La mejor estrategia de apilamiento de capas para una PCB de 6 capas con componentes SMD en su mayoría

Estoy haciendo un diseño en una PCB de 6 capas donde se rellenan ambos lados. El 95% de los componentes son SMD. El diseño no es de "alta frecuencia" en términos de velocidades de señal... lo más rápido aquí es un MCU con un reloj interno de 80MHz y señales digitales de hasta alrededor de 48Mhz.

Busqué para encontrar una estrategia eficiente de apilamiento de capas. Lo primero que aparece en Google es este artículo que afirma que lo mejor sería algo como:

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Si entiendo correctamente... el objetivo es tener una cantidad mínima de cutplanos en el suelo para obtener la mejor ruta de retorno. Por lo tanto, uno siempre intentaría no enrutar las señales en el plano de tierra.

Ahora mi pregunta es, dado que la mayoría de mis componentes son SMD... entonces necesitaré muchas vías para conectar los componentes SMD a las capas de tierra. Esto creará muchos orificios en el tablero y no solo alterará los planos de tierra internos, sino que también aumentará el costo de producción.

Según tengo entendido, el mismo artículo establece que si la parte superior/inferior también tienen planos para el suelo, empeorará la EMI debido al aumento del área del bucle:

Algunas personas dicen que agregar planos de tierra adicionales ayuda a protegerse contra la inmunidad y las emisiones. La verdad es que reduce el LOOP AREA!

Mi propia estrategia es seguir esta pila de capas, pero también verter las capas superior e inferior con GND para minimizar el número de vías y simplemente conectar los vertidos de suelo superior e inferior con las capas 2 y 5. Si el vertido en la parte superior o inferior no puede alcanzar algunos componentes, usaré vías para esos componentes en particular.

Entonces, la pregunta es ... agregar GND se vierte en las capas superior e inferior además de las 2 capas GND internas, ¿es una buena idea o no? ¿Hace un área de bucle grande y empeora el EMI? Realmente no puedo entender la realidad de esta situación.

¿Tiene esto algún sentido? por favor, hágame saber lo que haría en tal caso!

No es la frecuencia de reloj de la señal lo que necesariamente importa; es la tasa de borde la que suele dominar. Puede encontrar eso en los modelos IBIS para las piezas. Como está escrito, esta es una pregunta muy amplia. Sin embargo, la pila está desequilibrada y corre el riesgo de deformarse.
@PeterSmith ¿Puede dar más detalles sobre el riesgo de deformación? ¿De qué depende? nunca lo pense...
Como se muestra, la capa 4 tendrá mucho más cobre que la capa 3, lo que hace que la pila sea asimétrica. Durante el reflujo, la capa 4 se expandirá más que la capa 3 (debido al hecho de que habrá más cobre).

Respuestas (3)

Solo algunos comentarios....

  1. Un montón de vías en el plano GND no es un problema.
  2. El número de vías perforadas en una placa no tiene un gran impacto en el costo de producción. Si encuentra una tienda fabulosa de tablas diferente.
  3. Debe hacer que su acumulación sea simétrica en términos de densidad de cobre (como ya se mencionó en los comentarios) para evitar la deformación de la placa.
  4. En general, no es una buena idea tratar de evitar las vías mediante el uso de vertidos GND en las capas superficiales. Los vertidos GND son geniales, pero probablemente deberían estar cosidos al plano GND más que si no los tuviera. Tenga en cuenta que, en una placa de cualquier densidad con componentes SMT, un vertido GND superficial no será accesible para muchas de las conexiones GND de todos modos y, por lo tanto, aún necesita vías en todos esos puntos en el plano GND interno.
  5. Si proporciona muchos capacitores de desacoplamiento de plano PWR a GND, el plano PWR puede ser un plano de referencia razonable para usar para la impedancia de CA del enrutamiento de impedancia controlada. Vea a continuación por qué esto puede ser importante.
  6. Si necesita cuatro capas de señal con impedancia controlada para enrutar una placa densa, use las capas 1, 3, 4 y 6 para enrutar y coloque PWR y GND en las capas 2 y 5.
  7. Si la impedancia de enrutamiento de la señal no es tan crítica en su diseño para la mayoría de las pistas, entonces haga su enrutamiento en las capas 1, 2, 5 y 6 con PWR y GND en las capas 3 y 4. Para las pocas pistas donde la impedancia controlada es más importante, considere colocarlas en las capas de señal interna 2 y 5 donde pueden estar más cerca de los planos de referencia PWR y GND.
  8. Los vertidos de GND en cualquier capa, superficie o de otro tipo, pueden ser muy útiles si tiene áreas sensibles de circuitos que necesitan tener su propia área de GND que luego se une al plano principal de GND a través de un solo punto, a menudo a través de un componente de perla de ferrita.
¿Puede explicar por qué la elección de diseño que describe en el punto 7 podría ser beneficiosa en comparación con la elección en 6, en el caso de que la impedancia no sea tan crítica?
A veces es necesario volver a trabajar las tablas cortando las huellas. Si todos los rastros están en las dos capas más externas, puede usar más fácilmente un pequeño taladro para ingresar a la capa 2 o la capa 5 para cortar una conexión interna. Lo he necesitado varias veces y me ahorró girar un primer o segundo tablero y gastar mucho dinero extra.

Aquí está la pila de 6 capas que preferiría.

Capa 1 - Señal/Potencia
Capa 2 - Tierra
Capa 3 - Señal/Potencia
Capa 4 - Tierra/Señal
Capa 5 - Tierra
Capa 6 - Señal/Potencia

Aquí está la imagen de mi capa apilada con el espesor del dieléctrico entre las capas de cobre. El grosor total de mi PCB es de alrededor de 1,2 mm.

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Permítanme justificar por qué prefiero este tipo de pila sobre otros.

En primer lugar, cuando está enrutando su PCB, debe enrutar cada señal con respecto a la tierra como realmente lo dice en serio . No puede enrutarlos al azar y decir "Oye, encontrará su suelo". No, así no es como funciona un circuito. Para que un circuito funcione correctamente, cada señal debe tener una tierra de baja impedancia intencional cerca.

Ahora, si ve mi pila, notará que cada señal y plano de potencia en mi PCB tiene un plano de tierra de referencia cerca.

Me aseguraré de nunca enrutar ninguna señal en las capas 2 y 5. Las demás capas (L1, L3, L4 y L6) quedan a mi discreción.

La idea de que debe haber un plano de tierra adyacente a un plano de señal no es un requisito del 100 %. Porque la ruta de retorno de las señales pasa por vías a los planos de tierra. Por lo tanto, la única diferencia será un poco más larga. Esto es cierto cuando las señales no son señales de alta velocidad. Si se necesita una coincidencia de impedancia, los planos de potencia también serán una ruta de retorno para rutas de señal de alta velocidad, es decir, señales de CA... Brevemente, los planos de tierra adyacentes al plano de señal no son una necesidad...