Làm thế nào để chọn lớp PCB và xếp chồng lên nhau?

Khi chúng tôi thiết kế PCB xếp chồng lên nhau, chúng tôi chủ yếu tuân theo hai điểm quan trọng dưới đây:

1) Mỗi ​​lớp theo dõi PCB cần có một lớp liền kề làm tham chiếu (chẳng hạn như nguồn điện hoặc mặt đất)

2) Lớp đất liền kề và lớp nguồn chính cần giữ khoảng cách tối thiểu để đảm bảo đủ điện dung ghép nối.

Ở đây chúng tôi sẽ chủ yếu giới thiệu giải thích về số lớp của bảng mạch PCB 2 lớp đến 8 lớp:

1) chồng bảng PCB một mặt và bảng PCB hai mặt

Đối với bảng mạch PCB 2 lớp, do số lượng lớp nhỏ nên không có cái gọi là vấn đề xếp chồng lên nhau. Khi chúng ta xem xét việc kiểm soát bức xạ EMI, chúng ta chỉ cần đảm bảo bố trí và hệ thống dây điện chính xác.

Khi thiết kế PCB, người ta ngày càng chú trọng đến vấn đề tương thích điện từ của bảng mạch PCB một lớp và hai lớp. Nguyên nhân chính là do diện tích của vòng tín hiệu quá lớn, không chỉ tạo ra bức xạ điện từ mạnh mà còn tạo ra nhiễu bên ngoài nhạy hơn. Vì vậy, nếu bạn muốn giảm các vấn đề gây ra bởi tính tương thích điện từ của bố trí đường dây PCB, cách dễ nhất để giải quyết là giảm diện tích vòng lặp của tín hiệu chính.

Các tín hiệu chính là gì?

Từ góc độ tương thích điện từ, các tín hiệu chính chủ yếu đề cập đến những tín hiệu tạo ra bức xạ mạnh và những tín hiệu gây nhiễu rõ ràng ra bên ngoài.

Nói chung, các tín hiệu bức xạ mạnh hơn là các tín hiệu tuần hoàn, chẳng hạn như các tín hiệu bậc thấp về địa chỉ hoặc thời gian. Và những tín hiệu gây nhiễu rõ ràng ra bên ngoài là những tín hiệu tương tự mức thấp.

Do đó, bảng mạch PCB đơn và hai lớp thường được sử dụng trong các ứng dụng tương tự tần số thấp nhỏ hơn 10KZ.

1) Các dấu vết dây nguồn trên cùng một lớp được biểu thị bằng các vết xuyên tâm và tổng chiều dài của các vết nên càng giảm càng tốt.

2) Khi bố trí dây nối đất và dây nguồn nằm sát nhau. Một dây nối đất được bố trí bên cạnh dây tín hiệu chính, và dây nối đất này càng gần dây tín hiệu càng tốt. Điều này có thể làm giảm diện tích vòng lặp càng nhiều càng tốt và giảm tín hiệu bức xạ đối với nhiễu bên ngoài.

3) Nếu là PCB hai lớp, chúng ta có thể bố trí dây nối đất càng gần đáy của dây tín hiệu ở phía bên kia của PCB càng tốt, và dây nối đất phải càng rộng càng tốt. Diện tích vòng lặp thu được bằng độ dày của bảng mạch nhân với độ dài của đường tín hiệu.

2) Xếp chồng lên nhau của các bảng PCB bốn lớp

1. SIG-GND (PWR) -PWR (GND) -SIG;

2. GND － SIG (PWR) －SIG (PWR) －GND;

Đối với hai thiết kế PCB xếp chồng lên nhau 4 lớp ở trên, vấn đề chính là nếu bảng PCB có độ dày bảng truyền thống là 1.6mm (62 triệu). để kiểm soát trở kháng, ghép nối liên lớp và che chắn, và mặt khác, nó làm giảm điện dung giữa các bảng mạch PCB, điều không dễ để giảm nhiễu.

