10-kerroksinen piirilevyjen pinoamissuunnittelu impedanssille ja tasoille

Kymmenkerroksinen pinoaminen on sähköinen ja valmistusarkkitehtuuri, ei luettelo kuparikerroksista, jotka on eroteltu nimellisillä prepreg-paksuuksilla. Se määrittää, millä signaaleilla on jatkuvia referenssejä, kuinka paljon reitityskapasiteettia on käytettävissä, minne teho jaetaan, mikä johdingeometria on valmistettavissa ja miten paneeli käyttäytyy laminoinnin aikana. Koska kymmenen kuparikerrosta luo yhdeksän dielektristä rakoa, näennäisesti pieni muutos yhdessä raossa voi muuttaa impedanssia, kokonaispaksuutta ja symmetriaa.

Alla olevat esimerkit ovat suunnittelun lähtökohtia eivätkä valmistusvalmistusvaiheen kokonaisuuksia. Valmistajan on vahvistettava lopulliset ydin- ja prepreg-rakenteet, puristetut paksuudet, kuparikalvot ja kontrolloidut geometriat. Käytä tätä sivua yhdessä materiaaliopas ja impedanssimääritys.

Valitse kerrosarkkitehtuuri ennen dielektrisen paksuuden valitsemista

Aloita luokittelemalla suunnittelu: nopeiden reitityskanavien lukumäärä, tarvittavat tehotasot, BGA:n pakotiheys, herkät analogiset tai RF-osat, läpivienti- tai HDI-rakenne, lopullinen paksuus ja mekaaniset rajoitteet. Tavoitteena ei ole maksimoida "signaaliksi" nimettyjä kerroksia. Tavoitteena on antaa jokaiselle kriittiselle reitille käyttökelpoinen referenssi, pitää paluureitit jatkuvina ja säilyttää riittävästi tasopinta-alaa tehonjakelua varten.

Reitityssuunta on toissijainen päätös. "Vaakasuuntaisten" ja "pystysuuntaisten" kerrosten osoittaminen ei korjaa vierekkäisten suurnopeussignaalikerrosten ja ilman referenssitasoa olevaa pinoamista. Ratkaise ensin kentän ja paluureitin rakenne ja anna sitten ensisijaiset suunnat sijoituksen ja ruuhkan perusteella.

Kolme hyödyllistä 10-kerroksista pinoamisarkkityyppiä

Pelkkä suhde ei todista, että pinoaminen on hyvä ratkaisu. Kaksi ”6 signaalia / 4 tasoa” -järjestelyä voi käyttäytyä hyvin eri tavalla riippuen siitä, mihin tasot sijoitetaan. Jos suunnitelmassa tarvitaan kuusi signaalikerrosta, varaa vierekkäiset tasot kriittisille verkoille ja sijoita hitaammat, lyhyemmät tai ortogonaalisesti reititetyt signaalit epäsuotuisampaan pariin.

Vertailutasorikas 10-kerroksinen esimerkki

Seuraava kerrosjärjestys on vankka käsitteellinen lähtökohta jäykälle piirilevylle, jossa on neljä pääasiallista signaalikerrosta. Se on sähköisesti symmetrinen kriittisissä signaaliympäristöissä ja se voidaan tehdä mekaanisesti symmetriseksi peilaamalla dielektrisiä ja kuparirakenteita. Se ei julkaise yleismaailmallisia dielektrisiä paksuuksia tai johdinten leveyksiä.

Tämä järjestely antaa molemmille sisäisille signaalikerroksille kaksi maadoitusreferenssiä ja pitää jokaisen ulomman signaalin maan lähellä. Jokaisella keskitetyllä tehotasolla on ulompi maadoituskumppani. Keskeinen L5-L6-väli voidaan valita kokonaispaksuuden ja mekaanisen tasapainon mukaan ilman, että se esitetään virheellisesti teho-maa-irtikytkentäparina.

