Podrobný přehled konstrukce PCB laminátu

Desky plošných spojů jsou páteří moderní elektroniky a poskytují platformu pro různé komponenty, které se spojují a bezproblémově fungují. Jádrem každé desky plošných spojů je složitá struktura vzájemně propojených vrstev, z nichž každá slouží specifickému účelu při zajišťování funkčnosti a spolehlivosti desky. Mezi klíčové prvky, které tvoří laminátová konstrukce desky plošných spojů, hrají klíčovou roli při definování konstrukce desky schémata vrstvení. a elektrické vlastnosti. Pochopení těchto laminátových konstrukcí desek plošných spojů je pro návrháře a výrobce desek plošných spojů zásadní pro vytváření účinných a vysoce kvalitních desek plošných spojů.

Podstata desky s plošnými spoji (PCB) spočívá v její složité struktuře, která zahrnuje několik vrstev propojených prepregy a materiály jádra.

Prepreg, často označovaný jako desky impregnované pryskyřicí ve fázi B, je částečně vytvrzený materiál složený z pryskyřice namočené do tenkých vrstev. Při výrobě vícevrstvých desek plošných spojů slouží dvojímu účelu : působí jako lepidlo pro spojení vnitřních vodivých vzorů a poskytuje mezivrstvou izolaci. Během laminace se epoxidová pryskyřice Prepregu taví, teče a tuhne, čímž efektivně spojuje vrstvy obvodu a zároveň mezi nimi vytváří spolehlivou izolační bariéru.

Materiál jádra na druhou stranu tvoří základní prvek desky plošných spojů – pevnou desku se specifickou tloušťkou a měděnou fólií laminovanou na obou stranách. Typická vícevrstvá deska plošných spojů se vyrábí laminací střídajících se vrstev jádra a prepregů. Vrstvy prepregů, které tvoří to, co nazýváme „smáčecími“ nebo impregnačními vrstvami, mohou spojit více vrstev jádra dohromady a navzdory počáteční tloušťce dochází během procesu lisování k určitému smrštění. Pro konstrukci s nízkými ztrátami by měla být specifikována výroba desky s mědí HVLP spolu s dielektrickými vrstvami, protože drsnost vodiče také ovlivňuje model kanálu.

Typicky jsou dvě vnější dielektrické vrstvy vícevrstvé desky plošných spojů impregnačními vrstvami pokrytými samostatnými vrstvami měděné fólie sloužící jako vnější vodivé plochy. Specifikace surové tloušťky pro vnější a vnitřní měděné fólie se běžně dodávají v variantách 0.5 OZ, 1 OZ a 2 OZ (přičemž 1 OZ je přibližně 35 um nebo 1.4 mil). Po zpracování se vnější vrstva měděné fólie typicky zvětší tloušťky téměř o 1 OZ, zatímco konečná tloušťka vnitřní měděné fólie zůstane blízká původní hodnotě, ale může se mírně snížit v důsledku leptání.

Vnější vrstva vícevrstvé desky plošných spojů se skládá z pájecí masky , hovorově známé jako „zelený olej“, ačkoli může být také žlutá nebo jiné barvy. Tloušťka pájecí masky se nedá snadno přesně určit, jelikož je silnější v oblastech bez mědi ve srovnání s oblastmi s mědí, přesto je výstupek mědi stále patrný při hmatové kontrole povrchu desky plošných spojů.

Parametry a materiály DPS

Mezi různými výrobci existují rozdíly v parametrech DPS, což vyžaduje komunikaci s továrními inženýry DPS, aby získali jejich specifická data, především se zaměřením na dielektrickou konstantu a tloušťku pájecí masky, která se může u jednotlivých výrobců lišit.

Vnější vrstva měděné fólie Dostupné tloušťky vnější vrstvy měděné fólie zahrnují 12 µm, 18 µm a 35 µm. Po zpracování se obvykle dosahují konečné tloušťky přibližně 44 µm, 50 µm a 67 µm, což zhruba odpovídá hmotnosti mědi 1 OZ, 1.5 OZ a 2 OZ. Upozorňujeme, že při použití softwaru pro výpočet impedance pro řízení není pro tloušťku mědi vnějších vrstev k dispozici možnost 0.5 OZ.

