Kehittyneet monikerroksiset PCB-valmistuspalvelut

Mikä on monikerroksinen PCB

Monikerroksinen piirilevy on sähkötuotteissa käytettävä painettu piirilevy, jossa on useampi kuin yksi johdotuskerros. Monikerroksisessa levyssä käytetään ylimääräisiä yksikerroksinen tai päällekkäin pinottuja kaksikerroksisia levyjä. Esimerkiksi levystä, jossa käytetään yhtä kaksipuolista levyä sisäkerroksena ja kahta yksipuolista levyä ulkokerroksena tai kahta kaksipuolista levyä sisäkerroksena ja kahta yksipuolista levyä ulkokerroksena, tulee nelikerroksinen tai kuusikerroksinen piirilevy. Nämä levyt valmistetaan pinoamalla ja liimaamalla eristävällä liimausmateriaalilla ja käyttämällä kohdistusjärjestelmiä. Johtavat kuviot liitetään suunnittelun tarpeiden mukaan. Näitä levyjä kutsutaan myös monikerroksisiksi piirilevyiksi.

Monikerroksinen PCB-suunnittelu: miten päättää kerrosten lukumäärästä?

Painetun piirilevyn suorituskyky ja kustannukset riippuvat paljon siitä, kuinka monta kerrosta siinä on. Siksi on tärkeää valita kerrosten määrä oikein. Tässä artikkelissa keskitytään tärkeimpiin seikkoihin, joita on mietittävä, kun suunnitellaan piirilevyjä 1-20 kerroksisina.

Tärkeitä tekijöitä, jotka on otettava huomioon valittaessa 1-20 kerrosta

Aloitetaan siitä, mitä on ajateltava. Ehkä tiedät suunnilleen, kuinka monta kerrosta piirilevysi tarvitsee. Mutta sinun pitäisi tarkistaa, miksi monikerroksinen piirilevy voi olla parempi kuin yksikerroksinen piirilevy. Tutustu alla oleviin kohtiin selvittääksesi epäilyksesi:

• Käyttö tai soveltaminen: Missä piirilevyä käytetään? Kuten edellä todettiin, piirilevyjä käytetään monenlaisissa yksinkertaisissa ja monimutkaisissa elektronisissa laitteissa. Sinun on siis tiedettävä, tarvitseeko sovelluksesi minimaalista vai monimutkaista toimintaa. Yksinkertainen laite voi riittää hyvin yhdellä kerroksella. Monimutkainen laite tarvitsee usein useampia kerroksia.

• Tarvittavien signaalien tyyppi: Pitääkö levyjen välittää mikroaalto- tai suurtaajuussignaaleja? Kerroksen valinta riippuu myös siitä, minkä tyyppisiä signaaleja niiden on kuljetettava. Signaalit voivat olla korkeataajuisia, matalataajuisia, maadoitettuja tai tehosignaaleja. Jos sovelluksesi tarvitsee monia eri signaalireittejä tai sekasignaaleja, tarvitset monikerroksisen piirilevyn. Nämä piirit saattavat tarvita myös erillisiä maadoitus- ja suojauskerroksia.

• Tyyppien kautta: Valitsemasi läpivientien tyyppi on toinen avaintekijä. Jos valitset upotetut läpiviennit tai sokeat läpiviennit, saatat tarvita enemmän sisäisiä kerroksia. Läpivientien valinta voi siis muuttaa tarvittavien kerrosten määrää.

• Tarvittavien signaalikerrosten tiheys ja lukumäärä: Kerrospäätös riippuu myös kahdesta tärkeästä asiasta: signaalikerroksista ja nastatiheydestä. Piirilevyn kerrosten määrä kasvaa yleensä nastatiheyden kasvaessa. Jos esimerkiksi nastatiheys on 1,0, saatat tarvita 2 signaalikerrosta. Mutta jos nastatiheys on alle 0,2, saatat tarvita 10 kerrosta tai enemmän.

• Tarvittavien lentokoneiden määrä: Virta- ja maatasot auttavat vähentämään sähkömagneettista häiriötä ja suojaamaan signaalikerroksia. Tarvitsemiesi tasojen määrä vaikuttaa siis kerroksen valintaan. Enemmän tasoja tarkoittaa enemmän kerroksia.

• Valmistuskustannukset: Vaikka se ei ole ainoa tarve, kustannukset ovat keskeinen tekijä valittaessa kerroksia 1-20-kerroksiseen PCB-suunnitteluun. Piirilevyn valmistuskustannukset nousevat sitä mukaa kuin kerroksia tulee lisää. Monikerroksiset piirilevyt ovat kalliimpia kuin yksikerroksiset piirilevyt. Kustannukset riippuvat paljon edellä luetelluista vaatimuksista.

