4層PCBスタック-(信号、信号、電源、グランド)


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私はプロジェクト用のボードを開発しましたが、それをプラグイン可能なモジュールに組み立てようとしている会社から、奇妙な変更を求められました。

現在、4層ボードです:上部信号、グラウンド、電源、下部信号。かなり標準。

彼らは私にグランドプレーンを下の信号層と入れ替えてほしいと思っています。このようにして、グラファイト層が薄い機械的なケース(大きなヒートシンクのある)を接地面に簡単に接触させることができます。それらは、コンポーネントの露出パッドを介してグランドプレーンにすでに接触しているいくつかの重要なコンポーネントの放熱を改善することを目的としています。

これが悪い考えかどうか、私は理解しようとしています。ここに私の考慮事項があります:

  1. ボードでルーティングされる信号はHFではなく、最大で10MHzであり、ボードには方形波クロックがありません。
  2. 一部の信号の最高速のエッジは数μmのセトリングタイムを持ち、別のボードのコネクタを通過するため、おそらくコネクタの寄生容量によって既にフィルター処理されています。
  3. 参照層を信号層から遠くに配置することは、リターンパスにとって悪い考えのようです。より良いスタックは:(トップシグナル、パワー、シグナル、グラウンド)です。
  4. 一方、これらの重要なコンポーネント(一部の非常に低ノイズのTIA)の基準面からの距離を大きくすると、寄生入力容量(現在は約0.5pF)が減少するため、TIA構成の出力ノイズが減少します。

あなたの考えは何ですか?


あなたのコメントに対するいくつかの回答:

下のレイヤーにポリゴンを追加することは可能ですか?

可能性はあるかもしれませんが、再ルーティングできないエリアに多数の信号があります。グラファイトは導電性であるため、短絡を回避するためにソルダーマスクのみに依存し、ビアの絶縁が問題になる可能性があります(テンテッドビアは使用できません)。

信号層は地面で溢れていますか?

現在はありません。主にTIAのグラウンドへの入力容量を減らすためですが、確実に埋めることができるいくつかの領域があります。

高温のコンポーネントをPCBの下部に移動できますか?

いいえ、他のアセンブリやルーティングの制約により、これらは最上位レイヤーにある必要があります。

彼らは実際に電源層がどこにあるのか気にしていますか、それとも底に地面が欲しいだけですか?

彼らは地面が底になるようにちょうど頼んだ。そのため、代替スタック(トップシグナル、パワー、シグナル、グラウンド)を検討しました。

グラファイトは導電性です。ビアが完全にテンティング/フィルされていない場合は、問題の世界全体になります。

それもとても心配です。さらに、信号トレースから領域を完全にクリアしないと、はんだマスクによる絶縁に依存しているだけなので、簡単に傷が付きます。


変更が機能するようにできると思います。ボード設計が完了し、この変更が求められている場合は、スケジュールと開発コストに影響を与える再設計を意味します。スタックアップを変更する代わりに、ヒートシンクに接触するように配置された下のレイヤーにグラウンドポリゴンを追加することは可能ですか?それはそれほど劇的な変化ではないかもしれませんが、あなたのデザインを見なければ、それを言うのは難しいです。
スミス

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これは非対称スタックを作成する可能性があります。これはおそらく、リフロープロセスで過度の湾曲とねじれを引き起こします(リフローボードであると想定)。
ピーター・スミス

信号層は地面で溢れていますか?signal-signal-plane-planeを使用している場合、ボードはアンバランスになり、PCB製造プロセス中に熱膨張特性が異なるために反る可能性があります。
Andrew

高温のコンポーネントをPCBの下部に移動できますか?これにより、ヒートシンクに近づき、熱抵抗が少なくなります。
CHendrix 2017

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@mkeith:必ずしも必要ではありませんが、GNDのボイド領域で埋めることによって信号層の銅のバランスをとれば、許容できる何かを行うことができます。しかし、多くの信号トレースがある場合、銅の充填は困難になります。したがって、デザインによって異なります。ファブハウスと話し合う必要があります。
zeqL 2017

回答:


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以下の場合、異なるPCB構成は問題になりません。

1)静電容量をグラウンドから所定のプレーンに変更することは重要ではありません。(また、伝送ライン効果)。ほとんどのプレーンにグランド層への小さな寄生容量を与えるので、グランドプレーンを中央に配置すると便利です。グランドプレーンを最下層に送ることにより、グランドプレーンへの静電容量が上部の信号層から増加します。PCBトレースのインダクタンスは、主に高速回路に影響を与えるグランドから離れるほど増加します。

ここに画像の説明を入力してください Henry W Ottによる電磁適合性エンジニアリングの図

2)リターン電流は保持されます。グランドプレーンにはリターン電流が流れることに注意してください。プレーンが入れ替わっている場合、トップレイヤーに移動する場合は、グランドプレーンスロットを配置しないでください。これは、グランドプレーンのパフォーマンスを変更し、グランドプレーンのスロットの「周囲」を流れるリターン電流によるEMIの問題とコモンモードの問題をさらに引き起こす可能性があります。 ここに画像の説明を入力してください

高速要件や、ノイズ要件のある他の敏感なアナログ回路がない場合、これはあなたのケースでは難しいことではないように聞こえます。敏感な回路がある場合は、より創造的なレイアウトが必要になる場合があります。

これは定期的なスタックアップの良い読みです

重量の大きい銅やヒートシンクに切り替えるなど、熱管理には他のオプションがあることを理解してください。電源プレーンは、場合によっては熱管理にも使用できます。または、複数のレイヤーにスペースがある場合は、できるだけ多くのレイヤーを使用します。私は過去に複数の層を使用したことがありますが、厳しいはんだ付け要件はありません。


C=ε0εrdε0=8.854e12εr=4.4=144e6

気にしないでください、私の力を誤解し、nFをpFに誤って変換しました。夕方に数学をするのに苦労!
トムカーペンター

心配する必要はありません
電圧スパイク

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2つの連続した信号層を維持することはお勧めできません。なぜなら、それは信号線にクロストーク/干渉を引き起こすからです。

最悪の場合、連続した信号層を配置する場合は、信号線をそれらの層で互いに垂直に配置する必要があります。

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