Eine Leiterplatte (PCB) ist einer der wesentlichen Bestandteile eines elektronischen Geräts. Es dient dazu, elektronische Teile an Ort und Stelle zu halten und elektrisch zu verbinden. Eine Leiterplatte mit mehr als einer Schicht besteht aus mehreren Kupferebenen und einem Substrat, einem Material, das verhindert, dass die Schichten einander berühren.
Abhängig von der Komplexität des Schaltungsdesigns können zwischen zwei und mehreren Dutzend Schichten vorhanden sein. In vielen Designs wird eine sechsschichtige Leiterplatte verwendet, da sie eine gute Mischung aus Kosten, Leistung und Komplexität bietet. In diesem Blog sprechen wir darüber, wie man eine sechsschichtige Leiterplatte aufbaut und wie man sie zusammensetzt.
Was ist gut an einer sechsschichtigen Leiterplatte?
In vielerlei Hinsicht, a Sechsschichtige Leiterplatte ist besser als eine zweischichtige oder vierschichtige Leiterplatte. Hier sind einige gute Dinge daran:
• Mehr Freiheit beim Design: Eine Leiterplatte mit sechs Lagen bietet Ihnen mehr Routing-Optionen und mehr Platz für Komponenten.
• Bessere Stromversorgungs- und Masseebenen: Mit mehr Schichten können Sie separate Stromversorgungs- und Masseebenen verwenden, was dazu beiträgt, Rauschen zu reduzieren und die Signalintegrität zu verbessern.
• Weniger EMI/RFI: Eine Leiterplatte mit sechs Schichten kann elektromagnetische Störungen (EMI) und Hochfrequenzstörungen (RFI) besser blockieren.
• Besseres Wärmemanagement: Eine sechsschichtige Leiterplatte kann dabei helfen, Wärme schneller abzuleiten, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Überhitzung geringer wird.
• Höhere Dichte: Eine sechsschichtige Leiterplatte kann Designs mit höherer Dichte verarbeiten und eignet sich daher perfekt für Schaltkreise mit vielen Teilen.
So wird eine sechsschichtige Leiterplatte aufgebaut:
Sechs Schichten Kupfer und Substrat werden zu einer sechsschichtigen Leiterplatte zusammengefügt. So wird üblicherweise eine sechslagige Leiterplatte aufgebaut:
• Obere Schicht: Hier werden die meisten Teile untergebracht.
• Signalschicht: Diese Schicht sendet Signale dorthin, wo sie hin müssen.
• Energieebene: Diese Schicht sendet Energie von einem Ort zum anderen. • Bodenebene 1: Diese Ebene dient der Ausbreitung des Bodens.
• Signalschicht: Diese Schicht sendet Signale dorthin, wo sie hin müssen.
• Untere Ebene: Der Rest der Teile wird auf dieser Ebene liegen.
Gedanken zum Design einer sechsschichtigen Leiterplatte
Bei der Herstellung einer sechsschichtigen Leiterplatte sind einige Dinge zu beachten, wie zum Beispiel:
• Komponentenplatzierung: Bei einer sechsschichtigen Leiterplatte ist die Komponentenplatzierung von entscheidender Bedeutung, da sie sich darauf auswirkt, wie die Platine geroutet wird und wie gut sie funktioniert. Platzieren Sie die Teile so, dass die Leiterbahnen so kurz wie möglich sind und Rauschen und Übersprechen weniger wahrscheinlich sind.
• Breite der Leiterbahnen: Der Widerstand und die Kapazität des Stromkreises abhängig von der Breite der Leiterbahnen. Verwenden Sie breitere Leiterbahnen für Stromkreise mit viel Strom und kleinere Leiterbahnen für Stromkreise mit geringer Strommenge.
• Platzierung von Vias: Vias werden verwendet, um die Schichten einer Leiterplatte zu verbinden. Platzieren Sie die Durchkontaktierungen so, dass sie die Signalreinheit möglichst wenig beeinflussen und die Gefahr von Übersprechen möglichst gering ist.
• Wärmemanagement: Eine sechsschichtige Leiterplatte kann die Wärme besser ableiten, Sie müssen jedoch dennoch den Umgang mit der Wärme auf der Leiterplatte berücksichtigen. Platzieren Sie Teile, die Wärme erzeugen, weit voneinander entfernt und verwenden Sie thermische Durchkontaktierungen, um die Wärme abzuleiten.
