10-lags PCB-stablingsdesign til impedans og planer

En ti-lags stakup er en elektrisk og produktionsmæssig arkitektur, ikke en liste over kobberlag adskilt af nominelle prepreg-tykkelser. Den bestemmer, hvilke signaler der har kontinuerlige referencer, hvor meget routingkapacitet der er tilgængelig, hvor strømmen fordeles, hvilken sporgeometri der kan fremstilles, og hvordan panelet opfører sig under laminering. Fordi ti kobberlag skaber ni dielektriske gab, kan en tilsyneladende lille ændring i ét gab ændre impedans, samlet tykkelse og symmetri.

Eksemplerne nedenfor er designudgangspunkter snarere end fabrikations-frigivelsesstabler. Endelige kerne- og prepreg-konstruktioner, pressede tykkelser, kobberfolier og kontrollerede geometrier skal bekræftes af producenten. Brug denne side med materialevejledningen og impedansspecifikationen.

Vælg en lagarkitektur før du vælger dielektrisk tykkelse

Start med at klassificere designet: antal højhastigheds-routingkanaler, nødvendige effektplaner, BGA-undslipstæthed, følsomme analoge eller RF-sektioner, through-via eller HDI-struktur, færdig tykkelse og mekaniske begrænsninger. Målet er ikke at maksimere lag mærket "signal". Målet er at give hver kritisk rute en brugbar reference, holde returveje kontinuerlige og bevare tilstrækkeligt planareal til effektfordeling.

Rutningsretning er en sekundær beslutning. Tildeling af "horisontale" og "vertikale" lag reparerer ikke en stakning med tilstødende højhastighedssignallag og intet referenceplan. Opløs først felt- og returvejsstrukturen, og alloker derefter foretrukne retninger baseret på placering og overbelastning.

Tre nyttige 10-lags stackup-arketyper

Forholdet alene beviser ikke, at en stackup er god. To "6 signal / 4 plan"-arrangementer kan opføre sig meget forskelligt afhængigt af, hvor planerne er placeret. Hvis et design har brug for seks signallag, skal de plantilstødende lag reserveres til kritiske net, og langsommere, kortere eller ortogonalt rutede signaler skal placeres på det mindre gunstige par.

Et eksempel på et referenceplanrigt 10-lags system

Den følgende lagrækkefølge er et robust konceptuelt udgangspunkt for et stift printkort med fire primære signallag. Det er elektrisk symmetrisk i de kritiske signalmiljøer og kan gøres mekanisk symmetrisk ved at spejle dielektriske og kobberkonstruktioner. Det offentliggør ikke universelle dielektriske tykkelser eller sporbredder.

Dette arrangement giver begge de indre signallag to jordreferencer og holder hvert ydre signal tæt på jorden. Hvert centralt effektplan har en udadgående jordpartner. Den centrale L5-L6-afstand kan vælges for total tykkelse og mekanisk balance uden at blive misrepræsenteret som et effekt-jord-afkoblingspar.

Design, der kræver mere routing, kan konvertere et plan til signal, men konsekvenserne skal være eksplicitte. For eksempel fjerner konvertering af L6 til signal et bredt effektplan og skaber et signallag ved siden af ​​L5 effekt og L7 jord. Kritiske ruter på dette lag skal undgå L5-opdelinger eller være designet til overvejende at referere til L7.

Press-Out, kobber- og impedanslukning

Prepreg-tykkelsen efter laminering er ikke lig med dens uhærdede katalogværdi. Pressetykkelsen afhænger af glastypen, harpiksindholdet, kobberdensiteten, behandlingen, pressecyklussen og den lokale harpiksstrømning. Fabrikanten skal angive den forventede presning for den nøjagtige konstruktion og angive den anvendte tolerance i impedansmodellen.

Ydre kobber er en færdig dimension

De ydre lag begynder med basisfolie og får kobber under hul- og mønsterbelægning. Modellen med kontrolleret impedans bør bruge det færdige sportværsnit, inklusive trapezformet ætsningsform. De indre lag ætses normalt fra folie uden samme mønsterbelægningsvækst, så et ydre og et indre spor med samme nominelle ounce-betegnelse deler ikke nødvendigvis den samme geometri.

Frigiv ikke sporbredder før stablingen

En tegning, der fastsætter 50 Ω ved en bestemt bredde, samtidig med at leverandøren tillader at ændre den dielektriske konstruktion, skaber en modsigelse. Enten skal den nøjagtige opdeling og geometri frigives, eller impedansmålet angives, og producenten bemyndiges til at justere bredde/afstand inden for de aftalte grænser. Enhver ændring, der påvirker routingafstand eller parskævhed, skal returneres til kundens godkendelse.

