Professionelle PCB-Lagenstapel-Lösungen für fortschrittliches Multilayer-Design

Inhaltsverzeichnis: Zweck von PCB-Lagenstapeln | Ziele beim Erstellen eines Multilayer-PCB-Stacks | Weitere Faktoren beim Erstellen eines Multilayer-PCB-Stacks | Gängige Arten von PCB-Lagenstapeln | MCL: Ihre Quelle für Qualitäts-Multilayer-PCBs | Kontakt für kostenloses Angebot

Leiterplatten (PCBs) werden zunehmend komplexer, mit mehr Funktionen und Schaltungen auf einer einzigen Platine. Einlagige PCBs werden selbst immer komplizierter, aber PCB-Layouts müssen noch mehr Funktionen in kompakten Räumen bieten. Daher wenden sich viele Hersteller Multilayer-PCB-Stackups zu. Was ist ein PCB-Stackup? Wie funktioniert es, und brauchen Sie es für Ihre Anwendungen? Hier sind wesentliche Punkte zu PCB-Stackups für eine fundierte Entscheidung.

Der Zweck von PCB-Lagenstapeln

Ein PCB-Stackup bezeichnet die Anordnung von Kupfer- und Isolierschichten, aus denen ein PCB besteht. Diese Lagen werden so angeordnet, dass mehrere Leiterplatten auf demselben Gerät realisiert werden. Im Kern bestehen Multilayer-PCBs aus mindestens drei leitfähigen Lagen. Die unterste Lage wird mit der Isolierplatte synthetisiert, und jede Schaltungsebene ist mit der nächsten verbunden.

Während PCB-Lagenaufbau komplexere und platzsparendere Boards schafft, bieten PCB-Stackups weitere Vorteile:

• Funktionalität maximieren: Multilayer-PCBs können Geschwindigkeit und Funktionalität im Gerät vervielfachen, für ein funktionaleres Board.
• Verwundbarkeit minimieren: Lagestapel können interne Lagen vor externem Rauschen schützen, wodurch sie weniger anfällig für schädliche äußere Einflüsse sind.
• Strahlung reduzieren: Gut gestaltete PCB-Lagenstapel können helfen, Strahlung vom Gerät zu minimieren, besonders bei High-Speed-Layouts. Wichtig: Schlechtes Design mit Impedanzmismatches kann leicht zu höherer EMI-Strahlung führen als bei normalen PCBs.
• Kosten senken: Gute PCB-Lagenstapel können auch niedrigere Fertigungskosten ermöglichen, indem mehrere Schaltungen auf einem Board platziert werden. Ein Board bedeutet straffere Fertigung für das Board, das Bauteil und die Verpackung des Gesamtaufbaus.

Zusätzlich reduzieren PCB-Stackups Impedanzmismatches und Signal-Crosstalk-Probleme. All diese Vorteile machen PCB-Stackups hochattraktiv.

Ziele beim Erstellen eines Multilayer-PCB-Stacks

Multilayer-PCB-Stacks werden sorgfältig entworfen, um bestimmte Designanforderungen zu erfüllen. Die grundlegendsten Ziele, die Multilayer-PCBs erreichen sollten, umfassen:

1. Masse- und Spannungsebenen sind so eng wie möglich gekoppelt.
2. Signallagen liegen immer angrenzend an Ebenen.
3. Signallagen sind so eng wie möglich an ihre Ebenen gekoppelt.
4. Hochgeschwindigkeitssignale werden durch vergrabene Lagen zwischen Ebenen geführt, um Strahlung einzudämmen.
5. Mehrere Masseebenen sind enthalten, um Impedanz und Strahlung zu senken.

Während Sie so viele dieser Ziele wie möglich erreichen sollten, ist wichtig zu beachten, dass nicht jeder PCB-Stack alle Ziele erfüllt – tatsächlich können nur 8-Lagen-Boards alle fünf Ziele erfüllen. Arbeiten Sie eng mit Ihrem PCB-Engineering-Team zusammen, um zu bestimmen, welche Ziele für Ihren PCB-Stackup höchste Priorität haben.

