Pokročilé výrobní služby vícevrstvých desek plošných spojů

Co je vícevrstvá deska plošných spojů

Vícevrstvá deska plošných spojů je deska s plošnými spoji používaná v elektrických výrobcích, která má více než jednu vrstvu vedení. Vícevrstvá deska používá další jednovrstvé nebo dvouvrstvé desky naskládané na sebe. Například deska, která používá jednu oboustrannou desku jako vnitřní vrstvu a dvě jednostranné desky jako vnější vrstvy nebo dvě oboustranné desky jako vnitřní vrstvy a dvě jednostranné desky jako vnější vrstvy, se stává čtyřvrstvou nebo šestivrstvou deskou s plošnými spoji. Tyto desky se vyrábějí stohováním a spojováním izolačním spojovacím materiálem a pomocí zarovnávacích systémů. Vodivé vzory se spojují podle potřeby návrhu. Tyto desky se také nazývají vícevrstvé desky s plošnými spoji.

Vícevrstvý návrh DPS: jak rozhodnout o počtu vrstev

Výkon a cena desky s plošnými spoji do značné míry závisí na počtu vrstev. Proto je důležité správně zvolit počet vrstev. Tento článek se zaměřuje na hlavní body, na které je třeba myslet při návrhu desek plošných spojů s 1 až 20 vrstvami.

Důležité faktory, které je třeba zvážit při výběru 1-20 vrstev

Začněme tím, na co je třeba myslet. Možná víte, kolik vrstev vaše deska plošných spojů zhruba potřebuje. Měli byste si ale ověřit, proč může být vícevrstvá deska plošných spojů lepší než jednovrstvá. Podívejte se na níže uvedené body, abyste si vyjasnili své pochybnosti:

• Použití nebo aplikace: Kde bude deska plošných spojů použita? Jak bylo uvedeno výše, desky plošných spojů se používají v mnoha typech jednoduchých i složitých elektronických zařízení. Musíte tedy vědět, zda vaše aplikace vyžaduje minimální funkci nebo složitou funkci. Jednoduché zařízení si může vystačit s jednou vrstvou. Složité zařízení často potřebuje více vrstev.

• Typ potřebných signálů: Musí desky přenášet mikrovlnné nebo vysokofrekvenční signály? Volba vrstvy závisí také na typech signálů, které musí přenášet. Signály mohou být vysokofrekvenční, nízkofrekvenční, zemní nebo výkonové. Pokud vaše aplikace vyžaduje mnoho různých signálových cest nebo smíšené signály, budete potřebovat vícevrstvou desku plošných spojů. Tyto obvody mohou také potřebovat oddělené zemnicí a stínicí vrstvy.

• Prostřednictvím typů: Dalším klíčovým faktorem je typ průchodek, který zvolíte. Pokud zvolíte zakopané nebo slepé průchodky, budete možná potřebovat více vnitřních vrstev. Výběr průchodek tedy může změnit počet potřebných vrstev.

• Hustota a počet potřebných signálních vrstev: Rozhodnutí o vrstvě závisí také na dvou důležitých věcech: signálních vrstvách a hustotě vývodů. Počet vrstev na desce plošných spojů má tendenci růst s rostoucí hustotou vývodů. Pokud je například hustota vývodů 1,0, můžete potřebovat 2 signální vrstvy. Pokud je však hustota vývodů menší než 0,2, můžete potřebovat 10 nebo více vrstev.

• Počet potřebných letadel: Napájecí a zemnicí roviny pomáhají snižovat elektromagnetické rušení a stínit signálové vrstvy. Počet potřebných rovin tedy ovlivní výběr vrstvy. Více rovin znamená více vrstev.

• Výrobní náklady: Ačkoli to není jediná potřeba, náklady jsou klíčovým faktorem při výběru vrstev pro 1-20vrstvý návrh PCB. Náklady na výrobu DPS rostou s větším počtem vrstev. Vícevrstvé PCB jsou dražší než jednovrstvé desky. Náklady budou hodně záviset na výše uvedených požadavcích.

• Doba dodání: Doba realizace zakázky na 1-20 vrstev DPS závisí na všech výše uvedených faktorech. Například pokud váš návrh potřebuje pouze jednu vrstvu, může být dodací lhůta krátká. Pokud objednáváte desky pro složitá průmyslová elektronická zařízení, bude dodací lhůta delší.

Pokud se na základě výše uvedených bodů nemůžete rozhodnout, můžete své potřeby konzultovat s výrobcem desek plošných spojů Philifast.

Jaké jsou výhody a nevýhody vícevrstvých desek plošných spojů

Ve srovnání s jednostrannými deskami plošných spojů vykazují vícevrstvé desky plošných spojů zřetelné rozdíly v povrchu a v životnosti. Tyto rozdíly jsou klíčové pro životnost a funkčnost desky. Mezi hlavní výhody vícevrstvých desek plošných spojů patří odolnost vůči oxidaci, různorodá struktura, vysoká hustota a použití technik povrchové úpravy, které zajišťují kvalitu a bezpečnost desek. Níže jsou uvedeny důležité vlastnosti s vysokou spolehlivostí a výhody a nevýhody vícevrstvých desek plošných spojů:

1. Tloušťka měděné stěny otvoru je obvykle 25 mikronů.

• Výhoda: Zvýšená spolehlivost, včetně lepší odolnosti proti roztažnosti v ose z. Silnější měď na stěně otvoru zvyšuje pevnost a životnost.

