4-слойный стек печатных плат - (сигнал, сигнал, питание, земля)

Я разработал плату для проекта, и компания, которая собирается собрать ее в сменном модуле, только что попросила меня сделать странную модификацию.

В настоящее время это 4-слойная плата : верхний сигнал, земля, питание, нижний сигнал. Довольно стандартный.

Они хотят, чтобы я поменял местами заземляющий слой с нижним сигнальным слоем . Таким образом, механический корпус (имеющий большой радиатор) легко прилегает к земле тонким графитовым слоем. Они направлены на улучшение отвода тепла от некоторых критических компонентов, уже находящихся в контакте с заземляющим слоем через открытую контактную площадку компонента.

Я пытаюсь понять, плохая это идея или нет. Вот мои соображения:

  1. Сигналы, которые маршрутизируются на плате, не являются ВЧ, максимум 10 МГц, и на плате нет прямоугольных часов.
  2. Самые быстрые фронты некоторых сигналов имеют время установления несколько мкм и проходят через разъем от другой платы, поэтому они, вероятно, уже будут отфильтрованы паразитной емкостью разъема.
  3. Наличие опорных слоев так далеко от сигнальных слоев кажется плохой идеей для обратных путей. Лучший стек может быть: (верхний сигнал, мощность, сигнал, земля).
  4. С другой стороны, увеличение расстояния от опорных плоскостей этих критических компонентов (некоторые TIA с очень низким уровнем шума) уменьшает паразитную входную емкость (в настоящее время около 0,5 пФ), тем самым снижая выходной шум конфигурации TIA.

Каковы ваши мысли?

Некоторые ответы на ваши комментарии:

Можно ли просто добавить полигональную заливку на нижний слой?

Может быть, но в области есть куча сигналов, которые нельзя перенаправить. Поскольку графит является проводящим, я бы полагался только на паяльную маску, чтобы избежать коротких замыканий, а изоляция переходных отверстий может быть проблемой (я не могу использовать тентовые переходные отверстия).

Сигнальные слои залиты землей?

В настоящее время нет. В основном, чтобы уменьшить входную емкость TIA по отношению к земле, но есть некоторые области, которые я определенно могу заполнить.

Могут ли горячие компоненты перемещаться в нижнюю часть печатной платы?

Нет, они должны быть на верхнем уровне из-за других ограничений сборки и трассировки.

Их действительно волнует, где находится силовой слой, или они просто хотят, чтобы земля была внизу?

Они просто просили, чтобы земля была на дне. Вот почему я рассмотрел альтернативный стек (верхний сигнал, питание, сигнал, земля).

Графит электропроводен. Если ваши переходные отверстия не полностью закрыты/заполнены, у вас будет целый мир проблем.

Я тоже очень обеспокоен этим. Кроме того, если я не полностью очищаю область от следов сигнала, я просто полагаюсь на изоляцию, обеспечиваемую паяльной маской, которую можно легко поцарапать.

Я считаю, что изменение может работать. Если дизайн платы завершен, и запрашивается это изменение, это означает некоторый редизайн, который влияет на ваш график и стоимость разработки. Интересно, можно ли вместо изменения стека просто добавить полигоны земли на нижний слой, которые расположены так, чтобы соприкасаться с радиатором? Это может быть менее драматичным изменением, хотя, не видя вашего дизайна, трудно сказать.
Это может создать асимметричный стек; это, вероятно, вызовет чрезмерный изгиб и скручивание в процессе оплавления (при условии, что это оплавленная плата).
Сигнальные слои залиты землей? Если у вас есть сигнал-сигнал-плоскость, то плата будет несбалансированной и может деформироваться в процессе производства печатной платы из-за различных характеристик теплового расширения.
Могут ли горячие компоненты перемещаться в нижнюю часть печатной платы? Таким образом, они приближаются к радиатору и имеют меньшее тепловое сопротивление.
Их действительно волнует, где находится силовой слой, или они просто хотят, чтобы земля была внизу?
Графит электропроводен. Если ваши переходные отверстия не полностью закрыты/заполнены, у вас будет целый мир проблем.
Спасибо всем за ваши комментарии! Выше я добавил ответы на ваши вопросы.
Если плата несет такую ​​большую тепловую нагрузку, как насчет возможности использования платы с алюминиевым сердечником?
Вот почему инженеры-механики должны держаться подальше от проектирования печатных плат.
Я согласен, сигнал-мощность-сигнал-земля в целом звучит как лучший стек. Если известно, что некоторые элементы связывают шум с сигналом через паразитную емкость, отодвиньте эти элементы, отодвинув плоскость дальше, как вы указали, или создав выборочные пустоты... Что касается проблемы изоляции, термопленки (включая самоклеящиеся те) - это возможности. Теплопроводность на единицу площади невелика, но она будет распространяться на большую площадь.
Мне давно сказали, что асимметричные стеки — это плохо и вызывают искажения платы. (В этом случае симметричным будет сигнал, плоскость, плоскость, сигнальная плоскость ИЛИ сигнальная плоскость.) Если вы выбираете сигнальную плоскость, сигнальную плоскость, ну, это не симметрично. Насколько это проблематично в реальной жизни, я не знаю. Я вижу, что @PeterSmith также упомянул об этом.
@mkeith: необязательно, если вы балансируете медь на сигнальных слоях, заполняя пустые области GND, вы можете сделать что-то приемлемое. Но если у вас много сигнальных трасс, медная заливка будет затруднена. Так что это зависит от конструкции. Это должно быть обсуждено с сказочным домом.