Useampaa reititystä vaativissa suunnitteluissa voidaan muuntaa taso signaaliksi, mutta seurausten on oltava selkeitä. Esimerkiksi L6:n muuntaminen signaaliksi poistaa laajan tehotason ja luo signaalikerroksen L5:n tehon ja L7:n maan viereen. Kriittisten reittien kyseisellä kerroksella on vältettävä L5-jakautumista tai ne on suunniteltava viittaamaan pääasiassa L7:ään.

Puristus-ulos-, kupari- ja impedanssisulku

Prepregin paksuus laminoinnin jälkeen ei ole sama kuin sen kovettamaton luetteloarvo. Puristettu paksuus riippuu lasin tyypistä, hartsipitoisuudesta, kuparin tiheydestä, käsittelystä, puristusjaksosta ja paikallisesta hartsin virtauksesta. Valmistajan tulee ilmoittaa odotettu puristuslujuus tarkalleen rakennetta varten ja ilmoittaa impedanssimallissa käytetty toleranssi.

Ulkokupari on viimeistelty ulottuvuus

Ulkokerrokset alkavat pohjakalvosta ja niihin lisätään kuparia reikien ja kuviointien aikana. Kontrolloidun impedanssin mallin tulisi käyttää valmista johdinta, mukaan lukien puolisuunnikkaan muotoinen syövytysmuoto. Sisäkerrokset syövytetään yleensä foliosta, jossa ei ole samaa kuviointikasvua, joten saman nimellisunssimerkinnän omaavilla ulommilla ja sisäisillä johdinjuovilla ei välttämättä ole samaa geometriaa.

Älä vapauta jälkileveyksiä ennen pinoamista

Piirustus, joka kiinnittää 50 Ω tietylle leveydelle, mutta sallii toimittajan muuttaa dielektristä rakennetta, luo ristiriidan. Joko julkaistava tarkka pinoamis- ja geometriatiedot tai määritettävä impedanssitavoite ja valtuutettava valmistaja säätämään leveyttä/etäisyyttä sovittujen rajojen sisällä. Kaikki muutokset, jotka vaikuttavat reititysvälyksiin tai parin vinouteen, tulee palauttaa asiakkaan hyväksyttäväksi.

Käytä oikeita materiaalitietoja

Kenttäratkaisijan tulisi käyttää rakennekohtaista tai prosessikalibroitua Dk-arvoa, ei yksittäistä datalehdestä kopioitua tuoteperheen otsikkoa. Pintarakenteiden tulisi sisältää juotosmaski, jos sellainen on. Suurnopeuksisessa häviöanalyysissä tarvitaan lisäksi Df-arvoa, kuparin karheutta ja taajuusriippuvaa käyttäytymistä; pelkkä impedanssilaskenta ei riitä kanavahäviön arvioimiseen.

Tehon eheys, paluureitit ja sähkömagneettinen häiriö

Lähempi signaalin ja referenssin välinen etäisyys pienentää silmukan induktanssia ja kentän hajaantumista, mutta tarkka parannus riippuu geometriasta; sitä ei pitäisi mainostaa kiinteänä dB-alenemana. Tasoparit voivat tarjota hajautettua kapasitanssia, mutta niiden arvo seuraa rinnakkaislevyjen suhdetta ja todellista päällekkäisaluetta. Ohut teho-maa-eriste voi olla hyödyllinen, mutta se ei poista diskreettiä irtikytkentää tai koteloinduktanssia.

Pidä suurnopeusreferenssitasot jatkuvina. Kun tehotaso sisältää useita saarekkeita, älä sijoita kriittisiä reittejä paikkoihin, joissa vallitsevan paluuvirran olisi ylitettävä saarekkeiden raja. Jos signaalikerros on tehon ja maan välissä, päätä, mikä taso on tarkoitettu referenssitaso, ja varmista, että vaihtoehtoista reittiä hallitaan.