Materiál jádra Běžně používaným materiálem jádra je S1141A, což je standardní materiál FR-4, oboustranně měděný, s volitelnými specifikacemi, které lze potvrdit přímo u výrobce.

Prepregy Prepregy se dodávají v různých původních specifikacích tloušťky, například 7628 (0.185 mm/7.4 mil), 2116 (0.105 mm/4.2 mil), 1080 (0.075 mm/3 mil) a 3313 (0.095 mm/4 mil). Při skutečném stlačení se tloušťka obvykle zmenší o 10-15 μm (0.5-1 mil), proto minimální tloušťka dielektrické vrstvy v vrstveném provedení nesmí být menší než 3 mil. Jedna impregnační vrstva může použít až tři prepregy, přičemž žádný ze tří nemůže mít stejnou tloušťku; lze použít alespoň jeden prepreg, i když někteří výrobci vyžadují minimálně dva. Pokud je tloušťka prepregu nedostatečná, lze měděnou fólii na obou stranách jádra vyleptat a poté znovu připevnit prepregy, čímž se dosáhne silnější impregnační vrstvy. Dielektrická konstanta prepregů se mění s jejich tloušťkou a následující tabulka uvádí tloušťky různých modelů a jejich odpovídající dielektrické konstanty:

Dielektrická konstanta laminátové desky závisí na použitém pryskyřičném materiálu; Desky FR4 typicky vykazují rozsah dielektrické konstanty 4.2 až 4.7, který se s rostoucí frekvencí snižuje.

Vrstva pájecí masky Tloušťka vrstvy pájecí masky nad měděnou fólií, označená jako C2, je přibližně 8–10 µm. Tloušťka pájecí masky v oblastech bez mědi, C1, se liší v závislosti na tloušťce povrchové mědi a pohybuje se kolem 13–15 µm pro měď o tloušťce 45 µm a kolem 17–18 µm pro měď o tloušťce 70 µm. Při výpočtu s SI9000 postačuje hodnota tloušťky pájecí masky 0.5OZ.

Průřez vodiče V důsledku leptání není průřez vodičů obdélníkový, ale spíše lichoběžníkový. Například v horní vrstvě TOP, když je tloušťka měděné fólie 1OZ, je horní základna lichoběžníku asi o 1 MIL kratší než spodní základna. Pokud je tedy navržená šířka vodiče W=5 MIL, horní šířka by byla přibližně 4 MIL a spodní šířka 5 MIL. Rozdíl mezi horní a spodní základnou souvisí s tloušťkou mědi, jak je znázorněno v tabulce níže za různých podmínek:

Výpočty impedance Typické výpočty impedance využívají následující modely:

• Mikropáskový čárový model
• Stripline Model

V mikropáskovém modelu existují další konfigurace, včetně nepoužitého modelu bez povlaku. Dielektrické konstanty Er1 a Er2 v zobrazeném modelu závisí na konkrétním použitém modelu prepregu; klíčové modely jsou uvedeny dříve a podrobné parametry je třeba získat přímo od výrobce PCB.

Když se projekt přesune z výzkumu do RFQ (výzva k nabídce), zkontrolujte výběr laminátu desek plošných spojů a jemnou montáž BGA , aby požadavky na materiál, proces a kontrolu zůstaly sladěny.

Celkově je pochopení složité struktury a materiálů desek plošných spojů (PCB) klíčové pro návrh a výrobu vysoce kvalitních elektronických zařízení. Prepregy a jádrové materiály hrají zásadní roli při spojování vrstev a zajišťování izolace, zatímco měděné fólie a pájecí masky přispívají k vodivosti a ochraně desek plošných spojů.

Rozdíly v parametrech a materiálech DPS mezi výrobci zdůrazňují důležitost komunikace a získávání specifických dat pro každý projekt. Stack-up diagramy slouží jako neocenitelné nástroje, poskytující plán konstrukce a elektrických vlastností PCB.

Pochopením klíčových prvků stohovacích diagramů mohou návrháři zajistit integritu a spolehlivost jejich návrhů PCB, což nakonec povede k výkonnějším a robustnějším elektronickým zařízením.