قسمت شانزدهم : لایه‌های PCB و طراحی برد چند لایه

در قسمت پانزدهم ( سیگنال دیفرانسیلی ) آموزش آلتیوم دیزاینر به مبحث سیگنال‌ دیفرانسیلی (زوج تفاضلی) ، مزایا و ملاحظات آن پرداختیم. در این قسمت به معرفی لایه‌های مختلف PCB و طراحی برد چند لایه می‌پردازیم. با ماهمراه باشید.

اگر به نوار پایین صفحه آلتیوم یا لایه‌های موجود در صفحه Configuration دقت کنید، متوجه می‌شوید علاوه بر لایه Top و لایه Bottom لایه‌های دیگری را نیز نمایش می‌دهد. اما این‌ لایه‌ چه کاربردی دارند؟ اجازه بدید قبل از اینکه بریم سراغ بردهای چند لایه، لایه‌های معمول در PCB را معرفی کنیم:

 

 

لایه راهنما Bottom Overlay/Top Overlay

دقت کردید روی بردهای آماده (شرکت‌های سازنده محصول) کنار هر المان نام و شماره آن ذکر شده که معمولاً از رنگ سفید برای چاپ استفاده شده؟ به این نوشته‌ها چاپ راهنما گفته می‌شود که در هنگام طراحی PCB باید در لایه خاصی تحت عنوان لایه Bottom Overlay / Top Overlay نوشته شود. در هنگام سفارش PCB برای شرکت چاپ PCB مشخص می‌نمایید که “چاپ قطعات” را نیاز دارید. علاوه بر نام المان می‌توان لوگو، نام برد و هر متن راهنمایی را روی برد نوشت بدون اینکه خللی برای المان‌ها و ترک‌ها ایجاد شود. اما در هنگام نوشتن این اطلاعات باید این نکته را رعایت نمود که چاپ راهنما روی پدها و زیر المان‌ها قرار نگیرد. چون بعد از مونتاژ خوانا نیست و هم‌چنین اگر چاپ راهنما روی پد قرار گرفته باشید لحیم به خوبی به پد نمی‌چسبد و ممکن است دردسر برایتان درست کند! در این صورت یا باید لحیم سردی را بپذیرید و یا آن را بتراشید ?   نمونه‌ای از چاپ راهنما (چاپ سفید) را می‌توانید در تصویر زیر ببینید:

 

 

 

 

لایه محافظ قلع کاری Solder Mask

بردهای رنگی را دیده‌اید؟ مثلا سبز، آبی، مشکی، سفید یا حتی قرمز. بردهایی که به عنوان برد تست سفارش می‌دهیم فقط لایه‌های سیگنال را دارند. اما این‌ بردهای رنگی با لایه‌ای تحت عنوان لایه محافظ قلع کاری پوشانده شده‌اند که در PCB تحت عنوان Top Solder / Bottom Solder قابل تنظیم است.

 

در واقع این یک لایه‌ پلیمری است که روی کل برد به غیر از پدها کشیده می‌شود و از اتصالی اتفاقی ترک‌ها با المان‌های خارجی یا قلع اضافه و ذرات رسانا جلوگیری می‌کند (در حقیقت از لایه مسی محافظت می‌کند). این سولدر متناسب با تعیین لایه Top و یا Bottom روی برد کشیده می‌شود (به طور معمول روی دو لایه Top و Bottom سولدر قرار می‌گیرد.) به تصویر زیر که لایه Top Solder را نشان می‌دهد توجه کنید! با توجه به تعریف بالا گفتیم که لایه محافظ روی تمام قسمت‌های برد به غیر از پدها قرار می‌گیرد اما در تصویر دیده می‌شود که فقط روی پدها سولدر قرار گرفته است. به صورت یک قرارداد سولدر ماسک در آلتیوم به صورت عکس نمایش داده می‌شود در حقیقت جاهایی که سولدر ماسک نمی‌خورد نشان داده می‌شود.