• Toimitusaika: 1-20-kerroksisen PCB-tilauksen toimitusaika riippuu kaikista edellä mainituista tekijöistä. Jos esimerkiksi suunnittelusi tarvitsee vain yhden kerroksen, toimitusaika voi olla lyhyt. Jos tilaat piirilevyjä monimutkaisia teollisia elektroniikkalaitteita varten, toimitusaika on pidempi.

Jos et pysty päättämään edellä mainittujen seikkojen perusteella, voit keskustella tarpeistasi piirilevyvalmistaja Philifastin kanssa.

Mitkä ovat monikerroksisten piirilevyjen hyvät ja huonot puolet?

Yksipuolisiin piirilevyihin verrattuna monikerroksisilla piirilevyillä on selviä eroja niiden pinnassa ja käyttöiän suorituskyvyssä. Nämä erot ovat avainasemassa levyn kestävyyden ja toiminnan kannalta. Monikerroksisten piirilevyjen tärkeimpiä etuja ovat hapettumisenkestävyys, monipuolinen rakenne, suuri tiheys ja levyn laadun ja turvallisuuden takaavien pintakäsittelytekniikoiden käyttö. Alla on lueteltu tärkeitä korkean luotettavuuden ominaisuuksia sekä monikerroksisten piirilevyjen hyviä ja huonoja puolia:

1. Reiän seinämän kuparin paksuus on yleensä 25 mikronia.

• Advantage: Lisääntynyt luotettavuus, mukaan lukien parempi kestävyys z-akselin laajenemista vastaan. Reiän seinämän paksumpi kupari lisää lujuutta ja käyttöikää.

• Riski: On olemassa joitakin riskejä. Todellisessa käytössä sähköliitäntöihin voi vaikuttaa esimerkiksi puhallus tai kaasunpoisto tai kokoonpanoprosessissa ilmenevät ongelmat. Nämä ongelmat voivat aiheuttaa sisäkerroksen irtoamisen tai reiän seinämän halkeilua. Kuormituksessa nämä viat voivat johtaa vikaantumiseen. IPC-luokka 2 (joka on monien tehtaiden standardi) saattaa vaatia, että monikerroksisten levyjen kuparipinnoitus on pienempi kuin 20% [Huom: tässä lauseessa säilytetään alkuperäinen numeroviittaus].

  (Muista: IPC-sääntöjen tarkat yksityiskohdat riippuvat sääntökokonaisuudesta ja tehtaan käytännöistä.) Pointti tässä on se, että reikien pinnoittamisella ja sen valvonnalla on merkitystä luotettavuuden kannalta).

2. Ei juotoskorjausta tai avoimen piirin korjausta.

• Advantage: Täydellinen virtapiiri lisää luotettavuutta ja turvallisuutta. Ei huoltotarvetta normaalikäytössä.

• Riski: Jos korjaus on huono, monikerroksisesta piirilevystä voi tulla avoin. Vaikka se olisi korjattu oikein, kuormitusolosuhteissa, kuten tärinässä, voi silti esiintyä vikaantumisvaara. Tämä voi johtaa kenttävikoihin.

3. IPC-normeja tiukemmat puhtausvaatimukset

• Advantage: Monikerroksisen piirilevyn parempi puhtaus parantaa luotettavuutta.

• Riski: Levyllä olevat jäämät ja juotoksen kertyminen voivat vahingoittaa juotosmaskia. Ionijäämät voivat aiheuttaa korroosiota ja saastumista juotospinnoilla. Tämä voi aiheuttaa luotettavuusongelmia, kuten huonoja juotosliitoksia tai sähkövikoja, ja lopulta lisätä todellisten vikojen mahdollisuutta.

4. Kunkin pintakäsittelyn säilyvyysajan tiukka valvonta.

• Advantage: Pintakäsittelyn hyvä hallinta auttaa juottamisessa, luotettavuudessa ja vähentää kosteuden tunkeutumisen riskiä.

• Riski: Vanhojen monikerroslevyjen vanhoissa pintakäsittelyissä voi esiintyä metallurgisia muutoksia. Ne voivat aiheuttaa juotettavuusongelmia. Kosteuden tunkeutuminen voi aiheuttaa ongelmia kokoonpanon aikana tai myöhemmin delaminaatiota kentällä. Tämä voi johtaa sisäseinämän irtoamiseen ja avoimiin virtapiireihin.

