Den 6-Lagen-PCB-Stackup verstehen: Ein umfassender Leitfaden

Dieser Artikel befasst sich mit den Feinheiten der 6-Lagen-Leiterplatte und beleuchtet ihr Design, die inhärenten Vorteile und die Best Practices, die sie zur ersten Wahl für Branchenprofis gemacht haben. Egal, ob Sie ein erfahrener Designer oder ein neugieriger Enthusiast sind, dieser umfassende Leitfaden bietet Ihnen wertvolle Einblicke in die Welt der 6-Lagen-PCB-Aufbauten.

Was ist eine 6-Lagen-Leiterplatte?

Eine 6-Lagen-Leiterplatte bezieht sich auf eine Leiterplatte mit sechs verschiedenen Schichten. Diese Schichten sind in der modernen Elektronik unverzichtbar und verbessern sowohl die Leistung als auch die Zuverlässigkeit. Jede Schicht hat eine bestimmte Funktion:

• Signalschichten: Diese Schichten übertragen Daten.

• Power Layers: Sie verteilen den Strom auf verschiedene Teile der Platine.

• Bodenschichten: Diese Schichten sorgen für Stabilität und verhindern Störungen.

Die Verwendung einer 6-Lagen-Leiterplatte ermöglicht komplexere Schaltungsdesigns und gewährleistet eine effiziente Kommunikation zwischen elektronischen Komponenten. Da die Geräte immer fortschrittlicher werden, steigt die Nachfrage nach solchen Leiterplatten. Aus geschäftlicher Sicht bedeutet die Entscheidung für eine 6-Lagen-Leiterplatte eine Investition in Haltbarkeit, Effizienz und hohe Leistung.

Das obige Design ist ein standardmäßiger 6-Lagen-PCB-Aufbau. Aber es ist nicht für jedes Design geeignet. Beispielsweise behalten Hochgeschwindigkeitskonstruktionen in der Regel immer die Leistung bei Bodenebenen auf benachbarten Schichten zur Entkopplung, während Designs, die geringe elektromagnetische Emissionen erfordern, möglicherweise zusätzliche Masseebenen zur Abschirmung verwenden müssen. Eine letzte zu berücksichtigende praktische Möglichkeit besteht darin, auf benachbarten Routing-Ebenen immer vertikal zu verlegen. Dies trägt dazu bei, die Routing-Effizienz zu verbessern und Übersprechen zu minimieren.

Hier sind einige Beispiele für andere 6-Lagen-PCB-Stackups:

Warum eine 6-Lagen-Leiterplatte verwenden?

Während 4-Lagen-Leiterplatten für viele Designer schon immer die erste Wahl waren, hat die Einführung von 6-Lagen-Leiterplatten die Dynamik verändert. Es gibt mehrere Situationen, die eine 6-Lagen-Leiterplatte zur bevorzugten Wahl machen 4-lagige Leiterplatte:

Erweiterter Platzbedarf

Wenn Ihre 4-Lagen-Platine den SIG+PWR/GND/GND/SIG+PWR-Aufbau verwendet und Sie mit begrenztem Platz auf der Oberfläche für Komponenten zu kämpfen haben, dann kann eine 6-Lagen-Leiterplatte Ihr Retter sein. Durch die Verlagerung von PWR und SIG in die inneren Schichten gewinnen Sie nicht nur mehr Platz auf der Oberfläche, sondern erreichen auch eine bessere Entkopplung über das PWR/GND-Ebenenpaar.

Dedizierte Schicht für gemischte Signale

Für Platinen, die sowohl analoge als auch digitale Signale verarbeiten, bietet eine 6-Lagen-Leiterplatte den Vorteil, dass eine gesamte Oberflächenschicht der analogen Schnittstelle gewidmet ist. Darüber hinaus bietet es eine zusätzliche interne Schicht, die auf langsameres digitales Routing zugeschnitten ist, um minimale Störungen zu gewährleisten.

