Προηγμένες υπηρεσίες κατασκευής πολυστρωματικών PCB

Τι είναι ένα πολυστρωματικό PCB

Η πολυστρωματική πλακέτα PCB είναι μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος που χρησιμοποιείται σε ηλεκτρικά προϊόντα και έχει περισσότερα από ένα στρώματα καλωδίωσης. Μια πολυστρωματική πλακέτα χρησιμοποιεί επιπλέον μονής στρώσης ή πλακέτες διπλής στρώσης στοιβαγμένες μεταξύ τους. Για παράδειγμα, μια πλακέτα που χρησιμοποιεί μια πλακέτα διπλής όψης ως εσωτερικό στρώμα και δύο πλακέτες μονής όψης ως εξωτερικά στρώματα, ή δύο πλακέτες διπλής όψης ως εσωτερικά στρώματα και δύο πλακέτες μονής όψης ως εξωτερικά στρώματα, γίνεται μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος τεσσάρων ή έξι στρωμάτων. Οι πλακέτες αυτές κατασκευάζονται με στοίβαξη και συγκόλληση με μονωτικό υλικό συγκόλλησης και με χρήση συστημάτων ευθυγράμμισης. Τα αγώγιμα μοτίβα συνδέονται ανάλογα με τις ανάγκες του σχεδιασμού. Αυτές οι πλακέτες ονομάζονται επίσης πολυστρωματικές πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων.

Σχεδιασμός PCB πολλαπλών στρωμάτων: πώς να αποφασίσετε τον αριθμό των στρωμάτων

Η απόδοση και το κόστος μιας πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το πόσες στρώσεις έχει. Επομένως, είναι σημαντικό να επιλέξετε σωστά τον αριθμό των στρωμάτων. Αυτό το άρθρο επικεντρώνεται στα κύρια σημεία που πρέπει να σκεφτείτε όταν σχεδιάζετε πλακέτες PCB από 1 έως 20 στρώματα.

Σημαντικοί παράγοντες που πρέπει να λάβετε υπόψη όταν επιλέγετε 1-20 στρώματα

Ας ξεκινήσουμε με τα πράγματα που πρέπει να σκεφτούμε. Ίσως γνωρίζετε περίπου πόσες στρώσεις χρειάζεται η πλακέτα σας. Θα πρέπει όμως να ελέγξετε γιατί ένα πολύστρωτο PCB μπορεί να είναι καλύτερο από ένα PCB ενός στρώματος. Δείτε τα παρακάτω σημεία για να ξεκαθαρίσετε τις αμφιβολίες σας:

• Χρήση ή εφαρμογή: Πού θα χρησιμοποιηθεί το PCB; Όπως είπαμε παραπάνω, τα PCB χρησιμοποιούνται σε πολλούς τύπους απλών και σύνθετων ηλεκτρονικών συσκευών. Επομένως, πρέπει να γνωρίζετε αν η εφαρμογή σας χρειάζεται ελάχιστη λειτουργία ή σύνθετη λειτουργία. Μια απλή συσκευή μπορεί να τα καταφέρει μια χαρά με ένα στρώμα. Μια σύνθετη συσκευή συχνά χρειάζεται περισσότερα στρώματα.

• Τύπος των απαιτούμενων σημάτων: Πρέπει οι πλακέτες να μεταφέρουν σήματα μικροκυμάτων ή υψηλής συχνότητας; Η επιλογή του στρώματος εξαρτάται επίσης από τους τύπους των σημάτων που πρέπει να μεταφέρουν. Τα σήματα μπορεί να είναι υψηλής συχνότητας, χαμηλής συχνότητας, γείωσης ή ισχύος. Εάν η εφαρμογή σας χρειάζεται πολλές διαφορετικές διαδρομές σήματος ή μικτά σήματα, θα χρειαστείτε μια πολυστρωματική πλακέτα. Αυτά τα κυκλώματα μπορεί επίσης να χρειάζονται ξεχωριστές στρώσεις γείωσης και θωράκισης.

• Μέσω τύπων: Ο τύπος των vias που επιλέγετε είναι ένας άλλος βασικός παράγοντας. Εάν επιλέξετε θαμμένα vias ή τυφλά vias, μπορεί να χρειαστείτε περισσότερες εσωτερικές στρώσεις. Έτσι, η επιλογή των via μπορεί να αλλάξει τον αριθμό των στρωμάτων που χρειάζεστε.

