PCB های 16 لایه پیچیدگی و انعطاف پذیری مورد نیاز دستگاه های الکترونیکی مدرن را فراهم می کنند. طراحی ماهرانه و انتخاب توالی‌های انباشتگی و روش‌های اتصال بین لایه‌ای برای دستیابی به عملکرد بهینه برد بسیار مهم است. در این مقاله، ملاحظات، دستورالعمل‌ها و بهترین روش‌ها را برای کمک به طراحان و مهندسان برای ایجاد بردهای مدار 16 لایه کارآمد و قابل اعتماد بررسی خواهیم کرد.

1. درک اصول اولیه توالی انباشته PCBهای 16 لایه

1.1 تعریف و هدف از ترتیب انباشته

توالی انباشته شدن به ترتیب و ترتیبی اطلاق می شود که در آن موادی مانند مس و لایه های عایق با هم لمینت می شوند تا یک صفحه مدار چند لایه را تشکیل دهند. توالی انباشته قرار دادن لایه های سیگنال، لایه های قدرت، لایه های زمین و سایر اجزای مهم را در آن تعیین می کند. پشته
هدف اصلی از توالی انباشته شدن، دستیابی به خواص الکتریکی و مکانیکی مورد نیاز تخته است. این نقش حیاتی در تعیین امپدانس برد مدار، یکپارچگی سیگنال، توزیع توان، مدیریت حرارتی و امکان سنجی ساخت دارد. توالی انباشتگی نیز بر عملکرد کلی، قابلیت اطمینان و قابلیت ساخت برد تأثیر می گذارد.

1.2 عوامل مؤثر بر طراحی توالی انباشته شدن: فاکتورهای متعددی وجود دارد که باید در هنگام طراحی دنباله انباشته شدن در نظر گرفته شود.

PCB 16 لایه:

الف) ملاحظات الکتریکی:چیدمان صفحات سیگنال، قدرت و زمین باید برای اطمینان از یکپارچگی سیگنال مناسب، کنترل امپدانس و کاهش تداخل الکترومغناطیسی بهینه شود.
ب) ملاحظات حرارتی:قرار دادن صفحات قدرت و زمین و گنجاندن گذرگاه های حرارتی به اتلاف موثر گرما و حفظ دمای عملیاتی بهینه قطعه کمک می کند.
ج) محدودیت های تولید:توالی انباشتگی انتخاب شده باید قابلیت ها و محدودیت های فرآیند تولید PCB مانند در دسترس بودن مواد، تعداد لایه ها، نسبت ابعاد مته را در نظر بگیرد.و دقت تراز
د) بهینه سازی هزینه:انتخاب مواد، تعداد لایه‌ها و پیچیدگی پشته‌آپ باید با بودجه پروژه سازگار باشد و در عین حال عملکرد و قابلیت اطمینان مورد نیاز را تضمین کند.

1.3 انواع متداول توالی های انباشتگی برد مدار 16 لایه: چندین توالی انباشته معمولی برای 16 لایه وجود دارد

PCB بسته به عملکرد و نیازهای مورد نظر. برخی از نمونه های رایج عبارتند از:

الف) توالی انباشته متقارن:این دنباله شامل قرار دادن لایه‌های سیگنال به صورت متقارن بین لایه‌های قدرت و زمین برای دستیابی به یکپارچگی سیگنال، حداقل تداخل و اتلاف گرمای متعادل است.
ب) توالی انباشته شدن متوالی:در این دنباله، لایه های سیگنال به ترتیب بین لایه های قدرت و زمین قرار می گیرند. کنترل بیشتری بر آرایش لایه ها فراهم می کند و برای برآوردن الزامات یکپارچگی سیگنال خاص مفید است.
ج) ترتیب انباشته مخلوط:این شامل ترکیبی از ترتیبات انباشته متقارن و متوالی است. این امکان سفارشی سازی و بهینه سازی layup را برای بخش های خاصی از برد فراهم می کند.
د) توالی انباشته شدن حساس به سیگنال:این توالی لایه‌های سیگنال حساس را به سطح زمین نزدیک‌تر می‌کند تا مصونیت نویز و ایزوله بهتری داشته باشد.

2. ملاحظات کلیدی برای انتخاب توالی انباشته PCB 16 لایه:

2.1 ملاحظات یکپارچگی سیگنال و یکپارچگی توان:

توالی انباشته شدن تأثیر قابل توجهی بر یکپارچگی سیگنال و یکپارچگی توان برد دارد. قرار دادن صحیح سیگنال و هواپیماهای قدرت/زمین برای به حداقل رساندن خطر اعوجاج سیگنال، نویز و تداخل الکترومغناطیسی حیاتی است. ملاحظات کلیدی عبارتند از:

