PCB-Lagenaufbau
Da der Trend in der Entwicklung elektronischer Produkte in Richtung Miniaturisierung, Gewichtsreduzierung und Multifunktionalität geht, wird der Einsatz von mehrschichtigen Leiterplatten immer beliebter. Der PCB-Lagenaufbau als grundlegende strukturelle Basis für das Design mehrschichtiger Leiterplatten hat direkten Einfluss auf die Signalintegrität, die Stromintegrität und die Leistung. Unabhängig davon, ob es sich um eine zweilagige Leiterplatte für grundlegende Anwendungen oder um eine mehrlagige Leiterplatte für digitale Hochgeschwindigkeitssysteme handelt, ist der PCB-Lagenaufbau eine Schlüsseltechnologie, die man kennen muss, um die beste Leistung zu erzielen und einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten.
Was ist der PCB-Schichtaufbau?
Der PCB-Lagenaufbau bezieht sich auf das Layout und die Reihenfolge der Kupferlagen und isolierenden dielektrischen Lagen in einer Leiterplatte (PCB). Er legt die Struktur der Leiterplatte vor der Layout-Konstruktion fest. Der PCB-Lagenaufbau enthält alle für die Herstellung der Leiterplatte erforderlichen Informationen, darunter die Anzahl der Signal- und Stromlagen, die Dicke des Kerns und der Prepreg-Materialien sowie die Dicke (das Gewicht) des Kupfers.
Der übliche PCB-Lagenaufbau besteht aus zwei Hauptisoliermaterialien, nämlich Prepreg und Kern:
Prepreg, kurz für „vorimprägniert“, ist ein harzbeschichtetes Glasfasermaterial, das die Schichten miteinander verbindet, wenn während der Laminierung Wärme und Druck ausgeübt werden.
Der Leiterplattenkern besteht aus einer oder mehreren Lagen Prepreg, die laminiert, gepresst und thermisch zu einem festen Substrat mit Kupferfolie auf beiden Seiten ausgehärtet werden.
Diese Platten werden in einer bestimmten Reihenfolge gestapelt, um mehrschichtige Leiterplatten zu bilden, die den elektrischen, thermischen und mechanischen Anforderungen gerecht werden.
Warum ist der Aufbau bei der Konstruktion mehrschichtiger Leiterplatten notwendig?
Ein gut konzipierter PCB-Lagenaufbau hilft bei der Kontrolle der Signalintegrität, indem er eine gleichbleibende Impedanz aufrechterhält und Übersprechen minimiert, was auch eine zuverlässige Stromverteilung und eine Verringerung elektromagnetischer Störungen (EMI) gewährleistet. Darüber hinaus trägt ein geeigneter PCB-Lagenaufbau zu einer effektiven Wärmeableitung bei, verhindert ein Verziehen der Leiterplatte und ermöglicht ein kostengünstiges Design, das durch eine logische Anordnung der Signal-, Strom- und Erdungsschichten einfach hergestellt werden kann.
Im Gegensatz dazu können ein schlechtes Design des PCB-Lagenaufbaus und die falsche Wahl des geeigneten Materials zu erheblichen Problemen bei der elektrischen Leistung in der Signalübertragung, erhöhter Strahlung und Übersprechen führen, wodurch das Produkt anfälliger für externe Störgeräusche wird. Diese Probleme können zu Timing-Fehlern und Interferenzen führen und letztendlich zu Betriebsproblemen, die die Leistung und langfristige Zuverlässigkeit erheblich beeinträchtigen.
Unser Standard-Lagenaufbau für Leiterplatten
MOKOPCB verfügt über die standardisierte Fähigkeit, mehrschichtige Leiterplatten mit bis zu 18 Lagen herzustellen, mit einer Plattendicke von 0,3 mm bis 5,0 mm, einer Kupferdicke von 0,5 bis 5 oz und einem Mindestlagenabstand von 4 mil. Nachfolgend finden Sie Beispiele für unsere häufig verwendeten Lagenaufbauten:
4-lagiger Leiterplattenaufbau
6-lagiger Leiterplattenaufbau
8-lagiger Leiterplattenaufbau
10-lagiger Aufbau
12-lagiger Aufbau
Der tatsächliche Schichtaufbau hängt vom Leiterplattenmaterial und zahlreichen anderen Faktoren ab. Wenn Sie spezielle Anforderungen an den Leiterplattenaufbau haben, senden Sie uns einfach die Dicke Ihrer Leiterplatte und die Anzahl der gewünschten Schichten. Unsere Ingenieure werden Ihnen den entsprechenden Aufbau liefern.
