Tiga hal menentukan sifat kelistrikan dan termal papan di luar tata letaknya: seberapa tebal tembaganya, bagaimana lapisannya disusun, dan seberapa jauh setiap lapisan dari lapisan di sebelahnya. Artikel ini menjelaskan ketiganya, dan kapan Anda perlu memberi tahu pabrik tentang hal-hal tersebut.
Ketebalan tembaga
Ketebalan tembaga dinyatakan sebagai berat per luas: ons per kaki persegi. Satu ons tembaga yang tersebar di atas satu kaki persegi tebalnya sekitar 35 mikrometer (0,035 mm, atau 1,4 mil). Dua ons tebalnya sekitar 70 µm.
| Berat | Perkiraan ketebalan | Penggunaan umum |
|---|---|---|
| 0.5 oz | 17.5 µm | Lapisan dalam, jalur halus |
| 1 oz | 35 µm | Pilihan yang biasa untuk lapisan luar |
| 2 oz | 70 µm | Papan daya, arus lebih tinggi |
| 3 oz dan lebih | 105 µm dan lebih | Tembaga berat: catu daya, busbar |
- Ketebalan tembaga: jalur yang sama pada tiga ketebalan.
- Laminasi isolasi di bawah tembaga.
- Etsa memotong ke samping dan juga ke bawah, sehingga tembaga tebal meninggalkan dasar jalur yang lebih lebar dan memerlukan celah yang lebih lebar.
Ada dua hal yang mudah terlewat:
- Lapisan luar memperoleh tembaga tambahan saat pelapisan. Papan yang dipesan dengan tembaga luar "1 oz" biasanya dibuat dari foil yang lebih tipis, lalu dilapisi tembaga, karena lubangnya harus dilapisi. Ketebalan jadi dinyatakan dengan cara yang berbeda oleh pembuat yang berbeda; tanyakan apakah angka tersebut adalah foil awal atau tembaga jadi.
- Tembaga yang lebih tebal memerlukan celah yang lebih lebar dan jalur yang lebih lebar. Etsa berjalan ke samping dan juga ke bawah, sehingga tembaga berat memerlukan ruang yang lebih besar agar teretsa dengan bersih. Tembaga berat juga mengubah cara pabrik menetapkan jalur dan celah minimum. Jangan merancang tembaga 3 oz dengan celah yang Anda gunakan untuk 0,5 oz.
Berapa arus yang dapat dibawa jalur
Arus yang dapat dibawa jalur bergantung pada lebarnya, ketebalan tembaga, kenaikan suhu yang Anda terima, dan apakah jalur berada di lapisan luar (didinginkan oleh udara) atau lapisan dalam (tidak). Acuan baku untuk hal ini adalah IPC-2221, yang memberikan kurva, dan pendampingnya yang lebih baru, IPC-2152, dianggap sebagai sumber yang lebih baik. Gunakan kalkulator yang didasarkan pada keduanya, tambahkan margin, dan perlakukan hasil untuk lapisan dalam dengan lebih hati-hati. Untuk jalur yang membawa lebih dari beberapa ampere, pertimbangkan jalur yang lebih lebar, tuangan poligon, ketebalan tembaga tambahan, atau tembaga yang diperkuat solder, bukan jalur tipis yang dipaksa sampai batasnya.
Susunan lapisan
Susunan lapisan adalah daftar lapisan secara berurutan dan apa yang terletak di antaranya: tembaga, ketebalan dan jenis dielektrik, tembaga, dan seterusnya. Setiap papan multilapis memilikinya, dan pabrik yang memutuskan susunan yang sebenarnya kecuali Anda menentukannya.
- Dua lapis: tembaga, satu inti, tembaga.
- Empat lapis: tembaga luar, prepreg, tembaga dalam, satu inti, tembaga dalam, prepreg, tembaga luar.
- Enam lapis: dua inti dan tiga lapis prepreg di antara enam lapisan tembaga.
- Prepreg: kain kaca dengan resin yang dikeringkan sebagian, yang meleleh dan menyatukan lapisan saat papan ditekan.
- Inti: laminasi kaku dengan tembaga di kedua sisi.
Dua lapis
Tembaga di kedua sisi, satu inti di antaranya. Sederhana dan murah. Cocok untuk desain digital sederhana, kecepatan rendah, dan banyak desain analog.
Empat lapis
Langkah naik yang paling umum. Susunan yang biasa:
- Sinyal (atas)
- Bidang ground
- Bidang daya (atau ground kedua)
- Sinyal (bawah)
Bidang ground yang solid di bawah sinyal atas memberikan jalur balik untuk arus dan menjaga luas loop tetap kecil, yang membantu terhadap noise maupun emisi. Lapisan dalam berupa tembaga 0,5 oz atau 1 oz. Papan dengan ketebalan total 1,6 mm adalah kasus yang biasa, dengan dielektrik luar yang tipis (sehingga sinyal atas berada dekat dengan bidang ground) dan inti yang lebih tebal di tengah.