الف) قرار دادن لایه سیگنال:لایه‌های سیگنال با سرعت بالا باید در نزدیکی صفحه زمین قرار گیرند تا مسیر بازگشت با اندوکتانس پایین و کوپلینگ نویز را به حداقل برسانند. لایه های سیگنال نیز باید به دقت چیده شوند تا انطباق سیگنال و طول سیگنال به حداقل برسد.
ب) توزیع هواپیما:توالی انباشته شدن باید از توزیع صفحه قدرت کافی برای پشتیبانی از یکپارچگی توان اطمینان حاصل کند. توان کافی و هواپیماهای زمینی باید به صورت استراتژیک برای به حداقل رساندن افت ولتاژ، ناپیوستگی امپدانس و کوپلینگ نویز قرار گیرند.
ج) جداسازی خازن ها:قرار دادن مناسب خازن های جداکننده برای اطمینان از انتقال کافی توان و به حداقل رساندن صدای منبع تغذیه حیاتی است. توالی انباشتگی باید نزدیکی و نزدیکی خازن های جداکننده را به سطوح قدرت و زمین فراهم کند.

2.2 مدیریت حرارتی و اتلاف گرما:

مدیریت حرارتی کارآمد برای اطمینان از قابلیت اطمینان و عملکرد برد مدار بسیار مهم است. توالی انباشتگی باید قرارگیری مناسب صفحات قدرت و زمین، گذرگاه های حرارتی و سایر مکانیسم های خنک کننده را در نظر بگیرد. ملاحظات مهم عبارتند از:

الف) توزیع هواپیما:توزیع کافی نیرو و سطوح زمین در سرتاسر پشته به هدایت گرما از اجزای حساس کمک می کند و توزیع یکنواخت دما را در سراسر تخته تضمین می کند.
ب) راه های حرارتی:توالی انباشته شدن باید از طریق قرار دادن حرارتی موثر برای تسهیل اتلاف گرما از لایه داخلی به لایه بیرونی یا هیت سینک اجازه دهد. این به جلوگیری از نقاط داغ موضعی کمک می کند و اتلاف گرما را تضمین می کند.
ج) قرار دادن قطعات:توالی انباشته شدن باید ترتیب و نزدیکی اجزای گرمایشی را در نظر بگیرد تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود. تراز مناسب قطعات با مکانیسم های خنک کننده مانند هیت سینک یا فن نیز باید در نظر گرفته شود.

2.3 محدودیت های تولید و بهینه سازی هزینه:

توالی انباشته باید محدودیت های تولید و بهینه سازی هزینه را در نظر بگیرد، زیرا آنها نقش مهمی در امکان سنجی و مقرون به صرفه بودن برد دارند. ملاحظات عبارتند از:

الف) در دسترس بودن مواد:توالی انباشتگی انتخاب شده باید با در دسترس بودن مواد و سازگاری آنها با فرآیند تولید PCB انتخاب شده مطابقت داشته باشد.
ب) تعداد لایه ها و پیچیدگی:دنباله انباشته شدن باید در چارچوب محدودیت های فرآیند تولید PCB انتخاب شده طراحی شود و عواملی مانند تعداد لایه ها، نسبت مته و دقت تراز را در نظر بگیرد.
ج) بهینه سازی هزینه:توالی انباشته باید استفاده از مواد را بهینه کند و پیچیدگی تولید را بدون به خطر انداختن عملکرد و قابلیت اطمینان کاهش دهد. هدف آن باید به حداقل رساندن هزینه های مرتبط با ضایعات مواد، پیچیدگی فرآیند و مونتاژ باشد.

2.4 تراز لایه و تداخل سیگنال:

توالی انباشتگی باید به مسائل مربوط به تراز لایه ها رسیدگی کند و تداخل سیگنال را که می تواند بر یکپارچگی سیگنال تأثیر منفی بگذارد، به حداقل برساند. ملاحظات مهم عبارتند از:

الف) انباشته شدن متقارن:انباشته شدن متقارن لایه های سیگنال بین لایه های برق و زمین به به حداقل رساندن اتصال و کاهش تداخل کمک می کند.
ب) مسیریابی جفت دیفرانسیل:توالی انباشتگی باید به لایه‌های سیگنال اجازه دهد تا برای مسیریابی کارآمد سیگنال‌های دیفرانسیل با سرعت بالا، به درستی تراز شوند. این به حفظ یکپارچگی سیگنال و به حداقل رساندن تداخل کمک می کند.
ج) جداسازی سیگنال:توالی انباشته باید جداسازی سیگنال های حساس آنالوگ و دیجیتال را برای کاهش تداخل و تداخل در نظر بگیرد.

