10-шаровий дизайн стекапу друкованої плати для імпедансу та площин

Десятишарове стекування — це електрична та виробнича архітектура, а не список мідних шарів, розділених номінальною товщиною препрегу. Воно визначає, які сигнали мають безперервні посилання, яка доступна пропускна здатність траси, де розподіляється живлення, яка геометрія траси є виготовлюваною та як поводиться панель під час ламінування. Оскільки десять мідних шарів створюють дев'ять діелектричних зазорів, невелика зміна в одному зазорі може змінити імпеданс, загальну товщину та симетрію.

Наведені нижче приклади є відправними точками проектування, а не готовими до виробництва стеками. Остаточні конструкції сердечника та препрегу, товщина пресованих елементів, мідні фольги та контрольована геометрія повинні бути підтверджені виробником. Використовуйте цю сторінку разом із посібником з матеріалів та специфікацією імпедансу.

Виберіть архітектуру шарів перед вибором товщини діелектрика

Почніть з класифікації конструкції: кількість високошвидкісних каналів трасування, необхідні площини живлення, щільність виходу BGA, чутливі аналогові або радіочастотні секції, структура наскрізних отворів або HDI, кінцева товщина та механічні обмеження. Мета полягає не в максимізації шарів, позначених як «сигнал». Мета полягає в тому, щоб надати кожному критичному маршруту придатне посилання, забезпечити безперервність зворотних шляхів та зберегти достатню площу площини для розподілу живлення.

Напрямок маршрутизації є вторинним рішенням. Призначення «горизонтального» та «вертикального» шарів не відновлює стек із суміжними шарами високошвидкісного сигналу та без опорної площини. Спочатку визначте структуру поля та зворотного шляху, а потім розподіліть бажані напрямки на основі розміщення та перевантаження.

Три корисні архетипи 10-шарового стекапу

Саме співвідношення не доводить, що стекування є хорошим. Дві схеми "6 сигналів / 4 площини" можуть поводитися дуже по-різному залежно від розміщення площин. Якщо для конструкції потрібно шість сигнальних шарів, зарезервуйте суміжні з площинами шари для критичних мереж, а повільніші, коротші або ортогонально спрямовані сигнали розмістіть на менш сприятливій парі.

Приклад 10 шарів, багатих на опорні площини

Наведений нижче порядок шарів є надійною концептуальною відправною точкою для жорсткої плати з чотирма основними сигнальними шарами. Він електрично симетричний у критичних сигнальних середовищах і може бути механічно симетричним шляхом дзеркального відображення діелектричних та мідних конструкцій. Універсальних товщин діелектриків або ширини доріжок не публікується.

Таке розташування забезпечує обом внутрішнім сигнальним шарам два опорні точки заземлення та утримує кожен зовнішній сигнал поруч із землею. Кожна центральна площина живлення має зовнішній заземлювальний партнер. Центральний інтервал L5-L6 можна вибрати для загальної товщини та механічного балансу, не сприймаючи його як розв'язувальну пару живлення-земля.

Конструкції, що потребують більшої кількості трас, можуть перетворити площину на сигнальну, але наслідки мають бути очевидними. Наприклад, перетворення L6 на сигнальну площину видаляє широку площину живлення та створює сигнальний шар, що прилягає до живлення L5 та землі L7. Критичні маршрути на цьому шарі повинні уникати розщеплень L5 або бути розроблені переважно для посилання на L7.

Витиснення, мідь та замикання імпедансу

Товщина препрегу після ламінування не дорівнює його неотверділому каталожному значенню. Товщина після пресування залежить від типу скла, вмісту смоли, щільності міді, обробки, циклу пресування та місцевого потоку смоли. Виробник повинен надати очікуване значення тиску для точної конструкції та вказати допуск, що використовується в моделі імпедансу.

Зовнішня мідь має готовий розмір

Зовнішні шари починаються з базової фольги та набувають міді під час нанесення металу на отвори та шаблон. Модель з контрольованим імпедансом повинна використовувати готовий поперечний переріз траси, включаючи трапецієподібну форму травлення. Внутрішні шари зазвичай травляться з фольги без однакового нарощування металу, тому зовнішня та внутрішня траси з однаковим номінальним позначенням унції не обов'язково мають однакову геометрію.

Не випускайте ширину трасування перед накладанням

Креслення, яке фіксує 50 Ύ© на певній ширині, дозволяючи постачальнику змінювати діелектричну конструкцію, створює суперечність. Або опублікуйте точну структуру та геометрію, або вкажіть цільовий імпеданс і дозвольте виробнику коригувати ширину/відстань у узгоджених межах. Будь-які зміни, що впливають на зазор трасування або перекіс пари, слід повернути на затвердження замовнику.