Nếu xếp chồng bảng PCB 4 lớp áp dụng thiết kế đầu tiên, thì nó thường được sử dụng cho nhiều chip hơn trên bảng PCB. Thiết kế này có thể đạt được hiệu suất SI tốt hơn, nhưng không dễ kiểm soát khả năng tương thích điện từ EMI. Thông thường chúng ta cần kiểm soát hệ thống dây điện và các chi tiết bổ sung để giảm vấn đề.

Để ý:

Lớp mặt đất được bố trí ở lớp kế cận của lớp tín hiệu có mật độ tín hiệu dày đặc nhất, không chỉ dễ giảm bức xạ mà còn tăng diện tích bảng mạch PCB, thể hiện quy luật 20H.

Nếu bảng mạch PCB 4 lớp xếp chồng lên nhau áp dụng thiết kế thứ hai, nó thường được sử dụng trong các ứng dụng có mật độ chip trên bảng PCB thấp và có đủ diện tích xung quanh chip (để đặt lớp đồng cấp nguồn cần thiết).

Các lớp bên ngoài của thiết kế PCB 4 lớp thứ hai là các lớp mặt đất, và 2 lớp ở giữa là các lớp tín hiệu / nguồn. Nguồn cung cấp trên lớp tín hiệu được định tuyến bằng các dây rộng, không chỉ có thể làm giảm trở kháng của đường dẫn dòng điện và đường dẫn tín hiệu, mà còn che chắn bức xạ tín hiệu lớp bên trong qua lớp mặt đất bên ngoài. Từ khía cạnh kiểm soát tương thích điện từ EMI, đây là thiết kế cấu trúc PCB 4 lớp tốt nhất.

Để ý:

Chúng ta cần đảm bảo rằng khoảng cách giữa hai lớp hỗn hợp tín hiệu và công suất ở giữa là lớn và hướng đi dây chủ yếu là dọc, để tránh nhiễu xuyên âm, kiểm soát đúng khu vực bảng và hiển thị quy tắc 20H;

3) Xếp chồng lên nhau của bảng PCB sáu lớp

Đối với những thiết kế có mật độ chip lớn hơn và tần số xung nhịp cao hơn, chúng ta nên xem xét thiết kế bảng mạch PCB 6 lớp. Cách xếp chồng được khuyến nghị là:

1. SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG;

Thiết kế xếp chồng lên nhau này có thể nhận được tín hiệu đầy đủ hơn. Lớp tín hiệu tiếp giáp với lớp mặt đất, và lớp nguồn và lớp mặt đất được ghép nối với nhau. Trở kháng của mỗi lớp vết có thể được kiểm soát tốt, và cả hai lớp mặt đất có thể giảm bức xạ điện từ tốt hơn. Và trong trường hợp cấp nguồn hoàn chỉnh và lớp nối đất, nó có thể cung cấp đường trở lại tốt hơn cho mỗi lớp tín hiệu.

2. GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND;

Đối với thiết kế, nó chỉ thích hợp cho những trường hợp mật độ chip không cao. Thiết kế xếp chồng 6 lớp PCB này không chỉ có tất cả các ưu điểm của thiết kế xếp chồng đầu tiên, mà còn bởi vì mặt phẳng nền của lớp trên và dưới tương đối hoàn chỉnh, nó có thể được sử dụng như một tấm chắn tương đối tốt để sử dụng. .

Để ý:

Lớp nguồn nên càng gần lớp không phải thành phần chính càng tốt, vì lớp dưới cùng sẽ hoàn thiện hơn. Do đó, hiệu suất của EMI tốt hơn so với giải pháp đầu tiên.

Đối với thiết kế của bảng mạch PCB sáu lớp, khoảng cách giữa lớp nguồn và lớp đất nên được giảm thiểu để có được nguồn điện và khớp nối đất tốt.

Đối với độ dày của PCB là 62 triệu, mặc dù khoảng cách giữa các lớp được giảm xuống, nhưng không dễ để kiểm soát khoảng cách giữa nguồn điện chính và lớp nối đất là rất nhỏ.