2.5 کنترل امپدانس و ادغام RF/مایکروویو:

برای کاربردهای RF/مایکروویو، توالی انباشتگی برای دستیابی به کنترل امپدانس و یکپارچگی مناسب بسیار مهم است. ملاحظات کلیدی عبارتند از:

الف) امپدانس کنترل شده:توالی انباشتگی باید امکان طراحی امپدانس کنترل شده را با در نظر گرفتن عواملی مانند عرض ردیابی، ضخامت دی الکتریک و آرایش لایه فراهم کند. این امر انتشار صحیح سیگنال و تطابق امپدانس را برای سیگنال‌های RF/مایکروویو تضمین می‌کند.
ب) قرار دادن لایه سیگنال:سیگنال های RF/مایکروویو باید به صورت استراتژیک نزدیک به لایه بیرونی قرار گیرند تا تداخل سیگنال های دیگر به حداقل برسد و انتشار سیگنال بهتری ارائه شود.
ج) محافظ RF:توالی انباشتگی باید شامل قرارگیری مناسب لایه های زمین و محافظ برای جداسازی و محافظت از سیگنال های RF/مایکروویو در برابر تداخل باشد.

3. روش های اتصال بین لایه

3.1 از طریق سوراخ ها، سوراخ های کور و سوراخ های مدفون:

Vias به طور گسترده در طراحی برد مدار چاپی (PCB) به عنوان وسیله ای برای اتصال لایه های مختلف استفاده می شود. آنها از طریق تمام لایه های PCB سوراخ می شوند و برای ایجاد تداوم الکتریکی آبکاری می شوند. از طریق سوراخ ها اتصال الکتریکی قوی ایجاد می شود و ساخت و تعمیر نسبتا آسان است. با این حال، آنها به اندازه مته های بزرگتری نیاز دارند که فضای ارزشمندی را روی PCB اشغال می کند و گزینه های مسیریابی را محدود می کند.
ویاهای کور و مدفون روش‌های اتصال بین لایه‌ای جایگزین هستند که مزایایی در استفاده از فضا و انعطاف‌پذیری مسیریابی دارند.
ویاهای کور از سطح PCB سوراخ می شوند و بدون عبور از همه لایه ها به لایه های داخلی ختم می شوند. آنها امکان اتصال بین لایه های مجاور را فراهم می کنند در حالی که لایه های عمیق تر را بدون تأثیر می گذارند. این امکان استفاده کارآمدتر از فضای تخته را فراهم می کند و تعداد سوراخ های مته را کاهش می دهد. از طرف دیگر، Vias های مدفون سوراخ هایی هستند که به طور کامل در لایه های داخلی PCB محصور شده اند و به لایه های بیرونی گسترش نمی یابند. آنها اتصالات بین لایه های داخلی را بدون تأثیر بر لایه های بیرونی ایجاد می کنند. Vias های مدفون مزایای صرفه جویی در فضا بیشتری نسبت به سوراخ های عبوری و ویاهای کور دارند زیرا هیچ فضایی را در لایه بیرونی اشغال نمی کنند.
انتخاب سوراخ‌های عبوری، گذرگاه‌های کور، و دریچه‌های مدفون به نیازهای خاص طراحی PCB بستگی دارد. سوراخ‌های عبوری معمولاً در طرح‌های ساده‌تر یا جاهایی که استحکام و قابلیت تعمیر دغدغه‌های اصلی هستند استفاده می‌شوند. در طرح‌های با تراکم بالا که فضا یک فاکتور حیاتی است، مانند دستگاه‌های دستی، تلفن‌های هوشمند و لپ‌تاپ‌ها، ویوهای کور و مدفون ترجیح داده می‌شوند.

3.2 میکرو منافذ وتکنولوژی HDI:

میکروویاها سوراخ هایی با قطر کوچک (معمولا کمتر از 150 میکرون) هستند که اتصالات بین لایه ای با چگالی بالا را در PCB ها ایجاد می کنند. آنها مزایای قابل توجهی در کوچک سازی، یکپارچگی سیگنال و انعطاف پذیری مسیریابی دارند.
میکروویاها را می توان به دو نوع تقسیم کرد: میکروویاهای از طریق سوراخ و میکروویاهای کور. میکروویاها با حفاری سوراخ هایی از سطح بالایی PCB ساخته می شوند و در تمام لایه ها گسترش می یابند. میکروویاهای کور، همانطور که از نام آن پیداست، فقط به لایه های داخلی خاص گسترش می یابند و به همه لایه ها نفوذ نمی کنند.
اتصال متقابل با چگالی بالا (HDI) یک فناوری است که از میکروویاها و تکنیک های ساخت پیشرفته برای دستیابی به تراکم و عملکرد مدار بالاتر استفاده می کند. فناوری HDI امکان قرار دادن اجزای کوچک‌تر و مسیریابی دقیق‌تر را فراهم می‌کند و در نتیجه فاکتورهای شکل کوچک‌تر و یکپارچگی سیگنال بالاتر را به همراه دارد. فناوری HDI از نظر کوچک سازی، انتشار سیگنال بهبود یافته، کاهش اعوجاج سیگنال و عملکرد بهبود یافته نسبت به فناوری PCB سنتی مزایای زیادی دارد. این اجازه می دهد تا طرح های چند لایه با میکروویاهای متعدد، در نتیجه کوتاه شدن طول اتصال و کاهش ظرفیت انگلی و اندوکتانس.
فناوری HDI همچنین استفاده از مواد پیشرفته مانند لایه‌های با فرکانس بالا و لایه‌های دی الکتریک نازک را که برای کاربردهای RF/مایکروویو حیاتی هستند، ممکن می‌سازد. این کنترل امپدانس بهتری را فراهم می کند، از دست دادن سیگنال را کاهش می دهد و انتقال سیگنال با سرعت بالا را تضمین می کند.

