Návrh 10vrstvého vrstvení desek plošných spojů pro impedanci a roviny

Desetivrstvý systém je elektrická a výrobní architektura, nikoli seznam měděných vrstev oddělených nominální tloušťkou prepregu. Určuje, které signály mají spojité reference, jaká je k dispozici směrovací kapacita, kam je distribuováno napájení, jaká geometrie trasy je vyrobitelná a jak se panel chová během laminace. Protože deset měděných vrstev vytváří devět dielektrických mezer, zdánlivě malá změna v jedné mezeře může změnit impedanci, celkovou tloušťku a symetrii.

Níže uvedené příklady jsou spíše výchozími body pro návrh než pro postupné skládání z výroby. Konečné konstrukce jádra a prepregu, tloušťky lisovaných materiálů, měděné fólie a kontrolované geometrie musí být potvrzeny výrobcem. Použijte tuto stránku s materiálový průvodce a specifikace impedance.

Před výběrem dielektrické tloušťky vyberte architekturu vrstev

Začněte klasifikací návrhu: počet vysokorychlostních směrovacích kanálů, požadované napájecí roviny, hustota únikových kanálů BGA, citlivé analogové nebo RF sekce, struktura průchozích nebo HDI vrstev, konečná tloušťka a mechanická omezení. Cílem není maximalizovat vrstvy označené jako „signál“. Cílem je dát každé kritické trase použitelnou referenci, udržet zpětné cesty nepřetržité a zachovat dostatečnou plochu roviny pro distribuci napájení.

Směr směrování je druhotné rozhodnutí. Přiřazení „horizontálních“ a „vertikálních“ vrstev neopraví vrstvu se sousedícími vrstvami vysokorychlostního signálu a bez referenční roviny. Nejprve vyřešte strukturu pole a návratové cesty a poté přidělte preferované směry na základě umístění a přetížení.

Tři užitečné archetypy 10vrstvého stackupu

Samotný poměr nedokazuje, že vrstvená struktura je dobrá. Dvě uspořádání „6 signálů / 4 roviny“ se mohou chovat velmi odlišně v závislosti na umístění rovin. Pokud návrh potřebuje šest signálových vrstev, vyhraďte vrstvy sousedící s rovinou pro kritické sítě a na méně příznivý pár umístěte pomalejší, kratší nebo ortogonálně směrované signály.

Příklad 10 vrstev bohatých na referenční roviny

Následující pořadí vrstev je robustním koncepčním výchozím bodem pro pevnou desku se čtyřmi hlavními signálovými vrstvami. Je elektricky symetrické v kritických signálových prostředích a lze jej mechanicky symetrického dosáhnout zrcadlením dielektrických a měděných konstrukcí. Neuvádí univerzální dielektrické tloušťky ani šířky stop.

Toto uspořádání poskytuje oběma vnitřním signálovým vrstvám dva zemnící vodiče a udržuje každý vnější signál blízko země. Každá centrální napájecí rovina má vnější zemnící partner. Centrální rozteč L5-L6 lze zvolit pro celkovou tloušťku a mechanickou rovnováhu, aniž by byla zkreslena jako oddělovací pár napájení-zem.

Návrhy vyžadující více směrování mohou převést rovinu na signál, ale důsledky musí být explicitní. Například převedení L6 na signál odstraní širokou napájecí rovinu a vytvoří signálovou vrstvu sousedící s napájecí rovinou L5 a uzemněním L7. Kritické trasy na této vrstvě se musí vyhnout rozdělení L5 nebo být navrženy tak, aby odkazovaly převážně na L7.

Vytlačovací, měděné a impedanční uzavření

Tloušťka prepregu po laminaci se nerovná jeho nevytvrzené katalogové hodnotě. Tloušťka po lisování závisí na typu skla, obsahu pryskyřice, hustotě mědi, zpracování, lisovacím cyklu a místním toku pryskyřice. Výrobce by měl uvést očekávané vylisování pro přesnou konstrukci a uvést toleranci použitou v impedančním modelu.