5 Design-Tipps für einen effizienten Leiterplattenaufbau
- Wählen Sie das richtige dielektrische Material
Die Grundlage für das Design von Leiterplatten-Lagenaufbauten ist die Materialauswahl, die sich direkt auf die Signalausbreitung sowie die Takteinstellung und das Wärmemanagement auswirkt. Bei der Auswahl dielektrischer Materialien ist es wichtig, sicherzustellen, dass sie Ihren elektrischen, mechanischen und thermischen Anforderungen entsprechen. Wenn Ihre Leiterplatten beispielsweise in Hochfrequenzanwendungen eingesetzt werden, sollten Sie sich für Materialien mit niedriger Dielektrizitätskonstante entscheiden, die den Signalverlust minimieren können.
- Bestimmen Sie die optimale Anzahl von Signallagen
Die Architektur Ihrer Leiterplatte wird weitgehend durch die Anzahl der Signallagen bestimmt, was sich direkt auf die Effizienz des Routings auswirkt. Hochgeschwindigkeits-Digitaldesigns und leistungsintensive Anwendungen haben in der Regel mehr Lagen als relativ einfache Schaltungen. Einige komplexe Komponenten wie BGAs mit feinem Pitch und hoher Pin-Anzahl erfordern ebenfalls mehrere Signallagen für ein dichtes Routing. Außerdem können strenge Anforderungen an die Signalintegrität, wie z. B. extrem niedrige Crosstalk-Ziele, eine Erhöhung der Lagenanzahl erforderlich machen, um Signale zu trennen.
- Planung der Verteilung von Masse- und Stromversorgungsebenen
Durch dedizierte Masse- und Stromversorgungsebenen werden Signalschichten freigegeben und der Gleichstromwiderstand in Stromverteilungsnetzen minimiert, wodurch nur minimale Spannungsabfälle an den Komponentenstandorten auftreten. Masseebenen dienen dazu, die erforderlichen Rückwege für Hochfrequenzsignale bereitzustellen, wodurch elektromagnetische Störungen und Übersprechen erheblich reduziert werden. Stromversorgungsebenen verbessern die Entkopplungseffizienz, indem sie eine verteilte Kapazität über die gesamte Platine erzeugen und so das Übergangsverhalten und die elektromagnetische Verträglichkeit verbessern. Um optimale Ergebnisse zu erzielen, sollten Masse- und Stromversorgungsebenen so nah wie möglich beieinander platziert werden, um die verteilte Kapazität zu maximieren und eine hervorragende elektromagnetische Verträglichkeit zu gewährleisten.
- Sicherstellung einer konsistenten Impedanzsteuerung
Bei Hochgeschwindigkeitsdesigns ist die Gewährleistung einer konsistenten Impedanz für die Signalintegrität von entscheidender Bedeutung. Um dies zu erreichen, ist es wichtig, die Leiterbahnparameter (Breite, Abstand und Position im PCB-Aufbau) sorgfältig zu berücksichtigen. Befindet sich keine solide Referenzebene direkt unter einer Leiterbahn, können nahegelegene Kupferelemente unbeabsichtigt als Rückleitung dienen, was zu Signalverzerrungen führt. Um dies zu vermeiden, ist es wichtig, eine solide Masseebene direkt unter impedanzgesteuerten Leiterbahnen zu platzieren. Berücksichtigen Sie außerdem die trapezförmige Form der geätzten Leiterbahnen bei der Durchführung von Impedanzberechnungen.
- Optimieren Sie die Schichtsequenzierung, um EMI zu reduzieren
Die strategische Anordnung der Schichten ist entscheidend für die Reduzierung elektromagnetischer Störungen. Verwenden Sie abwechselnde Muster aus Signal-, Masse- und Stromebenen, um eine wirksame Abschirmung zu erzielen. Achten Sie darauf, dass die Signallagen sehr nahe an den Masseebenen liegen, um eine enge elektromagnetische Kopplung zu erreichen. Zwischen Masse- und Stromebenen sollte ein ausreichender Abstand bestehen, wobei eine benachbarte Anordnung der Signallagen zu vermeiden ist. Achten Sie auf eine symmetrische Stapelung, um Verformungen während des Herstellungsprozesses zu vermeiden, und vermeiden Sie segmentierte Stromebenen, die Rauschkopplungspfade erzeugen.
Wählen Sie MOKOPCB für Ihre Anforderungen an den PCB-Lagenaufbau
MOKOPCB bietet umfassende Lösungen für den PCB-Lagenaufbau und verfügt über Fachwissen in den Bereichen Designberatung, präzise Stapelkonfiguration und Materialauswahl für mehrschichtige PCBs. Unsere Dienstleistungen beginnen mit dem Design des Lagenaufbaus, gefolgt von der Prototypenerstellung und der Serienfertigung. Mit fast 20 Jahren Erfahrung in der Fertigung bieten wir Ihnen unvergleichliche Geschwindigkeit, Qualität und Wertigkeit bei der Herstellung von mehrschichtigen PCBs.
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