3.3 مواد و فرآیندهای اتصال بین لایه:

انتخاب مواد و تکنیک های اتصال بین لایه ای برای اطمینان از عملکرد الکتریکی خوب، قابلیت اطمینان مکانیکی و قابلیت ساخت PCB ها حیاتی است. برخی از مواد و تکنیک های رایج اتصال بین لایه ای عبارتند از:

الف) مس:مس به دلیل رسانایی و لحیم کاری عالی، به طور گسترده در لایه های رسانا و ورقه های PCB استفاده می شود. معمولاً روی سوراخ قرار می گیرد تا اتصال الکتریکی قابل اعتمادی را ایجاد کند.
ب) لحیم کاری:تکنیک های لحیم کاری، مانند لحیم کاری موجی یا لحیم کاری با جریان، اغلب برای ایجاد اتصالات الکتریکی بین سوراخ های روی PCB ها و سایر اجزاء استفاده می شود. خمیر لحیم کاری را روی via اعمال کنید و حرارت را اعمال کنید تا لحیم کاری ذوب شود و یک اتصال قابل اعتماد تشکیل شود.
ج) آبکاری:روش‌های آبکاری مانند آبکاری مس الکترولس یا مس الکترولیتی برای افزایش رسانایی و اطمینان از اتصالات الکتریکی خوب برای ورق استفاده می‌شوند.
د) پیوند:تکنیک‌های باندینگ، مانند باندینگ چسبی یا پیوند حرارتی، برای اتصال ساختارهای لایه‌ای به یکدیگر و ایجاد اتصالات متقابل قابل اعتماد استفاده می‌شوند.
ه) مواد دی الکتریک:انتخاب مواد دی الکتریک برای استک آپ PCB برای اتصالات بین لایه ای حیاتی است. لمینت های فرکانس بالا مانند لمینت های FR-4 یا Rogers اغلب برای اطمینان از یکپارچگی سیگنال خوب و به حداقل رساندن از دست دادن سیگنال استفاده می شوند.

3.4 طراحی مقطعی و معنی:

طراحی مقطعی PCB stackup خواص الکتریکی و مکانیکی اتصالات بین لایه ها را تعیین می کند. ملاحظات کلیدی برای طراحی مقطع عبارتند از:

الف) آرایش لایه ها:چیدمان سیگنال، توان و سطوح زمین در داخل یک PCB روی یکپارچگی سیگنال، یکپارچگی توان و تداخل الکترومغناطیسی (EMI) تأثیر می گذارد. قرارگیری و همسویی صحیح لایه‌های سیگنال با سطوح برق و زمین کمک می‌کند تا کوپلینگ نویز به حداقل برسد و مسیرهای بازگشتی با اندوکتانس پایین تضمین شود.
ب) کنترل امپدانس:طراحی مقطع باید الزامات امپدانس کنترل شده را در نظر بگیرد، به ویژه برای سیگنال های دیجیتال پرسرعت یا RF/مایکروویو. این شامل انتخاب مناسب مواد دی الکتریک و ضخامت برای دستیابی به امپدانس مشخصه مورد نظر است.
ج) مدیریت حرارتی:طراحی مقطع باید اتلاف گرما و مدیریت حرارتی موثر را در نظر بگیرد. قرارگیری صحیح صفحات برق و زمین، گذرگاه های حرارتی و اجزای دارای مکانیسم های خنک کننده (مانند هیت سینک) به دفع گرما و حفظ دمای عملیاتی بهینه کمک می کند.
د) قابلیت اطمینان مکانیکی:طراحی بخش باید قابلیت اطمینان مکانیکی را در نظر بگیرد، به ویژه در کاربردهایی که ممکن است در معرض چرخه حرارتی یا تنش مکانیکی قرار گیرند. انتخاب مناسب مواد، تکنیک های اتصال، و پیکربندی stackup به اطمینان از یکپارچگی ساختاری و دوام PCB کمک می کند.

