Professionele PCB layer stackup oplossingen voor geavanceerde multilayer ontwerpen

Spring naar: Het doel van PCB layer stackups | Doelstellingen bij het maken van een multilayer PCB stack | Overige factoren bij het maken van een multilayer PCB stack | Veelvoorkomende typen PCB layer stackups | MCL is uw bron voor kwaliteit multilayer PCBs | Contact MCL voor een gratis offerte

Printplaten (PCBs) worden steeds complexer, met meer functies en circuits die in een enkel bord passen. Enkelvoudige PCB's worden zelf complexer, maar PCB-layouts moeten nog meer functionaliteit bieden in compacte ruimtes. Daarom wenden veel fabrikanten zich tot multilayer PCB stackups. Wat is een PCB stackup? Hoe werkt het, en hebt u het nodig voor uw toepassingen? Hier zijn essentiële punten over PCB stackups om een weloverwogen beslissing te nemen.

Het doel van PCB layer stackups

Een PCB stackup verwijst naar de rangschikking van koper- en isolerende lagen die een PCB vormen. Deze lagen zijn zo gerangschikt dat meerdere printplaten op hetzelfde apparaat passen. In hun meest basievorm bestaan multilayer PCBs uit ten minste drie geleidende lagen. De bodemlaag is gesynthesiseerd met het isolatiebord, en elke circuitbordlaag is verbonden met de volgende.

Terwijl PCB-lagen een complexer en ruimtebesparend bord creëren, bieden PCB stackups ook de volgende voordelen:

• Maximaliseer functionaliteit: Multilayer PCBs kunnen de snelheid en functionaliteit in het apparaat vermenigvuldigen, wat resulteert in een functioneler bord.
• Minimaliseer kwetsbaarheid: Laag stacks kunnen interne lagen beschermen tegen externe ruis, waardoor ze minder kwetsbaar zijn voor schadelijke externe krachten.
• Verminder straling: Goed ontworpen PCB layer stacks helpen straling van uw apparaat te minimaliseren, vooral in high-speed layouts. Let op: slechte ontwerpen met impedantie mismatches kunnen leiden tot meer EMI-straling dan een normale PCB.
• Verlaag kosten: Goede layer PCB stack-ups helpen lagere productiekosten te bereiken door meerdere circuits op een enkel bord te plaatsen. Een bord betekent gestroomlijnde productie voor het bord, het onderdeel waar het bord in zit en de verpakking voor de complete opstelling.

Bovenop deze voordelen verminderen PCB stackups ook impedantie mismatch en signaal crosstalk problemen. Al deze voordelen maken het zeer wenselijk om PCB stackups te maken.

Doelstellingen bij het maken van een multilayer PCB stack

Multilayer PCB stacks worden zorgvuldig ontworpen om bepaalde ontwerpbehoeftes te vervullen. De meest basale doelstellingen die multilayer PCBs moeten bereiken, zijn:

1. Ground en power planes zijn zo dicht mogelijk aan elkaar gekoppeld.
2. Signaallagen zijn altijd aangrenzend aan planes.
3. Signaallagen zijn zo dicht mogelijk gekoppeld aan hun planes.
4. High-speed signalen worden gerouteerd door begraven lagen tussen planes om straling in te perken.
5. Meerdere ground planes worden opgenomen om impedantie en straling te verlagen.

Hoewel u moet proberen zoveel mogelijk van deze doelstellingen te bereiken, is het belangrijk te weten dat niet elke PCB stack alle vijf zal halen – in feite kunnen alleen 8-laags borden alle vijf voldoen. U moet nauw samenwerken met uw PCB-engineeringteam om te bepalen welke doelen de hoogste prioriteit hebben voor uw PCB stackup.

Overige factoren bij het maken van een multilayer PCB stack

Naast de bovengenoemde doelstellingen zijn er andere ontwerpfactoren bij het ontwikkelen van een multilayer PCB stack. Enkele essentiële kwesties om op te lossen:

• Interlayer offset: Lagen kunnen gemakkelijk verspringen bij het maken van een multilayer PCB stack. Om dit te voorkomen, gebruik een hot-melting en rivet-and-dowel methode voor bordzijde ontwerp.
• Stackup measling: Delaminatie in de vorm van measling is veelvoorkomend bij het stapelen van borden. Om dit te voorkomen, voeg pads met een epoxy plaat toe tijdens het rangschikken van de borden. Deze pads helpen de druk te balanceren om measling te elimineren.
• Kernmaterialen: Enkelvoudige PCBs kunnen gemaakt worden met standaard substraten of aluminium kernen. Let op: aluminium kern PCBs zijn niet beschikbaar voor multilayer stackups, aangezien multilayer aluminium PCBs extreem moeilijk te produceren zijn.
• Materiaalconsistentie: Multilayer PCBs moeten dezelfde fabricantenmaterialen gebruiken voor zowel kern als prepreg. Het gebruik van materialen van verschillende fabrikanten kan problemen veroorzaken tijdens laminatie.
• Bow en twist: Bow en twist problemen kunnen ontstaan als koper onevenwichtig is verdeeld in multilayer stackups. Daarom moeten PCB-ontwerpers alle multilayer PCBs symmetrisch ontwerpen – stapel kopergewichten, prepreg-dikte en kerndikte moeten symmetrisch zijn.

