Tre saker avgör ett mönsterkorts (PCB) elektriska och termiska beteende bortom layouten: hur tjock kopparn är, hur lagren är ordnade och hur långt varje lager sitter från grannarna. Den här artikeln förklarar var och en och när du behöver berätta för fabriken om dem.
Koppartjocklek
Koppartjockleken anges som vikt per area: uns per kvadratfot. Ett uns koppar, utspritt över en kvadratfot, är cirka 35 mikrometer (0,035 mm eller 1,4 mil) tjockt. Två uns är cirka 70 µm.
| Vikt | Ungefärlig tjocklek | Typisk användning |
|---|---|---|
| 0.5 oz | 17.5 µm | Innerlager, fina ledarbanor |
| 1 oz | 35 µm | Det vanliga valet för ytterlager |
| 2 oz | 70 µm | Kraftkort, högre ström |
| 3 oz och mer | 105 µm och mer | Tung koppar: nätaggregat, samlingsskenor |
- Koppartjocklek: samma ledarbana vid tre tjocklekar.
- Det isolerande laminatet under kopparn.
- Etsningen skär sidledes liksom nedåt, så tjock koppar lämnar bredare ledarbaser och behöver bredare avstånd.
Två saker är lätta att missa:
- Ytterlager får koppar vid plätering. Ett kort beställt med ”1 oz” ytterkoppar görs vanligen av tunnare folie och pläteras sedan upp med koppar, eftersom hålen måste pläteras. Den färdiga tjockleken anges olika av olika tillverkare; fråga om siffran är startfolien eller den färdiga kopparn.
- Tjockare koppar behöver bredare avstånd och bredare ledarbanor. Etsningen går sidledes liksom nedåt, så tung koppar behöver mer plats för att etsas rent. Tung koppar ändrar också hur fabriken sätter minsta ledarbana och avstånd. Designa inte 3-oz-koppar med de avstånd du skulle använda för 0,5 oz.
Hur mycket ström en ledarbana kan bära
Strömmen en ledarbana kan bära beror på bredden, koppartjockleken, temperaturökningen du accepterar och om den ligger på ett ytterlager (kyld av luft) eller ett innerlager (inte). Standardreferensen för detta är IPC-2221, som ger kurvor, och dess nyare följeslagare IPC-2152 anses vara en bättre källa. Använd en kalkylator baserad på dem, lägg till marginal och behandla resultat för innerlager mer försiktigt. För en ledarbana som bär mer än några ampere, överväg en bredare ledarbana, en polygonhäll, extra koppartjocklek eller lödförstärkt koppar, inte en tunn ledarbana pressad till gränsen.
Lageruppbyggnad
En lageruppbyggnad är den ordnade listan över lager och vad som ligger mellan dem: koppar, dielektrikets tjocklek och typ, koppar och så vidare. Varje flerskiktskort har en, och fabriken beslutar den faktiska om du inte anger den.
- Två lager: koppar, en kärna, koppar.
- Fyra lager: ytterkoppar, prepreg, innerkoppar, en kärna, innerkoppar, prepreg, ytterkoppar.
- Sex lager: två kärnor och tre lager prepreg mellan sex kopparlager.
- Prepreg: glasduk med delvis härdad harts, som smälter och binder lagren när kortet pressas.
- Kärna: ett styvt laminat med koppar på båda sidor.
Två lager
Koppar på båda sidor, en kärna emellan. Enkelt och billigt. Bra för enkel digital, långsam och många analoga designer.
Fyra lager
Det vanligaste steget upp. En vanlig ordning:
- Signal (ovansida)
- Jordplan
- Kraftplan (eller andra jord)
- Signal (undersida)
Det solida jordplanet under de övre signalerna ger en returväg för strömmen och håller loopareorna små, vilket hjälper både brus och emission. Innerlagren är 0,5 oz eller 1 oz koppar. Ett kort med 1,6 mm total tjocklek är det vanliga fallet, med tunt yttre dielektrikum (så att de övre signalerna sitter nära jordplanet) och en tjockare kärna i mitten.
Sex lager
En vanlig ordning är signal, jord, signal, signal, kraft, signal, eller signal, jord, signal, kraft, jord, signal. Tanken är att varje signallager har ett plan bredvid sig och att planen ligger nära varandra där det går. Sex lager tillåter snabbare signaler, tätare layout och bättre separation mellan bullriga och tysta delar.