4. راهنمای طراحی برای PCB 16 لایه

4.1 تخصیص و توزیع لایه:

هنگام طراحی یک برد مدار 16 لایه، تخصیص و توزیع دقیق لایه ها برای بهینه سازی عملکرد و یکپارچگی سیگنال مهم است. در اینجا چند دستورالعمل برای تخصیص ردیف آورده شده است
و توزیع:

تعداد لایه های سیگنال مورد نیاز را تعیین کنید:
پیچیدگی طراحی مدار و تعداد سیگنال هایی که باید مسیریابی شوند را در نظر بگیرید. لایه‌های سیگنال کافی را برای قرار دادن همه سیگنال‌های مورد نیاز اختصاص دهید و از فضای مسیریابی کافی اطمینان حاصل کنید و از بیش از حد جلوگیری کنید.ازدحام تخصیص هواپیماهای زمینی و قدرت:
حداقل دو لایه داخلی را به سطوح زمین و نیرو اختصاص دهید. یک صفحه زمین به ارائه یک مرجع پایدار برای سیگنال ها کمک می کند و تداخل الکترومغناطیسی (EMI) را به حداقل می رساند. صفحه قدرت یک شبکه توزیع برق با امپدانس کم را فراهم می کند که به حداقل رساندن افت ولتاژ کمک می کند.
لایه های سیگنال حساس را جدا کنید:
بسته به کاربرد، ممکن است برای جلوگیری از تداخل و تداخل، لازم باشد لایه‌های سیگنال حساس یا پرسرعت را از لایه‌های نویزدار یا پرقدرت جدا کنید. این کار را می توان با قرار دادن صفحات اختصاصی زمین یا قدرت بین آنها یا استفاده از لایه های ایزوله انجام داد.
توزیع یکنواخت لایه های سیگنال:
لایه های سیگنال را به طور یکنواخت در سراسر استک آپ برد توزیع کنید تا اتصال بین سیگنال های مجاور به حداقل برسد و یکپارچگی سیگنال حفظ شود. برای به حداقل رساندن تداخل بین لایه ها، از قرار دادن لایه های سیگنال در کنار یکدیگر در یک منطقه stackup خودداری کنید.
سیگنال های فرکانس بالا را در نظر بگیرید:
اگر طرح شما حاوی سیگنال‌های فرکانس بالا است، لایه‌های سیگنال فرکانس بالا را نزدیک‌تر به لایه‌های بیرونی قرار دهید تا اثرات خط انتقال به حداقل برسد و تأخیر انتشار کاهش یابد.

4.2 مسیریابی و مسیریابی سیگنال:

مسیریابی و طراحی ردیابی سیگنال برای اطمینان از یکپارچگی سیگنال و به حداقل رساندن تداخل حیاتی است. در اینجا چند دستورالعمل برای چیدمان و مسیریابی سیگنال در بردهای مدار 16 لایه آورده شده است:

از ردیابی های گسترده تر برای سیگنال های جریان بالا استفاده کنید:
برای سیگنال هایی که جریان بالایی دارند، مانند اتصالات برق و زمین، از ردیابی های گسترده تر برای به حداقل رساندن مقاومت و افت ولتاژ استفاده کنید.
امپدانس منطبق برای سیگنال های پرسرعت:
برای سیگنال های با سرعت بالا، اطمینان حاصل کنید که امپدانس ردیابی با امپدانس مشخصه خط انتقال مطابقت دارد تا از بازتاب و کاهش سیگنال جلوگیری شود. از تکنیک های طراحی امپدانس کنترل شده و محاسبات صحیح عرض ردیابی استفاده کنید.
طول ردیابی و نقاط متقاطع را به حداقل برسانید:
طول ردیابی را تا حد امکان کوتاه نگه دارید و تعداد نقاط متقاطع را کاهش دهید تا ظرفیت خازنی، اندوکتانس و تداخل انگلی کاهش یابد. بهینه سازی قرار دادن اجزا و استفاده از لایه های مسیریابی اختصاصی برای جلوگیری از آثار طولانی و پیچیده.
سیگنال های پرسرعت و کم سرعت را جدا کنید:
سیگنال های پرسرعت و کم سرعت را از هم جدا کنید تا تاثیر نویز بر سیگنال های پرسرعت را به حداقل برسانید. سیگنال های پرسرعت را روی لایه های سیگنال اختصاصی قرار دهید و آنها را از اجزای پرقدرت یا نویز دور نگه دارید.
از جفت های دیفرانسیل برای سیگنال های پرسرعت استفاده کنید:
برای به حداقل رساندن نویز و حفظ یکپارچگی سیگنال برای سیگنال های دیفرانسیل با سرعت بالا، از تکنیک های مسیریابی جفت دیفرانسیل استفاده کنید. امپدانس و طول جفت های دیفرانسیل را با هم مطابقت دهید تا از انحراف سیگنال و تداخل جلوگیری شود.

4.3 توزیع لایه زمین و لایه قدرت:

توزیع مناسب زمین و هواپیماهای قدرت برای دستیابی به یکپارچگی توان خوب و کاهش تداخل الکترومغناطیسی حیاتی است. در اینجا چند دستورالعمل برای تخصیص زمین و صفحه قدرت بر روی بردهای مدار 16 لایه آورده شده است:

