Linee guida per la progettazione dello stack-up PCB a 6 layer

Il passaggio a un PCB a 6 layer è la scelta naturale quando si esaurisce lo spazio su una scheda a 4 layer. Il layer aggiuntivo può darti spazio per altri segnali, una coppia di piani aggiuntiva o un mix di conduttori. Il modo in cui utilizzi questi layer in più è meno importante di come li disponi nello stack-up PCB, nonché della modalità di instradamento su un PCB a 6 layer. Se non hai mai utilizzato una scheda a 6 layer prima d'ora o hai avuto problemi di EMI con questo stack-up difficili da risolvere, continua a leggere per scoprire alcune linee guida e best practice per la progettazione dei PCB a 6 layer.

Perché usare un PCB a 6 layer?

Prima di iniziare una scheda, penso sia importante considerare i motivi per cui utilizzare un PCB a 6 layer. Ci sono diverse ragioni che vanno oltre la semplice aggiunta di altri percorsi per i segnali. La versione più elementare di uno stack-up a 6 layer adotterà lo stesso approccio di uno stack-up SIG/PWR/GND/SIG in una scheda a 4 layer e posiziona semplicemente il segnale su due layer aggiuntivi al centro dello stack-up. In realtà, un SIG/PWR/SIG/SIG/GND/SIG è il peggior stack-up di PCB a 6 layer dal punto di vista dell'EMC e probabilmente è adatto solo per una scheda che funziona in corrente continua.

Alcuni dei motivi per cui opterei per una scheda a 6 layer rispetto a una scheda a 4 layer includono:

1. Stavi utilizzando uno stack-up SIG+PWR/GND/GND/SIG+PWR a 4 layer e hai bisogno di più spazio sul layer superficiale per i componenti. Il posizionamento di PWR e SIG negli strati interni migliora il disaccoppiamento con una coppia di piani PWR/GND.
2. Per le schede a segnale misto, puoi dedicare un intero layer superficiale alle interfacce analogiche e rimarrà un layer interno aggiuntivo per l'instradamento dei segnali digitali più lenti.
3. Stai utilizzando una scheda ad alta velocità con un numero elevato di I/O e cerchi un modo per separare efficacemente i segnali nei diversi layer della scheda. Puoi attuare la stessa strategia del punto 1.

In tutte queste configurazioni, si aggiunge solo un ulteriore livello di segnale, non due. L'altro layer è dedicato a un piano GND, a guide elettriche o a un piano di alimentazione completo. Lo stack-up sarà il principale fattore determinante dell'EMC e dell'integrità del segnale nella scheda, così come il layout e la strategia di routing.

• Leggi questo articolo per ulteriori suggerimenti sugli stack-up PCB a 6 layer e sulle relative caratteristiche EMC

Come instradare i segnali nello stack-up di un PCB a 6 layer

Prima di iniziare il routing, diamo un'occhiata al tipico stack-up PCB che useresti in un PCB a 6 layer:

In questo stack-up, i layer superiore e inferiore sono su dielettrici sottili, e quindi dovrebbero essere usati per segnali a impedenza controllata. 10 mil è probabilmente il dielettrico più spesso da usare, perché richiederà un instradamento a microstriscia con una larghezza di 15-20 mil, a seconda della costante dielettrica. Se stai instradando un'interfaccia digitale con coppie differenziali, la spaziatura consentirà anche una larghezza di traccia ridotta, consentendoti di instradare componenti con passo più sottile. A titolo di esempio, abbiamo utilizzato una versione dello stack-up di cui sopra per molti dei nostri prodotti di rete con fattore di forma ridotto che supportano più canali Ethernet multi-gigabit.

Se è necessario utilizzare larghezze di traccia molto più piccole sui layer esterni, è sufficiente abbassare gli spessori dielettrici esterni (forse fino a 4-5 mm), quindi aggiungere spessore al dielettrico L3-L4 in modo da raggiungere il target di spessore della scheda. Il prossimo punto da considerare è come instradare l'alimentazione.

Come instradare l'alimentazione in un circuito stampato a 6 strati

Nell'esempio precedente di stack-up PCB a 6 strati, c'è un intero layer dedicato al PWR. Questa è generalmente una buona pratica in un PCB a 6 strati in quanto libera spazio sulle superfici per i componenti e sarà più facile alimentarli attraverso i vias.

Ad esempio, dai un'occhiata al BGA mostrato di seguito. Questo particolare BGA è tipico di un controller di interfaccia ad alta velocità che richiede molta corrente a più tensioni, quindi molte sfere saranno collegate all'alimentazione e alla massa. In un FPGA potresti trovare più pin per l'alimentazione e la messa a terra in tutto il footprint. Dedicare un singolo layer all'alimentazione consente di suddividere il piano in binari in modo da poter utilizzare più tensioni ad alta corrente, se necessario. In questo modo, non sarà necessario sovrapporre questi binari a tensioni diverse, evitando un ulteriore problema EMI.

Nota: solo perché hai allocato l'alimentazione su un layer interno, non significa che non puoi mettere l'alimentazione altrove. È ancora possibile instradare l'alimentazione sugli altri layer di segnale come binari usando il versamento di rame o come tracce spesse.

Se hai bisogno di un funzionamento a corrente elevata in un circuito stampato a 6 layer, possibilmente a tensioni diverse, ti consiglio di utilizzare un layer di potenza aggiuntivo piuttosto che un layer di segnale aggiuntivo. In altre parole, avrai due layer di potenza intrecciati con la massa sui layer interni dello stack-up. Potresti anche fare un ulteriore passo avanti e mettere un piano di alimentazione sul layer posteriore per gestire ancora di più la corrente. Ciò consentirebbe uno spazio sufficiente per instradare l'alimentazione su una vasta area, possibilmente con più rame, per garantire una bassa resistenza CC e basse perdite di potenza.

A parte questi punti, le altre importanti strategie di instradamento utilizzate in una scheda a 4 o 8 layer per garantire l'EMC si applicheranno anche a una scheda a 6 layer. Se utilizzi qualcosa di simile all'esempio precedente di stack-up a 6 layer, sarà molto più facile eseguire il routing e garantire l'integrità dell'alimentazione e del segnale. Le stesse considerazioni DFM in una scheda a 4 o 8 layer si applicheranno anche a una scheda a 6 layer: fai approvare il tuo stack-up da una casa di fabbricazione prima di iniziare a creare il layout, le tracce di dimensionamento e il routing.

• Ulteriori informazioni sulle linee guida per il routing PCB
• Ulteriori informazioni sull'analisi DFM per PCB avanzati
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Progettazione di PCB a 6 layer con gli strumenti di Altium Designer

Assicurati di seguire queste linee guida per la progettazione di PCB a 6 layer prima di creare il tuo stack-up e iniziare il routing. Quando sei pronto per costruire il tuo circuito stampato a 6 layer, utilizza il miglior set di strumenti di progettazione PCB in Altium Designer®. Avrai un set completo di strumenti per il layout, il routing e la preparazione della scheda per la produzione. Una volta create le impronte PCB e condivise con i collaboratori, il team è in grado di collaborare attraverso la piattaforma Altium 365™ . Tutto ciò di cui hai bisogno per progettare e produrre componenti elettronici avanzati è disponibile in un unico pacchetto software.

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