Применение 12-слойных печатных плат: когда следует выбирать 12 слоев?

В 12-слойных печатных платах обычно сочетаются высокая плотность размещения компонентов, множество интерфейсов и потребности в распределении питания. Двенадцать слоев могут быть полезным вариантом, когда конструкция с меньшим количеством слоев не может удовлетворить требованиям к трассировке, обратным путям или целостности питания в рамках контура платы. Окончательный выбор зависит от корпуса, его архитектуры, материалов и производственных ограничений; двенадцать слоев не исключают автоматически необходимость в HDI (высокоплотном распределении компонентов).

Эта страница поможет вам определить, относится ли ваш проект к этой группе. Здесь перечислены продукты, которые обычно используют 12 слоев, факторы, влияющие на выбор 12-слойной платы, и вопросы, определяющие количество слоев. Как изготавливаются эти платы и сколько они стоят, описано на нашей странице, посвященной производству 12-слойных печатных плат.

В изделиях, в которых обычно используются 12-слойные печатные платы, часто применяются различные технологии.

Количество слоев определяется плотностью и скоростью работы изделия, а не отраслью его производства. Простой контроллер в медицинском устройстве может представлять собой 4-слойную плату, в то время как компактная сетевая карта в том же здании будет иметь 12 слоев. Приведенные ниже примеры являются отправными точками для оценки, а не отраслевыми требованиями к количеству слоев.

Компания Highleap производит платы для каждого из этих рынков, включая коммуникационное оборудование , медицинские приборы , автомобильную электронику и системы промышленного управления . Требования к изготовлению одинаковы для всех рынков. Различаются лишь стандарты приемки и документация, запрашиваемая конечным заказчиком.

Используются ли в потребительских товарах 12-слойные печатные платы?

Да. В некоторых вычислительных, игровых, сетевых и компактных потребительских товарах используется 12 и более слоев. В смартфонах и тонких материнских платах может сочетаться множество слоев с микропереходами HDI. Количество слоев и технология переходов — это отдельные проектные решения, и ни одно из них не является фиксированным для конкретной категории потребительских товаров.

А что насчет советов директоров в аэрокосмической и оборонной отраслях?

Эти изделия часто имеют 12 слоев и более, но количество слоев редко является самой сложной частью. Сложности заключаются в документации, отслеживаемости материалов и стандартах приемки, требуемых программой. Если ваша плата попадает в эту категорию, укажите, какому стандарту она должна соответствовать, когда будете отправлять файлы, поскольку это влияет на стоимость больше, чем количество слоев. Наша работа для аэрокосмических и оборонных программ строится именно таким образом.

Сигналы и разъемы, которые позволяют расширить схему до 12 слоев.

Переход на 12-слойную схему на плате происходит из-за специфических проблем с трассировкой, а не потому, что категория продукта кажется сложной. Большинство наблюдаемых нами переходов объясняется четырьмя основными ситуациями.

Любую из этих задач можно решить на 8 или 10 слоях. Практическое решение на 12 слоях заключается в сочетании двух или более задач в рамках фиксированного контура платы. Практика высокоскоростной трассировки описана в нашем руководстве по высокоскоростным печатным платам , а платы, созданные для серверных платформ ИИ, демонстрируют, к чему приводит эта логика при большем количестве слоев.

Всегда ли для более быстрого интерфейса требуется больше слоев?

Нет. Один быстрый канал на простой плате не оправдывает 12 слоев. Важно, сколько таких каналов необходимо проложить одновременно и сможет ли каждый из них поддерживать непрерывную опорную плоскость. Один канал 10 Гбит/с с чистым обратным путем построить проще, чем восемь каналов 1 Гбит/с, пересекающих разделенную плоскость.

Выбор между 8, 10, 12 и 16 слоями

Выберите минимальное количество слоев, которое обеспечит каждому быстродействующему сигналу опорную плоскость и при этом позволит выполнить трассировку платы. Дополнительные слои стоят денег на каждой изготавливаемой вами плате, поэтому цель состоит в том, чтобы получить наименьшую структуру, отвечающую электрическим требованиям, а не самую функциональную.

Есть второй вариант, который часто упускают из виду. Вместо добавления слоев, в некоторых проектах остается 10 слоев за счет перехода на конструкцию HDI с микропереходами , что освобождает место для трассировки под BGA. Это позволяет снизить стоимость слоев за счет стоимости последовательного ламинирования, и какой вариант окажется лучше, зависит от конкретной платы. Если вам нужны конкретные цифры, а не просто эмпирическое правило, пришлите схему, требования к корпусу и интерфейсу, варианты расположения слоев и доступные данные о компоновке, чтобы можно было оценить альтернативные варианты и составить для них сравнительную смету.

Могу ли я начать создание макета с 10 слоями и добавлять слои позже?

Можно, но делать это на поздних этапах дорого. Добавление слоев может изменить расстояние между диэлектриками и назначение опорных точек, даже если общая толщина сохраняется, поэтому геометрию с контролируемым импедансом и трассировку необходимо перепроверить. Если есть реальная вероятность, что для проекта потребуется 12 слоев, начните компоновку с этого количества. Удаление слоев также требует проверки структуры и целостности сигнала; ни одно из этих изменений не следует рассматривать как простую механическую корректировку.

Правила проектирования, которые имеют значение после того, как вы решили использовать 12 слоев.

После определения количества слоев, чистота сборки платы зависит от трех факторов. Эти вопросы стоит решить до того, как будет разработана схема, поскольку в дальнейшем каждое изменение будет дорогостоящим.

• Сохраняйте симметрию в структуре. Медь и смола должны располагаться симметрично относительно центра платы. Несбалансированная 12-слойная структура увеличивает риск прогиба и скручивания после ламинирования, а прогнутую плату сложно собрать, и она может выйти из строя в полевых условиях. руководство по сборке демонстрирует сбалансированное расположение.
• Для каждого быстрого сигнала необходимо присвоить опорную плоскость. Прокладывайте высокоскоростные трассы на слоях, расположенных рядом с непрерывным заземляющим или силовым контуром, и избегайте пересечения разветвлений в этом контуре. Это особенно важно при 12 слоях, чем при 4, поскольку в этом случае вероятность ошибки выше.
• Подберите размеры переходных отверстий в соответствии с толщиной платы. 12-слойная плата обычно имеет толщину 1.6 мм или больше, поэтому наименьшее сквозное отверстие должно оставаться в пределах соотношения сторон, установленного производителем. Заранее спланируйте размер переходного отверстия, прежде чем определять шаг BGA-корпуса.

Остальные правила компоновки такие же, как и для любой многослойной платы. Изменение в случае двенадцати слоев заключается в том, что ошибки скрываются в середине стопки, где их невозможно исправить. Проверка конструкции на соответствие производственным ограничениям на раннем этапе — это самая дешевая страховка, и именно для этого предназначен наш DFM-обзор.

Мне следует самостоятельно разработать 12-слойную плату или обратиться к производителю за чертежом?

Запросите структуру слоев, а затем проектируйте в соответствии с ней. Производитель знает, какие толщины сердечника и препрега есть в наличии и какие конструкции сохраняют импеданс без использования специальных материалов. Проектирование в соответствии со структурой слоев, которую мы можем реально изготовить, позволяет избежать перепроектирования, если заявленная конструкция отличается от той, что отображается в вашей САПР. Отправьте нам ваши требования к слоям и целевому импедансу, и мы предложим вам вариант.