Monikerroksisten piirilevyjen on oltava luotettavia riippumatta siitä, ovatko ne valmistus- ja kokoonpanolinjoilla vai todellisessa käytössä. Luotettavuus on tietysti vahvasti sidoksissa valmistajan laitteiden ja prosessin taitotasoon.

Yksikerroksisen ja monikerroksisen PCB-prototyyppien valmistuksen erot

Kun suunnittelet ja rakennat piirilevyä, sinun on päätettävä, sopiiko laitteeseesi yksikerroksinen vai monikerroksinen piirilevy. Molempia tyyppejä käytetään monissa tavanomaisissa käyttötarkoituksissa. Tarvittava tyyppi riippuu kuitenkin siitä, mihin levyä käytetään. Kummallakin tyypillä on erityisominaisuuksia, joiden ansiosta se sopii tiettyihin tehtäviin. Yksinkertaisissa kodin laitteissa käytetään usein yksikerroksisia levyjä. Monimutkaisemmat koneet tarvitsevat monikerroksisia piirilevymalleja.

Yksikerroksinen PCB

Yksikerroksinen tai yksipuolinen levy sisältää pohjakerroksen, yhden johtavan metallikerroksen sekä suojaavan juotosmaskin ja silkkipainatuksen. Useimmissa valmistusprosesseissa käytetään kuparia johtavana metallina. Levyn toisella puolella on kaikki tarvittavat komponentit. Toisella puolella on johdinkuvio.

Koska niiden suunnittelu on yksinkertaisempaa kuin kaksi- ja monikerroksisten piirilevyjen, yksikerroksiset piirilevyt ovat halvempia ja helpompia valmistaa. Tämä yksinkertainen rakenne on myös niiden suurin puute. Niissä on vähemmän liitäntäkohtia. Yksikerroksisilla piirilevyillä on siis alhaisempi nopeus ja vähemmän vaihtoehtoja monimutkaisten piirien reitittämiseen.

Kaksipuolinen PCB

Toinen vaihtoehto on kaksipuolinen piirilevy. Siinä on enemmän kerroksia kuin yksikerroksisessa levyssä, mutta vähemmän kuin monikerroksisessa levyssä. Kuten yksipuolisessa, myös kaksipuolisessa piirilevyssä käytetään yhtä substraattikerrosta. Tärkein ero on se, että kaksipuolisessa levyssä on johtava metallikerros substraatin molemmilla puolilla.

Kaksipuolisilla levyillä voit reitittää enemmän signaaleja kuin yksipuolisilla. Ne maksavat silti vähemmän kuin monikerroksiset levyt. Ne ovat hyvä keskimmäinen valinta moniin malleihin.

Monikerroksinen PCB

Monikerroksinen piirilevy koostuu kolmesta tai useammasta kaksipuolisesta levystä, jotka on liimattu yhteen erityisellä liimalla. Kunkin levyn kerrosten välissä on eristävää materiaalia. Vaikka monikerroksisessa piirilevyssä voi olla useita päällekkäisiä levyjä, useimmissa on parillinen määrä kerroksia, usein 4-12. Tämä johtuu siitä, että pariton määrä kerroksia voi aiheuttaa vääntymistä ja vääntymistä juottamisen jälkeen.

Monikerroksiset piirilevyt sopivat laitteisiin, jotka tarvitsevat monia toimintoja ja kehittyneitä ominaisuuksia, koska niissä on enemmän levyjä ja enemmän liitäntöjä. Niiden toimintakyky on parempi ja signaalien suorituskyky nopeampi kuin yksi- tai kaksipuolisilla levyillä. Niiden suunnittelu on kuitenkin monimutkaisempaa, ne maksavat enemmän, läpimenoaika on pidempi ja niiden korjaaminen ja kokoaminen vaatii enemmän huolellisuutta.

Lopulliset muistiinpanot

Oikean piirilevytyypin valinta riippuu tuotetarpeista, signaalityypeistä, nastatiheydestä, tasotarpeista, kustannusrajoista ja toimitusajasta. Keskustele valmistajan kanssa ajoissa, jos olet epävarma. Hyvä piirilevyvalmistaja voi auttaa sinua tekemään kompromisseja kustannusten, suorituskyvyn ja toimitusajan välillä. Jos haluat apua tietyn tuotteen kerroslukumäärän ja pinoamisen kanssa, voit keskustella suunnittelusta Philifastin tai muun pätevän piirilevyvalmistajan kanssa.