Co je vícevrstvá deska plošných spojů: výroba a design

Na rozdíl od jednovrstvých nebo dvouvrstvých desek plošných spojů se vícevrstvé desky plošných spojů skládají ze tří nebo až 60 vrstev mědi, oddělených izolačními materiály a laminovaných dohromady za tepla a tlaku. Tyto dodatečné vrstvy umožňují složitější a hustší návrhy obvodů, které pojmou větší počet součástek na menší desce. Tato schopnost je klíčová v moderní elektronice, kde se zařízení stávají stále kompaktnějšími, ale zároveň výkonnějšími. Vývoj vícevrstvých desek plošných spojů byl poháněn poptávkou po efektivnějších, spolehlivějších a miniaturizovanějších elektronických produktech. U spojovací vrstvy RO4450T pro vícevrstvé RF desky je nutné tloušťku spojovací vrstvy zkontrolovat v hotovém balení, a nikoli pouze jako označení při nákupu.

Běžné vícevrstvé konstrukce

• 4-6 vrstev – nízká až střední složitost
• 8-10 vrstev – složitější digitální desky
• 12-16 vrstev – pokročilé RF a zpracování dat
• 20+ vrstev – extrémně hustá propojení
• 60+ vrstev – nejmodernější technologie HDI

Výrobní proces vícevrstvých PCB

1. Tvorba vnitřní vrstvy

Fotolitografické vzorování se aplikuje na lamináty potažené mědí, aby se definovaly stopy obvodu, následuje odleptání nežádoucí mědi, přidání terčů pro registraci vrstev a otvorů pro nástroje, elektrické testování stop a příprava povrchu pro laminaci.

2. Laminování vrstev

Více vrstev je spojeno pomocí lisů na laminaci plechů se stohovaným uspořádáním jader, prepregů, mědi a dielektrik, vytvrzených za teploty a tlaku za vzniku pevného laminátu.

3. Vyvrtejte otvory

Vysoce přesné vrtání vytváří nástroje a průchozí otvory s přesnou registrací pro každou vrstvu.

4. Oplechování otvorů

Bezproudové pomědění následované elektrolytickým poměděním vytváří měď na vnitřních vrstvách a vyvrtaných otvorech.

5. Zpracování vnější vrstvy

Aplikace tekuté fotocitlivé pájecí masky , tisk identifikačních značek, vzorování a leptání obvodů vnější vrstvy a směrování panelu do jednotlivých desek plošných spojů.

6. Testování a zajišťování kvality

Zahrnuje automatizovanou optickou kontrolu, testování síťové konektivity, impedanci, vysoké napětí a funkční testování spolu s rozměrovou kontrolou kvality.

Úvahy o návrhu vícevrstvé desky plošných spojů

Počet vrstev:

Rozhodnutí o počtu vrstev je prvním krokem při návrhu vícevrstvých desek plošných spojů. Počet vrstev, který se může pohybovat od čtyř do deseti nebo více vrstev, závisí na složitosti návrhu, počtu součástí a požadavcích na elektrický výkon​.

Umístění komponent

Pomocí softwaru pro návrh PCB návrháři uspořádají komponenty a definují elektrická připojení. Uspořádání by mělo optimalizovat směrování signálu, minimalizovat rušení a zajistit odvod tepla.

Směrování signálu

Elektrické směrování zahrnuje specifikaci šířky, rozteče a přiřazení vrstev spojů se zaměřením na integritu signálu, snížení přeslechů a zabránění odrazu signálu​.

Úvahy o stohování vrstev:

Vrstvy by měly být naskládány se sudými čísly a všechny vrstvy signálu by měly být co nejblíže k zemní ploše. Směr kabeláže na stejné signálové vrstvě by měl být konzistentní. Volba počtu vrstev také závisí na typu signálu, který potřebují vysílat, kategorizované jako vysokofrekvenční, nízkofrekvenční, zemní nebo výkonové.

Uspořádání komponent a rozhraní:

V ideálním případě by komponenty měly být umístěny na jedné straně a poloha a orientace komponent rozhraní by měly být uspořádány rozumně. Komponenty s úzkými elektrickými spoji je nejlepší umístit k sobě.

Generování souboru Gerber:

Jakmile je definováno elektrické směrování, vygenerují se soubory Gerber, které obsahují informace o uspořádání vrstev, elektrických připojeních, umístění komponent a další informace o návrhu​​.

Výroba:

Výrobce využívá soubory Gerber k vytváření fotomasek, ze kterých se následně vytvářejí jednotlivé vrstvy DPS. Tyto vrstvy jsou laminovány, aby vytvořily finální vícevrstvou PCB.

Úvahy o integritě signálu vícevrstvých desek plošných spojů

Skládání vrstev: Rozhodující je správné plánování skládání vrstev. Signál a zemní vrstva by měly být těsně spojeny, aby se minimalizovala impedance a odraz signálu.

Směrování tras: Trasy by měly být směrovány, aby se zabránilo přeslechům a elektromagnetickému rušení (EMI). Udržování krátkých a přímých signálových cest zlepšuje integritu signálu.

Řízení impedance : Udržování konzistentní impedance napříč deskou plošných spojů zabraňuje zkreslení signálu a odrazům.

Oddělovací kondenzátory: Jsou nezbytné pro řízení integrity napájení a minimalizaci šumu na výkonových rovinách.

Návrh průchodu: Návrh a umístění průchodů ovlivňují signálové cesty a měly by být optimalizovány pro zachování integrity signálu.

Náklady na vícevrstvé PCB

Složitost a počet vrstev: Více vrstev a složitost návrhu zvyšují výrobní náklady.

Použité materiály: Vysoce kvalitní nebo specializované materiály mohou zvýšit celkové náklady.

Výrobní techniky: Pokročilé výrobní techniky pro složité návrhy mohou také zvýšit náklady.

Velikost DPS: Větší DPS vyžadují více materiálů a zpracování, což zvyšuje náklady.

Množství: Větší výrobní série mohou snížit náklady na jednotku díky úsporám z rozsahu.