Використовуйте правильні дані про матеріали

Польовий розв'язувач повинен використовувати конструкційно-специфічний або технологічно калібрований Dk, а не заголовок окремого сімейства, скопійований з технічного опису. Поверхневі структури повинні включати паяльну маску, де вона є. Аналіз втрат на високій швидкості додатково потребує Df, шорсткості міді та частотно-залежної поведінки; сам по собі розрахунок імпедансу не кваліфікує втрати каналу.

Цілісність живлення, зворотні шляхи та електромагнітні перешкоди

Менша відстань між сигналом та опорним елементом зменшує індуктивність петлі та розсіювання поля, але точне покращення залежить від геометрії; його не слід рекламувати як фіксоване зниження в дБ. Пари площин можуть забезпечити розподілену ємність, проте їх значення відповідає співвідношенню паралельних пластин та фактичній площі перекриття. Тонкий діелектрик живлення-земля може бути корисним, але він не усуває дискретну розв'язку або індуктивність корпусу.

Забезпечте безперервність високошвидкісних опорних площин. Якщо площина живлення містить кілька островів, не розміщуйте критичні траси там, де домінантний зворотний струм повинен перетинати межу острова. Якщо сигнальний шар знаходиться між живленням і землею, визначте, яка площина є цільовою опорною, і переконайтеся, що альтернативний шлях контролюється.

Огородження через краї можуть вирішити окремі проблеми з радіочастотними або корпусними струмами, але універсальний фіксований крок навколо кожної цифрової плати є зайвим і може зменшити трасування або створити перфорацію площини. Крок огорожі та термінація повинні відповідати найвищій частоті та стратегії контролю корпусу.

Плануйте зворотний шлях на кожному переході шарів

Перехідний отвір сигналу змінює електромагнітне поле від однієї структури лінії передачі до іншої. Коли обидва шари трасування посилаються на площини заземлення, сусідні заземлюючі переходи можуть з'єднувати ці площини та зменшувати петлю зворотного шляху, але їх кількість та розташування повинні відповідати геометрії переходу, а не універсальному правилу відстані. Коли маршрут змінюється між шарами, що посилаються на різні провідники, наприклад, земля на одному шарі та площина живлення на іншому, зворотний струм потребує спеціального шляху передачі. Цей шлях може використовувати відповідним чином розміщений роздільний конденсатор між опорними провідниками, інше призначення шарів або перероблений перехід, який утримує обидва сегменти прив'язаними до землі.

Тому на кресленні стека слід ідентифікувати цільовий опорний елемент для кожного контрольованого шару, а не просто позначати шар як «сигнал». Поля переходних отворів, антиконтактні майданчики та зазори площин необхідно розглядати разом, оскільки електрично бездоганний порядок шарів все ще може бути порушений переходом, який видаляє занадто багато сусідньої опорної міді.

Симетрія, баланс міді та ризик вигину/скручування

Механічна симетрія означає більше, ніж просто призначення однакових імен мереж по центральній лінії. Зіставте зовнішні ваги міді, діелектричні конструкції та очікуване покриття міддю. Сторона з компонентами високої щільності може містити набагато більше міді, ніж протилежна сторона, навіть якщо номінальні ваги фольги збігаються; може знадобитися крадіжка CAM або балансування конструкції.

Допустимість вигину та скручування визначається відповідною специфікацією продукту та потребами складання. Збірка BGA з дрібним кроком може вимагати більшої площинності, ніж загальне обмеження для голої плати. Тому під час аналізу стекування слід враховувати розмір панелі, контур плати, розподіл міді, вирізи, суміш матеріалів та метод депанелізації, а не лише симетрію шарів.

Гібридні матеріали, HDI та варіанти Rigid-Flex

Гібридна конструкція з низькими втратами

Матеріал з низькими втратами може бути локалізований навколо вибраних сигнальних шарів, але точне розташування серцевини, препрегу або сполучного шару має бути кваліфіковано. Не встановлюйте універсального порогу різниці КТР та припускайте сумісність. Перевірте течію смоли, адгезію, затвердіння, розмірний рух, процес свердління/зняття розмазування та надійність гальванічного отвору для всієї пари матеріалів.

Нарощування ІРЛ

У платі 1+8+1, 2+6+2 або 3+4+3 позначення шарів описує розподіл нарощування, а не повний процес виробництва. Кожен рівень нарощування додає візуалізацію, ламінування, лазерне свердління, металізацію та, де потрібно, заповнення/планаризацію. Нарощування повинно ідентифікувати кожен проміжок мікровідверстий, закопані відверстия, наскрізні відверстия та порядок формування структур. Підрахунок циклів пресування повинен включати центральний субкомпозит та кожне послідовне нарощування, використовуючи термінологію, визначену постачальником.

