte, wenn die Kernschicht vollständig genutzt wird , die leitfähige Schicht der Leiterplatte ist gleichmäßig

Gleichlagige Leiterplatten haben Kostenvorteile. Aufgrund des Fehlens einer Medienschicht und einer Kupferummantelung sind die Kosten für PCB-Rohmaterialschichten mit ungeraden Nummern etwas niedriger als die Kosten für gerade PCB-Schichten. Die Verarbeitungskosten von Leiterplatten mit ODd-Schicht sind jedoch offensichtlich höher als die von Leiterplatten mit gleichmäßiger Schicht, da bei Leiterplatten mit ODd-Schicht ein nicht standardmäßiger Verbindungsprozess für laminierte Kernschichten auf der Grundlage des Kernschichtstrukturprozesses hinzugefügt werden muss. Im Vergleich zur herkömmlichen Kernschichtstruktur führt das Hinzufügen einer Kupferummantelung außerhalb der Kernschichtstruktur zu einer geringeren Produktionseffizienz und einem längeren Produktionszyklus. Vor dem Laminieren muss die äußere Kernschicht zusätzlich bearbeitet werden, was das Risiko erhöht, dass die äußere Schicht zerkratzt und falsch geätzt wird. Durch die erhöhte Außenhandhabung werden die Herstellungskosten deutlich steigen.

Wenn die Innen- und Außenschichten der Leiterplatte nach dem mehrschichtigen Leiterplattenverbindungsprozess abgekühlt werden, führt die unterschiedliche Laminierungsspannung zu unterschiedlichen Biegungen der Leiterplatte. Und mit zunehmender Dicke der Platine steigt die Gefahr, dass sich eine Verbundleiterplatte mit zwei unterschiedlichen Strukturen verbiegt. Leiterplatten mit ungeraden Schichten lassen sich leicht biegen, während Leiterplatten mit gleichmäßigen Schichten ein Biegen vermeiden können.

Wenn die Leiterplatte mit einer ungeraden Anzahl von Leistungsschichten und einer geraden Anzahl von Signalschichten ausgelegt ist, kann die Methode des Hinzufügens von Leistungsschichten übernommen werden. Eine weitere einfache Methode besteht darin, eine Erdungsschicht in der Mitte des Stapels hinzuzufügen, ohne die anderen Einstellungen zu ändern. Das heißt, die Leiterplatte wird in einer ungeraden Anzahl von Schichten verdrahtet und dann wird in der Mitte eine Erdungsschicht dupliziert.

8.  Kostenüberlegung

Hinsichtlich der Herstellungskosten sind Multilayer-Leiterplatten definitiv teurer als Single- und Double-Layer-Leiterplatten mit derselben Leiterplattenfläche, und je mehr Lagen, desto höher die Kosten. Bei der Realisierung von Schaltungsfunktionen und der Miniaturisierung von Leiterplatten sollten jedoch möglichst mehrschichtige Leiterplatten verwendet werden, um Signalintegrität, EMl, EMV und andere Leistungsindikatoren sicherzustellen. Insgesamt ist der Kostenunterschied zwischen mehrschichtigen Leiterplatten und einschichtigen und zweischichtigen Leiterplatten nicht viel höher als erwartet