Reuna-aitojen läpiviennit voivat auttaa tietyissä radiotaajuus- tai kotelointivirtaongelmissa, mutta universaali kiinteä jakoväli jokaisen digitaalilevyn ympärillä on tarpeeton ja voi vähentää reititystä tai aiheuttaa tasomaisia ​​rei'ityksiä. Aitojen jaon ja päättämisen tulisi noudattaa korkeinta hallittavaa taajuutta ja kotelointistrategiaa.

Suunnittele paluureitti jokaisen kerroksen siirtymän kohdalla

Signaalin läpivienti muuttaa sähkömagneettisen kentän yhdestä siirtolinjarakenteesta toiseen. Kun molemmat reitityskerrokset referoivat maadoitustasoihin, lähellä olevat maadoitusläpiviennit voivat yhdistää nämä tasot ja vähentää paluureitin silmukkaa, mutta niiden lukumäärän ja sijoittelun tulisi noudattaa siirtymägeometriaa pikemminkin kuin yleismaailmallista etäisyyssääntöä. Kun reitti muuttuu eri johtimiin referoitujen kerrosten välillä, kuten maa yhdellä kerroksella ja tehotaso toisella, paluuvirta tarvitsee tarkoituksellisen siirtoreitin. Tässä reitissä voidaan käyttää sopivasti sijoitettua irrotuskondensaattoria referenssijohtimien välissä, erilaista kerrosten määritystä tai uudelleen suunniteltua siirtymää, joka pitää molemmat segmentit referoituina maahan nähden.

Pinoamispiirustuksen tulisi siksi tunnistaa kunkin ohjatun kerroksen aiottu referenssi, ei pelkästään merkitä kerrosta "signaaliksi". Läpivientikenttiä, anti-padeja ja tasovälyksiä on tarkasteltava yhdessä, koska sähköisesti vakaa kerrosjärjestys voi silti vaarantua siirtymän vuoksi, joka poistaa liikaa lähellä olevaa referenssikuparia.

Symmetria, kuparitasapaino ja jousi-/kiertymisriski

Mekaaninen symmetria tarkoittaa enemmän kuin samojen verkkojen nimien antamista keskiviivalle. Yhdistä ulommat kuparipainot, dielektriset rakenteet ja odotettu kuparipeitto. Suuritiheyksisen komponentin puolella voi olla paljon enemmän kuparia kuin vastakkaisella puolella, vaikka nimelliset kalvopainot olisivat samat; CAM-varastusta tai suunnittelun tasapainottamista saatetaan tarvita.

Jouston ja kiertymisen hyväksyttävyyttä säätelevät sovellettavat tuotetiedot ja kokoonpanotarpeet. Hienojakoinen BGA-kokoonpano saattaa vaatia tiukempaa tasaisuutta kuin yleinen paljaan piirilevyn raja. Pinoamistarkastuksessa tulisi siksi ottaa huomioon paneelin koko, piirilevyn ääriviivat, kuparin jakautuminen, leikkaukset, materiaalisekoitus ja purkamismenetelmä, ei pelkästään kerrossymmetria.

Hybridimateriaalit, HDI ja jäykät-joustavat variantit

Hybridi, vähähäviöinen rakenne

Vähähäviöistä materiaalia voidaan lokalisoida valittujen signaalikerrosten ympärille, mutta tarkka ydin-, prepreg- tai sideainejärjestely on määriteltävä. Älä aseta yleismaailmallista CTE-erokynnystä ja oleta yhteensopivuutta. Tarkista hartsin virtaus, tarttuvuus, kovettuminen, mittamuutos, poraus-/tahranpoistoprosessi ja pinnoitetun reiän luotettavuus koko materiaaliparille.