Brug de korrekte materialedata

Feltløseren bør bruge konstruktionsspecifik eller proceskalibreret Dk, ikke en enkeltfamilieoverskrift kopieret fra et datablad. Overfladestrukturer bør inkludere en loddemaske, hvor den er til stede. Højhastighedstabsanalyse kræver desuden Df, kobberruhed og frekvensafhængig adfærd; impedansberegningen alene kvalificerer ikke kanaltab.

Strømintegritet, returveje og EMI

Kortere signal-til-reference-afstand reducerer loopinduktans og feltspredning, men den præcise forbedring er geometriafhængig; den bør ikke markedsføres som en fast dB-reduktion. Plane par kan give distribueret kapacitans, men deres værdi følger parallelpladeforholdet og det faktiske overlapningsområde. Et tyndt effekt-jord dielektrikum kan være nyttigt, men det eliminerer ikke diskret afkobling eller pakkeinduktans.

Hold højhastighedsreferenceplaner kontinuerlige. Når et effektplan indeholder flere øer, må kritiske ruter ikke placeres, hvor den dominerende returstrøm skal krydse en ø-grænse. Hvis et signallag er mellem effekt og jord, skal det besluttes, hvilket plan der er den tilsigtede reference, og det skal sikres, at den alternative rute styres.

Kant via hegn kan afhjælpe udvalgte RF- eller kabinetstrømsproblemer, men en universel fast pitch omkring hvert digitalkort er unødvendig og kan reducere routing eller skabe planperforering. Hegnspitch og terminering bør følge den højeste frekvens og kabinetstrategi, der kontrolleres.

Planlæg returruten ved hver lagovergang

En signalvia ændrer det elektromagnetiske felt fra én transmissionslinjestruktur til en anden. Når begge routinglag refererer til jordplaner, kan nærliggende jordvias forbinde disse planer og reducere returvejsløjfen, men deres antal og placering bør følge overgangsgeometrien snarere end en universel afstandsregel. Når en rute ændrer sig mellem lag, der refererer til forskellige ledere, såsom jord på ét lag og et effektplan på et andet, har returstrømmen brug for en bevidst overførselsvej. Denne vej kan bruge en passende placeret afkoblingskondensator mellem referencelederne, en anden lagtildeling eller en redesignet overgang, der holder begge segmenter refereret til jord.

Stablingstegningen bør derfor identificere den tilsigtede reference for hvert kontrolleret lag, ikke blot mærke et lag som "signal". Via-felter, anti-pads og planafstande skal gennemgås samlet, fordi en elektrisk sund lagorden stadig kan undermineres af en overgang, der fjerner for meget nærliggende referencekobber.

Symmetri, kobberbalance og risiko for bue/vridning

Mekanisk symmetri betyder mere end at tildele de samme netnavne på tværs af centerlinjen. Kombiner de ydre kobbervægte, dielektriske konstruktioner og forventet kobberdækning. En komponentside med høj densitet kan have meget mere kobber end den modsatte side, selv når de nominelle folievægte matcher; CAM-tyveri eller designbalancering kan være nødvendig.

Accept af bøjning og vridning afhænger af den gældende produktspecifikation og samlingsbehov. Fin-pitch BGA-samling kan kræve en strammere planhed end en generisk grænse for bare-board. Stackup-gennemgangen bør derfor tage højde for panelstørrelse, printkortomrids, kobberfordeling, udskæringer, materialeblanding og depaneliseringsmetode, ikke kun lagsymmetri.

Hybridmaterialer, HDI og Rigid-Flex-varianter

Hybrid lavtabskonstruktion

Materiale med lavt tab kan lokaliseres omkring udvalgte signallag, men den nøjagtige kerne-, prepreg- eller bondply-arrangement skal kvalificeres. Undlad at pålægge en universel CTE-forskelstærskel og antag kompatibilitet. Gennemgå harpiksens flydeevne, vedhæftning, hærdning, dimensionsbevægelse, bore-/afsmøringsproces og pålidelighed af belagte huller for det komplette materialepar.

HDI-opbygning

I et 1+8+1, 2+6+2 eller 3+4+3-kort beskriver lagnotationen opbygningsfordelingen, ikke hele fremstillingsruten i sig selv. Hvert opbygningsniveau tilføjer billeddannelse, laminering, laserboring, metallisering og, hvor det er nødvendigt, fyldning/planarisering. Stakkuppen skal identificere hvert mikrovia-spænd, nedgravet via, gennemgående via og den rækkefølge, hvori strukturerne dannes. Pressecyklusoptælling bør omfatte den centrale delkomposit og hver sekventiel opbygning ved hjælp af leverandørens definerede terminologi.