• Απαιτούμενη πυκνότητα και αριθμός επιπέδων σήματος: Η απόφαση για το στρώμα εξαρτάται επίσης από δύο σημαντικά πράγματα: τα στρώματα σήματος και την πυκνότητα ακίδων. Ο αριθμός των στρωμάτων στο PCB τείνει να αυξάνεται όσο αυξάνεται η πυκνότητα των ακροδεκτών. Για παράδειγμα, εάν η πυκνότητα ακίδων είναι 1,0, μπορεί να χρειαστείτε 2 στρώματα σήματος. Αλλά αν η πυκνότητα ακίδων είναι μικρότερη από 0,2, μπορεί να χρειαστείτε 10 στρώματα ή και περισσότερα.

• Αριθμός απαιτούμενων αεροπλάνων: Τα επίπεδα ισχύος και γείωσης συμβάλλουν στη μείωση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και στη θωράκιση των επιπέδων σήματος. Έτσι, ο αριθμός των επιπέδων που χρειάζεστε θα επηρεάσει την επιλογή του στρώματος. Περισσότερα επίπεδα σημαίνουν περισσότερα στρώματα.

• Κόστος κατασκευής: Αν και δεν είναι η μόνη ανάγκη, το κόστος είναι βασικός παράγοντας για την επιλογή στρώσεων για μια σχεδίαση PCB 1-20 στρώσεων. Το κόστος κατασκευής του PCB αυξάνεται με την αύξηση των στρώσεων. Τα PCB πολλαπλών στρωμάτων είναι πιο ακριβά από τα PCB ενός στρώματος. Το κόστος εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις απαιτήσεις που αναφέρονται παραπάνω.

• Χρόνος παράδοσης: Ο χρόνος παράδοσης για μια παραγγελία 1-20 στρώσεων PCB εξαρτάται από όλους τους παραπάνω παράγοντες. Για παράδειγμα, εάν ο σχεδιασμός σας χρειάζεται μόνο ένα στρώμα, ο χρόνος παράδοσης μπορεί να είναι σύντομος. Εάν παραγγείλετε πλακέτες για πολύπλοκες βιομηχανικές ηλεκτρονικές συσκευές, ο χρόνος παράδοσης θα είναι μεγαλύτερος.

Εάν δεν μπορείτε να αποφασίσετε με βάση τα παραπάνω σημεία, μπορείτε να συζητήσετε τις ανάγκες σας με τον κατασκευαστή PCB Philifast.

Ποια είναι τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των πολυστρωματικών PCB

Σε σύγκριση με τα PCB μιας όψης, τα πολυστρωματικά PCB παρουσιάζουν σαφείς διαφορές στην επιφάνειά τους και στις επιδόσεις τους κατά τη διάρκεια ζωής. Αυτές οι διαφορές είναι καθοριστικές για την ανθεκτικότητα και τη λειτουργία της πλακέτας. Τα κύρια πλεονεκτήματα των πολυστρωματικών PCB περιλαμβάνουν την αντοχή στην οξείδωση, την ποικίλη δομή, την υψηλή πυκνότητα και τη χρήση τεχνικών επιφανειακής επίστρωσης που διασφαλίζουν την ποιότητα και την ασφάλεια της πλακέτας. Παρακάτω παρατίθενται σημαντικά χαρακτηριστικά υψηλής αξιοπιστίας και τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των πολυστρωματικών PCB:

1. Το πάχος χαλκού του τοιχώματος της οπής είναι συνήθως 25 μικρά

• Πλεονέκτημα: Αυξημένη αξιοπιστία, συμπεριλαμβανομένης της καλύτερης αντίστασης στη διαστολή του άξονα z. Ο παχύτερος χαλκός στο τοίχωμα της οπής συμβάλλει στην αντοχή και τη διάρκεια ζωής.

• Κίνδυνος: Υπάρχουν κάποιοι κίνδυνοι. Σε πραγματική χρήση, ζητήματα όπως η έκρηξη ή η εκτόνωση ή προβλήματα στη διαδικασία συναρμολόγησης μπορεί να επηρεάσουν τις ηλεκτρικές συνδέσεις. Αυτά τα ζητήματα μπορεί να προκαλέσουν διαχωρισμό του εσωτερικού στρώματος ή ρωγμές στα τοιχώματα των οπών. Υπό φορτίο, αυτά τα σφάλματα μπορεί να οδηγήσουν σε αστοχία. Η κλάση 2 του IPC (η οποία είναι το πρότυπο για πολλά εργοστάσια) μπορεί να απαιτεί η επένδυση χαλκού σε πολυστρωματικές πλακέτες να είναι μικρότερη από 20% [σημείωση: αυτή η πρόταση διατηρεί την αρχική αριθμητική αναφορά].