Weitere Faktoren beim Erstellen eines Multilayer-PCB-Stacks

Zusätzlich zu den obigen Zielen gibt es weitere Designfaktoren bei der Entwicklung eines Multilayer-PCB-Stacks. Wesentliche Punkte sind:

• Interlayer-Versatz: Lagen können beim Erstellen eines Multilayer-PCB-Stacks leicht versetzt werden. Zur Verhinderung verwenden Sie ein Heißschmelz- und Niet-Dowel-Verfahren für das Board-Seiten-Design.
• Stackup-Measling: Delaminierung in Form von Measling (weiße Punkte/Flecken) ist beim Stapeln von Boards häufig. Zur Verhinderung fügen Sie Pads mit Epoxidplatte hinzu, während Sie die Boards anordnen. Diese Pads helfen, den Druck auszugleichen, um Measling zu eliminieren.
• Kernmaterialien: Einlagige PCBs können mit Standard-Substratmaterialien oder Aluminiumkernen gefertigt werden. Beachten Sie: Aluminiumkern-PCBs sind für Multilayer-Stackups nicht verfügbar, da Multilayer-Aluminium-PCBs extrem schwierig zu fertigen sind.
• Materialkonsistenz: Multilayer-PCBs sollten dieselben Herstellermaterialien für Kern und Prepreg verwenden. Material von verschiedenen Herstellern kann Probleme bei der Lamination verursachen.
• Bow and Twist (Verzug und Verwindung): Diese Probleme können auftreten, wenn Kupfer in Multilayer-Stackups ungleichmäßig verteilt ist. Daher sollten PCB-Designer alle Multilayer-PCBs symmetrisch designen – Kupfergewichte, Prepreg-Dicke und Kerndicke sollten symmetrisch gestapelt sein.

Zusätzlich ist es essenziell, PCB-Emissionen genau zu überwachen und darauf zu designen. Optimieren Sie das Design, um Emissionen zu minimieren und gängige Designprobleme zu vermeiden, die Rückkopplungsschleifen erzeugen können.

Gängige Arten von PCB-Lagenstapeln

Nun, da Sie die Designgrundlagen für PCB-Multilayer-Stackups kennen, ist es wichtig, die verfügbaren Stackup-Typen zu kennen und den richtigen für Ihre Bedürfnisse zu wählen. Es gibt fünf Typen – 2-Lagen, 4-Lagen, 6-Lagen, 8-Lagen und 10-Lagen. Die benötigte Lagenanzahl wird primär durch Schaltungsgröße, Boardgröße und EMC-Anforderungen bestimmt. Daraus lässt sich das Board-Layout ableiten.

Jeder Typ wird unten detailliert beschrieben, samt typischer Einsatzbedingungen.

2-Lagen

Oft als doppelseitige PCBs bezeichnet, sind 2-Lagen-PCBs wohl der häufigste Multilayer-PCB-Typ, da sie Verbindungen auf beiden Seiten ermöglichen. Diese PCBs bestehen aus drei Materiallagen, von denen zwei funktional sind:

• Signallage: Diese obere Lage besteht aus Kupfer mit ca. 0,0014 Zoll (1 oz) bis 0,0021 Zoll (2 oz) Dicke.
• Laminatkern: Der Laminatkern trennt die oberen und unteren Kupferschichten und hält sie isoliert. Vias schaffen Verbindungen zwischen den Board-Seiten.
• Untere Lage: Diese zweite Kupferschicht ähnelt der Signallage mit ca. 0,0014 Zoll (1 oz) bis 0,0021 Zoll (2 oz) Dicke.

