Najlepsze wskazówki dotyczące projektowania wielowarstwowych PCB

Zasady projektowania wielowarstwowych PCB

Robienie czegoś zupełnie nowego po raz pierwszy w życiu może być z początku bardzo trudne. Dlatego też pisklęta prawdopodobnie nie doceniają tego, że matka wypycha je z gniazda, a nastolatkowie aż tak denerwują się przed swoją pierwszą prawdziwą randką... Ja byłem wtedy przerażony! Cieszę się jednak, że ostatecznie nie stchórzyłem i wykonałem ten krok, ponieważ ten kamień milowy był jednym z najwspanialszych momentów w moim życiu.

Zarejestruj się i wypróbuj Altium 19 już dziś.

W tym przypadku mówimy jednak o zupełnie innym, ale równie ważnym kamieniu milowym – zaprojektowaniu po raz pierwszy wielowarstwowej PCB. Czy w przypadku tego tematu w głowie pojawia Ci się wiele pytań i obawiasz się, że popełnisz jakiś błąd? Jeśli tak, to nie masz się czym martwić. Jesteś taki sam jak każdy z nas, a my mamy dla Ciebie kilka pomocnych zasad projektowania PCB. Porozmawiamy o niektórych problemach, które warto mieć na uwadze, a także o ogólnych wytycznych dotyczących projektowania wielowarstwowych PCB, żebyś mógł zacząć od zaraz.

Czasem trzeba po prostu uwierzyć w siebie i zrobić ten najważniejszy pierwszy krok, który przybliży nas do realizacji ostatecznego celu. Zaprojektowanie pierwszej wielowarstwowej płytki PCB bez dwóch zdań jest właśnie takim krokiem. Zakończmy więc ten wstęp i przyjrzyjmy się w końcu temu, jak zaprojektować taką płytkę.

Upewnij się, że system jest dostosowany do projektowania układów wielowarstwowych

Pierwszą i podstawową rzeczą, na którą musimy zwrócić uwagę projektując wielowarstwową płytkę PCB, jest nasz system CAD. Jeśli do tej pory projektowałeś jedynie płytki jedno- lub dwustronne, system może nie być poprawnie skonfigurowany pod projektowanie wielowarstwowej PCB. Poniżej przedstawiamy trzy najważniejsze obszary, na które musisz zwrócić uwagę zanim rozpoczniesz pracę.

Warstwy płaszczyzny negatywu: w przypadku układów wielowarstwowych, warstwy płaszczyzny negatywu są z reguły wykorzystywane do tworzenia płaszczyzny zasilania i uziemienia. Niektóre systemy CAD wymagają, aby prześwity wbudowane były w kształty podkładek i podstaw dla wszystkich otworów wierconych na płaszczyźnie negatywu. Jeśli korzystasz z jednego z takich systemów do projektowania płytek PCB, upewnij się, że kształty podkładek i podstaw na projekcie są przyporządkowane do prawidłowych prześwitów na płaszczyźnie negatywu. Jeśli nie zostaną im przyporządkowane, to spowoduje to, że prześwity będą zbyt krótkie.

Kształty podkładek na wewnętrznych warstwach sygnałowych: niektóre projekty wykorzystują inne kształty podkładek na warstwach zewnętrznych, a inne na tych znajdujących się wewnątrz układu. Dla przykładu, podkładki pin 1 mają z reguły kwadratowy kształt, aby można było je łatwo rozpoznać, zamiast np. owalnego, który wykorzystywany jest przeważnie na wewnętrznych warstwach układu. Jeśli biblioteki Twojego systemu nie zostały skonfigurowane pod projektowanie wielowarstwowych PCB, możesz ostatecznie nie uzyskać pożądanych kształtów podkładek na wewnętrznych warstwach sygnałowych.

Rysowanie elementów: jeśli samodzielnie tworzysz rysunki produkcyjne i montażowe z wykorzystaniem narzędzi swojego oprogramowania, to prawdopodobnie masz zapisane różne rodzaje logo, tabele, czy całe widoki PCB. Projektując wielowarstwową płytkę PCB, będziesz musiał najpierw odpowiednio je zmodyfikować.

Upewnij się, żeby wszystkie elementy układu były dostosowane do projektu wielowarstwowej PCB. 

Szczegółowo zapoznaj się z wymaganiami zakładu produkcyjnego

W porównaniu do projektów jedno- i dwustronnych, te wielowarstwowe wyróżniają się wieloma istotnymi zaletami. Nie tylko pozwalają na zaoszczędzenie miejsca i znaczne zwiększenie gęstości połączeń na układzie, ale zapewniają także lepszą kontrolę nad kwestią integralności sygnału całej płytki PCB. Najważniejsze jest tutaj to, abyś zawczasu zapoznał się z tym, w jaki sposób pracuje Twój zakład produkcyjny i przede wszystkim jakie ma wymagania względem produkcji w zakresie projektów wielowarstwowych.

