Der Trend zu immer kompakteren Elektronikprodukten erfordert heutzutage die dreidimensionale Gestaltung mehrschichtiger Leiterplatten. Das Stapeln von Schichten wirft jedoch neue Herausforderungen in dieser Designperspektive auf. Eines der Probleme besteht darin, einen hochwertigen Schichtaufbau für das Projekt zu erreichen.

Da immer komplexere, aus mehreren Schichten bestehende Leiterplatten hergestellt werden, 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, eine schlechte Akkumulation kann die Strahlung deutlich erhöhen, was aus Sicherheitsgründen schädlich ist.
Was ist PCB-Stackup?
Bevor das endgültige Layout-Design fertiggestellt ist, werden beim PCB-Stackup der Isolator und das Kupfer der Leiterplatte geschichtet. Die Entwicklung eines effektiven Stackings ist ein komplexer Prozess. PCB verbindet Strom und Signale zwischen physischen Geräten, und die korrekte 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 unerlässlich. Der PCB-Stackup bietet viele Vorteile, da die mehrschichtige Struktur die Energieverteilung verbessert, elektromagnetische Störungen verhindert, Querstörungen begrenzt und die Hochgeschwindigkeitssignalübertragung unterstützt.

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

Ein guter PCB-Stackup kann zudem zu niedrigeren Produktionskosten beitragen. Durch maximale Effizienz und verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit des gesamten Projekts kann PCB-Stacking effektiv Zeit und Geld sparen.

Vorsichtsmaßnahmen und Regeln für das PCB-Laminatdesign
● Anzahl der Schichten
Einfaches Stapeln kann vierlagige Leiterplatten umfassen, während komplexere Platinen eine professionelle sequentielle Laminierung erfordern. Obwohl die höhere Anzahl an Lagen komplexer ist, bietet sie Designern mehr Platz für das Layout, ohne das Risiko unmöglicher Lösungen zu erhöhen.

Im Allgemeinen sind acht oder mehr Lagen erforderlich, um die optimale Lagenanordnung und den optimalen Abstand zur Maximierung der Funktionalität zu erreichen. Der Einsatz hochwertiger Ebenen und Leistungsebenen auf Mehrschichtplatinen kann ebenfalls die Strahlung reduzieren.

● Ebenenanordnung
Die Anordnung der Kupferschicht und der Isolierschicht, die die Schaltung bilden, bestimmt die Überlappung der Leiterplatte. Um ein Verziehen der Leiterplatte zu vermeiden, ist es notwendig, den Querschnitt der Leiterplatte beim Layout der Schichten symmetrisch und ausgewogen zu gestalten. Beispielsweise sollte bei einer achtschichtigen Leiterplatte die Dicke der zweiten und siebten Schicht ähnlich sein, um eine optimale Balance zu erreichen.

Die Signalebene sollte stets an die Ebene angrenzen, während die Leistungs- und die Qualitätsebene eng miteinander verbunden sind. Es empfiehlt sich, mehrere Masseebenen zu verwenden, da diese im Allgemeinen die Strahlung reduzieren und die Masseimpedanz senken.

● Schichtmaterialtyp
Die thermischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften jedes Substrats und ihre Wechselwirkung sind für die Auswahl der PCB-Laminatmaterialien von entscheidender Bedeutung.

Die Leiterplatte besteht üblicherweise aus einem starken Glasfasersubstratkern, der für Dicke und Steifigkeit der Leiterplatte sorgt. Einige flexible Leiterplatten können aus flexiblem Hochtemperaturkunststoff bestehen.

Die Oberflächenschicht besteht aus einer dünnen Kupferfolie, die auf der Platine befestigt ist. Auf beiden Seiten einer doppelseitigen Leiterplatte befindet sich Kupfer, und die Kupferdicke variiert je nach Anzahl der Schichten des Leiterplattenstapels.

Bedecken Sie die Oberseite der Kupferfolie mit einer Lötstoppmaske, damit die Kupferleiterbahnen Kontakt mit anderen Metallen haben. Dieses Material ist wichtig, um das Löten der Überbrückungsdrähte an der richtigen Stelle zu vermeiden.

Auf die Lötmaske wird eine Siebdruckschicht aufgetragen, um Symbole, Zahlen und Buchstaben hinzuzufügen, die die Montage erleichtern und dem Benutzer ein besseres Verständnis der Leiterplatte ermöglichen.

● Bestimmen Sie die Verdrahtung und die Durchgangslöcher
Designer sollten Hochgeschwindigkeitssignale auf der mittleren Schicht zwischen den Schichten verlegen. Dadurch kann die Massefläche eine Abschirmung bieten, die die bei hohen Geschwindigkeiten von der Schiene ausgehende Strahlung eindämmt.

Durch die Platzierung der Signalebene nahe der Ebenenebene kann der Rückstrom in die benachbarte Ebene fließen, wodurch die Induktivität des Rückwegs minimiert wird. Zwischen benachbarten Strom- und Masseebenen ist die Kapazität nicht ausreichend, um mit Standardkonstruktionstechniken eine Entkopplung unterhalb von 500 MHz zu gewährleisten.

● Abstand zwischen den Ebenen
Aufgrund der reduzierten Kapazität ist eine enge Kopplung zwischen der Signal- und der Stromrückführungsebene entscheidend. Auch die Strom- und Masseebenen sollten eng miteinander gekoppelt sein.

Die Signalschichten sollten immer nahe beieinander liegen, auch wenn sie sich in benachbarten Ebenen befinden. Eine enge Kopplung und ein enger Abstand zwischen den Schichten sind für unterbrechungsfreie Signale und die Gesamtfunktionalität unerlässlich.

um zusammenzufassen
Es gibt viele verschiedene mehrschichtige Leiterplattendesigns in der PCB-Stacking-Technologie. Bei mehreren Schichten muss ein dreidimensionaler Ansatz kombiniert werden, der die interne Struktur und das Oberflächenlayout berücksichtigt. Angesichts der hohen Betriebsgeschwindigkeiten moderner Schaltungen ist ein sorgfältiges PCB-Stacking-Design erforderlich, um die Verteilungsfähigkeiten zu verbessern und Störungen zu minimieren. Eine schlecht konstruierte Leiterplatte kann die Signalübertragung, die Herstellbarkeit, die Stromübertragung und die langfristige Zuverlässigkeit beeinträchtigen.