Diese PCBs sind kostengünstig und relativ einfach herzustellen, weshalb sie oft den teureren 4-, 6-, 8- und 10-Lagen-Designs vorgezogen werden. Sie sind auch hochfunktional, da keine Ausbreitungsverzögerungen auftreten und sie tendenziell weniger potenzielle Designprobleme als andere Stackup-Optionen haben.

4-Lagen

Bei PCB-Stackups sind 4-Lagen-PCBs die zweithäufigste Option bei Multilayer-Boards. Diese PCBs haben vier Lagen zum Routen elektrischer Signale. Diese Lagen sind sandwiched, mit oberer und unterer Lage außen und zwei inneren Lagen dazwischen. Ober- und Unterlage sind für Bauteile und Routing. Die inneren Lagen können keine Außenverbindungen herstellen, daher werden sie oft als Spannungs- oder Masseebenen oder für Signalrouting genutzt, was die Spurenqualität verbessert und EMI-Emissionen reduziert. Es wird nicht empfohlen, die inneren Lagen als Signallagen zu nutzen – wenn Sie vier Signallagen benötigen, prüfen Sie ein 6-Lagen-Board.

Die beiden inneren Lagen werden durch einen Kern getrennt, Ober- und Unterlage durch Prepreg von den inneren Lagen. Der resultierende Stackup sieht so aus:

• Obere Lage
• Prepreg
• Innere Lage 1
• Kern
• Innere Lage 2
• Prepreg
• Untere Lage

Obwohl teurer im Prototyping und in der Produktion als 2-Lagen-PCBs, bieten 4-Lagen-PCBs insgesamt größere Funktionalität. Mit durchdachtem Design können sie auch exzellente Signalintegrität und EMC-Fähigkeiten bieten.

6-Lagen

Ein 6-Lagen-PCB ist funktional ein 4-Lagen-PCB mit zwei zusätzlichen Signallagen. Insgesamt umfassen 6-Lagen-Stackups vier Routing-Lagen – zwei interne und zwei äußere – und zwei interne Ebenen für Masse und Spannung. Die Lagen sind typischerweise so angeordnet:

• Obere Lage
• Prepreg
• Masseebene
• Kern
• Routing-Lage
• Prepreg
• Routing-Lage
• Kern
• Spannungsebene
• Prepreg
• Untere Lage

Das oben beschriebene Design ist am häufigsten, da es High-Speed-Signaling mit EMI-Kontrolle ausbalanciert. Es erreicht dies, indem Hochgeschwindigkeitssignale durch die beiden vergrabenen Lagen geführt werden, während Niedriggeschwindigkeitssignale über die Oberflächenlagen laufen.

Dieses Design ist jedoch nicht für alle Anwendungen effektiv. High-Speed-Designs halten Masse- und Spannungsebenen nebeneinander. Designs für niedrige EMI-Emissionen haben zusätzliche Masseebenen zur Abschirmung. Wenn Sie unsicher sind, welche Designvariante für Ihre Anwendung am besten funktioniert, arbeiten Sie immer eng mit Ihrem PCB-Designer und -Lieferanten zusammen.

8-Lagen

Der 8-Lagen-PCB-Stackup bietet noch mehr Optionen als das 6-Lagen-Board, indem zwei weitere Lagen für Routing oder Performance hinzugefügt werden. Es ist auch das erste aufgelistete Board, das alle fünf Ziele für Multilayer-PCB-Design erreichen kann.

Typische 8-Lagen-PCB-Stackups platzieren Spannungs- und Masseebenen in der Mitte, was gute Kapazität zwischen den Lagen sowie Trennung zwischen der zweiten und dritten Signalebene zum Schutz der Signalintegrität bietet. Ein gängiger 8-Lagen-Stackup:

• Signallage 1
• Prepreg
• Masseebene
• Kern
• Signallage 2
• Prepreg
• Spannungsebene
• Kern
• Masseebene
• Prepreg
• Signallage 3
• Kern
• Spannungsebene
• Prepreg
• Signallage 4

Diese PCBs haben nicht mehr als vier Signalebenen – statt zusätzlicher Signalebenen verfügen sie über mehr Masse- und Spannungsebenen zur EMC-Optimierung. Zwar scheinen 8-Lagen-PCBs teurer als 2-, 4- und 6-Lagen-Optionen, aber der prozentuale Kostenanstieg eines 8-Lagen-Boards gegenüber einem 6-Lagen-Board ist geringer als der Anstieg von 6 auf 4 Lagen. Der kleinere Anstieg rechtfertigt die Kostensteigerung für verbesserte Emissionsleistung leichter.