Naast deze factoren is het essentieel om PCB-emissies nauwlettend te monitoren en te ontwerpen. Zorg ervoor dat het ontwerp geoptimaliseerd is om emissies te minimaliseren en veelvoorkomende ontwerpissues te vermijden die resulterende lussen kunnen veroorzaken.

Veelvoorkomende typen PCB layer stackups

Nu u de ontwerpbasis kent voor PCB multilayer stackups, is het belangrijk de typen stackups te kennen en hoe u de juiste kiest voor uw behoeften. Er zijn vijf typen PCB layer stackups – 2-laags, 4-laags, 6-laags, 8-laags en 10-laags. Het aantal benodigde lagen wordt primair bepaald door de grootte van het circuit, de grootte van het bord en de EMC-eisen. Daaruit kunt u de layout bepalen.

Elk type wordt hieronder gedetailleerder beschreven, samen met de voorwaarden waaronder ze vaak gebruikt worden.

2-laags

Vaak dubbelzijdige PCBs genoemd, zijn 2-laags PCBs waarschijnlijk de meest voorkomende typen multilayer PCBs omdat ze interconnects aan beide kanten kunnen accommoderen. Deze PCBs bestaan uit drie materiaallagen, waarvan twee functioneel:

• Signaallaag: Deze bovenlaag bestaat uit koper met een benaderende dikte van 0,0014 inch (1 oz.) tot 0,0021 inch (2 oz.).
• Laminaat kern: De laminaat kern scheidt de boven- en onderste koperlagen, houdt ze geïsoleerd. Via's creëren verbindingen tussen de zijden van het bord.
• Onderlaag: Deze tweede koperlaag is vergelijkbaar met de signaallaag met een benaderende dikte van 0,0014 inch (1 oz.) tot 0,0021 inch (2 oz.).

Deze PCBs zijn goedkoop en relatief eenvoudig te produceren, weshalb ze vaak worden bevorzugt boven de duurdere 4-, 6-, 8- en 10-laags en hogere ontwerpen. Ze zijn ook hoog functioneel omdat er geen propagatievertragingen zijn, en ze neigen tot minder potentiele ontwerpissues vergeleken met andere stackup-opties.

4-laags

In termen van PCB stackups zijn 4-laags PCBs de tweede meest voorkomende optie in multilayer borden. Deze PCBs hebben vier lagen om elektrische signalen te routeren. Deze lagen zijn samengeperst, met een boven- en onderlaag aan de buitenkant en twee binnenlagen ertussen. De boven- en onderlaag zijn waar componenten en routing worden geplaatst. De binnenlagen kunnen geen externe verbindingen maken, daarom worden ze vaak gebruikt als power planes of voor signal routing, wat de kwaliteit van trace signalen verbetert en EMI-emissies reduceert. Het is niet aanbevolen om de binnenlagen signaallagen te maken – als u vier signaallagen nodig hebt, kijk dan naar een 6-laags bord.

De twee binnenlagen worden van elkaar gescheiden door een kernlaag, en de boven- en onderlaag worden van de binnenlagen gescheiden door prepreg. Dit resulteert in een layer stackup als volgt:

• Bovenlaag
• Prepreg
• Binnenlaag 1
• Kern
• Binnenlaag 2
• Prepreg
• Onderlaag

Hoewel duurder om te prototypen en produceren dan 2-laags PCBs, bieden 4-laags PCBs grotere functionaliteit. Met een bedacht ontwerp kunnen ze ook uitstekende signaalintegriteit en EMC-mogelijkheden bieden.

6-laags

Een 6-laags PCB is functioneel een 4-laags PCB met twee extra signaallagen. In totaal omvatten 6-laags stackups vier routinglagen – twee interne en twee externe – en twee interne planes voor grounding en power. Over het algemeen zijn de lagen als volgt gerangschikt:

• Bovenlaag
• Prepreg
• Ground plane
• Kern
• Route laag
• Prepreg
• Route laag
• Kern
• Power plane
• Prepreg
• Onderlaag

Het bovenstaande ontwerp is het meest voorkomende, omdat het high-speed signaling balancert met EMI-controle. Het bereikt dit door high-speed signalen door de twee begraven lagen te lopen, terwijl low-speed signalen over de oppervlaktelagen lopen.