Każdy zakład produkcyjny ma swoje indywidualne wymagania zależące głównie od stopnia zaawansowania płytek, które jest w stanie wytworzyć. Dla przykładu, niektóre zakłady nie będą w stanie wytworzyć układu o zbyt dużej liczbie warstw, a inne nie zrealizują za to takiego, w którym szerokości ścieżek i odstępów są zbyt małe. Przekroczenie tych ograniczeń może znacznie zwiększyć ceny u konkretnego dostawcy lub nawet całkowicie wykluczyć możliwość wytworzenia naszego produktu.

Weźmy dla przykładu rodzaje przelotek. Zakłady produkujące płytki PCB z reguły nie mają większych problemów z tymi standardowymi, ale jeżeli chcemy wykorzystać w projekcie przelotki zakopane, ślepe lub mikro, powinniśmy dwa razy upewnić się, że zakład będzie w stanie sobie z tym poradzić. I tak jak zostało to opisane wyżej, trzeba uzgodnić z nimi pozostałe aspekty, takie jak szerokość ścieżek i odstępów, czy w końcu możliwość produkcji układów o charakterze wielowarstwowym. Wszystkie te czynniki mogą mieć ostatecznie wpływ na produkcję naszego układu, dlatego też przed rozpoczęciem prac musimy mieć 100% pewności co do zrozumienia wszystkich zasad i standardów przyszłego dostawcy.

 Zasady projektowania PCB – projekty wielowarstwowe

Rady dotyczące projektowania wielowarstwowych PCB

Teraz, gdy odpowiednio skonfigurowaliśmy już nasze oprogramowanie i mamy pewność, że zakład produkcyjny bez problemu zrealizuje projekt, jesteśmy gotowi na to, aby zaprojektować układ płytki wielowarstwowej. Oto kilka sprawdzonych porad dotyczących projektowania wielowarstwowego, których możesz jeszcze nie znać:

1. Skieruj sąsiadujące ze sobą warstwy sygnałowe w przeciwnych kierunkach. Jeśli masz przylegające do siebie warstwy sygnałowe na drugiej i trzeciej warstwie, poprowadź jedną poziomo, a drugą pionowo. Pomoże to zabezpieczyć się przed problemami z tzw. przesłuchami.
2. Użyj warstw z płaszczyzną zasilania i uziemienia. Pomoże to nie tylko w równomiernej dystrybucji mocy i uziemieniu układu, ale też stworzy strukturę mikropaskową, która pomoże zachować integralność sygnału.
3. Zmniejsz rozmiar podkładek z otworami w wewnętrznej warstwie sygnałowej. Upewnij się również, czy zakład produkcyjny da radę wytworzyć mniejsze podkładki warstw wewnętrznych przeznaczone do części przelotowych i przelotek. Jeśli tak, to zmniejszone rozmiary tych podkładek udostępnią więcej kanałów trasowania.

Pierwsze kroki w projektowaniu wielowarstwowych płytek PCB mogą być bardzo przytłaczające. Może nie aż tak, jak wizja wypchnięcia z gniazda na wysokim drzewie lub, o zgrozo, pierwszej randki, ale mimo wszystko są to sytuacje całkiem zbliżone. Pozostaje mi więc mieć nadzieję, że wskazówki zawarte w niniejszym artykule pozwolą rozwinąć skrzydła każdemu początkującemu projektantowi PCB.

Natomiast inną rzeczą, która może bardzo pomóc w kolejnym projekcie układu płytki drukowanej, jest zastosowanie najwyższej jakości oprogramowania do PCB, takiego jak Altium Designer^® i CircuitStudio^® od Altium. Oprogramowanie to ma wszystko co niezbędne, aby z łatwością tworzyć części, zarządzać warstwami płytki i prowadzić zaawansowane projekty układów wielowarstwowych. Altium to doskonały wybór zarówno dla początkujących, jak i zaawansowanych projektantów i inżynierów.

Czy chciałbyś dowiedzieć się więcej o tym, w jaki sposób Altium może pomóc Ci przy Twoim kolejnym projekcie wielowarstwowej  PCB? Jeśli tak, to już teraz skontaktuj się z naszym ekspertem.

Zobacz oprogramowanie Altium w akcji…

Precyzyjne i skuteczne projektowanie PCB