除了大多數(shù)印刷電路板(PCB)設(shè)計(jì)軟件提供的常規(guī)設(shè)計(jì)規(guī)則檢查(DRC)以及設(shè)計(jì)PCB時必須遵循的各種標(biāo)準(zhǔn)外,還有其他一些重要的考慮因素適用于設(shè)計(jì)過程。除非首先對PCB進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì),否則最終會出現(xiàn)問題。這些注意事項(xiàng)雖然不完整,但可以總結(jié)如下:
l定義PCB疊層
l介紹合適的通孔類型
l制定突圍策略
l檢查信號完整性
l檢查電源完整性
定義PCB疊層
這是設(shè)計(jì)多層板中最重要的步驟。隨著電路板成本的增加與層數(shù)成正比,在開始時指定堆疊非常重要,因?yàn)檫@定義了PCB的最佳層數(shù)。這也有助于設(shè)計(jì)者/工程師在各個層上建立特征阻抗。在實(shí)際實(shí)踐中,定義PCB疊層/層數(shù)通常是在制造過程中做出的折衷,設(shè)計(jì)者/工程師便會通過這些過程來實(shí)現(xiàn)所需的可靠性,成本目標(biāo)和良率。為了使設(shè)計(jì)人員了解PCB的堆疊方式,有必要讓他們知道制造商如何構(gòu)建多層PCB。
所有多層板均由面板形式的芯,預(yù)浸料和銅箔組成。核心本質(zhì)上是雙面PCB。它由兩面預(yù)先粘合有銅箔的剛性基礎(chǔ)層壓板組成。制造多層PCB時,制造商應(yīng)在芯的每一側(cè)放置一層或多層預(yù)浸料,然后每層再鋪一層銅箔。
在實(shí)踐中,設(shè)計(jì)人員從計(jì)算機(jī)上的PCB設(shè)計(jì)軟件生成Gerber文件,每層具有一組圖案,而鉆取文件則包含該層中所有孔的詳細(xì)信息。制造商首先對芯埋孔(如果需要)進(jìn)行鉆孔,然后對其進(jìn)行電鍍。下一步涉及根據(jù)最內(nèi)層的圖案進(jìn)行圖像轉(zhuǎn)印,并在芯的兩側(cè)蝕刻銅箔。通常對銅圖案進(jìn)行化學(xué)涂層處理,以使其適合于與后續(xù)層的粘合。
預(yù)浸料是用未固化的樹脂對玻璃纖維布進(jìn)行預(yù)浸(預(yù)浸)而形成的。對于額外的層,PCB制造商使用壓力和熱量將銅箔和預(yù)浸料片粘合到成品芯上。該過程將預(yù)浸料中的樹脂固化,同時將面板粘合在一起。然后,使用深度控制的鉆孔機(jī)在構(gòu)建體兩側(cè)的銅箔上鉆孔以形成盲孔,然后對孔進(jìn)行電鍍。然后將兩層的銅圖案圖像轉(zhuǎn)移到面板上,并對側(cè)面進(jìn)行蝕刻。對所有后續(xù)層重復(fù)此過程。
一旦電路板的所有層都建立起來,最外面的銅層也將接受相同的鉆孔處理,包括盲孔和通孔,電鍍,圖像轉(zhuǎn)印以及后續(xù)蝕刻。在最外層上應(yīng)用了綠色掩模,以防止在焊接過程中發(fā)生意外短路,而絲網(wǎng)印刷的應(yīng)用有助于組件的安裝。然后,根據(jù)客戶要求對所有裸露的可焊銅焊盤進(jìn)行拋光處理。最后,布線機(jī)將各個板與面板分開,并將PCB切割成所需的形狀和尺寸。
介紹合適的通孔類型
在PCB上有多層時,它們之間必須有某種連接方式。設(shè)計(jì)人員使用各種類型的鍍通孔來互連多層和組件上的電路。通常,這些是直通,埋入,盲孔和微型通孔,并且每個都有自己的功能。顧名思義,通孔提供了一種用于安裝帶引線組件的方法。這些孔貫穿整個堆棧,并將最頂層的電路連接到底層的電路,并將其連接到中間的任何其他層。
在PCB的兩個表面上都看不到埋孔,因?yàn)樗鼈冎饕B接除頂層和底層之外的內(nèi)層電路。盲孔將最外層的電路連接到任何內(nèi)層的電路。因此,盲孔僅在最外層的任何一層上可見。
諸如球柵陣列(BGA)等高度集成的封裝的推出,以及現(xiàn)代電子產(chǎn)品輪廓的縮小,也減少了PCB的可用空間。為了在有限的空間內(nèi)封裝更多電路,設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在使用微通孔。這些是直徑極小的通孔,通常被放置在焊盤和走線上,從而為設(shè)計(jì)人員提供了更多空間來布線。放置在焊盤或走線上的通孔是電鍍的,通常用銅填充和覆蓋。
設(shè)計(jì)人員應(yīng)確保選擇的過孔具有所需的載流能力。他們可以并聯(lián)其他通孔以建立必要的大電流路徑。
制定突圍策略
設(shè)計(jì)人員必須確保有可能在當(dāng)今非常普遍的高引腳數(shù)集成電路上進(jìn)行信號分配和布線,因?yàn)檫@也會影響PCB的堆疊。這可能需要大量使用深入堆棧中的微通孔和焊盤內(nèi)通孔。定義堆棧后,設(shè)計(jì)人員必須決定要用于電路板的布線策略-基于層的分組,傳統(tǒng)的East,West,North和South或混合樣式。
檢查信號完整性
這是設(shè)計(jì)好的PCB的重要部分。工程師通常會考慮諸如軌道長度,特性阻抗以及信號在它們上的上升和下降時間之類的問題。他或她還將考慮駕駛員的驅(qū)動力以及由于終止而導(dǎo)致的壓擺率。為了確保最佳性能,布局前和布局后信號完整性仿真非常有用,對串?dāng)_預(yù)算的考慮也是如此。
檢查電源完整性
現(xiàn)代高性能設(shè)備,尤其是ASIC和FPGA,通常在低電壓下工作,但需要大電流。因此,對配電網(wǎng)絡(luò)及其在多層板上的靜態(tài)和動態(tài)性能的考慮具有更大的意義,并且在堆疊中定義電源層和接地層對于表征這種性能很重要。電源層和接地層相對于信號層的放置也會影響信號的完整性,特別是對于攜帶高頻或高速信號的走線而言。
結(jié)論
以上內(nèi)容并不一定涵蓋所有類型的多層PCB設(shè)計(jì)的所有方面,而僅是提供一個良好起點(diǎn)的最重要的多層PCB。例如,用于電源電路的多層PCB的設(shè)計(jì)人員必須考慮更寬的走線,以承受更高的電流,將內(nèi)層用作控制接地,并使電源和控制接地保持分開。
同樣,用于混合信號電路的多層板的設(shè)計(jì)人員必須考慮保護(hù)模擬接地免受噪聲影響,并使數(shù)字接地與模擬接地分開。
最后,多層PCB設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮兩個非常重要的方面。首先,他們應(yīng)該與具有該領(lǐng)域公認(rèn)能力的PCB制造商合作。其次,設(shè)計(jì)人員應(yīng)與PCB供應(yīng)商保持聯(lián)系,以確保他們提出的設(shè)計(jì)是可制造的。
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