• Riziko: Existují určitá rizika. V reálném provozu mohou problémy, jako je vyfukování nebo odplyňování, nebo problémy při montáži ovlivnit elektrická spojení. Tyto problémy mohou způsobit oddělení vnitřní vrstvy nebo prasknutí stěny otvoru. Při zatížení mohou tyto závady vést k poruše. Třída IPC 2 (což je standard pro mnoho továren) může vyžadovat, aby měděné pokovení na vícevrstvých deskách bylo menší než 20% [poznámka: tato věta zachovává původní číselný odkaz].

  (Mějte na paměti, že přesné podrobnosti pravidel IPC závisí na souboru pravidel a na zvyklostech výrobního závodu. Jde o to, že pokovení otvorů a jeho kontrola má význam pro spolehlivost.)

2. Žádná oprava pájky nebo otevřeného obvodu

• Výhoda: Dokonalý obvod zvyšuje spolehlivost a bezpečnost. Při běžném používání není nutná údržba.

• Riziko: Pokud je oprava špatná, může se vícevrstvá deska plošných spojů otevřít. I při správné opravě může při zatížení, např. vibracemi, hrozit nebezpečí poruchy. To může vést k poruchám v provozu.

3. Normy čistoty nad rámec norem IPC

• Výhoda: Vyšší čistota na vícevrstvých deskách plošných spojů zvyšuje spolehlivost.

• Riziko: Zbytky na desce a nánosy pájky mohou poškodit pájecí masku. Zbytky iontů mohou způsobit korozi a znečištění pájecích povrchů. To může způsobit problémy se spolehlivostí, jako jsou špatné pájecí spoje nebo elektrické závady, a nakonec zvýšit pravděpodobnost skutečných poruch.

4. Přísná kontrola trvanlivosti každé povrchové úpravy

• Výhoda: Dobrá kontrola povrchové úpravy napomáhá pájení, spolehlivosti a snižuje riziko vniknutí vlhkosti.

• Riziko: Starší povrchové úpravy na starších vícevrstvých deskách mohou vykazovat metalurgické změny. Ty mohou způsobit problémy s pájitelností. Pronikání vlhkosti může způsobit problémy při montáži nebo pozdější delaminaci v terénu. To může vést k oddělení vnitřních stěn a otevřeným obvodům.

Bez ohledu na to, zda se jedná o výrobní a montážní linky nebo o reálné použití, musí vícevrstvé desky plošných spojů vykazovat spolehlivý výkon. Tato spolehlivost samozřejmě silně souvisí s vybavením a úrovní dovedností výrobce.

Rozdíly mezi jednovrstvou a vícevrstvou tvorbou prototypů DPS

Při návrhu a sestavování desky s plošnými spoji se musíte rozhodnout, zda se pro vaše zařízení hodí jednovrstvá nebo vícevrstvá deska plošných spojů. Oba typy se používají v mnoha standardních případech. Potřebný typ však závisí na tom, k čemu desku používáte. Každý typ má specifické vlastnosti, díky kterým se hodí pro určité úlohy. Jednoduchá domácí zařízení často používají jednovrstvé desky. Složitější zařízení potřebují vícevrstvé provedení desek plošných spojů.

Jednovrstvé PCB

Jednovrstvá nebo jednostranná deska obsahuje základní vrstvu, jednu vodivou kovovou vrstvu a ochrannou pájecí masku a sítotisk. Většina výrobních procesů používá jako vodivý kov měď. Na jedné straně desky jsou umístěny všechny potřebné součástky. Na druhé straně je vzor vodiče.

Protože jejich konstrukce je jednodušší než u oboustranných a vícevrstvých desek, jsou jednovrstvé desky plošných spojů levnější a snadněji se vyrábějí. Tato jednoduchá konstrukce je také jejich hlavním nedostatkem. Mají méně spojovacích bodů. Jednovrstvé desky plošných spojů mají tedy nižší rychlost a méně možností pro směrování složitých obvodů.

Oboustranná deska plošných spojů

Další možností je oboustranná deska plošných spojů. Má více vrstev než jednovrstvá deska, ale méně než deska vícevrstvá. Stejně jako jednostranná deska používá oboustranná deska jednu vrstvu substrátu. Hlavní rozdíl spočívá v tom, že oboustranná deska má vodivou kovovou vrstvu na obou stranách substrátu.

Oboustranné desky umožňují směrovat více signálů než jednostranné. Přesto stojí méně než vícevrstvé desky. Jsou dobrou střední volbou pro mnoho návrhů.

Vícevrstvé PCB

Vícevrstvá deska plošných spojů se skládá ze tří nebo více oboustranných desek, které jsou spojeny speciálním lepidlem. Každá deska má mezi vrstvami izolační materiál. Ačkoli vícevrstvá deska může používat mnoho na sobě uložených desek, většinou má sudý počet vrstev, často mezi 4 a 12. Je to proto, že lichý počet vrstev může způsobit deformace a zkroucení po pájení.

Vícevrstvé desky plošných spojů s větším počtem desek a připojení jsou vhodné pro zařízení, která potřebují mnoho funkcí a pokročilých vlastností. Mají vyšší provozní schopnost a rychlejší signálový výkon než jednostranné nebo oboustranné desky. Jejich konstrukce je však složitější, stojí více, doba realizace je delší a vyžadují větší péči při opravách a montáži.

Závěrečné poznámky

Výběr správného typu desky plošných spojů závisí na potřebách vašeho výrobku, typech signálů, hustotě vývodů, potřebách roviny, limitech nákladů a dodací lhůtě. Pokud si nejste jisti, poraďte se včas s výrobcem. Dobrý výrobce desek plošných spojů vám pomůže najít kompromis mezi náklady, výkonem a dobou dodání. Pokud chcete pomoci s počtem vrstev a stack-upem pro konkrétní výrobek, můžete návrh projednat s firmou Philifast nebo jiným kvalifikovaným výrobcem PCB.