Многослойные печатные платы широко используются в электронных устройствах, поскольку они могут эффективно улучшить интеграцию схем и оптимизировать передачу сигналов. При настройке много-слойных печатных плат необходимо серьезно относиться ко многим мерам предосторожности, включая планирование конструкции, выбор материалов, производственные процессы и т. д., чтобы гарантировать, что настроенные много-слойные печатные платы соответствуют ожидаемым стандартам производительности. Далее мы подробно остановимся на мерах предосторожности при настройке многослойных печатных плат.
Многослойная настройка печатной платы
1. Планирование дизайна
(1) Уточнить функциональные требования к схеме.
Перед настройкой требуется всесторонний обзор функций схемы. Схема схемы и маршрутизация сигналов различных функциональных модулей различаются. Например, для высокоскоростных сигнальных цепей- важно учитывать проблемы целостности сигнала, а их проводка должна быть как можно более короткой и прямой, чтобы уменьшить задержку и потери передачи сигнала. Подобно линии передачи данных ЦП на материнской плате компьютера, поскольку она является высокоскоростной сигнальной цепью, при проектировании необходимо тщательно спланировать прокладку линии, чтобы избежать прокладки под прямым углом и отражения сигнала. Для цепей аналоговых сигналов больше внимания следует уделять конструкции, защищающей от-помех, и их следует разумно отделить от цепей цифровых сигналов, чтобы уменьшить взаимные помехи.
(2) Разумно планируйте количество этажей.
Чем больше слоев, тем лучше. Его необходимо всесторонне рассмотреть с учетом таких факторов, как сложность схемы, тип сигнала и стоимость. Если слоев слишком много, это не только увеличит производственные затраты, но также может вызвать такие проблемы, как короткое замыкание и обрыв цепи из-за увеличения сложности выравнивания между слоями. Например, для некоторых простых небольших электронных изделий, таких как платы умных браслетов, использование слишком большого количества слоев может значительно увеличить затраты и увеличить риск ошибок в производственном процессе. Вообще говоря, когда масштаб схемы невелик и сигнал относительно прост, 4-6 слоев может быть достаточно; Для сложных высокопроизводительных электронных изделий, таких как высокопроизводительные серверные материнские платы, может потребоваться 10 или даже более слоев.
(3) Планирование распределения сигнального уровня и уровня мощности.
Распределение сигнального уровня и уровня мощности оказывает существенное влияние на целостность сигнала и стабильность мощности. Обычно сигнальный слой должен прилегать к энергетическому или геологическому слою, чтобы обеспечить хорошую опорную плоскость и уменьшить помехи сигнала. Уровень мощности и геологический уровень могут быть установлены в среднем слое, а уровень сигнала может быть распределен на внешней стороне. При этом важно отметить, что высокоскоростной сигнальный слой должен плотно примыкать к пласту для снижения электромагнитных помех при передаче сигнала. Например, при проектировании материнской платы мобильного телефона плотное прикрепление слоя высокоскоростного радиочастотного сигнала к заземляющему слою может эффективно уменьшить искажения сигнала и улучшить качество связи телефона.
2, выбор материала
(1) Выбор подложки
Характеристики подложки напрямую связаны с электрическими, механическими и термостойкими свойствами печатной платы. Обычные подложки включают FR-4, материалы Роджерса и т. д. FR-4 имеет более низкую стоимость и подходит для большинства обычных электронных продуктов; Материалы Rogers обладают такими характеристиками, как низкая диэлектрическая проницаемость и низкие потери, и хорошо работают в сценариях высокочастотного применения, например, в печатных платах в оборудовании связи 5G. Если электронные изделия работают в условиях высоких температур, следует выбирать материалы с высокой ТГ, чтобы обеспечить стабильность печатных плат при высоких температурах. Например, печатная плата блока управления двигателем автомобиля требует использования материалов с высоким ТГ из-за высокой температуры рабочей среды.
(2) Выбор толщины медной фольги
Толщина медной фольги влияет на токовую нагрузку печатной платы. Для сильноточных цепей следует использовать более толстую медную фольгу, чтобы уменьшить сопротивление линии и минимизировать выделение тепла. Для силовых цепей в силовых модулях, если толщина медной фольги недостаточна, в цепи может возникнуть сильное возгорание из-за сильного нагрева при прохождении через нее высоких токов. Вообще говоря, для обычных сигнальных линий можно использовать 1–2 унции медной фольги, тогда как для сильноточных линий может потребоваться 3–4 унции или даже более толстая медная фольга.
3, стратегия проводки
(1) Контролируйте длину и ширину проводки.
