Три речі задають електричну та теплову поведінку плати поза її компонуванням: наскільки товста мідь, як розташовано шари та наскільки далеко кожен шар від сусідів. Стаття пояснює кожну та коли Вам треба сказати заводу про них.
Товщина міді
Товщина міді дається як вага на площу: унції на квадратний фут. Одна унція міді, розподілена на один квадратний фут, завтовшки близько 35 мікрометрів (0,035 мм, або 1,4 mil). Дві унції — близько 70 мкм.
| Вага | Приблизна товщина | Типове застосування |
|---|---|---|
| 0.5 oz | 17.5 µm | Внутрішні шари, тонкі доріжки |
| 1 oz | 35 µm | Звичайний вибір для зовнішніх шарів |
| 2 oz | 70 µm | Плати живлення, вищий струм |
| 3 oz і більше | 105 µm і більше | Важка мідь: джерела живлення, шини |
- Товщина міді: та сама доріжка за трьох ваг.
- Ізолювальний ламінат під міддю.
- Травлення ріже вбік так само, як униз, тому товста мідь залишає ширші основи доріжок і потребує ширших зазорів.
Дві речі легко пропустити:
- Зовнішні шари отримують мідь під час покриття. Плата, замовлена з «1 oz» зовнішньої міді, зазвичай робиться з тоншої фольги, потім покривається міддю, бо отвори мають покриватися. Кінцева товщина вказується різними виробниками по-різному; запитайте, чи є цифра стартовою фольгою або кінцевою міддю.
- Товстішій міді потрібні ширші зазори та ширші доріжки. Травлення іде вбік так само, як униз, тому важкій міді треба більше місця, щоб травитися чисто. Важка мідь також змінює те, як завод установлює мінімальну доріжку та зазор. Не проєктуйте мідь 3 oz із зазорами, які Ви використовували б для 0,5 oz.
Який струм може нести доріжка
Струм, який доріжка може нести, залежить від її ширини, товщини міді, підйому температури, який Ви приймаєте, і від того, на зовнішньому вона шарі (охолоджуваному повітрям) чи на внутрішньому шарі (не охолоджуваному). Стандартне посилання для цього — IPC-2221, яка дає криві, а її новіший супутник IPC-2152 вважається кращим джерелом. Використовуйте калькулятор на їхній основі, додавайте запас і ставтеся до результатів для внутрішніх шарів уважніше. Для доріжки, що несе більше кількох амперів, розгляньте ширшу доріжку, полігональну заливку, додаткову товщину міді або мідь, підсилену припоєм, а не тонку доріжку, доведену до межі.
Структури шарів
Структура шарів — упорядкований список шарів і того, що лежить між ними: мідь, товщина та тип діелектрика, мідь і так далі. Кожна багатошарова плата її має, і завод вирішує фактичну, якщо Ви її не вкажете.
- Два шари: мідь, одне ядро, мідь.
- Чотири шари: зовнішня мідь, препрег, внутрішня мідь, ядро, внутрішня мідь, препрег, зовнішня мідь.
- Шість шарів: два ядра та три шари препрегу між шістьма шарами міді.
- Препрег: склотканина з частково затверділою смолою, яка плавиться та зв’язує шари, коли плата пресується.
- Ядро: жорсткий ламінат із міддю на обох боках.
Два шари
Мідь на обох боках, одне ядро між ними. Просто та дешево. Гарно для простої цифрової, низькошвидкісної та багатьох аналогових проєктів.
Чотири шари
Найзвичайніший крок угору. Звичайне розташування:
- Сигнал (верх)
- Площина землі
- Площина живлення (або друга земля)
- Сигнал (низ)
Тверда площина землі під верхніми сигналами дає зворотний шлях для струму та тримає площі петель маленькими, що допомагає і шуму, і випромінюванню. Внутрішні шари — мідь 0,5 oz або 1 oz. Плата загальною товщиною 1,6 мм — звичайний випадок, із тонким зовнішнім діелектриком (щоб верхні сигнали сиділи близько до площини землі) та товстішим ядром посередині.
