Çoğu projede, mühendisler sadece daha fazla yönlendirme katmanı istedikleri için 12 katmanlı bir PCB'ye geçmezler. Bunun gerçek nedeni genellikle sinyal bütünlüğü, güç kararlılığı, BGA koparma karmaşıklığı veya EMI kontrolünün zaten 8 veya 12 katmanlı bir PCB'nin sınırına ulaşmış olmasıdır. 10 katmanlı istifleme.
Bu durum özellikle FPGA platformlarında, endüstriyel bilgi işlem sistemlerinde, yapay zeka modüllerinde, telekom donanımlarında ve yüksek hızlı gömülü cihazlarda yaygındır. DDR yönlendirmesi, diferansiyel çiftler, güç düzlemleri, ekranlama ve termal kısıtlamalar alan için rekabet etmeye başladığında, alt katman kartlarını yönetmek giderek zorlaşır.
Bunu DFM incelemeleri sırasında sık sık görüyoruz. Şematik doğru olabilir, ancak istifleme yapısının kendisi üretimin ilerleyen aşamalarında üretim veya elektrik riskleri yaratır.
İyi tasarlanmış 12 katmanlı bir PCB sadece katman eklemekle ilgili değildir. Yüksek hızlı sinyalleri destekleyebilen, temiz dönüş yollarını koruyabilen, EMI'yi azaltabilen ve birden fazla termal döngüden sonra mekanik olarak güvenilir kalabilen kararlı bir elektrik yapısı oluşturmakla ilgilidir.
Gelişmiş çok katmanlı panolar geliştiren şirketler için ana Çok Katmanlı PCB Üretimi sayfası da ek istifleme ve üretim kabiliyetlerini kapsamaktadır.
İçindekiler
Mühendisler Neden 12 Katmanlı PCB'ye Geçiyor?
Gerçek üretim ortamlarında, 10 katmandan 12 katmana geçiş genellikle üç nedenden dolayı gerçekleşir:
- Yüksek pin sayılı BGA yönlendirmesi sıkışık hale gelir
- Güç ve toprak referans katmanları artık yeterli değil
- Test sırasında sinyal bütünlüğü sorunları ortaya çıkıyor
Birçok modern işlemci ve FPGA, kararlı empedans kontrolü için özel referans düzlemleri gerektirir. Tüm yönlendirmeyi daha az katmana zorlarsanız, genellikle bölünmüş dönüş yolları, çok fazla vias, çapraz konuşma ve kararsız empedans davranışı elde edersiniz.
Çok sayıda ağ ve endüstriyel kontrolör projesinin kapsamlı bir şekilde incelenmesinin ardından, birincil endişenin yönlendirme yoğunluğunun kendisi değil, yüksek hızlı diferansiyel çiftler altında referans düzleminin standart altı sürekliliği olduğu ortaya çıktı.
Veri hızları arttığında, istifleme sadece üretim yapısının değil, elektrik tasarımının da bir parçası haline gelir.
Tipik 12 Katmanlı PCB İstifleme Stratejisi
Evrensel bir 12 katmanlı istifleme yoktur. Doğru yapı büyük ölçüde şunlara bağlıdır:
- Sinyal hızı
- BGA yoğunluğu
- Levha kalınlığı
- Empedans hedefleri
- Güç dağıtım gereksinimleri
- EMI performans hedefleri
Ancak pratikte, laminasyon ve yeniden akış sırasında çarpılmayı azalttığı için simetrik istiflemeler hala tercih edilmektedir.
Yaygın bir yaklaşım şudur:
KatmanİşlevL1SinyalL2ZeminL3Yüksek Hızlı SinyalL4SinyalL5GüçL6ZeminL7ZeminL8GüçL9SinyalL10Yüksek Hızlı SinyalL11ZeminL12Sinyal
Bu yapı, yüksek hızlı katmanların katı referans düzlemlerine yakın kalmasını ve böylece nispeten istikrarlı güç dağılımını sürdürmesini sağlar.
Daha kalın 12 katmanlı kartlarda, mühendislerin reçine dengesine ve bakır dağılımına da dikkat etmeleri gerekir. Katmanlar arasında eşit olmayan bakır yoğunluğu, montajdan sonra kart bükülmesinin ve çarpılmasının yaygın nedenlerinden biridir.