HDI-kertymä

1+8+1-, 2+6+2- tai 3+4+3-levyssä kerrosmerkintä kuvaa kerrosjakaumaa, ei koko valmistusreittiä yksinään. Jokainen kerroskerros lisää kuvantamisen, laminoinnin, laserporauksen, metalloinnin ja tarvittaessa täytön/tasoituksen. Kerroskerrokseen on merkittävä jokainen mikroläpivientialue, haudatut läpiviennit, läpivientireiät ja rakenteiden muodostusjärjestys. Puristussyklien laskennassa tulisi ottaa huomioon keskeinen alikomposiitti ja jokainen peräkkäinen kerros toimittajan määrittelemää terminologiaa käyttäen.

Jäykkä-joustava pinoaminen

Kymmenkerroksinen jäykkä-joustava levy ei välttämättä kanna kaikkia kymmentä kerrosta taivutusalueen läpi. Usein vain valitut joustavat kerrokset jatkuvat, kun taas muut kuparikerrokset päättyvät jäykkään alueeseen. Suunnittelussa tulisi tunnistaa joustavien kerrosten määrä, liimaton tai liimautuva rakenne, peitekerros, jäykisteet, kuparin tyyppi, taivutussuunta sekä staattinen tai dynaaminen kuormitus. IPC-2223 on suunnittelustandardi; valmiiden joustavien ja jäykki-joustavien levyjen suorituskykyä käsittelee IPC-6013.

Stackup Release Package ja DFM Gate

Tuotantopinon tulisi olla tarkastettu ja sisältää kaikki kymmenen kuparikerrosta, kaikki yhdeksän dielektristä rakoa, materiaalilaadun ja rakenteen, ytimen/prepregin merkinnän, nimellis- ja toleranssipaksuuden, kuparin tyypin ja paksuuden, valmiin piirilevyn paksuuden, tarkastetut rakenteet, läpiviennit ja mahdolliset peräkkäislaminointiin liittyvät huomautukset.

Täydennä tämä vaihe ennen reitityksen hyväksymistä. "Lopullinen pinoaminen Gerber-lähetyksen jälkeen" -työnkulku pakottaa vältettävissä olevia piirustusmuutoksia ja voi mitätöidä ajoituksen ja kanavasimulaation. Lähetä rakennelma... DFM-arvostelu kontrolloidun impedanssin taulukon ja kriittisten reititysoletusten avulla.

Yleisiä pinoamisvirheitä ja niiden seurauksia

Laskentafunktiot väärin

Kerrostaulukko, joka väittää signaalikerrosten olevan kuusi, mutta listaa vain neljä, heikentää koko suunnitteluperustetta. Laske kuparifunktiot suoraan ja tarkista jokaisen signaalin referenssiympäristö.

Dielektristen aukkojen poisjättäminen

Kymmenen kuparikerrosta vaatii yhdeksän dielektristä erotusta. Taulukossa, jossa dielektriset osat luetellaan vain valittujen kerrosten "alapuolella", usein puuttuu tai lasketaan aukot kaksinkertaisesti, eikä se täsmää lopullisen kerroksen paksuuteen.

Yleismallisten jälkileveyksien käyttäminen

Toisesta rakenteesta kopioitujen kiinteiden 50 Ω tai 100 Ω mittojen ei pitäisi näkyä valmistusvalmiina sääntöinä. Ne on laskettava uudelleen todellisen puristetun dielektrisen materiaalin, kuparin ja materiaalin mallin avulla.

Kahden tehotason kutsuminen irrotuspariksi

Hajautettu tasokapasitanssi on hyödyllinen vastakkaisia ​​varauksia, tyypillisesti tehoa ja maata, kuljettavien johtimien välillä. Kaksi vierekkäistä tehotasoa eri kiskoilla eivät yleensä korvaa teho-maa-paria ja voivat aiheuttaa kytkennän kiskojen välille.

Olettaen, että sähkömerkinnät luovat mekaanisen symmetrian

Vääristyminen riippuu materiaalista, paksuudesta ja kuparin jakautumisesta. Peilatut kerrosten nimet eivät riitä, jos toisella puolella on tiheää kuparia ja toisella puolella harvaa reititystä.