Dit ontwerp is echter niet effectief voor alle toepassingen. High-speed ontwerpen houden ground en power planes naast elkaar. Ontwerpen voor lage EMI-emissies hebben extra ground planes voor shielding. Als u twijfelt over welke variatie het beste werkt, werk altijd nauw samen met uw PCB-ontwerper en leverancier om de beste opties te bepalen.

8-laags

De 8-laags PCB stackup biedt nog meer opties dan het 6-laags bord door twee extra lagen toe te voegen voor routing of prestaties. Het is ook het eerste bord in deze lijst dat alle vijf doelstellingen voor multilayer PCB-ontwerp kan halen.

Typische 8-laags PCB stackups hebben de power en ground lagen in het midden, wat goede capaciteitie tussen lagen biedt alsook scheiding tussen de tweede en derde signaalplanes om signaalintegriteit te beschermen. Dit resulteert in een veelvoorkomende 8-laags PCB stackup:

• Signaallaag 1
• Prepreg
• Ground plane
• Kern
• Signaallaag 2
• Prepreg
• Power plane
• Kern
• Ground plane
• Prepreg
• Signaallaag 3
• Kern
• Power plane
• Prepreg
• Signaallaag 4

Deze PCBs hebben niet meer dan vier signaalplanes – in plaats van extra signaalplanes, hebben ze meer ground en power planes om EMC-prestaties te optimaliseren. Hoewel dit suboptimaal kan lijken gezien de extra kosten van een 8-laags ten opzichte van een 6-laags PCB, is de procentuele kostenstijging van een 8-laags ten opzichte van een 6-laags kleiner dan die van een 6-laags ten opzichte van een 4-laags. De kleinere stijging maakt het gemakkelijker de kostenverhoging te rechtvaardigen voor de verbeterde emissieprestaties.

10-laags

Als uw ontwerp zes routinglagen vereist, kijk dan naar een 10-laags bord. Een 10-laags PCB stack heeft zes signaallagen en vier planes, met strakke koppeling tussen signaal en return planes. Typische 10-laags ontwerpen zijn gerangschikt als:

• Signaallaag 1
• Ground plane
• Signaallaag 2
• Signaallaag 3
• Power plane
• Ground plane
• Signaallaag 4
• Signaallaag 5
• Power plane
• Signaallaag 6

Voor deze rangschikking worden high-speed signalen doorgaans gerouteerd op de interne signaallagen. Bij juiste stacking en routing kan deze opstelling zowel uitstekende signaalintegriteit als geweldige EMC-prestaties bieden. Het is niet aanbevolen om een van de grounding of power planes te vervangen door extra signaallagen, aangezien dit slechte prestaties kan opleveren.

MCL is uw bron voor kwaliteit multilayer PCBs

Multilayer PCB stackups zijn een uitstekende optie als u verhoogde functionaliteit op uw PCB nodig hebt. Hoewel productiekosten en ontwerpbehoeftes stijgen met elke extra laag, kan de afweging voor functionaliteit en EMC-verbeteringen de kosten waard zijn, zeker in een steeds compactere wereld. Ongeacht het aantal lagen dat u nodig hebt, hebt u ook een ervaren PCB-leverancier nodig. Millennium Circuits kan helpen.

Millennium Circuits Limited is een in Pennsylvania gevestigde industrieleider in PCBs met klanten in diverse branches over de hele wereld. We leveren consistent high-quality printplaten, ondersteund door innovatie, kwaliteitszekering en jarenlange expertise. We bieden rigid-flex borden, HDI borden en stackups, onder vele andere PCB-gerelateerde producten. Ongeacht hoeveel lagen u zoekt, kunt u vertrouwen op MCL voor kwaliteitsborden.

U kunt ook met MCL uw PCB beoordelen. We bieden een gratis PCB-bestandscheck bij elke bestelling, zodat uw ontwerp foutloos is. We hebben ook een kwaliteitscontroleprogramma met een getraind team ondersteund door state-of-the-art test- en meetinstrumenten, die we gebruiken om productconformiteit met IPC A-600 standaarden en eventuele extra klanteisen te garanderen.

Om het af te ronden, is MCL toegewijd aan het leveren van de beste service. Daartoe bieden we een gratis offerte op onze diensten. Bovendien kunnen we u een offerte geven binnen één werkdag. Ons doel is de enige PCB-leverancier te zijn die u ooit nodig zult hebben.

Contact MCL voor een gratis offerte vandaag

Millennium Circuits Limited levert een breed scala aan PCBs en PCB-producten, inclusief multilayer printplaten. Voor meer informatie over PCB stackups en de opties die MCL kan bieden, kunt u spreken met MCL's team van specialisten. Neem vandaag contact op met Millennium Circuits voor vragen over multilayer stackups.