Empedans Kontrolü Genellikle Asıl Zorluktur
Birçok müşteri empedans kontrolünün esas olarak iz genişliği hesaplamasıyla ilgili olduğunu varsayar. Pratikte, yığın tutarlılığı genellikle daha zor olan kısımdır.
Örneğin, prepreg kombinasyonlarının 1080'den 2116'ya değiştirilmesi, empedansı hat genişliğinde ayarlamalar gerektirecek kadar etkileyebilir.
Yüksek hızlı 12 katmanlı tasarımlarda birçok faktör aynı anda etkileşime girer:
- Bakır pürüzlülüğü
- Cam örgü efekti
- Dielektrik kalınlık toleransı
- Aşındırma telafisi
- Laminasyon sırasında reçine akışı
- Referans düzlem sürekliliği
Genel olarak, yüksek hızlı diferansiyel çiftlerin, bölünmüş güç düzlemlerine bitişik yönlendirmenin aksine, sağlam toprak referansları arasında tutulması gerektiğini tavsiye ederiz. Bu, özellikle dönüş yolu süreksizliğinin kontrolünün daha zor hale gelebileceği kalın çok katmanlı panolarla ilgilidir.
PCIe, DDR veya SerDes uygulamalarında, saplama etkilerini azaltmak için arkadan delme de gerekli olabilir.
Sinyal hızları geleneksel endüstriyel kontrol frekanslarının ötesine geçtiğinde bu daha önemli hale gelir.
Via Tasarımı Verimi Beklenenden Çok Daha Erken Etkilemeye Başladı
Birçok mühendisin 12 katmanlı panolarda hafife aldığı bir şey de yapı karmaşıklığıdır.
Birçok endüstriyel ürün için standart bir açık delik yapısı en güvenilir ve uygun maliyetli seçenek olmaya devam etmektedir. Ancak, büyük BGA'lar kullanılmaya başlandığında, kör vialar ve gömülü vialar hızla gerekli hale gelir.
Bu da ek üretim sorunları yaratmaktadır:
- Sıralı laminasyon
- Lazer delme hassasiyeti
- Kayıt toleransı
- Bakır dolum güvenilirliği
- CAF direnci
- En boy oranı sınırlamaları
Örneğin, küçük mekanik matkap boyutlarına sahip 12 katmanlı kalın bir levha, önerilen en boy oranlarını kolayca aşabilir. Delme işleminde çok ileri giderseniz, delik duvarları ve kaplama zaman testine dayanamaz.
Bazı telekom ve sunucu projelerinde, yerleşimin kendisinden değil, aşırı optimize edilmiş ve üretim sınırlarını çok zorlayan via boyutlarından kaynaklanan güvenilirlik sorunları gördük.
HDI yapıları gerekiyorsa, bizim HDI PCB Üretimi Yetkinlik sayfasında ek işlem seçenekleri açıklanmaktadır.
Malzeme Seçimi 12 Katmanlı Levhalarda Daha Önemlidir
Daha düşük katmanlı levhalarda standart FR4 genellikle yeterlidir.
Malzemenin davranışı 12 katmanlı PCB'lerde çok daha belirgin hale gelir, çünkü kart montaj sırasında birden fazla laminasyon döngüsü ve daha yüksek termal stres yaşar.
Yüksek Tg malzemeleri, termal döngü sırasında boyutsal kararlılığı artırdıkları için endüstriyel ve otomotiv uygulamalarında sıklıkla tercih edilir.
Ekleme kaybı sinyal performansını etkilemeye başladığında, düşük kayıplı malzemeler yüksek hızlı sistemler için önemli hale gelir.
Yaygın malzeme kombinasyonları şunları içerebilir:
- FR4 Tg170
- Panasonic Megtron serisi
- Isola düşük kayıplı laminatlar
- Rogers hibrit yığınları
Malzeme seçimi de doğrudan etkiler:
- Empedans kararlılığı
- Z ekseni genişlemesi
- CAF direnci
- Delaminasyon riski
- Sondaj kalitesi
Gerçek üretimde, yanlış prepreg kombinasyonunun seçilmesi, yanlış bakır ağırlığının seçilmesinden daha fazla soruna neden olabilir.