Effizientes Management von Hochgeschwindigkeits- und I/O-Karten

Wenn Sie es mit einer Hochgeschwindigkeitsplatine mit einer hohen Anzahl an Ein-/Ausgängen zu tun haben, bietet eine 6-Lagen-Leiterplatte eine effiziente Lagentrennungsstrategie für Signale, ähnlich dem ersten Punkt. Dies sorgt für einen klareren Signalweg und reduziert Störungen.

Bei der Entscheidung für eine 6-Lagen-Leiterplatte geht es nicht nur um das Hinzufügen von Schichten; Es wurde entwickelt, um die Gesamtfunktionalität der Platine zu verbessern, eine optimale Signalübertragung zu gewährleisten und erweiterte Anforderungen zu erfüllen. Da sich die Elektronik ständig weiterentwickelt, ist es für Designer, die nach Effizienz und Exzellenz streben, von entscheidender Bedeutung, die Vorteile von 6-Lagen-Leiterplatten zu verstehen und zu nutzen.

Routing von Signalen auf einer 6-Lagen-Leiterplatte

Bevor Sie mit dem Routing-Prozess beginnen, ist es wichtig, den 6-Lagen-PCB-Aufbau zu beherrschen. Ein Stackup ist eine Anordnung aus sechs Schichten, die normalerweise Signal-, Leistungs- und Erdungsschichten umfassen. Eine gut organisierte Stapelung sorgt für minimale Interferenzen, optimale Signalintegrität und effiziente Stromverteilung.

• Signalschichten: Diese Schichten werden hauptsächlich zum Routing von Signalspuren verwendet. Bei einer 6-Lagen-Leiterplatte finden Sie häufig Signalschichten oben, unten und manchmal sogar im Inneren.

• Antriebsflugzeug: Dedizierte Schichten, die den Strom an die Komponenten der Platine verteilen. Sie bieten einen kontinuierlichen Pfad und sorgen so für eine stabile Stromversorgung.

• Bodenebenen: Diese Schichten bieten einen Rückweg für Signale und tragen zur Reduzierung elektromagnetischer Störungen bei.

Strategien zur Signalweiterleitung

• Behalten Sie die Impedanzkontrolle bei: Eine konsistente Impedanz über alle Leiterbahnen hinweg sorgt für minimale Signalreflexion und -verlust. Dies wird durch die Aufrechterhaltung einer einheitlichen Leiterbahnbreite und eines einheitlichen Abstands von der Grundebene erreicht.

• Vermeiden Sie Übersprechen: Stellen Sie sicher, dass die Hochgeschwindigkeitssignalspuren ausreichend Abstand voneinander haben, um Interferenzen zu vermeiden. Auch die Verwendung von Masseebenen als Abschirmung zwischen den Signalschichten kann hilfreich sein.

• Priorisieren Sie kritische Signale: Signale wie Uhren oder empfindliche analoge Signale sollten zuerst weitergeleitet und so kurz wie möglich gehalten werden. Sie sollten auch von lauten Komponenten oder Spuren ferngehalten werden.

• Gehen Sie sparsam mit Vias um: Während Vias für den Übergang zwischen Schichten unerlässlich sind, kann ein übermäßiger Einsatz zu Impedanzdiskontinuitäten führen. Es ist wichtig, sie mit Bedacht einzusetzen.

Stromführung in 6-Lagen-Leiterplatten

Stromführung ist der Weg, den Strom auf der Leiterplatte nimmt. So wie Wasser durch Rohre fließt, um unsere Häuser zu erreichen, fließt Strom durch Pfade auf der Leiterplatte, um verschiedene Teile zu erreichen. Dieser Strom versorgt die winzigen Teile auf der Platine mit Strom und sorgt dafür, dass unsere Geräte funktionieren.

Warum ist die Stromführung bei einer 6-Lagen-Leiterplatte wichtig?

• Mehr Schichten, mehr Strombedarf: Da es sechs Schichten gibt, muss die Leiterplatte sicherstellen, dass jede Schicht korrekt mit Strom versorgt wird. Es ist, als würde man dafür sorgen, dass jede Etage eines Gebäudes mit Wasser versorgt wird.

