Üç şey, bir kartın yerleşiminin ötesinde elektriksel ve termal davranışını belirler: bakırın ne kadar kalın olduğu, katmanların nasıl düzenlendiği ve her katmanın komşularından ne kadar uzakta olduğu. Bu makale her birini ve fabrikaya ne zaman söylemeniz gerektiğini açıklar.
Bakır kalınlığı
Bakır kalınlığı, alan başına ağırlık olarak verilir: fit kare başına ons. Bir fit kareye yayılmış bir ons bakır yaklaşık 35 mikrometre (0,035 mm veya 1,4 mil) kalınlığındadır. İki ons yaklaşık 70 µm'dir.
| Ağırlık | Yaklaşık kalınlık | Tipik kullanım |
|---|---|---|
| 0.5 oz | 17.5 µm | İç katmanlar, ince hatlar |
| 1 oz | 35 µm | Dış katmanlar için olağan seçim |
| 2 oz | 70 µm | Güç kartları, daha yüksek akım |
| 3 oz ve üzeri | 105 µm ve üzeri | Ağır bakır: güç kaynakları, baralar |
- Bakır kalınlığı: üç kalınlıkta aynı hat.
- Bakırın altındaki yalıtım laminatı.
- Aşındırma yana doğru da keser, aşağı doğru da; bu nedenle kalın bakır daha geniş hat tabanları bırakır ve daha geniş aralıklar gerektirir.
Kaçırılması kolay iki şey:
- Dış katmanlar kaplamada bakır kazanır. "1 oz" dış bakırla sipariş edilen bir kart genellikle daha ince folyodan yapılır, sonra bakırla kaplanır çünkü deliklerin kaplanması gerekir. Bitmiş kalınlık farklı üreticiler tarafından farklı belirtilir; rakamın başlangıç folyosu mu yoksa bitmiş bakır mı olduğunu sorun.
- Daha kalın bakır, daha geniş aralıklar ve daha geniş hatlar gerektirir. Aşındırma aşağı olduğu kadar yana da gider; bu nedenle ağır bakırın temiz aşındırılması için daha fazla alana ihtiyaç vardır. Ağır bakır, fabrikanın minimum hat ve aralığı nasıl belirlediğini de değiştirir. 3 oz bakırı, 0,5 oz için kullanacağınız aralıklarla tasarlamayın.
Bir hat ne kadar akım taşıyabilir
Bir hattın taşıyabileceği akım, genişliğine, bakır kalınlığına, kabul ettiğiniz sıcaklık artışına ve dış katmanda (havayla soğutulur) mı yoksa iç katmanda (soğutulmaz) mı olduğuna bağlıdır. Bunun için standart referans, eğriler veren IPC-2221'dir ve daha yeni arkadaşı IPC-2152 daha iyi bir kaynak olarak kabul edilir. Bunlara dayalı bir hesaplayıcı kullanın, pay ekleyin ve iç katmanlar için sonuçlara daha dikkatli yaklaşın. Birkaç amperden fazla taşıyan bir hat için, sınırına itilmiş ince bir hat değil, daha geniş bir hat, bir poligon dökümü, ek bakır kalınlığı veya lehimle güçlendirilmiş bakır düşünün.
Katman dizilimleri
Katman dizilimi, katmanların ve aralarında neyin bulunduğunun sıralı listesidir: bakır, dielektrik kalınlığı ve türü, bakır vb. Her çok katmanlı kartın bir tane vardır ve siz belirtmedikçe gerçek olanı fabrika belirler.
- İki katman: bakır, bir çekirdek, bakır.
- Dört katman: dış bakır, prepreg, iç bakır, bir çekirdek, iç bakır, prepreg, dış bakır.
- Altı katman: altı bakır katmanı arasında iki çekirdek ve üç katman prepreg.
- Prepreg: kısmen kürlenmiş reçineli cam kumaş, kart preslendiğinde erir ve katmanları bağlar.
- Çekirdek: her iki tarafında bakır olan sert bir laminat.
İki katman
Her iki tarafta bakır, arasında bir çekirdek. Basit ve ucuz. Basit dijital, düşük hızlı ve birçok analog tasarım için iyidir.
Dört katman
En yaygın bir üst adımdır. Olağan bir düzenleme:
- Sinyal (üst)
- Toprak düzlemi
- Güç düzlemi (veya ikinci toprak)
- Sinyal (alt)
Üst sinyallerin altındaki katı toprak düzlemi, akım için bir dönüş yolu sağlar ve döngü alanlarını küçük tutar; bu hem gürültüye hem de yayılıma yardımcı olur. İç katmanlar 0,5 oz veya 1 oz bakırdır. Toplam kalınlığı 1,6 mm olan bir kart olağan durumdur; dış dielektrik incedir (böylece üst sinyaller toprak düzlemine yakın oturur) ve ortada daha kalın bir çekirdek vardır.
Altı katman
Yaygın bir düzenleme sinyal, toprak, sinyal, sinyal, güç, sinyal veya sinyal, toprak, sinyal, güç, toprak, sinyaldir. Fikir, her sinyal katmanının yanında bir düzlem olması ve düzlemlerin mümkün olduğunda birbirine yakın olmasıdır. Altı katman daha hızlı sinyallere, daha yoğun bir yerleşime ve gürültülü ile sessiz parçalar arasında daha iyi ayırmaya izin verir.