Vnější měď je hotový rozměr

Vnější vrstvy začínají základní fólií a během pokovování otvorů a šablon získávají měď. Model s řízenou impedancí by měl používat hotový průřez stopy, včetně lichoběžníkového tvaru leptání. Vnitřní vrstvy jsou obvykle leptány z fólie bez stejného růstu při pokovování šablony, takže vnější a vnitřní stopa se stejným nominálním označením unce nemusí nutně sdílet stejnou geometrii.

Neuvolňujte šířky trasování před stohováním.

Výkres, který fixuje šířku 50 Ύ© a zároveň umožňuje dodavateli změnit dielektrickou konstrukci, vytváří rozpor. Buď zveřejněte přesné uspořádání a geometrii, nebo specifikujte cílovou impedanci a autorizujte výrobce k úpravě šířky/rozteče v rámci dohodnutých limitů. Jakákoli změna, která ovlivňuje vůli při trasování nebo zkosení párů, by měla být vrácena ke schválení zákazníkovi.

Použijte správné údaje o materiálech

Řešič pole by měl používat konstrukční nebo procesně kalibrovanou Dk, nikoliv jednotlivý záhlaví zkopírované z datového listu. Povrchové struktury by měly zahrnovat pájecí masku, pokud je přítomna. Analýza vysokorychlostních ztrát navíc vyžaduje Df, drsnost mědi a frekvenčně závislé chování; samotný výpočet impedance nekvalifikuje ztráty kanálu.

Integrita napájení, zpětné cesty a elektromagnetické rušení

Menší vzdálenost mezi signálem a referenčním bodem snižuje indukčnost smyčky a rozptyl pole, ale přesné zlepšení závisí na geometrii; nemělo by být inzerováno jako pevné snížení v dB. Páry rovin mohou poskytovat rozloženou kapacitu, ale jejich hodnota se řídí vztahem mezi rovnoběžnými deskami a skutečnou plochou překrytí. Tenké dielektrikum mezi napájecím a zemním vodičem může být užitečné, ale neodstraňuje diskrétní oddělení ani indukčnost pouzdra.

Udržujte vysokorychlostní referenční roviny spojité. Pokud napájecí rovina obsahuje více ostrovů, neumisťujte kritické trasy tam, kde by dominantní návratový proud musel překračovat hranici ostrova. Pokud se signálová vrstva nachází mezi napájením a zemí, rozhodněte se, která rovina je zamýšlenou referenční rovinou, a zajistěte, aby byla řízena alternativní cesta.

Ohradové desky přes hrany mohou pomoci s vybranými problémy s vysokofrekvenčními signály nebo proudy v krytu, ale univerzální pevná rozteč kolem každé digitální desky není nutná a může omezit směrování nebo způsobit perforaci roviny. Rozteč a zakončení desky by měly odpovídat nejvyšší frekvenci a strategii krytu, která je řízena.

Naplánujte zpětnou cestu při každém přechodu vrstev

Signální průchodka mění elektromagnetické pole z jedné struktury přenosového vedení na druhou. Pokud obě vrstvy trasy odkazují na zemní roviny, mohou blízké zemní průchodky tyto roviny propojit a zredukovat smyčku zpětné cesty, ale jejich počet a umístění by se měly řídit geometrií přechodu, nikoli univerzálním pravidlem vzdálenosti. Když se trasa mění mezi vrstvami odkazujícími na různé vodiče, například na jedné vrstvě je zem a na druhé napájecí rovina, zpětný proud potřebuje záměrnou přenosovou cestu. Tato cesta může využívat vhodně umístěný oddělovací kondenzátor mezi referenčními vodiči, jiné přiřazení vrstev nebo přepracovaný přechod, který udržuje oba segmenty odkazované na zem.

Výkres vrstvy by proto měl identifikovat zamýšlenou referenci pro každou řízenou vrstvu, nikoli pouze označit vrstvu jako „signál“. Pole průchodů, anti-pady a vzdálenosti mezi rovinami je nutné posuzovat společně, protože elektricky v pořádku uspořádání vrstev může být stále narušeno přechodem, který odstraňuje příliš mnoho blízké referenční mědi.