• Signalintegrität: Bei einer sechsschichtigen Leiterplatte ist die Signalintegrität von entscheidender Bedeutung, da Rauschen und Interferenzen die Daten beeinträchtigen können. Verwenden Sie die richtigen Methoden zur Erdung und Abschirmung, um die Auswirkungen von Lärm und Strahlung zu verringern.
• EMI/RFI: Eine sechsschichtige Leiterplatte kann EMI/RFI besser blockieren, aber Sie müssen dennoch darüber nachdenken, wie sich Rauschen von außen auf die Schaltung auswirkt. Verwenden Sie eine Abschirmung und eine ordnungsgemäße Verkabelung, um die Auswirkungen von Geräuschen von außen zu verringern.
Boden- und Motorflugzeuge
Mit einer sechsschichtigen Leiterplatte können Sie über separate Strom- und Masseebenen verfügen, was ein Vorteil ist. Powerplanes senden Strom an die Komponenten, und Groundplanes geben Signale aus, um auf einfache Weise dorthin zurückzukehren, wo sie herkommen.
Hier sind einige Dinge, die Sie bei der Herstellung von Powerplanes und Groundplanes beachten sollten:
• Die Strom- und Masseebenen sollten nebeneinander liegen, um die Größe der Schleife zu verringern und das Rauschen zu reduzieren.
• Die Strom- und Masseebenen sollten die gleiche Dicke haben, um die Impedanz ausgeglichen zu halten und das Risiko von Rauschen zu verringern.
• Mehrere Durchkontaktierungen sollten die Strom- und Masseebenen verbinden, um die Induktivität zu verringern und den Signalen einen Weg mit geringem Widerstand zu geben, dorthin zurückzukehren, wo sie herkommen.
• Für einen geringeren Widerstand und einen geringeren Spannungsabfall sollten die Strom- und Erdungsleiterbahnen breiter sein als die Signalleitungen.
Bedenken hinsichtlich der Routen
Routing ist ein wesentlicher Bestandteil von PCB-Design, und eine sechsschichtige Leiterplatte macht es aufgrund ihrer Komplexität noch kritischer. Hier sind einige Dinge, die Sie bei der Herstellung einer sechsschichtigen Leiterplatte beachten sollten:
• Platzieren Sie Hochgeschwindigkeitsnachrichten auf den inneren Schichten, um das Risiko von Rauschen und Interferenzen zu verringern.
• Verwenden Sie Durchkontaktierungen, um die Schichten zu verbinden, aber halten Sie die Anzahl der Durchkontaktierungen so gering wie möglich, um den Widerstand zu verringern und die Signalintegrität zu verbessern.
• Verwenden Sie Tropfen, um das Risiko von Lötbrücken zu verringern und die Platine zuverlässiger zu machen.
• Verwenden Sie bei Hochgeschwindigkeitssignalen Differenzpaare, um die Auswirkungen von Rauschen zu verringern und die Signalintegrität zu verbessern. • Verlegen Sie Leiterbahnen nicht in der Nähe der Platinenkante, um das Risiko von Rauschen und Störungen durch externe Quellen zu verringern.
Stapelformen
Auch wenn der allgemeine Aufbau einer sechsschichtigen Leiterplatte bereits beschrieben wurde, gibt es noch andere Möglichkeiten, sie zusammenzustellen, um unterschiedlichen Designanforderungen gerecht zu werden. Hier sind einige verschiedene Möglichkeiten, eine sechsschichtige Leiterplatte aufzubauen:
• Getrennte Energieebenen: Anstatt eine einzige Energieebene zu haben, teilen Sie diese in zwei oder mehr Ebenen auf, um den Lärm zu reduzieren und es einfacher zu machen, die Energie dorthin zu bringen, wo sie benötigt wird.
• Getrennte Masseebenen: Wie geteilte Stromversorgungsebenen können geteilte Masseebenen dazu beitragen, Rauschen zu reduzieren und die Art und Weise zu verbessern, wie Nachrichten zu ihrer Quelle zurückkehren.
• Ebenen mit gemischter Leistung und Signal: In einigen Designs kann es notwendig sein, die Signal- und Leistungsebenen zu mischen, um spezifische Anforderungen zu erfüllen. In diesen Situationen können Rauschen und Interferenzen durch geeignete Abschirmungs- und Erdungsmethoden verringert werden.
