Рекомендации по проектированию шестислойных печатных плат

Если место на четырехслойной печатной плате закончилось, пора переходить на шестислойную. Дополнительный слой позволяет использовать больше сигналов, еще одну пару плоскостей или комбинацию проводников. Важно не то, как вы используете эти дополнительные слои, а то, как они размещены в стеке и как вы выполняете маршрутизацию в шестислойной печатной плате. Если вы до сих пор не работали с шестислойными платами или сталкивались с трудноразрешимыми проблемами электромагнитной совместимости в таком стеке, читайте дальше, чтобы ознакомиться с рекомендациями и передовым опытом проектирования шестислойных печатных плат.

Зачем использовать 6 слоев?

Я считаю, что прежде чем приступить к созданию платы, важно разобраться, почему может возникнуть желание использовать шестислойную конструкцию. Помимо простой потребности добавить дополнительные пути для передачи сигналов, существует еще несколько причин. В базовой версии шестислойного стека применяется тот же подход, что и SIG/PWR/GND/SIG для стека четырехслойной платы, а в центре стека просто размещаются два дополнительных сигнальных слоя. На самом деле стек типа SIG/PWR/SIG/SIG/GND/SIG — это худшая конструкция шестислойной печатной платы с точки зрения электромагнитной совместимости, которая, пожалуй, подходит только для платы, работающей на постоянном токе.

Вот некоторые причины, по которым я предпочел бы шестислойную плату четырехслойной:

1. Вы использовали четырехслойный стек SIG+PWR/GND/GND/SIG+PWR и вам нужно больше места на поверхностном слое для размещения компонентов. Размещение слоев PWR и SIG внутри позволяет добиться большей развязки с парой плоскостей PWR/GND.
2. Для плат со смешанными сигналами можно отвести весь поверхностный слой под аналоговые интерфейсы, а для более медленной цифровой маршрутизации оставить дополнительный внутренний слой.
3. Вы используете высокоскоростную плату с большим количеством входов/выходов, и вам нужен хороший способ развести сигналы по разным слоям платы. Вы можете применить ту же стратегию, что и в п. 1.

Во всех этих конфигурациях вы добавляете всего один дополнительный сигнальный слой, а не два. Другой слой предназначен для плоскости GND, шин питания или полной плоскости питания. Структура вашего стека будет главным фактором, определяющим ЭМС и целостность сигналов на вашей плате, а также стратегию компоновки и маршрутизации.

• Прочтите эту статью, чтобы получить дополнительные советы по стекам шестислойных печатных плат и их электромагнитной совместимости

Как разводить сигналы

Прежде чем приступить к трассировке, рассмотрим типичный стек шестислойной печатной платы:

В этой схеме верхний и нижний слои находятся на тонком диэлектрике, поэтому они должны использоваться для сигналов с контролем импеданса. 10 мил — это максимальная рекомендуемая толщина диэлектрика, поскольку при этом потребуется микрополосковая трассировка шириной 15–20 мил в зависимости от диэлектрической постоянной. При прокладке цифрового интерфейса с дифференциальными парами расстояние между ними также позволит уменьшить ширину дорожки, благодаря чему можно будет прокладывать маршрут через компоненты с меньшим шагом. Пример: мы использовали вариант приведенного выше стека для многих сетевых устройств малого форм-фактора, поддерживающих несколько мультигигабитных Ethernet-каналов.

Если вам нужно использовать на внешних слоях трассы гораздо меньшей ширины, просто уменьшите толщину внешнего диэлектрика (вплоть до 4–5 мил), а затем немного увеличьте толщину диэлектрика L3–L4, чтобы обеспечить необходимую толщину платы. Следующий момент, о котором нужно подумать — как разводить питание.

Как разводить питание

В приведенном выше примере шестислойной печатной платы под питание отведен целый слой. Как правило, это хороший вариант для шестислойной печатной платы, так как в этом случае освобождается площадь на поверхности для размещения компонентов, к которым будет легче подвести питание через переходные отверстия.

Рассмотрим пример ниже с компонентом BGA. Этот конкретный модуль BGA представляет собой типичный высокоскоростной контроллер интерфейса, которому требуется большой ток при нескольких значениях напряжения, поэтому большая часть шариков должна быть подключена к питанию и земле. В таких устройствах, как ПЛИС, по всей поверхности можно найти несколько выводов для питания и заземления. Выделив отдельный слой под питание, можно разбить плоскость на шины, чтобы при необходимости использовать несколько уровней напряжения при высоком токе. При этом вам не потребуется перекрывать шины с разными напряжениями, что позволяет предотвратить дополнительные электромагнитные помехи.

Заметьте, что если вы поместили питание на внутренний слой, это не значит, что вы не можете поместить питание куда-либо еще. Вы по-прежнему можете разводить питание по другим сигнальным слоям в виде шин с использованием заливки проводящим материалом или в виде толстых дорожек.

Если шестислойная плата должна поддерживать больший ток и, возможно, разное напряжение, я бы рекомендовал вместо дополнительного сигнального слоя использовать дополнительный слой питания. Другими словами, во внутренних слоях стека у вас будет два слоя питания, чередующихся с землей. Можно даже пойти дальше и разместить плоскость питания на заднем слое, чтобы обеспечить еще более широкие возможности управления током. Это создаст вам достаточно места для прокладки питания на большой площади, возможно с использованием более тяжелой меди, чтобы обеспечить низкое сопротивление по постоянному току и малые потери мощности.

Помимо отмеченных моментов, к шестислойной плате применимы и другие важные стратегии маршрутизации, используемые в четырех- или восьмислойных платах для обеспечения электромагнитной совместимости. Если вы используете нечто похожее на приведенный выше пример шестислойного стека, вам будет гораздо проще прокладывать трассу и обеспечивать целостность сигналов и питания. К шестислойной плате применимы те же соображения относительно технологичности, что и к четырех- или восьмислойным платам; прежде чем приступать к компоновке, определению размеров трасс и маршрутизации, согласуйте свой стек с изготовителем.

• Подробнее о рекомендациях по разводке печатных плат
• Подробнее об анализе технологичности печатных плат с расширенной функциональностью
• Подробнее о двусторонней сборке

Прежде чем создавать стек и приступать к разводке, обязательно выполните эти рекомендации по проектированию шестислойной печатной платы. Когда вы будете готовы к производству шестислойной печатной платы, используйте лучший набор инструментов для проектирования печатных плат в Altium Designer®. В вашем распоряжении будет полный набор инструментов для компоновки, разводки и подготовки платы к производству. Когда вы создадите посадочные места на печатных платах и захотите поделиться ими с коллегами, они смогут работать вместе на платформе Altium 365™. Все, что необходимо для проектирования и производства передовой электроники, можно найти в одном программном пакете.

Мы лишь поверхностно рассмотрели некоторые возможности Altium Designer на Altium 365. Начните использование бесплатной пробной версии Altium Designer + Altium 365 сегодня .