  (Λάβετε υπόψη: οι ακριβείς λεπτομέρειες του κανόνα IPC εξαρτώνται από το σύνολο κανόνων και την πρακτική του εργοστασίου. Το θέμα εδώ είναι ότι η επένδυση οπών και ο έλεγχός της έχουν σημασία για την αξιοπιστία).

2. Καμία επισκευή συγκόλλησης ή επισκευή ανοικτού κυκλώματος

• Πλεονέκτημα: Ένα τέλειο κύκλωμα ενισχύει την αξιοπιστία και την ασφάλεια. Δεν χρειάζεται συντήρηση κατά την κανονική χρήση.

• Κίνδυνος: Εάν η επισκευή είναι κακή, η πολυστρωματική πλακέτα μπορεί να ανοίξει. Ακόμα και όταν επισκευάζεται σωστά, υπό συνθήκες φόρτισης, όπως οι κραδασμοί, μπορεί να υπάρχει κίνδυνος αστοχίας. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε αστοχίες πεδίου.

3. Πρότυπα καθαριότητας πέραν των προτύπων IPC

• Πλεονέκτημα: Η υψηλότερη καθαριότητα σε ένα πολυστρωματικό PCB βελτιώνει την αξιοπιστία.

• Κίνδυνος: Τα υπολείμματα στην πλακέτα και η συσσώρευση κόλλησης μπορεί να βλάψουν τη μάσκα συγκόλλησης. Τα υπολείμματα ιόντων μπορεί να προκαλέσουν διάβρωση και μόλυνση στις επιφάνειες συγκόλλησης. Αυτό μπορεί να προκαλέσει προβλήματα αξιοπιστίας, όπως κακές ενώσεις συγκόλλησης ή ηλεκτρικά σφάλματα και, τελικά, να αυξήσει την πιθανότητα πραγματικών αστοχιών.

4. Αυστηρός έλεγχος της διάρκειας ζωής για κάθε επιφανειακό φινίρισμα

• Πλεονέκτημα: Ο καλός έλεγχος του φινιρίσματος της επιφάνειας βοηθά στην συγκόλληση, την αξιοπιστία και μειώνει τον κίνδυνο εισόδου υγρασίας.

• Κίνδυνος: Τα παλιά επιφανειακά φινιρίσματα σε παλαιότερες πολυστρωματικές πλακέτες μπορεί να παρουσιάσουν μεταλλουργικές αλλαγές. Μπορεί να προκαλέσουν προβλήματα συγκολλησιμότητας. Η είσοδος υγρασίας μπορεί να προκαλέσει προβλήματα κατά τη συναρμολόγηση ή αργότερα αποκόλληση στο πεδίο. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε διαχωρισμό των εσωτερικών τοιχωμάτων και ανοιχτά κυκλώματα.

Ανεξάρτητα από το αν βρίσκονται στις γραμμές παραγωγής και συναρμολόγησης ή στην πραγματική χρήση, τα πολυστρωματικά PCB πρέπει να παρουσιάζουν αξιόπιστες επιδόσεις. Φυσικά, αυτή η αξιοπιστία συνδέεται στενά με το επίπεδο δεξιοτήτων του εξοπλισμού και της διαδικασίας του κατασκευαστή.

Διαφορές μεταξύ πρωτοτυποποίησης PCB ενός και πολλών στρωμάτων

Όταν σχεδιάζετε και κατασκευάζετε μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος, πρέπει να αποφασίσετε αν μια πλακέτα μονής ή πολλαπλών στρώσεων ταιριάζει στη συσκευή σας. Και οι δύο τύποι χρησιμοποιούνται σε πολλές τυπικές χρήσεις. Όμως, ο απαιτούμενος τύπος εξαρτάται από το για ποιο σκοπό χρησιμοποιείτε την πλακέτα. Κάθε τύπος έχει συγκεκριμένα χαρακτηριστικά που τον καθιστούν κατάλληλο για ορισμένες εργασίες. Οι απλές οικιακές συσκευές χρησιμοποιούν συχνά πλακέτες μονής στρώσης. Οι πιο σύνθετες μηχανές χρειάζονται σχέδια PCB πολλαπλών στρώσεων.