اختصاص هواپیماهای زمینی و نیروگاهی اختصاصی:
حداقل دو لایه داخلی برای هواپیماهای اختصاصی زمین و قدرت اختصاص دهید. این کمک می کند تا حلقه های زمین را به حداقل برساند، EMI را کاهش دهد، و یک مسیر بازگشت با امپدانس کم برای سیگنال های فرکانس بالا ایجاد کند.
هواپیماهای زمینی دیجیتال و آنالوگ مجزا:
در صورتی که طرح دارای بخش های دیجیتال و آنالوگ باشد، توصیه می شود برای هر بخش صفحات زمین جداگانه داشته باشید. این به به حداقل رساندن کوپلینگ نویز بین بخش دیجیتال و آنالوگ کمک می کند و یکپارچگی سیگنال را بهبود می بخشد.
هواپیماهای زمینی و قدرت را نزدیک به هواپیماهای سیگنال قرار دهید:
صفحات زمین و نیرو را نزدیک به هواپیماهای سیگنالی که تغذیه می کنند قرار دهید تا سطح حلقه را به حداقل برسانید و دریافت نویز را کاهش دهید.
برای هواپیماهای برقی از چند ویز استفاده کنید:
برای توزیع یکنواخت نیرو و کاهش امپدانس صفحه قدرت، از چندین ویاس برای اتصال هواپیماهای قدرت استفاده کنید. این به حداقل رساندن افت ولتاژ منبع تغذیه کمک می کند و یکپارچگی توان را بهبود می بخشد.
اجتناب از گردن باریک در هواپیماهای قدرت:
از گردن باریک در هواپیماهای قدرت اجتناب کنید زیرا می توانند باعث شلوغی جریان و افزایش مقاومت و در نتیجه افت ولتاژ و ناکارآمدی هواپیما شوند. از اتصالات قوی بین مناطق مختلف هواپیما استفاده کنید.

4.4 پد حرارتی و از طریق قرار دادن:

قرار دادن مناسب پدهای حرارتی و ویاها برای دفع موثر گرما و جلوگیری از گرم شدن بیش از حد قطعات ضروری است. در اینجا چند دستورالعمل برای پد حرارتی و از طریق قرار دادن بر روی بردهای مدار 16 لایه آورده شده است:

پد حرارتی را زیر اجزای مولد گرما قرار دهید:
قطعه مولد گرما (مانند تقویت کننده برق یا آی سی پرقدرت) را شناسایی کنید و پد حرارتی را مستقیماً زیر آن قرار دهید. این پدهای حرارتی یک مسیر حرارتی مستقیم برای انتقال گرما به لایه حرارتی داخلی ایجاد می کنند.
برای اتلاف گرما از چند ویزای حرارتی استفاده کنید:
برای اتصال لایه حرارتی و لایه بیرونی برای ایجاد اتلاف گرما کارآمد، از چندین گذرگاه حرارتی استفاده کنید. این ورقه ها را می توان به صورت پلکانی در اطراف پد حرارتی قرار داد تا به توزیع یکنواخت گرما دست یابد.
امپدانس حرارتی و استک آپ لایه را در نظر بگیرید:
هنگام طراحی گذرگاه‌های حرارتی، امپدانس حرارتی مواد تخته و انباشته لایه‌ها را در نظر بگیرید. از طریق اندازه و فاصله بهینه‌سازی کنید تا مقاومت حرارتی را به حداقل برسانید و اتلاف گرما را به حداکثر برسانید.

4.5 قرار دادن اجزا و یکپارچگی سیگنال:

قرار دادن قطعات مناسب برای حفظ یکپارچگی سیگنال و به حداقل رساندن تداخل حیاتی است. در اینجا چند دستورالعمل برای قرار دادن قطعات روی برد مدار 16 لایه آورده شده است:

اجزای مرتبط با گروه:
اجزای مرتبط را که بخشی از یک زیرسیستم هستند یا دارای فعل و انفعالات الکتریکی قوی هستند گروه بندی کنید. این طول ردیابی را کاهش می دهد و تضعیف سیگنال را به حداقل می رساند.
قطعات پرسرعت را نزدیک نگه دارید:
اجزای پرسرعت مانند نوسانگرها یا میکروکنترلرهای فرکانس بالا را نزدیک یکدیگر قرار دهید تا طول ردیابی را به حداقل برسانید و از یکپارچگی سیگنال مطمئن شوید.
طول ردیابی سیگنال های بحرانی را به حداقل برسانید:
برای کاهش تأخیر انتشار و تضعیف سیگنال، طول ردیابی سیگنال‌های حیاتی را به حداقل برسانید. این اجزا را تا حد امکان نزدیک کنید.
اجزای حساس را جدا کنید:
برای به حداقل رساندن تداخل و حفظ یکپارچگی سیگنال، اجزای حساس به نویز، مانند قطعات آنالوگ یا سنسورهای سطح پایین را از قطعات پرقدرت یا نویز جدا کنید.
جدا کردن خازن ها را در نظر بگیرید:
خازن‌های جداکننده را تا حد امکان نزدیک به پایه‌های پاور هر جزء قرار دهید تا برق تمیز و نوسانات ولتاژ به حداقل برسد. این خازن ها به تثبیت منبع تغذیه و کاهش کوپلینگ نویز کمک می کنند.