So với cả thiết kế bảng mạch PCB 6 lớp, chi phí thiết kế bảng mạch 6 lớp thứ hai tăng lên rất nhiều. Do đó, chúng tôi thường chọn thiết kế xếp chồng lên nhau 6 lớp PCB đầu tiên.

4) Xếp chồng lên nhau các bảng PCB tám lớp

Đối với thiết kế bảng mạch PCB 8 lớp, do khả năng hấp thụ điện từ kém và trở kháng nguồn điện lớn, bảng mạch 8 lớp không phải là phương pháp xếp chồng tốt.

Thiết kế bảng mạch PCB 8 lớp đầu tiên:

1. bề mặt thành phần tín hiệu 1, với lớp dấu vết nhỏ

2.Signal 2 nội bộ với một lớp định tuyến nhỏ, lớp định tuyến tốt hơn (hướng X)

3. Mặt đất

4.Lớp định tuyến dòng 3 dải tín hiệu, lớp định tuyến tốt hơn (hướng Y)

5. lớp định tuyến dải tín hiệu 4

6 Nguồn

7. Tín hiệu 5 bên trong với một lớp định tuyến nhỏ

8.Signal 6 một lớp dấu vết nhỏ

2. Nếu lớp tham chiếu được thêm vào thiết kế PCB 8 lớp, nó có hiệu suất EMI tốt hơn và trở kháng đặc trưng của mỗi lớp tín hiệu cũng có thể được kiểm soát tốt

1. bề mặt 1 thành phần tín hiệu, một lớp dây ít, lớp dây tốt

2. hình thành xung quanh, khả năng hấp thụ sóng điện từ tốt hơn

3. lớp định tuyến dòng 2 dải tín hiệu, lớp định tuyến tốt

4.Lớp cấp nguồn điện, tạo thành khả năng hấp thụ điện từ tuyệt vời với sự hình thành bên dưới

5. hình thành xung quanh

6. lớp định tuyến dòng 3 dải tín hiệu, lớp định tuyến tốt

7. nối đất, với trở kháng công suất lớn hơn

8.Signal 4 một lớp định tuyến nhỏ, lớp định tuyến tốt

3. Phương pháp xếp chồng PCB 8 lớp tốt nhất như sau, vì việc sử dụng nhiều lớp làm mặt phẳng tham chiếu có khả năng hấp thụ địa từ rất tốt.

1. bề mặt 1 thành phần tín hiệu, một lớp dây ít, lớp dây tốt

2. hình thành xung quanh, khả năng hấp thụ sóng điện từ tốt hơn

3. lớp định tuyến dòng 2 dải tín hiệu, lớp định tuyến tốt

4.Lớp cấp nguồn điện, tạo thành khả năng hấp thụ điện từ tuyệt vời với sự hình thành bên dưới

5. hình thành xung quanh

6. lớp định tuyến dòng 3 dải tín hiệu, lớp định tuyến tốt

7. hình thành xung quanh, khả năng hấp thụ sóng điện từ tốt hơn

8.Signal 4 một lớp định tuyến nhỏ, lớp định tuyến tốt

Đối với cách chọn số lượng lớp bảng mạch PCB và loại bảng mạch PCB xếp chồng lên nhau, chúng ta nên xem xét nhiều yếu tố như số lượng mạng tín hiệu trên bảng mạch PCB, mật độ thiết bị, mật độ PIN, tần số tín hiệu, kích thước bảng, v.v. .

Số lượng mạng tín hiệu càng nhiều, mật độ thiết bị càng lớn, mật độ PIN càng lớn và tần số tín hiệu càng cao. Thiết kế nên cố gắng sử dụng thiết kế bảng nhiều lớp. Để có được hiệu suất EMI tốt hơn, tốt nhất là đảm bảo rằng mỗi lớp tín hiệu là một lớp tham chiếu.

Cách phân biệt giữa PCB 4 lớp và 6 lớp 6 PCB?

Nếu chúng ta muốn xác định chất lượng của PCB trong ngành công nghiệp điện tử, điều đầu tiên chúng ta nghĩ đến là số lớp in PCB, Vì có bảng một lớp, bảng hai lớp và bảng nhiều lớp trong lớp PCB .