Stiv-fleksibel stackup

Et ti-lags stift-fleksibelt bræt bærer ikke nødvendigvis alle ti lag gennem bøjningszonen. Ofte fortsætter kun udvalgte fleksible lag, mens andre kobberlag afsluttes i det stive område. Designet bør identificere antallet af fleksible lag, klæbefri eller klæbende konstruktion, dæklag, afstivninger, kobbertype, bøjningsretning og statisk eller dynamisk belastning. IPC-2223 er en designstandard; ydeevnen for færdige fleksible og stift-fleksible brætter er dækket af IPC-6013.

Stackup Release-pakke og DFM-gate

En produktionsstacking bør være revisionskontrolleret og omfatte alle ti kobberlag, alle ni dielektriske gab, materialekvalitet og -konstruktion, kerne-/prepreg-betegnelse, nominel og tolerancetykkelse, kobbertype og -tykkelse, færdig pladetykkelse, kontrollerede strukturer, via-spænd og eventuelle noter om sekventiel laminering.

Færdiggør denne gate før routing-godkendelse. En "endelig stackup efter Gerber-indsendelse"-workflow fremtvinger undgåelige ændringer i artwork og kan ugyldiggøre timing- og kanalsimulering. Indsend konstruktionen via DFM-gennemgangen med tabellen over kontrolleret impedans og kritiske routing-antagelser.

Almindelige stackup-fejl og deres konsekvenser

Tæller funktioner forkert

En lagtabel, der hævder seks signallag, men kun viser fire signallag, underminerer hele designrationalet. Tæl kobberfunktioner direkte, og verificer hvert signals referencemiljø.

Udeladelse af dielektriske huller

Ti kobberlag kræver ni dielektriske separationer. En tabel, der kun viser dielektriske lag "under" udvalgte lag, udelader eller tæller ofte huller dobbelt og kan ikke stemme overens med den færdige tykkelse.

Brug af universelle sporbredder

Faste 50 Ω eller 100 Ω dimensioner kopieret fra en anden konstruktion bør ikke fremstå som fabrikationsklare regler. De skal genberegnes med den faktiske pressede dielektriske, kobber- og materialemodel.

At kalde to potensplaner et afkoblingspar

Distribueret plankapacitans er nyttig mellem ledere med modsat ladning, typisk effekt og jord. To tilstødende effektplaner på forskellige skinner er ikke en generel erstatning for et effekt-jord-par og kan introducere kobling mellem skinner.

Antages det, at elektriske etiketter skaber mekanisk symmetri

Vridning afhænger af materiale, tykkelse og kobberfordeling. Spejlvendte lagnavne er ikke nok, hvis den ene side har tæt kobber og den anden har sparsom routing.

Afstem den færdige tykkelse før layoutfrigivelse

Den nominelle pladetykkelse er resultatet af alle ni pressede dielektriske mellemrum, ti kobberlag, pletteringsbidrag og leverandørens målekonvention. En simpel sum af katalogkerner og prepregs kan være forkert, fordi kobber bliver indlejret i harpiksen, og ydre plettering tilføjes efter laminering. Den frigivne opsamling skal vise leverandørens beregnede færdige værdi og tolerance og derefter bekræfte, at kravene til stik, prespasning, kortkant og kabinet bruger den samme definition.

Tykkelsestolerance ændrer også impedans og bagboringsgeometri. Et design nær grænsen for en konnektors kontaktområde eller et borevindue med kontrolleret dybde kan kræve strammere konstruktionskontrol end et almindeligt kort. Hvis et tyndere kort foreslås for at reducere via længden, skal stivhed, monteringshåndtering, vridning og konnektorkompatibilitet kontrolleres i stedet for kun at behandle tykkelse som en elektrisk variabel.

Stackup-revisionskontrol

Giv hver godkendt stackup en revision, og forbind fabrikationstegningen, impedansskemaet, simuleringsmodellen og layoutregelsættet til den revision. En leverandørforeslået ændring i kerne, prepreg, kobber eller materiale bør generere en redlinet stackup og identificere, hvilke kontrollerede geometrier der ændres. Dette forhindrer, at en tilsyneladende mindre indkøbssubstitution lydløst ugyldiggør routingbegrænsninger.