Шість шарів
Звичайне розташування — сигнал, земля, сигнал, сигнал, живлення, сигнал або сигнал, земля, сигнал, живлення, земля, сигнал. Ідея в тому, що кожен сигнальний шар має площину поруч із ним, а площини близькі одна до одної, де можливо. Шість шарів дозволяють швидші сигнали, щільніше компонування та краще розділення між шумними та тихими частинами.
Симетрія
Тримайте структуру шарів симетричною відносно центру як за кількістю міді, так і за товщиною діелектрика. Незбалансована плата згинається або скручується під час нагрівання в оплавленні, а зігнута плата важко монтується. Якщо мідь зверху переважно заливка землі, а низ порожній, додайте заливку для балансу.
Контрольований імпеданс
Доріжка на платі поводиться як лінія передавання. Її характеристичний імпеданс, в омах, залежить від:
- ширини доріжки,
- відстані до опорної площини (товщини діелектрика),
- діелектричної сталої (Dk) матеріалу,
- товщини міді,
- для диференційних пар, зазору між двома доріжками.
Малюнок показує розміри, які Ви можете бачити. Товщина міді та діелектрична стала матеріалу також рахуються.
- Ширина доріжки.
- Висота ізолятора між доріжкою та її опорною площиною.
- Зазор між двома доріжками диференційної пари.
- Опорна площина: твердий шар міді під доріжками. Тримайте його неперервним.
Коли сигнал іде достатньо швидко, невідповідність між імпедансом доріжки та імпедансом драйвера й приймача спричиняє відбиття. Чи є це проблемою, залежить від часу наростання та довжини доріжки, а не лише від тактової частоти.
Коли це важливо
Вам потрібен контрольований імпеданс для інтерфейсів, чий стандарт його вимагає. Типові цілі:
- 50 Ω single-ended для багатьох радіо- та швидких single-ended сигналів,
- 90 Ω диференційний для USB,
- 100 Ω диференційний для Ethernet і для багатьох пар LVDS, HDMI та типу DDR,
- 85 Ω диференційний для PCIe часто цитується.
Перевірте ціль у документації або стандарті для Вашого інтерфейсу, оскільки значення різняться між версіями та проєктами.
Вам він не потрібен для повільних сигналів, для типового GPIO або для живлення. Запит його, коли він Вам не потрібен, додає вартість.
Що треба заводу
- Структури шарів. Порядок шарів, товщини міді, тип і товщина діелектрика та загальна товщина. Інженери заводу можуть запропонувати ту, яка підходить їхнім матеріалам.
- Які доріжки, на яких шарах, із яким цільовим імпедансом. Для диференційних пар скажіть, які доріжки — пара.
- Допуск, який Ви приймаєте. Десять відсотків — звичайна цифра. Щільніший коштує дорожче.
- Як він перевіряється. Заводи ставлять тестові купони на край панелі та вимірюють їх; сама плата не вимірюється. Запитайте, чи отримаєте Ви звіт.
Ширина доріжки та зазор потім коригуються інженером заводу, щоб досягти цілі на реальній структурі шарів, тому Ви маєте прийняти, що Ваша намальована ширина може змінитися на малу величину.
Розрахунок
Інструменти польових розв’язувачів у програмному забезпеченні проєктування та безкоштовні онлайн-калькулятори дають гарне перше наближення. Цифра заводу для Dk і товщини — та, яка рахується, оскільки номінальні значення на документації відрізняються від пресованої плати.
Практичні поради
- Запитайте стандартну структуру шарів заводу для числа шарів і товщини до трасування.
- Трасуйте доріжки з контролем імпедансу лише на шарах, які описує структура шарів.
- Тримайте опорні площини неперервними під швидкими сигналами.
- Не змішуйте товщини міді на одному шарі, не сказавши заводу.
- Укажіть, що критично, у короткій примітці, а не лише на кресленні.
Як це виглядає під час замовлення тут
Якщо Ви замовите контроль імпедансу без структури шарів, перевірка так і скаже: «для контролю імпедансу потрібна структура шарів» — одна з її 25 перевірок. Перевірка не може сказати за файлами, що доріжці потрібен контрольований імпеданс або чи підходить Ваша структура шарів Вашому проєкту; скажіть, які доріжки та які цілі, із замовленням. Матеріали та доступні структури шарів є на сторінці виробничих можливостей, а інженер підтверджує деталі із замовленням. Про матеріали читайте статтю Базові матеріали PCB.