5. ابزارهای شبیه سازی و تحلیل برای طراحی Stack-Up

5.1 نرم افزار مدل سازی و شبیه سازی سه بعدی:

نرم افزار مدل سازی و شبیه سازی سه بعدی ابزار مهمی برای طراحی stackup است زیرا به طراحان اجازه می دهد تا نمایش مجازی از PCB stackup ایجاد کنند. این نرم افزار می تواند لایه ها، اجزا و تعاملات فیزیکی آنها را تجسم کند. با شبیه سازی stackup، طراحان می توانند مسائل بالقوه ای مانند تداخل سیگنال، EMI و محدودیت های مکانیکی را شناسایی کنند. همچنین به تأیید چینش اجزا و بهینه سازی طراحی کلی PCB کمک می کند.

5.2 ابزارهای تجزیه و تحلیل یکپارچگی سیگنال:

ابزارهای تجزیه و تحلیل یکپارچگی سیگنال برای تجزیه و تحلیل و بهینه سازی عملکرد الکتریکی پشته‌های PCB حیاتی هستند. این ابزارها از الگوریتم های ریاضی برای شبیه سازی و تجزیه و تحلیل رفتار سیگنال، از جمله کنترل امپدانس، بازتاب سیگنال و کوپلینگ نویز استفاده می کنند. با انجام شبیه سازی و تجزیه و تحلیل، طراحان می توانند مسائل بالقوه یکپارچگی سیگنال را در مراحل اولیه طراحی شناسایی کرده و تنظیمات لازم را برای اطمینان از انتقال سیگنال قابل اطمینان انجام دهند.

5.3 ابزارهای آنالیز حرارتی:

ابزارهای آنالیز حرارتی با تجزیه و تحلیل و بهینه سازی مدیریت حرارتی PCB ها نقش مهمی در طراحی stackup دارند. این ابزارها اتلاف گرما و توزیع دما را در هر لایه پشته شبیه سازی می کنند. با مدل‌سازی دقیق مسیرهای اتلاف نیرو و انتقال حرارت، طراحان می‌توانند نقاط داغ را شناسایی کنند، محل قرارگیری لایه‌های مسی و گذرگاه‌های حرارتی را بهینه کنند و از خنک‌سازی مناسب اجزای حیاتی اطمینان حاصل کنند.

5.4 طراحی برای قابلیت ساخت:

طراحی برای تولید یکی از جنبه های مهم طراحی stackup است. ابزارهای نرم افزاری متنوعی وجود دارد که می تواند به اطمینان حاصل شود که استک آپ انتخاب شده می تواند به طور کارآمد تولید شود، وجود دارد. این ابزارها با در نظر گرفتن عواملی مانند در دسترس بودن مواد، ضخامت لایه، فرآیند ساخت و هزینه ساخت، بازخوردی را در مورد امکان دستیابی به استک آپ مورد نظر ارائه می دهند. آن‌ها به طراحان کمک می‌کنند تا تصمیمات آگاهانه‌ای برای بهینه‌سازی انباشته‌سازی برای ساده‌سازی تولید، کاهش خطر تاخیر و افزایش بازده اتخاذ کنند.

6. فرآیند طراحی گام به گام برای PCBهای 16 لایه

6.1 مجموعه الزامات اولیه:

در این مرحله تمام الزامات لازم برای طراحی PCB 16 لایه را جمع آوری کنید. عملکرد PCB، عملکرد الکتریکی مورد نیاز، محدودیت های مکانیکی، و هر دستورالعمل یا استاندارد طراحی خاصی که باید رعایت شود را بدانید.

6.2 تخصیص و ترتیب اجزا:

با توجه به الزامات، قطعات را روی PCB اختصاص دهید و ترتیب آنها را تعیین کنید. عواملی مانند یکپارچگی سیگنال، ملاحظات حرارتی و محدودیت های مکانیکی را در نظر بگیرید. قطعات را بر اساس ویژگی های الکتریکی گروه بندی کنید و آنها را به صورت استراتژیک روی برد قرار دهید تا تداخل را به حداقل برسانید و جریان سیگنال را بهینه کنید.

6.3 طراحی پشته‌آپ و توزیع لایه:

طراحی پشته‌آپ را برای PCB 16 لایه تعیین کنید. برای انتخاب ماده مناسب، عواملی مانند ثابت دی الکتریک، هدایت حرارتی و هزینه را در نظر بگیرید. سیگنال، قدرت و هواپیماهای زمینی را با توجه به نیازهای الکتریکی اختصاص دهید. برای اطمینان از یک پشته متعادل و بهبود یکپارچگی سیگنال، سطوح زمین و نیرو را به صورت متقارن قرار دهید.