Длина проводки должна быть максимально сокращена, особенно для высокоскоростной-сигнальной проводки. Длинная проводка приведет к увеличению задержки и потерь передачи сигнала. Например, при подключении высокоскоростных-интерфейсов USB слишком длинная маршрутизация может привести к нестабильной передаче данных и потере пакетов. Ширину проводки следует определять исходя из проходящего через нее тока. Для сильноточных линий следует использовать более широкую проводку, чтобы удовлетворить требованиям по токопроводимости. В то же время при выборе ширины проводки также необходимо учитывать ограничения процесса производства печатной платы, поскольку слишком тонкая проводка может вызвать такие проблемы, как разрывы цепи во время производственного процесса.
(2) Избегайте проводки под углом 90 градусов.
Маршрутизация под углом 90 градусов может вызвать отражение сигнала и разрыв импеданса, тем самым влияя на качество сигнала. Рекомендуется по возможности использовать метод трассировки с углом 45 градусов или дуговым переходом по окружности. В высокочастотных-цепях этот эффект более выражен. Например, при разводке радиочастотных цепей строгий отказ от прокладки под углом 90 градусов может эффективно уменьшить отражение сигнала и повысить эффективность передачи сигнала.
(3) Разумно расположенные сквозные отверстия
Переходные отверстия используются для соединения цепей разных слоев, но они могут привносить определенную паразитную емкость и индуктивность, что отрицательно влияет на высокоскоростные-сигналы. Поэтому на высокоскоростных-сигнальных линиях количество переходных отверстий должно быть сведено к минимуму. При этом необходимо разумно выбирать размер переходного отверстия. Если размер переходного отверстия слишком велик, оно займет слишком много места и повлияет на плотность проводки; Размер сквозного-отверстия слишком мал, что может усложнить сверление и затруднить обеспечение качества в процессе гальваники.
4. Коммуникация производственного процесса
(1) Уточнить требования к процессу у производителей.
Перед настройкой необходимо полностью связаться с производителем печатной платы, чтобы уточнить различные требования к процессу, такие как минимальная ширина и расстояние между линиями, минимальный размер переходного отверстия, точность межслойного выравнивания и т. д. Существуют различия в технологических возможностях разных производителей, и если технологические требования превышают возможности производителя, это может привести к проблемам с качеством продукции или невозможности производства. Например, некоторые производители могут добиться минимальной ширины линий и интервала всего 0,15 мм. Если проектное требование составляет 0,1 мм, оно не может удовлетворить производственные потребности.
(2) Понять производственный процесс и цикл.
Понимание производственного процесса и цикла печатных плат может помочь эффективно планировать ход разработки продукта. Производственный процесс включает в себя изготовление внутреннего слоя, ламинирование, сверление, гальванику, изготовление внешнего слоя, обработку поверхности и другие этапы, каждый из которых требует определенного количества времени. Например, типичный производственный цикл 4-слойной печатной платы может составлять 3-5 дней, тогда как производственный цикл многослойной высокоточной печатной платы может достигать 7–10 дней или даже дольше. При настройке необходимо заранее планировать время производства, исходя из таких факторов, как время запуска продукта.
(3) Подтвердите стандарты проверки качества.
Подтвердите стандарты тестирования качества у производителей, такие как стандарты тестирования внешнего вида, стандарты тестирования электрических характеристик и т. д. Общие методы обнаружения включают автоматический оптический контроль, тестирование летающей иглой, рентгеновский контроль и т. д. Путем установления четких стандартов тестирования можно гарантировать соответствие печатных плат требованиям качества. Например, для некоторых печатных плат-электронной продукции высокого класса требуется рентгеновский контроль, чтобы убедиться в надежности межслойных соединений и отсутствии внутренних дефектов.
5, контроль затрат
(1) Оптимизация конструкции для снижения затрат
Сократите затраты за счет оптимизированной конструкции и одновременного удовлетворения требований к производительности. Например, разумное уменьшение количества слоев, использование печатных плат стандартного размера и минимизация особых требований к процессу. Например, если можно оптимизировать компоновку схемы, чтобы уменьшить количество слоев в конструкции, которая изначально требовала 8 слоев, до 6, производственные затраты могут быть значительно снижены.
(2) Выберите подходящий производственный процесс.
Различные производственные процессы имеют разные затраты, и подходящие процессы необходимо выбирать в соответствии с требованиями к продукту. Например, в процессах обработки поверхности стоимость напыления олова относительно невелика, а стоимость осаждения золота относительно высока. Если к изделию предъявляются высокие требования к надежности сварки и позволяет стоимость, можно выбрать процесс иммерсионного золота; Если стоимость чувствительна, а требования к надежности сварки не особенно высоки, процесс напыления олова может оказаться более подходящим.
(3) Массовые закупки сокращают материальные затраты.
Если индивидуальное количество велико, можно договориться об оптовых закупках с поставщиками материалов, чтобы снизить затраты на материалы. В то же время переговоры о скидках с производителями печатных плат для массового производства могут эффективно снизить затраты. Например, одновременная покупка большого количества подложки и медной фольги позволяет получить определенную скидку на цену, тем самым снижая общую стоимость производства.