Trong số các PCB nhiều lớp, phổ biến nhất là PCB 4 lớp và 6 lớp. sự khác biệt giữa chúng là gì? Vì chi phí sản xuất PCB có liên quan mật thiết đến số lớp PCB, hay nói cách khác, giá của PCB 6 lớp cao hơn so với PCB 4 lớp, vậy làm thế nào để xác định số lớp của PCB? Trong phần này, chúng tôi sẽ giới thiệu hai phương pháp để hướng dẫn bạn cách tìm ra sự khác biệt của chúng.

Kiểm tra lỗ xuyên qua của PCB

Nếu có một lỗ xuyên ở mặt trước trong PCB, trong khi không thể tìm thấy nó ở mặt sau, thì có khả năng PCB là PCB 6 lớp hoặc PCB 8 lớp thay vì PCB 4 lớp. Bởi vì PCB 4 lớp cần thông qua các lỗ để dẫn dòng điện 4 lớp, các lỗ xuyên qua sẽ chạy qua toàn bộ bảng mạch. Chúng ta có thể tìm thấy các lỗ ở mặt trước và mặt sau, trong khi có các lỗ được nhúng qua PCB 6 lớp hoặc PCB 8 lớp, vì vậy bạn có thể chỉ tìm thấy các lỗ xuyên ở mặt trước chứ không phải ở mặt sau.

Kiểm tra dây ở phía trước

Vì số lớp của PCB 6 lớp nhiều hơn 4 lớp nên không gian đi dây của PCB 6 lớp lớn hơn. Nói cách khác, dây của PCB 4 lớp nhỏ gọn hơn, do đó dây của PCB 4 lớp nhiều hơn 6 lớp cho mỗi lớp PCB. chúng ta có thể kiểm tra hệ thống dây điện ở mặt trước của PCB. Nếu hệ thống dây điện nhỏ gọn thì đó là PCB 4 lớp, ngược lại là PCB 6 lớp.

Trên đây là hai phương pháp đơn giản để nhận biết PCB 4 lớp và 6 lớp bằng mắt thường. Nếu bạn cần khám phá thêm có nhiều phương pháp khác.

Các yếu tố ảnh hưởng đến giá thành của PCB

Chi phí cuối cùng của PCB của bạn phụ thuộc vào thiết kế và ứng dụng dự định của bo mạch. Nói cách khác, nếu bạn cần một PCB đơn giản để sử dụng hàng ngày, giá sẽ thấp hơn nhiều so với việc bạn cần bất kỳ thứ gì cao cấp hơn.

Do đó, đây chỉ đơn thuần là một đánh giá chung về các yếu tố quyết định chi phí PCB. Một số yếu tố trong thế giới thực ảnh hưởng đến giá thành của bảng mạch in (PCB), bao gồm Chi phí PCB 4 lớp. Chi phí sản xuất PCB phần lớn bị ảnh hưởng bởi kích thước, một số lớp và loại vật liệu của nó, có ảnh hưởng đáng kể.

Vì vậy, các yếu tố ảnh hưởng đến 4 lớp hoặc Chi phí PCB 6 lớp như sau:

• Lựa chọn vật liệu

Trong bất kỳ hoạt động kinh doanh nào, giá thành của sản phẩm liên quan trực tiếp đến loại tư liệu sản xuất được sử dụng. Khi nói đến bên trong xe, ghế da đắt hơn so với ghế làm từ vải hoặc vải. Do đó, thật dễ dàng để thấy ý tưởng tương tự có thể áp dụng như thế nào đối với việc sản xuất PCB. PCB cho các ứng dụng cường độ cao, chẳng hạn như được sử dụng trong lĩnh vực dầu khí hoặc máy bay, thường được dát mỏng bằng vật liệu FR4 (chống cháy 4). Dưới đây là một số điều cần ghi nhớ khi bạn bắt đầu quá trình lựa chọn vật liệu phù hợp:

• Độ bền nhiệt

Xác định phạm vi nhiệt độ dự kiến ​​của ứng dụng PCB. Đảm bảo xếp hạng nhiệt độ của vật liệu bạn chọn nằm trong phạm vi cho phép. Vật liệu không chỉ phải hoạt động trong một phạm vi nhiệt độ xác định mà còn phải hoạt động trong một môi trường được điều chỉnh mà không bị quá nóng trong một khoảng thời gian không xác định. Độ tin cậy về nhiệt độ nếu bạn muốn sử dụng PCB trong môi trường nhiệt độ cao, hãy đảm bảo nó vượt qua bài kiểm tra này.