6.4 مسیریابی سیگنال و بهینه سازی مسیریابی:

در این مرحله، ردیابی سیگنال بین اجزاء هدایت می شود تا از کنترل امپدانس مناسب، یکپارچگی سیگنال و به حداقل رساندن تداخل سیگنال اطمینان حاصل شود. بهینه سازی مسیریابی برای به حداقل رساندن طول سیگنال های حیاتی، اجتناب از عبور از ردپای حساس، و حفظ جدایی بین سیگنال های پرسرعت و کم سرعت. در صورت نیاز از جفت های دیفرانسیل و تکنیک های مسیریابی امپدانس کنترل شده استفاده کنید.

6.5 اتصالات بین لایه و از طریق قرار دادن:

قرار دادن ورقه های اتصال بین لایه ها را برنامه ریزی کنید. نوع مناسب از طریق، مانند سوراخ یا سوراخ کور، بر اساس انتقال لایه و اتصالات اجزا را تعیین کنید. از طریق طرح بندی بهینه سازی کنید تا بازتاب سیگنال، ناپیوستگی امپدانس را به حداقل برسانید و توزیع یکنواخت را روی PCB حفظ کنید.

6.6 تایید و شبیه سازی طراحی نهایی:

قبل از ساخت، تایید طراحی نهایی و شبیه سازی انجام می شود. از ابزارهای شبیه سازی برای تجزیه و تحلیل طرح های PCB برای یکپارچگی سیگنال، یکپارچگی توان، رفتار حرارتی و قابلیت ساخت استفاده کنید. طراحی را مطابق با الزامات اولیه بررسی کنید و تنظیمات لازم را برای بهینه سازی عملکرد و اطمینان از قابلیت ساخت انجام دهید.
همکاری و ارتباط با سایر ذینفعان مانند مهندسان برق، مهندسان مکانیک و تیم های تولیدی در طول فرآیند طراحی برای اطمینان از برآورده شدن همه الزامات و حل مشکلات احتمالی. به طور منظم طرح ها را بررسی و تکرار کنید تا بازخوردها و بهبودها را در خود جای دهند.

7. بهترین شیوه ها و مطالعات موردی صنعت

7.1 موارد موفق طراحی PCB 16 لایه:

مطالعه موردی 1:Shenzhen Capel Technology Co., Ltd. با موفقیت یک PCB 16 لایه برای تجهیزات شبکه پرسرعت طراحی کرد. با در نظر گرفتن دقیق یکپارچگی سیگنال و توزیع توان، آنها به عملکرد برتر دست می یابند و تداخل الکترومغناطیسی را به حداقل می رسانند. کلید موفقیت آنها طراحی کاملاً بهینه استک آپ با استفاده از فناوری مسیریابی امپدانس کنترل شده است.

مطالعه موردی 2:شرکت فناوری Shenzhen Capel، یک PCB 16 لایه برای یک دستگاه پزشکی پیچیده طراحی کرد. با استفاده از ترکیبی از اجزای نصب سطحی و سوراخ، آنها به یک طراحی فشرده و در عین حال قدرتمند دست یافتند. قرار دادن دقیق قطعات و مسیریابی کارآمد یکپارچگی و قابلیت اطمینان سیگنال عالی را تضمین می کند.

7.2 از شکست ها درس بگیرید و از دام ها دوری کنید:

مطالعه موردی 1:برخی از تولیدکنندگان PCB در طراحی 16 لایه PCB تجهیزات ارتباطی با مشکلات یکپارچگی سیگنال مواجه شدند. دلایل شکست در نظر گرفتن ناکافی کنترل امپدانس و عدم توزیع مناسب صفحه زمین بود. درس آموخته شده این است که الزامات یکپارچگی سیگنال را به دقت تجزیه و تحلیل کنیم و دستورالعمل های طراحی کنترل امپدانس دقیق را اعمال کنیم.

مطالعه موردی 2:برخی از سازندگان PCB به دلیل پیچیدگی طراحی با چالش های تولیدی با PCB 16 لایه خود مواجه شدند. استفاده بیش از حد از گذرگاه‌های کور و اجزای بسته‌بندی متراکم منجر به مشکلاتی در ساخت و مونتاژ می‌شود. درس آموخته شده ایجاد تعادل بین پیچیدگی طراحی و قابلیت ساخت با توجه به قابلیت های سازنده PCB منتخب است.

برای جلوگیری از مشکلات و مشکلات در طراحی PCB 16 لایه، بسیار مهم است:

الف) الزامات و محدودیت های طراحی را به طور کامل درک کنید.
b.پیکربندی های انباشته که یکپارچگی سیگنال و توزیع توان را بهینه می کنند. ج.توزیع و ترتیب اجزاء برای بهینه سازی عملکرد و ساده سازی ساخت.
d. اطمینان از تکنیک های مسیریابی مناسب، مانند کنترل امپدانس و اجتناب از استفاده بیش از حد از راه های کور.
e.همکاری و ارتباط موثر با همه ذینفعان درگیر در فرآیند طراحی، از جمله مهندسان برق و مکانیک و تیم های تولیدی.
f. انجام راستی‌آزمایی و شبیه‌سازی طراحی جامع برای شناسایی و تصحیح مسائل احتمالی قبل از ساخت.