Symetrie, rovnováha mědi a riziko úklonu/zkroucení

Mechanická symetrie znamená více než jen přiřazení stejných názvů sítí podél středové čáry. Spárujte vnější hmotnosti mědi, dielektrické konstrukce a očekávané pokrytí mědí. Strana s vysoce hustými součástkami může mít mnohem více mědi než opačná strana, i když se nominální hmotnosti fólií shodují; může být nutné provést úpravu CAM nebo vybalancovat návrh.

Přijetí prohnutí a zkroucení se řídí příslušnou specifikací produktu a potřebami montáže. Osazování BGA s jemnou roztečí může vyžadovat menší rovinnost než obecný limit pro holou desku. Při kontrole vrstev by se proto měla zohlednit velikost panelu, obrys desky, rozložení mědi, výřezy, směs materiálů a metoda depanelizování, nikoli pouze symetrie vrstev.

Hybridní materiály, HDI a varianty Rigid-Flex

Hybridní nízkoztrátová konstrukce

Nízkoztrátový materiál lze lokalizovat kolem vybraných signálních vrstev, ale je nutné kvalifikovat přesné uspořádání jádra, prepregu nebo spojovací vrstvy. Nestanovujte univerzální prahovou hodnotu rozdílu CTE a předpokládejte kompatibilitu. Zkontrolujte tok pryskyřice, adhezi, vytvrzování, rozměrový pohyb, proces vrtání/odstraňování tmelu a spolehlivost pokoveného otvoru pro celý pár materiálů.

HDI nárůst

V desce 1+8+1, 2+6+2 nebo 3+4+3 popisuje notace vrstev rozložení vrstvy, nikoli samotný výrobní postup. Každá úroveň vrstvy zahrnuje zobrazování, laminaci, laserové vrtání, metalizaci a v případě potřeby vyplňování/planarizaci. Vrstvená struktura musí identifikovat každý rozsah mikropropustných otvorů, zakopaný otvor, průchozí otvor a pořadí, ve kterém jsou struktury formovány. Počítání lisovacích cyklů by mělo zahrnovat centrální subkompozit a každý následný otvor, s použitím terminologie definované dodavatelem.

Pevné-flexibilní stohování

Desetivrstvá tuho-flexibilní deska nemusí nutně nést všech deset vrstev skrz ohybovou zónu. Často pokračují pouze vybrané ohybové vrstvy, zatímco ostatní měděné vrstvy končí v tuhé oblasti. Návrh by měl identifikovat počet ohybových vrstev, bezlepkovou nebo lepenou konstrukci, krycí vrstvu, výztuhy, typ mědi, směr ohybu a statickou nebo dynamickou zátěž. IPC-2223 je konstrukční norma; výkon hotových ohybových a tuho-flexibilních desek je řešen normou IPC-6013.

Balíček Stackup Release a DFM Gate

Výrobní soustava by měla být kontrolována z hlediska revizí a měla by zahrnovat všech deset měděných vrstev, všech devět dielektrických mezer, jakost a konstrukci materiálu, označení jádra/prepregu, jmenovitou a toleranční tloušťku, typ a tloušťku mědi, tloušťku hotové desky, řízené struktury, rozpětí propojení a veškeré poznámky k postupné laminaci.

Dokončete tuto bránu před schválením trasy. Pracovní postup „konečné seskupení po odeslání Gerberu“ vynutí změny grafiky, kterým se lze vyhnout, a může zneplatnit simulaci načasování a kanálu. Odešlete konstrukci prostřednictvím Recenze DFM s tabulkou řízené impedance a kritickými předpoklady směrování.

Běžné chyby stackupu a jejich důsledky

Nesprávné počítání funkcí

Tabulka vrstev, která uvádí šest signálových vrstev, ale uvádí pouze čtyři, podkopává celou konstrukční logiku. Spočítejte funkce mědi přímo a ověřte referenční prostředí každého signálu.