Enam lapis
Susunan yang umum adalah sinyal, ground, sinyal, sinyal, daya, sinyal, atau sinyal, ground, sinyal, daya, ground, sinyal. Idenya adalah setiap lapisan sinyal memiliki bidang di sebelahnya, dan bidang-bidang tersebut berdekatan satu sama lain bila memungkinkan. Enam lapis memungkinkan sinyal yang lebih cepat, tata letak yang lebih padat, dan pemisahan yang lebih baik antara bagian yang berisik dan bagian yang senyap.
Simetri
Jaga susunan lapisan tetap simetris terhadap bagian tengah, baik dalam jumlah tembaga maupun ketebalan dielektrik. Papan yang tidak seimbang akan melengkung atau terpelintir saat dipanaskan dalam reflow, dan papan yang melengkung sulit dirakit. Jika tembaga di bagian atas sebagian besar berupa isian ground dan bagian bawah kosong, tambahkan isian untuk menyeimbangkan.
Impedansi terkendali
Jalur pada papan berperilaku sebagai saluran transmisi. Impedansi karakteristiknya, dalam ohm, bergantung pada:
- lebar jalur,
- jarak ke bidang acuan (ketebalan dielektrik),
- konstanta dielektrik (Dk) dari material,
- ketebalan tembaga,
- untuk pasangan diferensial, celah antara kedua jalur.
Gambar menunjukkan dimensi yang dapat Anda lihat. Ketebalan tembaga dan konstanta dielektrik material juga berpengaruh.
- Lebar jalur.
- Tinggi isolator antara jalur dan bidang acuannya.
- Celah antara kedua jalur dari pasangan diferensial.
- Bidang acuan: lapisan tembaga solid di bawah jalur. Jaga agar tetap tidak terputus.
Ketika sinyal bergerak cukup cepat, ketidaksesuaian antara impedansi jalur dengan impedansi driver dan receiver menyebabkan pantulan. Apakah ini menjadi masalah bergantung pada waktu naik dan panjang jalur, bukan hanya pada frekuensi clock.
Kapan hal ini penting
Anda memerlukan impedansi terkendali untuk antarmuka yang standarnya menuntutnya. Target yang umum:
- 50 Ω single-ended untuk banyak sinyal radio dan sinyal single-ended yang cepat,
- 90 Ω diferensial untuk USB,
- 100 Ω diferensial untuk Ethernet dan untuk banyak pasangan LVDS, HDMI, dan jenis DDR,
- 85 Ω diferensial untuk PCIe umumnya disebutkan.
Periksa target pada lembar data atau standar untuk antarmuka Anda, karena nilainya berbeda antarversi dan antar desain.
Anda tidak memerlukannya untuk sinyal lambat, untuk GPIO pada umumnya, atau untuk daya. Memintanya ketika Anda tidak memerlukannya menambah biaya.
Apa yang dibutuhkan pabrik
- Susunan lapisan. Urutan lapisan, ketebalan tembaga, jenis dan ketebalan dielektrik, serta ketebalan total. Insinyur pabrik dapat menyarankan susunan yang sesuai dengan material mereka.
- Jalur mana, pada lapisan mana, dengan impedansi target berapa. Untuk pasangan diferensial, sebutkan jalur mana yang membentuk pasangan.
- Toleransi yang Anda terima. Sepuluh persen adalah angka yang biasa. Toleransi yang lebih ketat biayanya lebih besar.
- Cara verifikasinya. Pabrik menempatkan kupon uji di tepi panel dan mengukurnya; papan itu sendiri tidak diukur. Tanyakan apakah Anda menerima laporan.
Lebar dan celah jalur kemudian disesuaikan oleh insinyur pabrik untuk mencapai target pada susunan lapisan yang sebenarnya, itulah sebabnya Anda harus menerima bahwa lebar yang Anda gambar dapat berubah sedikit.
Perhitungan
Alat field solver dalam perangkat lunak desain dan kalkulator daring gratis memberikan perkiraan awal yang baik. Angka pabrik sendiri untuk Dk dan ketebalan adalah angka yang berlaku, karena nilai nominal pada lembar data berbeda dengan papan yang telah ditekan.
Saran praktis
- Minta susunan lapisan standar pabrik untuk jumlah lapisan dan ketebalan tersebut sebelum melakukan routing.
- Lakukan routing hanya pada lapisan yang dijelaskan susunan lapisan untuk jalur dengan impedansi terkendali.
- Jaga bidang acuan agar tidak terputus di bawah sinyal yang cepat.
- Jangan mencampur ketebalan tembaga pada satu lapisan tanpa memberi tahu pabrik.
- Nyatakan hal yang kritis dalam catatan singkat, tidak hanya pada gambar.
Bagaimana hal ini muncul saat Anda memesan di sini
Jika Anda memesan kontrol impedansi tanpa susunan lapisan, pemeriksaan akan menyatakannya: "Kontrol impedansi memerlukan susunan lapisan" adalah salah satu dari 25 pemeriksaannya. Pemeriksaan tidak dapat mengetahui dari file bahwa sebuah jalur memerlukan impedansi terkendali, atau apakah susunan lapisan Anda sesuai dengan desain Anda; sebutkan jalur mana dan target mana saat memesan. Material dan susunan lapisan yang tersedia ada di halaman kemampuan produksi, dan seorang insinyur mengonfirmasi rinciannya bersama pesanan. Untuk material, bacalah Material dasar PCB.