10-Lagen

Wenn Ihr Design sechs Routing-Lagen erfordert, sollten Sie ein 10-Lagen-Board prüfen. Ein 10-Lagen-PCB-Stack weist sechs Signallagen und vier Ebenen auf, mit enger Kopplung zwischen Signal- und Rückführungsebenen. Typische 10-Lagen-Designs sind so angeordnet:

• Signallage 1
• Masseebene
• Signallage 2
• Signallage 3
• Spannungsebene
• Masseebene
• Signallage 4
• Signallage 5
• Spannungsebene
• Signallage 6

Bei dieser Anordnung werden Hochgeschwindigkeitssignale typischerweise auf den internen Signallagen geroutet. Bei適切的堆疊和布線，此設置可提供優異的信號完整性和出色的EMC性能。不建議用額外的信號層替換任何接地或電源平面，因為這可能導致性能下降。

MCL: Ihre Quelle für Qualitäts-Multilayer-PCBs

Multilayer-PCB-Stackups sind eine ausgezeichnete Option, wenn Sie erhöhte Funktionalität auf Ihrem PCB benötigen. Während Fertigungskosten und Designanforderungen mit jeder zusätzlichen Lage steigen, kann der Kompromiss für Funktionalität und EMC-Verbesserungen den Kosten leicht wert sein, besonders in einer zunehmend kompakten Welt. Unabhängig von der benötigten Lagenanzahl benötigen Sie jedoch einen erfahrenen PCB-Lieferanten. Millennium Circuits kann helfen.

Millennium Circuits Limited ist ein in Pennsylvania ansässiger Branchenführer bei PCBs mit Kunden in verschiedenen Branchen weltweit. Wir liefern konsequent hochwertige Leiterplatten an unsere Kunden, unterstützt durch Innovation, Qualitätssicherung und jahrelange Expertise. Wir bieten Rigid-Flex-Boards, HDI-Boards und Stackups, unter vielen anderen PCB-Produkten. Egal wie viele Lagen Sie suchen – Sie können MCL vertrauen, um jedes Mal Qualitätsboards zu liefern.

Sie können auch mit MCL Ihre PCB bewerten lassen. Wir bieten einen kostenlosen PCB-Datei-Check bei jeder Bestellung, um sicherzustellen, dass Ihr Design fehlerfrei ist. Unser Qualitätskontrollprogramm umfasst ein geschultes Team, unterstützt von modernsten Test- und Messinstrumenten, die wir nutzen, um Produktkonformität mit IPC-A-600-Standards und zusätzlichen Kundenanforderungen zu gewährleisten.

Als Krönung ist MCL bestrebt, den besten Service für unsere Kunden zu liefern. Dazu bieten wir eine kostenlose Kostenschätzung für unsere Services. Zudem können wir Ihnen innerhalb eines Werktages ein Angebot erstellen. Unser Ziel ist es, der einzige PCB-Lieferant zu sein, den Sie je brauchen.

Kontaktieren Sie MCL für ein kostenloses Angebot heute

Millennium Circuits Limited liefert eine breite Palette an PCBs und PCB-Produkten, einschließlich Multilayer-Leiterplatten. Für weitere Informationen zu PCB-Stackups und den Optionen, die MCL bieten kann, sprechen Sie mit MCLs Spezialistenteam. Kontaktieren Sie Millennium Circuits heute mit Fragen zu Multilayer-Stackups.