Vynechání dielektrických mezer

Deset měděných vrstev vyžaduje devět dielektrických separací. Tabulka, která uvádí dielektrikum pouze „pod“ vybranými vrstvami, často vynechává nebo dvakrát počítá mezery a nemůže odpovídat konečné tloušťce.

Použití univerzálních šířek tras

Pevné rozměry 50 Ύ© nebo 100 Ύ© zkopírované z jiné konstrukce by se neměly zobrazovat jako pravidla připravená pro výrobu. Musí být přepočítány s použitím skutečného modelu lisovaného dielektrika, mědi a materiálu.

Nazývání dvou výkonových rovin oddělovacím párem

Rozložená kapacita roviny je užitečná mezi vodiči nesoucími opačný náboj, obvykle mezi napájecími a uzemňovacími vodiči. Dvě sousední napájecí roviny na různých kolejnicích nejsou obecnou náhradou za pár napájecí a uzemňovací vodiče a mohou způsobit vazbu mezi kolejnicemi.

Za předpokladu, že elektrické štítky vytvářejí mechanickou symetrii

Deformace závisí na materiálu, tloušťce a rozložení mědi. Zrcadlené názvy vrstev nestačí, pokud má jedna strana hustou měď a druhá řídké vedení.

Před vydáním rozvržení srovnejte konečnou tloušťku

Jmenovitá tloušťka desky je výsledkem všech devíti lisovaných dielektrických mezer, deseti měděných vrstev, příspěvku pokovování a měřicí konvence dodavatele. Jednoduchý součet katalogových jader a prepregů může být chybný, protože měď se zaliává do pryskyřice a vnější pokovování se přidává až po laminaci. Zveřejněný souhrnný výkres by měl ukazovat vypočítanou konečnou hodnotu a toleranci dodavatele a poté potvrdit, že požadavky na konektor, lisované uložení, okraje desky a kryt používají stejnou definici.

Tolerance tloušťky také mění impedanci a geometrii zadního vrtání. Konstrukce blízko limitu kontaktního rozsahu konektoru nebo okno s řízenou hloubkou vrtání může vyžadovat přísnější konstrukční kontrolu než běžná deska. Pokud je navržena tenčí deska pro zkrácení délky propojení, zkontrolujte tuhost, manipulaci se sestavou, deformaci a kompatibilitu konektoru, spíše než abyste tloušťku považovali pouze za elektrickou proměnnou.

Řízení revizí zásobníku

Každé schválené souvrství proveďte revizi a propojte výrobní výkres, tabulku impedance, simulační model a sadu pravidel rozvržení s touto revizí. Dodavatelem navržená změna jádra, prepregu, mědi nebo materiálu by měla vygenerovat červeně označené souvrství a identifikovat, které řízené geometrie se mění. Tím se zabrání tomu, aby zdánlivě drobná náhrada při nákupu tiše zneplatnila omezení trasy.

Efekty na úrovni panelu

Stejný obrys desky se může chovat odlišně, pokud je umístěn na jiném výrobním panelu. Jednotnost tloušťky a prohnutí/zkroucení může ovlivnit odlupování mědi, konstrukce kolejnic, umístění kupónů, zatížení lisem a směrování odlamovacích prvků. Pokud je rovinnost, řízená hloubka nebo impedanční vzorkování kritická, zahrňte panelizaci do prvního článku.

Speciální konstrukce z těžké mědi, rádiových a tepelných materiálů

Těžká měď se mění více než aktuální kapacita. Silná fólie vyžaduje větší leptací přídavek, ovlivňuje minimální stopy a prostor, zvyšuje spotřebu pryskyřice během laminace a může ztížit vyvážení mědi. Desetivrstvá deska s vybranými vrstvami pro silné výkony může vyžadovat konstrukce prepregů plněné pryskyřicí, stupňovitou měď nebo lokalizované sběrnicové struktury spíše než rovnoměrně těžkou měď na každé vrstvě. Dodavatel by měl poskytnout dosažitelnou geometrii pro přesnou tloušťku mědi a velikost panelu.