• Staus vermeiden: Stellen Sie sich Elektrizität wie Autos auf einer Straße vor. Wenn alle Autos die gleiche Route nehmen, kommt es zu einem Stau. Ebenso kann es zu Problemen führen, wenn versucht wird, zu viel Strom über einen Pfad zu leiten. Eine 6-Lagen-Leiterplatte entwirft mehrere Stromwege, um solche „Verkehrsstaus“ zu vermeiden.

• Sicherheit geht vor: Genauso wie wir nicht wollen, dass Wasser aus Rohren ausläuft, wollen wir auch nicht, dass Strom dorthin gelangt, wo er nicht hingehört. Eine ordnungsgemäße Stromführung gewährleistet einen sicheren Stromfluss, ohne dass es zu Kurzschlüssen oder Schäden kommt.

Wie erfolgt die Stromführung in einer 6-Lagen-Leiterplatte?

• Dedizierte Stromschichten: Einige Schichten auf der Leiterplatte ähneln Hauptstraßen, die nur für den Stromfluss ausgelegt sind. Diese werden als Leistungsschichten bezeichnet. Sie sorgen dafür, dass die Stromversorgung jeden Teil der Platine effizient erreicht.

• Bodenschichten für Stabilität: Bodenschichten wirken wie die Erde unter unseren Füßen und sorgen für Stabilität. Sie stellen sicher, dass kein unerwünschter Strom im Umlauf ist. Dies hilft, Störungen vorzubeugen und sorgt für einen reibungslosen Betrieb des Geräts.

• Intelligentes Design für Effizienz: PCB-Designer planen die Routen sorgfältig. Sie sorgen dafür, dass die Energie schneller die Teile erreicht, die sie am meisten benötigen. Es ist, als würde man in einer Stadt zuerst dafür sorgen, dass die Krankenhäuser mit Wasser versorgt werden.

EMV und EMI in 6-Lagen-Leiterplatten

EMV und EMI sind in der Elektronik von entscheidender Bedeutung, insbesondere bei komplexen Designs wie 6-Lagen-Leiterplatten. Für Unternehmen kann das Verständnis und die Bewältigung dieser Probleme zu besseren Produkten und zufriedenen Kunden führen. Es geht darum sicherzustellen, dass die Geräte ordnungsgemäß funktionieren, ohne unerwünschte „Geräusche“ oder Störungen.

Wie bekämpft man EMV und EMI in 6-Lagen-Leiterplatten?

• Richtige Schichtung: Bei einer 6-Lagen-Leiterplatte kann die richtige Anordnung der Lagen die EMI reduzieren. Es ist, als würde man Straßensperren anbringen, um den Verkehr besser zu steuern.

• Bodenebenen: Diese sind wie die „Erde“ der Leiterplatte. Sie tragen dazu bei, unerwünschte elektromagnetische Störungen zu absorbieren und zu reduzieren und stellen so sicher, dass das Gerät störungsfrei läuft.

• Abschirmung: Einige Teile der Leiterplatte reagieren möglicherweise empfindlicher auf elektromagnetische Störungen. Die Abschirmung ist so, als würde man diese Teile mit einer Schutzhülle umgeben, damit sie nicht beeinträchtigt werden.

• Testing: Bevor ein Produkt den Kunden erreicht, wird es auf EMV getestet. Es ist, als würde man die Bremsen eines Autos überprüfen, bevor man es verkauft. Dadurch wird sichergestellt, dass das Gerät unter realen Bedingungen gut funktioniert.

Fazit

Die 6-Lagen-Leiterplatte mit ihren unzähligen Vorteilen wird uns erhalten bleiben. Da die Größe der Geräte immer weiter schrumpft, die Leistungsfähigkeit jedoch zunimmt, wird die Nachfrage nach kompakten, effizienten und leistungsstarken Leiterplatten nur noch steigen. Für jeden im Elektronikbereich ist die Beherrschung der Feinheiten der 6-Lagen-Leiterplatte nicht nur von Vorteil, sondern von entscheidender Bedeutung.

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