Impedanzregelung
In Hochgeschwindigkeitssystemen ist die Impedanzkontrolle von entscheidender Bedeutung, und eine sechsschichtige Leiterplatte kann die Impedanz besser steuern als eine zweischichtige oder vierschichtige Leiterplatte. Hier sind einige Methoden zur Impedanzkontrolle in einer sechsschichtigen Leiterplatte:
• Verwenden Sie ein Substrat mit kontrollierter Dielektrizitätskonstante (Dk), um den Widerstand auf der gesamten Platine gleich zu halten.
• Steuern Sie die Impedanz der Leiterbahnen mithilfe von Streifenleitungs- oder Mikrostreifenleitungen.
• Verwenden Sie eine Masseebene als Referenzebene, um den Widerstand zu verringern und die Signalintegrität zu verbessern.
• Optimieren Sie die Impedanz der Leiterbahnen mithilfe von Impedanzrechnern und Modellierungstools.
Wärmemanagement:
Wie bereits erwähnt, kann eine sechsschichtige Leiterplatte dazu beitragen, dass die Wärme schneller entweicht. Sie müssen jedoch dennoch berücksichtigen, wie die Leiterplatte mit der Wärme umgeht. Hier sind einige Möglichkeiten, um eine Überhitzung einer sechsschichtigen Leiterplatte zu verhindern:
• Trennen Sie Teile, die Wärme erzeugen, voneinander, um zu verhindern, dass sie zu heiß werden.
• Verwenden Sie thermische Durchkontaktierungen, um die Wärme von der Außenseite der Platine zu den inneren Schichten zu transportieren.
• Verwenden Sie einen Kühlkörper oder einen Lüfter, um die Wärme der Platine abzuleiten.
• Verwenden Sie Werkzeuge zur thermischen Modellierung, um sicherzustellen, dass die thermische Leistung der Platine optimal ist.
DFM steht für „Design for Manufacture“.
Design for Manufacturability (DFM) ist ein integraler Bestandteil des PCB-Designs, da es Einfluss darauf hat, wie viele Platinen hergestellt werden können und wie viel sie kosten. Für eine sechsschichtige Leiterplatte sind hier einige DFM-Dinge, über die Sie nachdenken sollten:
• Verwenden Sie Standard-Leiterplattengrößen und Bohrergrößen, um die Kosten und Wartezeiten für die Platine zu reduzieren.
• Verwenden Sie die gleiche Leiterbahnbreite und den gleichen Abstand zwischen den Leiterbahnen, um den Produktionsprozess leichter zugänglich zu machen. • Stapeln Sie die Lagen ähnlich, um die Platine übersichtlicher und kostengünstiger zu gestalten.
• Verwenden Sie Pads und Durchkontaktierungen geeigneter Größe, um sicherzustellen, dass das Löten richtig funktioniert und das Risiko von Lötbrücken verringert wird.
Fazit
Eine sechsschichtige Leiterplatte ist ein kompliziertes Design, das in mehrfacher Hinsicht besser sein kann als eine zweischichtige oder vierschichtige Leiterplatte. Die zusätzlichen Schichten tragen dazu bei, Rauschen und Verzerrungen zu reduzieren, die Signalqualität zu verbessern und Wärme schnell abzuführen. Bei der Herstellung einer sechsschichtigen Leiterplatte müssen jedoch der Schichtaufbau, die Stromversorgungs- und Masseebenen, das Routing, die Impedanzkontrolle, das Temperaturmanagement und das DFM sorgfältig durchdacht werden.
Wenn Sie die Tipps in diesem Artikel befolgen, können Sie eine sechsschichtige Leiterplatte entwerfen, die Ihren Anforderungen entspricht und zuverlässig und kostengünstig ist. Die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen PCB-Designer oder -Hersteller kann Ihnen auch dabei helfen, Ihr Design zu verbessern und häufige Fehler zu vermeiden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine sechsschichtige Leiterplatte eine gute Wahl für schnelle, komplizierte Designs ist, die gut und zuverlässig funktionieren müssen. Sie können sicherstellen, dass Ihr PCB-Design effizient funktioniert, wenn Sie die Designfaktoren verstehen und Best Practices befolgen.
