Pila de PCB de 4 capas - (señal, señal, potencia, tierra)

Desarrollé un tablero para un proyecto y la compañía que lo ensamblará en un módulo conectable me acaba de pedir una modificación extraña.

Actualmente es una placa de 4 capas : señal superior, tierra, potencia, señal inferior. Bastante estándar

Quieren que cambie el plano de tierra con la capa de señal inferior . De esta manera, pueden contactar fácilmente la caja mecánica (que tiene un gran disipador térmico) con el plano de tierra con una capa delgada de grafito. Su objetivo es mejorar la disipación de calor de algunos componentes críticos, ya en contacto con el plano de tierra a través de la almohadilla expuesta del componente.

Estoy tratando de averiguar si esta es una mala idea o no. Aquí están mis consideraciones:

1. Las señales que se enrutan en la placa no son HF, 10 MHz como máximo, y no hay relojes de onda cuadrada en la placa.
2. Los bordes más rápidos de algunas señales tienen un tiempo de estabilización de pocos um y vienen a través de un conector de una placa diferente, por lo que probablemente ya estén filtrados por la capacitancia parásita de los conectores.
3. Tener las capas de referencia tan lejos de las capas de señal parece una mala idea para las rutas de retorno. Una mejor pila podría ser: (señal superior, potencia, señal, tierra).
4. Por otro lado, aumentar la distancia desde los planos de referencia de esos componentes críticos (algunos TIA de muy bajo ruido) reduce la capacitancia de entrada parásita (actualmente en aproximadamente 0.5 pF), reduciendo así el ruido de salida de la configuración de TIA.

¿Cuáles son tus pensamientos?

Algunas respuestas a tus comentarios:

¿Sería posible agregar solo vertidos de polígono en la capa inferior?

Puede ser, pero hay un montón de señales en un área que no se pueden redirigir. Dado que el grafito es conductivo, solo confiaría en la máscara de soldadura para evitar cortocircuitos, y el aislamiento en las vías podría ser un problema (no puedo usar vías en tiendas).

¿Las capas de señal están inundadas de tierra?

Actualmente no. Principalmente para reducir la capacitancia de entrada a tierra de los TIA, pero hay algunas áreas que definitivamente puedo llenar.

¿Se pueden mover los componentes calientes al fondo de la PCB?

No, deben estar en la capa superior debido a otras restricciones de ensamblaje y enrutamiento.

¿Realmente les importa dónde está la capa de poder, o simplemente quieren el suelo en el fondo?

Solo pidieron que el suelo estuviera en el fondo. Es por eso que consideré la pila alternativa (señal superior, potencia, señal, tierra).

El grafito es eléctricamente conductor. Si sus vias no están completamente carpadas / llenas, estará en un mundo de problemas.

También estoy muy preocupado por eso. Además, si no borro completamente el área de los rastros de señal, solo estoy confiando en el aislamiento proporcionado por la máscara de soldadura, que puede rayarse fácilmente.

Una configuración de PCB diferente no importará si:

1) Cambiar la capacitancia de tierra a un plano dado no importa. (y también efectos de línea de transmisión). Es 'útil' tener el plano de tierra en el medio porque le está dando a la mayoría de los planos una pequeña capacitancia parásita a la capa de tierra. Al enviar el plano de tierra a la capa inferior, la capacidad al plano de tierra aumenta desde las capas de señal que están en la parte superior. La inductancia de la traza de PCB aumenta cuanto más lejos está de la tierra, lo que afecta principalmente a los circuitos de alta velocidad.

Figura de Ingeniería de compatibilidad electromagnética por Henry W Ott

2) La corriente de retorno se conserva, recuerde que el plano de tierra lleva la corriente de retorno. Si se intercambian los planos, no coloque ranuras en el plano de tierra si se mueve a la capa superior. Eso cambiará el rendimiento del plano de tierra y podría darle más problemas de EMI y problemas de modo común debido a que las corrientes de retorno tienen que correr "alrededor" de las ranuras en el plano de tierra.

No parece que esto sea algo difícil de hacer en su caso si no tiene requisitos de alta velocidad u otros circuitos analógicos sensibles que tienen requisitos de ruido. Si tiene circuitos sensibles, puede tomar un diseño más creativo.

Aquí hay una buena lectura sobre apilamientos regulares

Tenga en cuenta que existen otras opciones para la gestión térmica, como cambiar a un peso mayor de cobre o disipadores térmicos. Los planos de potencia también se pueden usar para la gestión térmica en algunos casos O si tiene espacio en varias capas, use tantas capas como sea posible. He usado varias capas en el pasado pero no tengo requisitos de soldadura estrictos.

No es una buena idea mantener dos capas de señal consecutivas. Porque crea interferencia cruzada / interferencia en las líneas de señal.

En el peor de los casos, si desea colocar capas de señal consecutivas, debe colocar las líneas de señal perpendiculares entre sí en esas capas.