Ответы (2)

Другая конфигурация печатной платы не имеет значения, если:

1) Изменение емкости от земли к данной плоскости не имеет значения. (а также эффекты линии передачи). «Удобно» иметь заземляющий слой посередине, потому что вы даете большинству плоскостей небольшую паразитную емкость для заземляющего слоя. Отправляя заземляющий слой на нижний слой, емкость на заземляющий слой увеличивается по сравнению с сигнальными слоями, которые находятся наверху. Индуктивность дорожки печатной платы увеличивается по мере ее удаления от земли, что в основном влияет на высокоскоростные цепи.

введите описание изображения здесьРисунок из книги «Электромагнитная совместимость» Генри У. Отта.

2) Обратный ток сохраняется, помните, что заземляющий слой несет обратный ток. Если плоскости поменялись местами, не размещайте слоты в наземной плоскости , если она перемещена на верхний слой. Это изменит характеристики заземляющего слоя и может вызвать больше проблем с электромагнитными помехами и синфазными помехами из-за того, что обратные токи должны проходить «вокруг» слотов в заземляющем слое.введите описание изображения здесь

Не похоже, что это будет сложно сделать в вашем случае, если у вас нет требований к высокой скорости или других чувствительных аналоговых схем, которые имеют требования к шуму. Если у вас есть чувствительные схемы, может потребоваться более творческая компоновка.

Вот хорошее чтение на обычных стеках

Имейте в виду, что есть и другие варианты управления температурным режимом, такие как переход на медь большего веса или радиаторы. Плоскости питания также можно использовать для управления температурным режимом в некоторых случаях ИЛИ, если у вас есть место на нескольких слоях, используйте столько слоев, сколько сможете. Раньше я использовал несколько слоев, но у меня нет строгих требований к пайке.

Расстояние между двумя верхними слоями составляет около ~4,63 мил, а между двумя средними слоями ~ 38 мил (в зависимости от производителя), что соответствует расстоянию 117 мкм и 960 мкм. С знак равно ϵ 0 ϵ р А д куда ϵ 0 знак равно 8.854 е − 12 и ϵ р знак равно 4.4 (также зависит от производителя) А знак равно 144 е − 6 . Я получаю 48 пФ между внешними плоскостями для платы размером 144 см ^ 2 и 6 пФ между большинством внутренних слоев. Порядок этих плоскостей влияет на емкость. Более того, взаимная индуктивность и влияние линии передачи также будут иметь значение на порядок, вероятно, не для ОП.
D'oh, неважно, я ошибся в своих силах, неправильно преобразовал nF в pF. Беда с математикой вечером!
Не беспокойтесь, cm^2 меня всегда достает, теперь я обычно конвертирую прямо в m^2

Не рекомендуется хранить два последовательных слоя сигнала. Потому что это создает перекрестные помехи/помехи в сигнальных линиях.

В худшем случае, если вы хотите поместить последовательные слои сигнала, вы должны поместить сигнальные линии перпендикулярно друг другу в этих слоях.

4-слойный стек печатных плат - (сигнал, сигнал, питание, земля)
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v