Simetri
Katman dizilimini, hem bakır miktarında hem de dielektrik kalınlığında merkez etrafında simetrik tutun. Dengesiz bir kart, reflow'da ısıtıldığında eğilir veya bükülür ve eğilmiş bir kartın montajı zordur. Üstteki bakır çoğunlukla toprak dökümü ve alttaki boşsa, dengelemek için dolgu ekleyin.
Kontrollü empedans
Bir karttaki hat, bir iletim hattı gibi davranır. Ohm cinsinden karakteristik empedansı şunlara bağlıdır:
- hat genişliği,
- referans düzlemine olan mesafe (dielektrik kalınlığı),
- malzemenin dielektrik sabiti (Dk),
- bakır kalınlığı,
- diferansiyel çiftler için iki hat arasındaki aralık.
Çizim görebileceğiniz boyutları gösterir. Bakır kalınlığı ve malzemenin dielektrik sabiti de önemlidir.
- Hat genişliği.
- Hat ile referans düzlemi arasındaki yalıtkan yüksekliği.
- Bir diferansiyel çiftin iki hattı arasındaki aralık.
- Referans düzlemi: hatların altında katı bir bakır katmanı. Kırılmadan tutun.
Bir sinyal yeterince hızlı ilerlediğinde, hattın empedansı ile sürücü ve alıcınınki arasındaki uyumsuzluk yansımalara neden olur. Bunun bir sorun olup olmadığı, yalnızca saat frekansına değil, yükselme süresine ve hat uzunluğuna bağlıdır.
Ne zaman önemlidir
Standartlarının gerektirdiği arayüzler için kontrollü empedansa ihtiyacınız vardır. Tipik hedefler:
- Birçok radyo ve hızlı tek uçlu sinyal için 50 Ω tek uçlu,
- USB için 90 Ω diferansiyel,
- Ethernet ve birçok LVDS, HDMI ve DDR tipi çift için 100 Ω diferansiyel,
- PCIe için 85 Ω diferansiyel yaygın olarak belirtilir.
Değerler sürümler ve tasarımlar arasında farklılık gösterdiğinden, arayüzünüzün veri sayfasındaki veya standardındaki hedefi kontrol edin.
Yavaş sinyaller, tipik GPIO veya güç için buna ihtiyacınız yoktur. İhtiyacınız olmadığında bunu istemek maliyet ekler.
Fabrikanın ihtiyacı olanlar
- Bir katman dizilimi. Katman sırası, bakır kalınlıkları, dielektrik türü ve kalınlığı ve toplam kalınlık. Fabrikanın mühendisleri malzemelerine uyan bir tane önerebilir.
- Hangi hatların, hangi katmanlarda, hangi hedef empedansla olduğu. Diferansiyel çiftler için hangi hatların çift olduğunu söyleyin.
- Kabul ettiğiniz tolerans. Yüzde on olağan bir rakamdır. Daha sıkısı daha pahalıdır.
- Nasıl doğrulandığı. Fabrikalar panelin kenarına test kuponları yerleştirir ve bunları ölçer; kartın kendisi ölçülmez. Rapor alıp almadığınızı sorun.
Hat genişliği ve aralığı daha sonra fabrikanın mühendisi tarafından gerçek katman diziliminde hedefe ulaşmak için ayarlanır; bu nedenle çizdiğiniz genişliğin küçük bir miktarda değişebileceğini kabul etmeniz gerekir.
Hesaplama
Tasarım yazılımındaki alan çözücü araçları ve ücretsiz çevrimiçi hesaplayıcılar iyi bir ilk tahmin verir. Fabrikanın Dk ve kalınlık için kendi rakamı önemlidir, çünkü bir veri sayfasındaki nominal değerler preslenmiş bir karttan farklıdır.
Pratik tavsiye
- Yönlendirmeden önce katman sayısı ve kalınlık için fabrikanın standart katman dizilimini isteyin.
- Empedans kontrollü hatları yalnızca katman diziliminin tanımladığı katmanlarda yönlendirin.
- Referans düzlemlerini hızlı sinyallerin altında kırılmadan tutun.
- Fabrikaya söylemeden tek bir katmanda bakır kalınlıklarını karıştırmayın.
- Kritik olanı yalnızca çizimde değil, kısa bir notla belirtin.
Burada sipariş verdiğinizde bu nasıl görünür
Bir katman dizilimi olmadan empedans kontrolü sipariş ederseniz, kontrol bunu söyler: "empedans kontrolü bir katman dizilimi gerektirir", 25 kontrolünden biridir. Kontrol, dosyalardan bir hattın kontrollü empedansa ihtiyacı olduğunu veya katman diziliminizin tasarımınıza uyup uymadığını söyleyemez; siparişle hangi hatları ve hangi hedefleri söyleyin. Mevcut malzemeler ve katman dizilimleri üretim olanakları sayfasındadır ve bir mühendis siparişle ayrıntıları onaylar. Malzemeler için PCB temel malzemeleri bölümünü okuyun.