Täsmäytä valmiin paksuus ennen asettelun julkaisua

Levyn nimellinen paksuus on kaikkien yhdeksän puristetun dielektrisen raon, kymmenen kuparikerroksen, pinnoitteen osuuden ja toimittajan mittauskäytännön summa. Luettelon ytimien ja prepregien yksinkertainen summa voi olla virheellinen, koska kupari upotetaan hartsiin ja ulkopinnoite lisätään laminoinnin jälkeen. Julkaistun pinon tulisi näyttää toimittajan laskema lopullinen arvo ja toleranssi, ja sitten varmistaa, että liittimen, puristussovituksen, kortin reunan ja kotelon vaatimukset käyttävät samaa määritelmää.

Paksuustoleranssi muuttaa myös impedanssia ja vastaporauksen geometriaa. Liittimen kosketusalueen rajalla tai kontrolloidun syvyyden porausikkunassa oleva rakenne voi vaatia tiukempaa rakenteen hallintaa kuin tavallinen levy. Jos ohuempaa levyä ehdotetaan läpivientireiän pituuden lyhentämiseksi, tarkista jäykkyys, kokoonpanon käsittely, vääntymä ja liittimien yhteensopivuus sen sijaan, että käsittelisit paksuutta vain sähköisenä muuttujana.

Pinoamisversioiden hallinta

Tee jokaiselle hyväksytylle pinolle tarkistus ja linkitä valmistuspiirustus, impedanssitaulukko, simulointimalli ja asettelusäännöt kyseiseen muutokseen. Toimittajan ehdottama muutos ytimessä, prepregissä, kuparissa tai materiaalissa tulisi luoda punaisella viivattu pino ja tunnistaa, mitkä kontrolloidut geometriat muuttuvat. Tämä estää näennäisesti pienen ostopäätöksen tekemän korvauksen mitätöimästä hiljaisesti reititysrajoituksia.

Paneelitason tehosteet

Sama piirilevyn ääriviiva voi käyttäytyä eri tavalla, kun se asetetaan eri tuotantopaneelille. Kuparin varastus, kiskon suunnittelu, levylevyjen sijoittelu, puristimen kuormitus ja irrotettavien osien reititys voivat vaikuttaa paksuuden tasaisuuteen ja taipumiseen/kiertymiseen. Sisällytä panelointi ensimmäisen artikkelin katsaukseen, kun tasaisuus, hallittu syvyys tai impedanssinäytteenotto on kriittistä.

Raskaskupari-, radiotaajuus- ja lämpöeristysrakenteet

Paksu kupari muuttuu enemmän kuin virtakapasiteetti. Paksu folio vaatii suuremman syövytysvaran, vaikuttaa pienimpään jälki- ja tilavuuteen, lisää hartsin tarvetta laminoinnin aikana ja voi vaikeuttaa kuparin tasapainottamista. Kymmenkerroksinen piirilevy, jossa on valittuja tehokkaita kerroksia, saattaa vaatia hartsitäytteisiä prepreg-rakenteita, porrastettuja kupareita tai paikallisia väylärakenteita sen sijaan, että jokaisella kerroksella olisi tasaisen paksu kupari. Toimittajan tulee tarjota saavutettavissa oleva geometria tarkalleen kuparin paksuudelle ja paneelin koolle.

RF-kerrokset voidaan sijoittaa ulkopuolelle tai hybridikerroksen sisään laukaisuyhteydestä, suojauksesta ja materiaalin käsittelystä riippuen. Ohjatut RF-rakenteet saattavat vaatia samantasoisen maadoituksen aitojen, onteloiden tai reunalevyjen avulla ja nikkelittömän pinnan tietyissä sovelluksissa. Näitä ominaisuuksia tulisi käsitellä erityisenä hajautetun piirin suunnitteluna; IPC-2228 ja valitun materiaalitoimittajan prosessiohjeet voivat olla merkityksellisiä. Niitä ei pidä typistää "käytä Rogersia L1:ssä".