Effekter på panelniveau

Den samme printplades omrids kan opføre sig forskelligt, når den placeres på et andet produktionspanel. Kobbertyveri, skinnedesign, placering af kuponer, pressebelastning og routing af brudelementer kan påvirke tykkelsens ensartethed og bøjning/vridning. Inkluder panelering i den første artikelgennemgang, når fladhed, kontrolleret dybde eller impedansprøvetagning er kritisk.

Tung kobber-, RF- og termiske specialkonstruktioner

Tungt kobber ændrer sig mere end den nuværende kapacitet. Tyk folie kræver større ætsetillæg, påvirker minimumsspor og plads, øger harpiksbehovet under laminering og kan gøre kobberbalancen vanskeligere. Et ti-lags kort med udvalgte tunge lag kan have brug for harpiksfyldte prepreg-konstruktioner, trindelt kobber eller lokaliserede busstrukturer i stedet for ensartet tungt kobber på hvert lag. Leverandøren bør levere opnåelig geometri for den nøjagtige kobbertykkelse og panelstørrelse.

RF-lag kan placeres på ydersiden eller i en hybridopstilling afhængigt af adgang til opsendelse, afskærmning og materialebehandling. Kontrollerede RF-strukturer kan kræve koplanær jord, via hegn, hulrums- eller kantbelægning og en nikkelfri finish i udvalgte applikationer. Disse funktioner bør behandles som et specifikt distribueret kredsløbsdesign; IPC-2228 og den valgte materialeleverandørs procesvejledning kan være relevante. De bør ikke reduceres til "brug af speciallaminat med lavt tab på L1".

Indlejrede kobbermønter, termiske indlæg og metalvarmespredere skaber lokale begrænsninger for tykkelse, plettering og laminering. Deres grænseflader, isolering, planaritet og termiske bane skal defineres, før stackup'en frigives. En termisk funktion kan forstyrre nærliggende impedans eller vridning, hvis den tilføjes efter routing. Koordiner den termiske model, mekaniske tegning og den elektriske lagrækkefølge som ét design.

For enhver specialkonstruktion, anmod om en tværsnitstegning og processpecifik DFM-svar. Den generelle ti-lags kapacitetstabel bør ikke antyde, at alle tungkobber-, RF-, flex- og indlejret termisk muligheder kan kombineres uden en projektkvalificering.

Ændringskontrol for stakning efter layoutstart

Når routingregler, forsinkelsesmål og kanalmodeller er blevet knyttet til en godkendt stakup, er en materiale- eller konstruktionsændring en teknisk ændring snarere end en indkøbssubstitution. Ændringer i kerne- eller prepreg-konstruktion, harpiksindhold, kobberfolie, færdigbehandlet kobber, loddemaske, via-spændvidde eller lamineringssekvens kan påvirke mere end én designbegrænsning på samme tid.

Når indkøb kræver en alternativ dielektrisk tykkelse, skal både den elektriske og den mekaniske kontrol gentages. Ændring af én prepreg kan ændre sporbredde, parafstand, udbredelsesforsinkelse, samlet tykkelse og harpiksbalance. Den reviderede tegning bør identificere den nye konstruktion i stedet for at bevare det gamle revisionsnummer. Denne disciplin er især vigtig, når en stackup genbruges på tværs af flere produkter eller produktionssteder.

Tjekliste til godkendelse af stackup

En stakup er klar til layoutfrigivelse, når den elektriske arkitektur og den fremstillelige materialekonstruktion er blevet afstemt. Sign-off-pakken skal vise alle ti kobberlag og alle ni dielektriske mellemrum, identificere referenceplanet for hvert kontrolleret signallag og afslutte beregningen af ​​den færdige tykkelse ved hjælp af pressede-ikke-katalog-dielektriske værdier.

• Bekræft lagfunktioner, referencekontinuitet og potensplansegmentering.
• Afbalancer dielektrisk konstruktion, kobberfordeling og specialmaterialer omkring det mekaniske center, hvor det er praktisk muligt.
• Identificer de nøjagtige kerne-, prepreg-, harpiksindhold- og kobberfolie-muligheder, der anvendes i impedans- og tabsmodellerne.
• Løs HDI-sublamineringer, nedgravede vias, fleksible overgange og hybridmaterialebindinger før endelig nummerering.
• Returner produktionsbredder, parmellemrum og færdig tykkelse til godkendelse.
• Lås stackup-revisionen, før routingbegrænsninger og forsinkelsesmatchningsregler færdiggøres.

En nyttig stackup-tegning er både en elektrisk modelgrænse og en fremstillingsinstruktion. Hvis den ikke kan forklare returvejen, den samlede tykkelse, kobberkonstruktionen og lamineringssekvensen, er den ikke klar til frigivelse.