Symmetri
Håll lageruppbyggnaden symmetrisk kring mitten, både i kopparmängd och dielektrisk tjocklek. Ett obalanserat kort bågnar eller vrider sig vid uppvärmning i reflow, och ett bågnat kort är svårt att bestycka. Om kopparn på ovansidan mest är jordfyllning och undersidan är tom, lägg till fyllning för att balansera.
Impedanskontroll
En ledarbana på ett kort beter sig som en transmissionsledning. Dess karakteristiska impedans, i ohm, beror på:
- ledarbanans bredd,
- avståndet till referensplanet (dielektrikets tjocklek),
- materialets dielektriska konstant (Dk),
- koppartjockleken,
- för differentialpar, gapet mellan de två ledarbanorna.
Ritningen visar dimensionerna du kan se. Koppartjocklek och materialets dielektriska konstant räknas också.
- Ledarbredd.
- Isolatorns höjd mellan ledarbanan och dess referensplan.
- Gap mellan de två ledarbanorna i ett differentialpar.
- Referensplanet: ett solitt kopparlager under ledarbanorna. Håll det obrutet.
När en signal går tillräckligt snabbt orsakar en missanpassning mellan ledarbanans impedans och driverns och mottagarens reflexer. Om detta är ett problem beror på stigtid och ledarlängd, inte bara på klockfrekvensen.
När det spelar roll
Du behöver impedanskontroll för gränssnitt vars standard kräver det. Typiska mål:
- 50 Ω single-ended för många radio- och snabba single-ended-signaler,
- 90 Ω differential för USB,
- 100 Ω differential för Ethernet och för många LVDS-, HDMI- och DDR-liknande par,
- 85 Ω differential för PCIe anges ofta.
Kontrollera målet i databladet eller standarden för ditt gränssnitt, eftersom värden skiljer sig mellan versioner och designer.
Du behöver den inte för långsamma signaler, för typisk GPIO eller för kraft. Att be om den när du inte behöver den ökar kostnaden.
Vad fabriken behöver
- En lageruppbyggnad. Lagerordning, koppartjocklekar, dielektrikets typ och tjocklek och total tjocklek. Fabrikens ingenjörer kan föreslå en som passar deras material.
- Vilka ledarbanor på vilka lager med vilken målimpedans. För differentialpar, säg vilka ledarbanor som bildar paret.
- Toleransen du accepterar. Tio procent är en vanlig siffra. Snävare kostar mer.
- Hur den verifieras. Fabriker placerar testkuponger på panelens kant och mäter dem; själva kortet mäts inte. Fråga om du får en rapport.
Ledarbredd och gap justeras sedan av fabrikens ingenjör för att nå målet på den verkliga lageruppbyggnaden, vilket är varför du måste acceptera att din ritade bredd kan ändras med ett litet belopp.
Beräkning
Fältlösarverktyg i designprogramvara och gratis onlinekalkylatorer ger en bra första uppskattning. Fabrikens egen siffra för Dk och tjocklek är den som räknas, eftersom nominella värden på ett datablad skiljer sig från ett pressat kort.
Praktiska råd
- Be om fabrikens standardlageruppbyggnad för lagerantal och tjocklek innan du routar.
- Routa impedanskontrollerade ledarbanor bara på lager som lageruppbyggnaden beskriver.
- Håll referensplan obruten under snabba signaler.
- Blanda inte koppartjocklekar på ett lager utan att berätta för fabriken.
- Ange vad som är kritiskt i en kort not, inte bara på ritningen.
Hur detta visar sig när du beställer här
Om du beställer impedanskontroll utan lageruppbyggnad säger kontrollen det: ”impedanskontroll behöver en lageruppbyggnad” är en av dess 25 kontroller. Kontrollen kan inte från filerna se att en ledarbana behöver kontrollerad impedans, eller om din lageruppbyggnad passar din design; säg med beställningen vilka ledarbanor och vilka mål som gäller. Materialen och de tillgängliga lageruppbyggnaderna finns på sidan om tillverkningskapacitet, och en ingenjör bekräftar detaljerna med beställningen. För material, läs Basismaterial för mönsterkort.