VF vrstvy lze umístit na vnější stranu nebo uvnitř hybridního souvrství v závislosti na přístupu k vypouštění, stínění a zpracování materiálu. Řízené VF struktury mohou ve vybraných aplikacích vyžadovat koplanární uzemnění, pomocí plotů, pokovování dutin nebo hran a povrchovou úpravu bez obsahu niklu. Tyto vlastnosti by měly být považovány za specifický návrh distribuovaných obvodů; relevantní může být IPC-2228 a procesní pokyny vybraného dodavatele materiálu. Neměly by být redukovány na „použití Rogersova filtru na L1“.

Vložené měděné mince, tepelné vložky a kovové rozvaděče tepla vytvářejí lokální omezení tloušťky, pokovování a laminace. Jejich rozhraní, izolace, rovinnost a tepelná cesta musí být definovány před uvolněním vrstvy. Tepelný prvek může narušit impedanci v okolí nebo deformaci, pokud je přidán po trasování. Koordinujte tepelný model, mechanický výkres a pořadí elektrických vrstev do jednoho návrhu.

Pro jakoukoli speciální konstrukci si vyžádejte výkres průřezu a odpověď DFM specifickou pro daný proces. Obecná tabulka deseti vrstev by neměla znamenat, že každou možnost s těžkou mědí, RF, flexibilní a zabudovanou tepelnou izolací lze kombinovat bez kvalifikace projektu.

Řízení změn stackupu po zahájení rozvržení

Jakmile jsou pravidla směrování, cílové hodnoty zpoždění a modely kanálů propojeny se schváleným stackupem, je změna materiálu nebo konstrukce spíše technickou změnou než náhradou za nákup. Změny konstrukce jádra nebo prepregu, obsahu pryskyřice, měděné fólie, povrchové úpravy mědi, pájecí masky, rozpětí propojení nebo sekvence laminace mohou ovlivnit více než jedno konstrukční omezení současně.

Pokud je při pořizování zapotřebí alternativní dielektrická tloušťka, proveďte znovu elektrické i mechanické kontroly. Změna jednoho prepregu může změnit šířku stop, rozteč párů, zpoždění šíření, celkovou tloušťku a vyvážení pryskyřice. Revidovaný výkres by měl identifikovat novou konstrukci, nikoli zachovat staré číslo revize. Tato disciplína je obzvláště důležitá, když se souprava opakovaně používá u několika produktů nebo výrobních závodů.

Kontrolní seznam pro schválení stackupu

Sada prvků je připravena k vydání rozvržení, jakmile je sladěna elektrická architektura a konstrukce vyrobitelných materiálů. Schvalovací balíček by měl zobrazovat všech deset měděných vrstev a všech devět dielektrických mezer, identifikovat referenční rovinu pro každou vrstvu řízeného signálu a uzavřít výpočet konečné tloušťky s použitím lisovaných, nikoli katalogových dielektrických hodnot.

• Potvrďte funkce vrstev, kontinuitu referencí a segmentaci výkonové roviny.
• V případě potřeby vyvažte dielektrickou konstrukci, rozložení mědi a speciální materiály kolem mechanického středu.
• Určete přesné možnosti jádra, prepregu, obsahu pryskyřice a měděné fólie použité v modelech impedance a ztrát.
• Před konečným číslováním vyřešte sublaminace HDI, zapuštěné prostupy, flexibilní přechody a spoje hybridních materiálů.
• Vraťte výrobní šířky, párové mezery a konečnou tloušťku ke schválení.
• Uzamkněte revizi stackupu před finalizací omezení směrování a pravidel pro porovnávání zpoždění.

Užitečný výkres skládaného materiálu slouží jak jako hranice elektrického modelu, tak jako jako výrobní instrukce. Pokud nedokáže vysvětlit zpětnou cestu, celkovou tloušťku, konstrukci mědi a pořadí laminace, není připraven k vydání.