• Nhiệt độ chịu đựng

Điều này chỉ rõ khả năng chịu đựng nhiệt độ cao của bo mạch mà không làm truyền nhiệt quá mức đến các bộ phận được kết nối hoặc gần đó. Thuật ngữ “Hiệu suất tín hiệu” đề cập đến khả năng duy trì dòng tín hiệu điện ổn định của vật liệu trong toàn bộ chu kỳ làm việc của nó. Như bạn có thể đã đoán, đây là điều cần thiết để hoạt động bình thường của một PCB. Khả năng của vật liệu để chịu đựng các ứng suất vật lý dự kiến ​​khi sử dụng ứng dụng của nó là yếu tố được xem xét chính trong việc xác định các đặc tính cơ học của nó.

• Kích thước

Thật không may, kích thước không quan trọng, đặc biệt là khi nói đến chi phí của một sản phẩm. Chi phí cuối cùng của PCB sẽ bị ảnh hưởng bởi kích thước của bo mạch mà bạn cần. Khi nói đến việc sử dụng bảng điều khiển, điều này cũng đúng. Tổng chi phí của PCB bị ảnh hưởng rất nhiều bởi hai tiêu chí này.

LƯU Ý Kích thước bảng mạch của bạn sẽ được xác định bởi số lượng mạch bạn cần cho ứng dụng hoặc thiết kế cụ thể của bạn.

• Lớp hoặc Ngăn xếp

Càng nhiều lớp, như đã nói trước đây, nó càng trở nên đắt hơn. Việc tăng giá này cũng xem xét đến kích thước và loại vật liệu mà nhà sản xuất sử dụng trong quá trình sản xuất của mình.

Một so sánh rộng rãi về mức tăng giá được hiển thị trong bảng sau:

• Lớp 1 và 2: (tăng 35 phần trăm đến 40 phần trăm chi phí)
• Tăng số lớp từ hai lên bốn (tăng 35 phần trăm đến 40 phần trăm chi phí)
• Từ bốn đến sáu lớp: (tăng 30 phần trăm đến 40 phần trăm chi phí)
• Từ sáu đến tám lớp: (tăng 30 phần trăm đến 35 phần trăm chi phí)
• Từ 8 lớp đến 10 lớp: (tăng 20 phần trăm đến 30 phần trăm chi phí)
• Chuyển từ xây dựng 10 lớp sang 12 lớp (tăng 20% ​​đến 30% chi phí)

Nó thêm một lớp thứ hai dẫn đến một trong những mức tăng giá lớn nhất trong quá trình sản xuất. Vì điều này làm tăng số lượng công đoạn trong quá trình sản xuất, nên hiển nhiên là trường hợp này xảy ra (quá trình cán màng).

Càng có nhiều lớp, quá trình sản xuất sẽ kéo dài hơn và sử dụng nhiều tài nguyên hơn. Vì thế, Chi phí PCB 6 lớp và thời gian sản xuất sẽ cao hơn các lớp ít hơn.

• Hoàn thành

Chi phí thiết kế PCB của bạn sẽ bị ảnh hưởng bởi chất liệu hoàn thiện mà bạn chọn. Tuy nhiên rất nhỏ, nó vẫn là một thành phần đóng góp. Bạn có thể chọn lớp hoàn thiện này hơn lớp hoàn thiện khác vì nó có chất lượng tốt hơn hoặc có thời hạn sử dụng lâu hơn.