Жорстко-гнучкий стек

Десятишарова жорстко-гнучка плата не обов'язково містить усі десять шарів через зону вигину. Часто лише вибрані гнучкі шари продовжуються, тоді як інші мідні шари закінчуються в жорсткій області. У проекті слід визначити кількість гнучких шарів, безклейову чи клейову конструкцію, покривний шар, ребра жорсткості, тип міді, напрямок вигину та статичне чи динамічне навантаження. IPC-2223 – це стандарт проектування; характеристики готової гнучкої та жорстко-гнучкої плати розглядаються в IPC-6013.

Пакет випуску Stackup та шлюз DFM

Виробничий стек повинен бути контрольованим на ревізійні версії та включати всі десять шарів міді, всі дев'ять діелектричних проміжків, марку та конструкцію матеріалу, позначення осердя/препрега, номінальну та допустиму товщину, тип та товщину міді, товщину готової плати, контрольовані структури, проміжки переходів та будь-які примітки щодо послідовного ламінування.

Заповніть цей штрих перед затвердженням траси. Робочий процес «остаточного стекування після подання Gerber» змушує вносити зміни до ескізу, яких можна уникнути, і може зробити недійсним моделювання синхронізації та каналу. Надішліть конструкцію через DFM-перевірку з таблицею контрольованого імпедансу та критичними припущеннями щодо траси.

Поширені помилки стекування та їх наслідки

Неправильний підрахунок функцій

Таблиця шарів, яка стверджує про шість сигнальних шарів, але містить лише чотири сигнальні шари, підриває всю логіку проектування. Порахуйте функції міді безпосередньо та перевірте опорне середовище кожного сигналу.

Без урахування діелектричних проміжків

Десять шарів міді вимагають дев'яти діелектричних проміжків. У таблиці, де діелектрик перераховано лише «під» вибраними шарами, часто пропускаються або враховуються двічі проміжки, що не відповідає кінцевій товщині.

Використання універсальної ширини трасування

Фіксовані розміри 50 Ύ© або 100 Ύ©, скопійовані з іншої конструкції, не повинні відображатися як правила, готові до виготовлення. Їх необхідно перерахувати з використанням фактичної моделі пресованого діелектрика, міді та матеріалу.

Називання двох силових площин розв'язуючою парою

Розподілена площинна ємність корисна між провідниками, що несуть протилежний заряд, зазвичай це живлення та земля. Дві сусідні площини живлення на різних рейках не є загальною заміною пари живлення-земля та можуть створювати зв'язок між рейками.

Припускаючи, що електричні мітки створюють механічну симетрію

Деформація залежить від матеріалу, товщини та розподілу міді. Дзеркальних назв шарів недостатньо, якщо одна сторона має щільну мідь, а інша — розріджену.

Узгодьте кінцеву товщину перед випуском макета

Номінальна товщина плати є результатом використання всіх дев'яти пресованих діелектричних зазорів, десяти шарів міді, внеску покриття та методу вимірювання постачальника. Проста сума каталожних осердь та препрегів може бути неправильною, оскільки мідь вбудовується в смолу, а зовнішнє покриття додається після ламінування. Опублікований стек має показувати розрахункове постачальником кінцеве значення та допуск, а потім підтверджувати, що вимоги до роз'єму, прес-фітингу, краю плати та корпусу використовують однакове визначення.

Допуск товщини також змінює імпеданс та геометрію заднього свердління. Конструкція поблизу межі діапазону контактів роз'єму або вікна свердління з контрольованою глибиною може вимагати жорсткішого контролю конструкції, ніж звичайна плата. Якщо пропонується тонша плата для зменшення довжини переходного отвору, перевірте жорсткість, керованість складанням, деформацію та сумісність роз'єму, а не розглядайте товщину лише як електричну змінну.

Контроль версій стеку

Надайте кожному затвердженому стеку ревізію та пов'яжіть виробниче креслення, таблицю імпедансу, модель моделювання та набір правил компонування з цією ревізією. Запропонована постачальником зміна в осерді, препрезі, міді або матеріалі повинна генерувати червону лінію стеку та визначати, які контрольовані зміни геометрії змінюються. Це запобігає тому, щоб, здавалося б, незначна заміна закупівлі непомітно призвела до анулювання обмежень трасування.

