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设计多层板时的重要注意事项

  时必须遵循的各种标准外,还有其他一些重要的考虑因素适用于设计过程。除非首先对进行适当的设计,否则最终会出现问题。这些注意事项虽然不完整,但可以总结如下:

  这是设计多层板中最重要的步骤。随着电路板成本的增加与层数成正比,在开始时指定堆叠非常重要,因为这定义了PCB的最佳层数。这也有助于设计者/工程师在各个层上建立特征阻抗。在实际实践中,定义PCB叠层/层数通常是在制造过程中做出的折衷,设计者/工程师便会通过这些过程来实现所需的可靠性,成本目标和良率。为了使设计人员了解PCB的堆叠方式,有必要让他们知道制造商如何构建多层PCB。

  所有多层板均由面板形式的芯,预浸料和铜箔组成。核心本质上是双面PCB。它由两面预先粘合有铜箔的刚性基础层压板组成。制造多层PCB时,制造商应在芯的每一侧放置一层或多层预浸料,然后每层再铺一层铜箔。

  在实践中,设计人员从计算机上的PCB设计软件生成Gerber文件,每层具有一组图案,而钻取文件则包含该层中所有孔的详细信息。制造商首先对芯埋孔(如果需要)进行钻孔,然后对其进行电镀。下一步涉及根据最内层的图案进行图像转印,并在芯的两侧蚀刻铜箔。通常对铜图案进行化学涂层处理,以使其适合于与后续层的粘合。

  预浸料是用未固化的树脂对玻璃纤维布进行预浸(预浸)而形成的。对于额外的层,PCB制造商使用压力和热量将铜箔和预浸料片粘合到成品芯上。该过程将预浸料中的树脂固化,同时将面板粘合在一起。然后,使用深度控制的钻孔机在构建体两侧的铜箔上钻孔以形成盲孔,然后对孔进行电镀。然后将两层的铜图案图像转移到面板上,并对侧面进行蚀刻。对所有后续层重复此过程。

  一旦电路板的所有层都建立起来,最外面的铜层也将接受相同的钻孔处理,包括盲孔和通孔,电镀,图像转印以及后续蚀刻。在最外层上应用了绿色掩模,以防止在焊接过程中发生意外短路,而丝网印刷的应用有助于组件的安装。然后,根据客户要求对所有裸露的可焊铜焊盘进行抛光处理。最后,布线机将各个板与面板分开,并将PCB切割成所需的形状和尺寸。

  在PCB上有多层时,它们之间必须有某种连接方式。设计人员使用各种类型的镀通孔来互连多层和组件上的电路。通常,这些是直通,埋入,盲孔和微型通孔,并且每个都有自己的功能。顾名思义,通孔提供了一种用于安装带引线组件的方法。这些孔贯穿整个堆栈,并将最顶层的电路连接到底层的电路,并将其连接到中间的任何其他层。

  在PCB的两个表面上都看不到埋孔,因为它们主要连接除顶层和底层之外的内层电路。盲孔将最外层的电路连接到任何内层的电路。因此,盲孔仅在最外层的任何一层上可见。

  诸如球栅阵列(BGA)等高度集成的封装的推出,以及现代电子产品轮廓的缩小,也减少了PCB的可用空间。为了在有限的空间内封装更多电路,设计人员现在使用微通孔。这些是直径极小的通孔,通常被放置在焊盘和走线上,从而为设计人员提供了更多空间来布线。放置在焊盘或走线上的通孔是电镀的,通常用铜填充和覆盖。

  设计人员应确保选择的过孔具有所需的载流能力。他们可以并联其他通孔以建立必要的大电流路径。

  设计人员必须确保有可能在当今非常普遍的高引脚数集成电路上进行信号分配和布线,因为这也会影响PCB的堆叠。这可能需要大量使用深入堆栈中的微通孔和焊盘内通孔。定义堆栈后,设计人员必须决定要用于电路板的布线策略-基于层的分组,传统的East,West,North和South或混合样式。

  这是设计好的PCB的重要部分。工程师通常会考虑诸如轨道长度,特性阻抗以及信号在它们上的上升和下降时间之类的问题。他或她还将考虑驾驶员的驱动力以及由于终止而导致的压摆率。为了确保最佳性能,布局前和布局后信号完整性仿真非常有用,对串扰预算的考虑也是如此。

  现代高性能设备,尤其是ASIC和FPGA,通常在低电压下工作,但需要大电流。因此,对配电网络及其在多层板上的静态和动态性能的考虑具有更大的意义,并且在堆叠中定义电源层和接地层对于表征这种性能很重要。电源层和接地层相对于信号层的放置也会影响信号的完整性,特别是对于携带高频或高速信号的走线而言。

  以上内容并不一定涵盖所有类型的多层PCB设计的所有方面,而仅是提供一个良好起点的最重要的多层PCB。例如,用于电源电路的多层PCB的设计人员必须考虑更宽的走线,以承受更高的电流,将内层用作控制接地,并使电源和控制接地保持分开。

  同样,用于混合信号电路的多层板的设计人员必须考虑保护模拟接地免受噪声影响,并使数字接地与模拟接地分开。

  最后,多层PCB设计人员应考虑两个非常重要的方面。首先,他们应该与具有该领域公认能力的PCB制造商合作。其次,设计人员应与PCB供应商保持联系,以确保他们提出的设计是可制造的。

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