PCB ενός στρώματος

Ένα μονό στρώμα ή πλακέτα μονής όψης περιλαμβάνει ένα στρώμα βάσης, ένα αγώγιμο μεταλλικό στρώμα και μια προστατευτική μάσκα συγκόλλησης και μεταξοτυπία. Οι περισσότερες διαδικασίες κατασκευής χρησιμοποιούν χαλκό ως αγώγιμο μέταλλο. Η μία πλευρά της πλακέτας περιέχει όλα τα απαραίτητα εξαρτήματα. Η άλλη πλευρά έχει το μοτίβο του αγωγού.

Επειδή ο σχεδιασμός τους είναι απλούστερος από τις πλακέτες διπλής όψης και τις πολυστρωματικές πλακέτες, οι πλακέτες μίας στρώσης είναι φθηνότερες και ευκολότερες στην κατασκευή. Αυτός ο απλός σχεδιασμός είναι επίσης το κύριο μειονέκτημά τους. Έχουν λιγότερα σημεία σύνδεσης. Έτσι, οι μονοστρωματικές πλακέτες έχουν χαμηλότερη ταχύτητα και λιγότερες επιλογές για τη δρομολόγηση πολύπλοκων κυκλωμάτων.

PCB διπλής όψης

Μια άλλη επιλογή είναι μια πλακέτα διπλής όψης. Έχει περισσότερες στρώσεις από μια πλακέτα μονής στρώσης, αλλά λιγότερες από μια πλακέτα πολλαπλών στρώσεων. Όπως και η ποικιλία μονής όψης, η πλακέτα διπλής όψης χρησιμοποιεί ένα στρώμα υποστρώματος. Η κύρια διαφορά είναι ότι η πλακέτα διπλής όψης έχει ένα αγώγιμο μεταλλικό στρώμα και στις δύο πλευρές του υποστρώματος.

Οι πλακέτες διπλής όψης σας επιτρέπουν να δρομολογήσετε περισσότερα σήματα από ό,τι οι πλακέτες μονής όψης. Εξακολουθούν να κοστίζουν λιγότερο από τις πολυστρωματικές πλακέτες. Αποτελούν μια καλή μεσαία επιλογή για πολλά σχέδια.

Πολυστρωματικό PCB

Ένα πολυστρωματικό PCB αποτελείται από τρεις ή περισσότερες πλακέτες διπλής όψης που συνδέονται μεταξύ τους με ειδική κόλλα. Κάθε πλακέτα έχει μονωτικό υλικό μεταξύ των στρώσεων. Παρόλο που μια πολυστρωματική πλακέτα μπορεί να χρησιμοποιεί πολλές στοιβαγμένες πλακέτες, οι περισσότερες έχουν ζυγό αριθμό στρωμάτων, συχνά μεταξύ 4 και 12. Αυτό συμβαίνει επειδή ένας περιττός αριθμός στρωμάτων μπορεί να προκαλέσει στρέβλωση και συστροφή μετά τη συγκόλληση.

Με περισσότερες πλακέτες και περισσότερες συνδέσεις, τα πολυστρωματικά PCB ταιριάζουν σε συσκευές που χρειάζονται πολλές λειτουργίες και προηγμένα χαρακτηριστικά. Έχουν υψηλότερη ικανότητα λειτουργίας και ταχύτερη απόδοση σήματος από τις πλακέτες μίας ή δύο όψεων. Αλλά ο σχεδιασμός τους είναι πιο πολύπλοκος, κοστίζουν περισσότερο, ο χρόνος παράδοσης είναι μεγαλύτερος και χρειάζονται μεγαλύτερη προσοχή στην επισκευή και τη συναρμολόγηση.

Τελικές σημειώσεις

Η επιλογή του σωστού τύπου PCB εξαρτάται από τις ανάγκες του προϊόντος σας, τους τύπους σημάτων, την πυκνότητα ακίδων, τις ανάγκες του επιπέδου, τα όρια κόστους και το χρόνο παράδοσης. Μιλήστε με τον κατασκευαστή σας από νωρίς αν δεν είστε σίγουροι. Ένας καλός κατασκευαστής PCB μπορεί να σας βοηθήσει να συμβιβαστείτε με το κόστος, τις επιδόσεις και τον χρόνο παράδοσης. Αν θέλετε βοήθεια σχετικά με τον αριθμό των στρώσεων και τη στοίβαξη για ένα συγκεκριμένο προϊόν, μπορείτε να συζητήσετε το σχεδιασμό με τη Philifast ή με άλλον εξειδικευμένο κατασκευαστή PCB.