Ефекти на рівні панелі

Той самий контур плати може поводитися по-різному, якщо його розмістити на різній виробничій панелі. Зламування міді, конструкція рейок, розміщення купонів, прес-завантаження та фрезерування елементів відколу можуть впливати на однорідність товщини та вигин/скручування. Включіть панелізацію в огляд першої статті, коли критично важливими є площинність, контрольована глибина або імпедансна дискретизація.

Важкі мідні, радіочастотні та термоізоляційні спеціальні конструкції

Важка мідь змінюється більше, ніж струмова ємність. Товста фольга вимагає більшого припуску на травлення, впливає на мінімальний простір для трасування та вирівнювання, збільшує потребу в смолі під час ламінування та може ускладнити балансування міді. Десятишарова плата з вибраними потужними шарами може потребувати конструкцій препрегів, заповнених смолою, ступінчастої міді або локалізованих шинних структур, а не рівномірно важкої міді на кожному шарі. Постачальник повинен надати досяжну геометрію для точної товщини міді та розміру панелі.

Радіочастотні шари можуть бути розміщені зовні або всередині гібридного стеку залежно від доступу до запуску, екранування та обробки матеріалу. Керовані радіочастотні структури можуть вимагати копланарного заземлення, через огорожі, порожнини або крайове покриття та безнікелеве покриття у вибраних випадках. Ці особливості слід розглядати як специфічну розподілену схему; IPC-2228 та технологічні інструкції постачальника вибраного матеріалу можуть бути актуальними. Їх не слід зводити до «використання спеціального ламінату з низькими втратами на L1».

Вбудовані мідні монети, теплові інкрустації та металеві теплорозподільники створюють локальні обмеження товщини, покриття та ламінування. Їхні інтерфейси, ізоляція, площинність та тепловий шлях мають бути визначені до випуску стекапу. Тепловий елемент може порушити імпеданс поблизу або деформацію, якщо його додати після трасування. Узгодьте теплову модель, механічне креслення та порядок електричних шарів як один проект.

Для будь-якої спеціальної конструкції запитуйте креслення поперечного перерізу та відповідь DFM для конкретного процесу. Загальна таблиця можливостей десятишарового монтажу не повинна означати, що кожен варіант з важкої міді, радіочастотних, гнучких та вбудованих теплових кабелів можна комбінувати без кваліфікації проекту.

Контроль змін стеку після початку макетування

Після того, як правила маршрутизації, цільові показники затримки та моделі каналів прив'язані до затвердженого стеку, зміна матеріалу або конструкції вважається інженерною зміною, а не заміною закупівлі. Зміни в конструкції осердя або препрега, вмісті смоли, мідній фользі, обробленій міді, масці паяння, прольоті міжфазних з'єднань або послідовності ламінування можуть впливати на більше ніж одне конструктивне обмеження одночасно.

Коли для закупівлі потрібна альтернативна товщина діелектрика, повторіть як електричні, так і механічні перевірки. Зміна одного препрега може змінити ширину доріжок, відстань між парами, затримку поширення, загальну товщину та баланс смоли. Переглянуте креслення повинно ідентифікувати нову конструкцію, а не зберігати старий номер редакції. Ця дисципліна особливо важлива, коли стек повторно використовується для кількох продуктів або виробничих майданчиків.

Контрольний список підписання стеку

Стек готовий до випуску макета після узгодження електричної архітектури та конструкції технологічних матеріалів. Пакет підтвердження повинен показувати всі десять мідних шарів та всі дев'ять діелектричних зазорів, визначати опорну площину для кожного контрольованого сигнального шару та завершувати розрахунок готової товщини, використовуючи значення діелектричних волокон, отримані за допомогою пресованих, а не каталожних значень.

• Підтвердьте функції шарів, неперервність посилань та сегментацію площини живлення.
• Збалансуйте діелектричну конструкцію, розподіл міді та спеціальні матеріали навколо механічного центру, де це можливо.
• Визначте точні параметри осердя, препрега, вмісту смоли та мідної фольги, що використовуються в моделях імпедансу та втрат.
• Вирішіть проблеми з субламінаціями HDI, прихованими переходними отворами, гнучкими переходами та з'єднаннями гібридних матеріалів перед остаточною нумерацією.
• Повернути виробничу ширину, парні зазори та кінцеву товщину для затвердження.
• Заблокуйте редакцію стеку до того, як будуть остаточно визначені обмеження маршрутизації та правила зіставлення затримок.

Корисний креслення стека є одночасно межами електричної моделі та інструкцією з виробництва. Якщо воно не може пояснити зворотний шлях, загальну товщину, конструкцію міді та послідовність ламінування, воно не готове до випуску.