Sau đây là một số kiểu hoàn thiện phổ biến nhất (xử lý bề mặt):

• HASL là một lựa chọn tốt làm vật liệu hàn
• Bạn cũng có thể cải thiện khả năng hàn với LFHASL.
• OSP cung cấp khả năng hàn tốt hơn
• Có thể đạt được liên kết dây Al (nhôm) và khả năng hàn cao hơn bằng cách sử dụng IMM Ag.
• IMM Sn cung cấp khả năng hàn.
• Khả năng hàn, khả năng liên kết dây Al và bề mặt tiếp xúc là tất cả các tính năng của ENIG
• ENEPIG có bề mặt tiếp xúc cao cấp, liên kết dây Al và khả năng hàn

Xét về độ bền hàn và bề mặt tiếp xúc, Elec Au là sự lựa chọn ưu việt hơn so với liên kết dây Al và Au (vàng).

• Kích thước lỗ trên bảng

Kích thước và số lượng lỗ của bảng sẽ ảnh hưởng đến chi phí sản xuất cuối cùng. Để tạo ra các lỗ nhỏ nhất có thể, bạn sẽ cần thiết bị chuyên dụng. Như đã nói trước đây, bạn càng yêu cầu nhiều lỗ, thì càng mất nhiều công đoạn và thời gian sản xuất; do đó, chi phí của dự án càng cao. Thiết kế của bo mạch là thành phần quan trọng nhất khi nói đến vấn đề này.

• Chiều rộng và khoảng cách theo dõi

Điều này bao gồm chiều rộng vết tối thiểu và khoảng cách giữa mỗi vết. Nếu bạn hỏi bất kỳ kỹ sư nào, họ sẽ cho bạn biết rằng có đủ độ rộng vết là điều cần thiết nếu bạn muốn vận chuyển dòng điện trên PCB mà không làm tổn hại hoặc quá nóng nó.

Bước đầu tiên trong việc xác định chiều rộng của một vết là đảm bảo rằng thiết kế là chính xác (mô phỏng). Chiều rộng vết và khả năng mang dòng tỷ lệ nghịch với kích thước bảng. Các vết rộng hơn (dày hơn) sẽ cần nhiều vật liệu và nhân công hơn, ngay cả khi các lý do khác hạn chế khả năng chuyên chở hiện có. Điều này sẽ làm tăng giá.

Nói tóm lại, có một mối liên hệ trực tiếp giữa độ dày của ván và giá cả. Có một sự khác biệt về giá giữa bảng dày hơn và mỏng hơn, nhưng nó cũng phụ thuộc vào chất lượng của vật liệu. Nó đang thu nhận, cán mỏng và tạo thành PCB từ các vật liệu dày hơn. Ngay cả khi thiết kế bạn đang tìm kiếm khá đơn giản, điều này đặc biệt đúng.

• Thông số kỹ thuật

Các chi phí bổ sung là không thể tránh khỏi đối với các thiết kế phức tạp hơn hoặc các yêu cầu riêng hoặc độc đáo. Do cần thêm nỗ lực, nguồn lực và thậm chí cả thiết bị chuyên dụng trong quá trình sản xuất, các yêu cầu thiết kế này đắt hơn để sản xuất. Tuy nhiên, việc sử dụng mô phỏng có thể giúp bạn hiểu rõ hơn về chi phí bo mạch của bạn và các nhu cầu thiết kế liên quan trước khi đưa ra bất kỳ lựa chọn thiết kế cuối cùng nào.

Kết Luận

Chi phí sản xuất bị ảnh hưởng bởi số lượng lớp. Nhiều cân nhắc, bao gồm sự phức tạp của thiết kế, chú ý đến các mối quan tâm về SI và hơn thế nữa, được xem xét khi xác định số lớp.

Nói chung, Chi phí PCB 4 lớp lớn hơn Chi phí PCB 6 lớp,Bấm vào đây để biết thêm 2 lớp Vs. Chi phí PCB 4 lớp. Nhưng những thứ khác như vật liệu, hoàn thiện, chiều rộng vết, v.v., cũng ảnh hưởng đến ước tính chi phí. Các nhà sản xuất và thiết kế PCB thường làm việc cùng nhau để xác định thiết kế của bạn cần bao nhiêu lớp.