נקודות חשובות בבניית מעגל עם 6 שכבות
שירימו את היד מי מכם שביצע Placement של הרכיבים שלכם וממש לקראת הסוף, כשחשבתם שיהיה מקום לכולם, המקום במעגל המודפס נגמר… אם הרמתם את היד, מומלץ לכם להישאר ולקרא מעט על מעבר מ-PCB שבנוי מ-4 שכבות, לPCB- שמורכב מ-6 שכבות, כאשר בשתי השכבות שנוספו, נוצר מקום נוסף לסיגנלים לעבור, או לעוד Plane-Layer אשר תקל על מלאכת העריכה (או שניהם יחד).
במאמר שלפניכם אסביר מעט על הדגשים במעבר מ-4 ל- 6 שכבות ונתמקד בדברים שחשוב לשים אליהם לב במעבר הזה.
מדוע נרצה להשתמש ב – PCB עם 6 שכבות?
לפני שנתחיל לתכנן את ה-PCB שלנו חשוב להתחשב בסיבות שבגללן נרצה לבנות את המעגל שלנו עם 6 שכבות. ישנן מספר סיבות שנרצה לבצע הגדלה של ה – Stackup שלנו מעבר לשכבות הזנה כאלה ואחרות. הצורה השכיחה ביותר של מעבר לקוחות ממעגל מודפס שמבוסס 4 שכבות למעגל שמבוסס 6 הינו מעבר מצורת השכבות הבאה:
SIG/PWR/GND/SIG > SIG/PWR/SIG/SIG/GND/SIG
להלן ההסבר:
- SIG/PWR/GND/SIG – המשמעות היא 4 שכבות כאשר בין כל שכבה קיים חומר דיאלקטרי לבחירה, ובמקרה הזה יש לנו 2 שכבות סיגנל (שממוקמות ב – Bottom & Top) ובניהן שכבת הזנת מתח ושכבת אדמה.
- SIG/PWR/SIG/SIG/GND/SIG – המשמעות היא 6 שכבות כאשר בין כל שכבה קיים חומר דיאלקטרי לבחירה, ובמקרה הזה יש לנו 2 שכבות סיגנל (שממוקמות ב – Bottom & Top) כלומר, סכ"ה 2 שכבות סיגנל.
- בניהן שכבת הזנת מתח ושכבת אדמה, ובין שכבות האדמה והמתח יש עוד 2 שכבות סיגנל, כלומר, סכ"ה 4 שכבות סיגנל.
להלן סיבות שלדעתי כדאי לעבור בגללן למודל 6 שכבות:
- אתם משתמשים במודל של 4 שכבות – SIG+PWR/GND/GND/SIG+PWR ואתם צריכים עוד מקום עבור הרכיבים שלכם.
- אתם מפתחים Mixed Signal PCB (כלומר מעגל שמכיל סיגנלים אנלוגיים ודיגיטליים גם ייחד) ויש לכם שטח מוגדר ומוגבל לממשקים אנלוגיים ותזדקקו לשכבה פנימית עבור חיווט לממשק דיגיטלי איטי יותר.
- אתם מפתחים High-Speed-Design PCB שיש לו הרבה O\I וחשיבות ההפרדה בין הסיגנלים היא חשובה (לדוגמא להעביר סיגנלים בשכבות פנימיות במקום זה לצד זה).
כיצד לחווט את הסיגנלים?
לפני שנכנס לעובי הקורה, בואו נציץ בStackup- קלאסי של מעגל מודפס מבוסס 6 שכבות (מיוצג בMIL):
במודל השכבות הנ"ל ניתן לראות שה – Top & Bottom נמצאים מעל שכבות דיאלקטריות דקות במיוחד כך ששכבות אלה יוכלו להיות בשימוש סיגנלים שיש להם סיגנלים שמנותחים תחת תיאום אימפדנסים. 10 מיל הוא העובי המקסימלי שרצוי להשתמש בו. המודל מתאים גם למעגל עם סיגנלים דיגיטליים עם שמכיל Differential Pairs.
כיצד לחווט שכבות POWER/GND?
בדוגמא של השכבות הנ"ל יש שכבה שכולה מוקדשת לPOWER ושמה – PWR. הייעוד שלה הוא לספק מתח לכל הרכבים שזקוקים לכך. במעגל שמכיל 6 שכבות זה שכבה חשובה מכיוון שהיא תקל על חיבור הרכיבים למתח שלהם. שכבה כזו תקרא גם Power Plane.
בואו ניקח את הדוגמא הבאה של BGA מרובה רגליים, שבמקרה הזה מדובר ב – High Speed Interface Controller שדורש זרם רב במספר מתחים שונים ולכן הרבה מנקודות ההזנה שלו יהיו מחוברים לשכבות הפנימיות של המעגל – POWER+GND. בדוגמאות נוספות כמו FPGA נזדקק לשכבה כזו בשל מספר הפינים הרבה שצריך חיבור למתח הזנה. היתרון הנוסף הוא שגם נחסכים חיווטים מיותרים וגם שכל רגל בBGA ניתן לחבר לVIA ולקשר אותה ישירות לשכבת ההזנה הרצוייה ובכך למנוע חיווטים מיותרים:
בתמונה של הBGA במצב עריכה ניתן לראות כמות גדולה של רגליים שמשוייכות לשכבות הזנה מה שמקל על פעולת העריכה מאוד. במידה ואתם צריכים מעגל עם זרם גבוהה במודל 6 שכבות או לחילופין אתם זקוקים למספר מתחי הזנה שונים ניתן לשקול להוסיף שכבת POWER נוספת במקום GND.
לסיכום, מגוון הכלים שיש לנו בתוכנת Altium Designer מאפשר לנו בצורה קלה ואינטואיטיבית להחיל על המעגל שלנו שכבות נוספות שיפיקו לנו PCB אמין יותר, חזק יותר, ושעומד בדרישות קצה מחמירות יותר. לשאלות בנושא אתם מוזמנים תמיד לפנות אליי.
תודה רבה,
נתראה בפוסט הבא,
בן מימון