Upotetut kuparikolikkeet, lämpöeristeet ja metalliset lämmönlevittimet luovat paikallisia paksuus-, pinnoitus- ja laminointirajoituksia. Niiden rajapinnat, eristys, tasoisuus ja lämpöreitti on määriteltävä ennen pinoamisen vapauttamista. Lämpöominaisuus voi häiritä lähellä olevaa impedanssia tai vääntyä, jos se lisätään reitityksen jälkeen. Koordinoi lämpömalli, mekaaninen piirustus ja sähköinen kerrosjärjestys yhdeksi suunnitelmaksi.

Erikoisrakenteiden osalta pyydä poikkileikkauspiirustus ja prosessikohtainen DFM-vastaus. Yleisen kymmenen kerroksen ominaisuustaulukon ei pitäisi tarkoittaa, että kaikkia raskaskuparisia, radiotaajuus-, taipuisia ja sulautettuja lämpövaihtoehtoja voidaan yhdistää ilman projektin kelpuutusta.

Pinoamisen muutoshallinta asettelun aloittamisen jälkeen

Kun reitityssäännöt, viivekohteet ja kanavamallit on sidottu hyväksyttyyn pinoon, materiaali- tai rakennemuutos on tekninen muutos eikä ostopäätökseen perustuva korvaava tekijä. Muutokset ydin- tai prepreg-rakenteessa, hartsipitoisuudessa, kuparifoliossa, valmiissa kuparissa, juotosmaskissa, läpiviennissä tai laminointijärjestyksessä voivat vaikuttaa useampaan kuin yhteen suunnittelurajoitteeseen samanaikaisesti.

Kun hankinnassa tarvitaan erillistä dielektristä paksuutta, tee sekä sähköiset että mekaaniset tarkistukset uudelleen. Yhden prepregin vaihtaminen voi muuttaa johtimen leveyttä, parien välistystä, etenemisviivettä, kokonaispaksuutta ja hartsitasapainoa. Tarkistetussa piirustuksessa tulisi yksilöidä uusi rakenne vanhan versionumeron säilyttämisen sijaan. Tämä kurinalaisuus on erityisen tärkeää silloin, kun pinoa käytetään uudelleen useissa tuotteissa tai tuotantopaikoissa.

Stackupin kuittauslista

Pinoamissuunnitelma on valmis julkaistavaksi, kun sähköinen arkkitehtuuri ja valmistettavissa olevien materiaalien rakenne on sovitettu yhteen. Valmistussuunnitelman tulisi näyttää kaikki kymmenen kuparikerrosta ja kaikki yhdeksän dielektristä rakoa, tunnistaa jokaisen ohjatun signaalikerroksen referenssitaso ja sulkea valmiin paksuuden laskenta käyttämällä puristettuja (ei luettelon mukaisia) dielektrisiä arvoja.

• Vahvista tasojen toiminnot, viittausten jatkuvuus ja tehotason segmentointi.
• Tasapainota dielektrinen rakenne, kuparin jakautuminen ja erikoismateriaalit mekaanisen keskuksen ympärillä, jos se on käytännössä mahdollista.
• Tunnista impedanssi- ja häviömalleissa käytetyt tarkat ydin-, prepreg-, hartsisisältö- ja kuparifoliovaihtoehdot.
• Ratkaise HDI-alilaminoinnit, haudatut läpiviennit, taipuisat siirtymät ja hybridimateriaalien sidokset ennen lopullista numerointia.
• Palauta tuotantoleveydet, parien raot ja valmiin tuotteen paksuus hyväksyttäväksi.
• Lukitse pinoamisversio ennen reititysrajoitusten ja viiveiden yhteensovitussääntöjen viimeistelyä.

Hyödyllinen pinoamispiirustus toimii sekä sähkömallin rajana että valmistusohjeena. Jos se ei pysty selittämään paluureittiä, kokonaispaksuutta, kuparirakennetta ja laminointijärjestystä, se ei ole valmis julkaistavaksi.