در تصویر زیر چاپ سبز روی برد دیده می‌شود:

 

به طور معمول بردها در حالت یک لایه و دو لایه طراحی می‌شوند. با Top Layer و Bottom Layer در قست‌های قبل آشنا شدیم. اما گاهی شرایطی پیش می‌آید که مجبور به افزایش تعداد لایه‌ها می‌شویم. دلایلی مانند:

خب حالا که مجبور به افزایش تعداد لایه‌ها شدیم چطور این کار را انجام بدیم؟

تنظیمات Layer Stack Manager

برای افزایش تعداد لایه‌ها باید از Layer Stack Manager کمک گرفت. از نوار بالای صفحه گزینه Design –> Layer Stack Manager را انتخاب نمایید تا صفحه زیر برای شما باز شود.

 

در حالت پیش فرض، تنظیمات Layer Stack Manager برای برد دو لایه قرار دارد. در قسمت Presets تنظیماتی برای بردهای چند لایه‌ قرار دارد که در صورت تمایل می‌توانید از آن‌ها استفاده نمایید.

استفاده از تنظیمات از پیش تهیه شده Presets چندان توصیه نمی‌شود و بهتر است طراح متناسب با نیاز خود لایه‌ها را تنظیم نماید.

 

دقت داشته باشید که به غیر از برد تک لایه،تعداد لایه دیگر بردها به صورت زوج زوج پیش می‌رود. یعنی برد دولایه، چهار لایه، شش لایه و … پس بنابراین به تعداد دفعات زوج باید با استفاده از گزینه Add Layer لایه اضافه نمایید.

با کلیک کردن روی هر لایه می‌توان نام آن را تغییر داد. هم‌چنین با استفاده از گزینه‌های Move up و Move Down می‌توان لایه انتخابی را جابجا نمود. تا اینجا لایه‌ها را افزایش دادیم، اما آیا این مواردی هست که با رعایتشون برد چند لایه بهتری را طراحی کنیم؟ بهترین روش در طراحی بردهای چندلایه پیروی از الگوهای تایید شده برای لایه‌هاست. در زیر Stack Up هایی را برای بردهای چهار و شش لایه پیشنهاد می‌دهیم:

Stack Up پیشنهادی برد چهار لایه

در برد چهار لایه بهتر است لایه‌ها بدین صورت مورد استفاده قرار گیرند:

Stack Up پیشنهادی برد شش لایه

در برد شش لایه بهتر است لایه‌ها بدین صورت مورد استفاده قرار گیرند:

 

وقتی صفحات GND و Power را نزدیک هم در نظر می‌گیریم بین آن‌ها خازنی با ظرفیت بالا ایجاد می‌شود. این خازن به دلیل ایده آل بودن ارزشمند است و در طراحی بردهای فرکانس بالا کاربرد دارد.
در آلتیوم 16 نمایشی از لایه‌ها نیز در سمت چپ صفحه Layer Stack Manager نشان می‌دهد که به درک بهتر لایه‌های درونی کمک می‌کند. همان‌طور که در تصویر نیز می‌بینید بین لایه‌ها یک لایه دی الکتریک نیز به عنوان عایق اضافه می‌شود.

تنظیمات Drill Pair

 

در صفحه Drill Pair Manager باز شده می‌توانید تنظیم کنید Via از چه لایه‌ای شروع و در چه لایه‌ای پایان یابد. این کار برای مواردی کاربرد دارد که در برد چند لایه بخواهید Via تنها در بین لایه‌های درونی قرار گیرد (Via از لایه بالایی یا لایه پایینی ادامه نداشته باشد).

در صفحه Drill Pair Manager باز شده می‌توانید تنظیم کنید Via از چه لایه‌ای شروع و در چه لایه‌ای پایان یابد. این کار برای مواردی کاربرد دارد که در برد چند لایه بخواهید Via تنها در بین لایه‌های درونی قرار گیرد (Via از لایه بالایی یا لایه پایینی ادامه نداشته باشد).

 

 

بدین صورت می‎‌توانید مشخص کنید Via از کدام لایه آغاز و در کدام لایه پایان یابد:

تذکر: در صورت استفاده از این روش حتماً حتماً از قابلیت و توانایی شرکت چاپ PCB در این زمینه اطمینان حاصل نمایید.

 

در این قسمت سعی کردم تا جای ممکن نکات مربوط به تنظیمات بردهای چند لایه را توضیح دهم. در قسمت هفدهم به تنظیم طول مسیرها ( Interactive Length Tuning ) و کلیدهای میان‌بر Length Tuning می‌پردازیم. باماهمراه باشید

 

 

 

 

 

منبع : سیسوگ