Laminasyon Kararlılığı En Büyük Üretim Risklerinden Biridir
12 katmanlı bir PCB, basit bir çok katmanlı kartla aynı şekilde üretilmez.
Ne kadar çok katman söz konusu olursa, süreç o kadar hassas hale gelir:
- Reçine akışı
- Basın döngüsü parametreleri
- Katman hizalama
- Malzeme genleşmesi
- İç katman oksit işlemi
- Bakır dengeleme
Bu nedenle deneyimli çok katmanlı PCB üreticileri, üretim başlamadan önce istifleme simetrisini gözden geçirmek için önemli bir zaman ayırmaktadır.
Kötü laminasyon kontrolü şunlara yol açabilir:
- Delaminasyon
- Boşluk oluşumu
- Aşırı çarpıklık
- Namlu çatlaması
- Reçine açlığı
Telekomünikasyon ve havacılık elektroniği gibi yüksek güvenilirliğe sahip sektörlerdeki küçük laminasyon kusurları bile uzun süreli termal döngü altında saha arızalarına yol açabilir.
DFM İncelemesi 12 Katmanlı PCB Projelerinde Kritik Hale Geliyor
Karşılaştığımız en yaygın sorunlardan biri, elektriksel olarak işlevsel tasarımlardır, ancak tutarlı bir şekilde üretilmesi zordur.
Birkaç örnek vermek gerekirse:
- Son derece dengesiz bakır dağılımı
- BGA alanları altında aşırı via yoğunluğu
- Aşırı ince dairesel halkalar
- Sıkı matkap-bakır açıklığı
- Bölünmüş düzlemleri geçen empedans izleri
- Yeterli dolgu işlemi kapasitesine sahip olmayan istiflenmiş vialar
Karmaşık çok katmanlı projelerde, imalat sorunları ortaya çıktıktan sonra değil, nihai Gerber sürümünden önce bir DFM incelemesi yapılmalıdır. İstifleme veya yönlendirme stratejisinde yapılacak küçük değişiklikler bile üretim verimini ve uzun vadeli güvenilirliği büyük ölçüde artırabilir.
Bizim PCB Tasarım Hizmeti ekibi, üretim başlamadan önce üretilebilirliği optimize etmek için genellikle bu aşamada müşterilerle birlikte çalışır.
12 Katmanlı PCB'lerin Yaygın Olarak Kullanıldığı Yerler
Günümüzde 12 katmanlı PCB'ler, elektriksel kararlılığın ve yönlendirme yoğunluğunun kritik olduğu sistemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Tipik uygulamalar şunlardır:
- FPGA geliştirme platformları
- Endüstriyel otomasyon kontrolörleri
- Yapay zeka bilgi işlem donanımı
- Telekom altyapısı
- Tıbbi görüntüleme sistemleri
- Otomotiv radar elektroniği
- Gömülü bilgi işlem platformları
- Yüksek hızlı ağ ekipmanları
Daha düşük katmanlı panolarla karşılaştırıldığında, uygun şekilde tasarlanmış 12 katmanlı bir yapı daha iyi EMI bastırma, daha temiz referans düzlemleri ve daha öngörülebilir sinyal davranışı sunar.
Sıkça Sorulan Sorular
C: Çoğu 12 katmanlı PCB, bakır ağırlığına, empedans gereksinimlerine ve yapı tasarımına bağlı olarak 1,6 mm ile 3,2 mm arasındadır.
C: Hayır. 12 katmanlı kartların çoğunda hala standart delikli yapılar kullanılmaktadır. HDI, esas olarak BGA yoğunluğu veya yönlendirme kısıtlamaları önemli ölçüde arttığında gerekli hale gelir.
C: Pratik üretimde, laminasyon stabilitesini ve empedans tutarlılığını sağlamak genellikle yönlendirmeden daha zordur.
C: Birçok endüstriyel uygulama için evet. Ancak, yüksek hızlı veya termal açıdan zorlu sistemler yüksek Tg veya düşük kayıplı malzemeler gerektirebilir.
C: Maliyet artışının ana nedenleri ek laminasyon döngüleri, daha sıkı kayıt toleransları, daha fazla delme karmaşıklığı, empedans testi ve daha düşük üretim verim marjlarıdır.