Dybdegående oversigt over PCB-laminatkonstruktion

PCB'er er rygraden i moderne elektronik og giver en platform for forskellige komponenter til at forbinde og fungere problemfrit. Kernen i ethvert printkort ligger en kompleks struktur af indbyrdes forbundne lag, der hver tjener et specifikt formål med at sikre pladens funktionalitet og pålidelighed. Blandt nøgleelementerne i en PCB-laminatkonstruktion spiller stable-up-diagrammer en central rolle i at definere pladens konstruktion og elektriske egenskaber. At forstå disse PCB-laminatkonstruktioner er afgørende for PCB-designere og -producenter for at skabe effektive printkort af høj kvalitet.

Essensen af ​​et Printed Circuit Board (PCB) ligger i dets indviklede struktur, der involverer flere lag forbundet med Prepregs og Core materialer.

Prepreg, ofte omtalt som B-stadiums harpiksimprægnerede ark, er et delvist hærdet materiale bestående af harpiks, der er gennemvædet i tynde film. Det tjener dobbelte formål i flerlagsbehandling PCB-fremstillingDet fungerer som et klæbemiddel til at binde de indre ledende mønstre og giver isolering mellem lagene. Under laminering smelter, flyder og størkner Prepreg's epoxyharpiks, hvilket effektivt sammenfletter kredsløbslagene, samtidig med at det danner en pålidelig isolerende barriere mellem dem.

Kernemateriale udgør på den anden side det grundlæggende element i et PCB - en stiv plade med en bestemt tykkelse og kobberfolie lamineret på begge sider. Et typisk flerlags PCB fremstilles ved laminering af skiftende lag af kerne og Prepregs. Prepreg-lagene, som danner det vi kalder "wet-out" eller imprægneringslag, kan binde flere kernelag sammen, og på trods af at de har en indledende tykkelse, oplever de en vis krympning under presningsprocessen.

Typisk er de to yderste dielektriske lag af et flerlags PCB imprægneringslag, dækket af separate kobberfolielag, der tjener som eksterne ledende planer. De rå tykkelsesspecifikationer for ydre og indre kobberfolier kommer almindeligvis i 0.5 OZ, 1 OZ og 2 OZ varianter (hvor 1OZ er cirka 35um eller 1.4mil). Efterbehandling øges det ydre kobberfolielag typisk i tykkelse med næsten 1 OZ, mens den endelige tykkelse af den indre kobberfolie forbliver tæt på den oprindelige værdi, men kan reduceres lidt på grund af ætsning.

Det yderste lag af et flerlags-PCB består af loddemaske, i daglig tale kendt som "Grøn olie", selvom den også kan være gul eller have andre farver. Loddemaskens tykkelse er ikke let at bestemme præcist, da den er tykkere i områder uden kobber sammenlignet med dem med kobber, men kobberets fremspring er stadig mærkbart ved taktil inspektion af printpladens overflade.

PCB-parametre og materialer

Forskelle i PCB-parametre findes blandt forskellige producenter, hvilket nødvendiggør kommunikation med PCB-fabriksingeniører for at få deres specifikke data, primært med fokus på dielektricitetskonstanten og loddemaskens tykkelse, som kan variere fra en producent til en anden.

Yderste lag kobberfolie Tilgængelige ydre lag kobberfolietykkelser inkluderer 12um, 18um og 35um. Efter forarbejdning resulterer disse generelt i endelige tykkelser på ca. 44um, 50um og 67um, omtrent svarende til henholdsvis 1 OZ, 1.5 OZ og 2 OZ kobbervægte. Bemærk, at når der bruges impedansberegningssoftware til kontrol, er der ikke mulighed for 0.5 OZ kobbertykkelse for yderlag.

Kernemateriale Almindelig anvendt kernemateriale er S1141A, som er standard FR-4 materiale, dobbeltsidet kobberbeklædt, med valgbare specifikationer, der kan bekræftes direkte med producenten.

prepreg Prepregs kommer i forskellige originale tykkelsesspecifikationer, såsom 7628 (0.185 mm/7.4 mil), 2116 (0.105 mm/4.2 mil), 1080 (0.075 mm/3 mil) og 3313 (0.095 mm/4 mil). Ved faktisk kompression falder tykkelsen sædvanligvis med omkring 10-15um (0.5-1mil), derfor må den minimale dielektriske lagtykkelse i et stackup-design ikke være mindre end 3mil. Et enkelt imprægneringslag kan bruge op til tre Prepregs, hvor ingen af ​​de tre kan have identiske tykkelser; mindst én Prepreg kan bruges, selvom nogle producenter kræver mindst to. Hvis Prepregs tykkelse er utilstrækkelig, kan kobberfolien på begge sider af kernen ætses væk og derefter fastgøres igen med Prepregs, hvorved der opnås et tykkere imprægneringslag. Den dielektriske konstant for Prepregs varierer med deres tykkelse, og følgende tabel viser forskellige modellers tykkelser og deres tilsvarende dielektriske konstanter:

Den dielektriske konstant af en laminatplade afhænger af det anvendte harpiksmateriale; FR4-kort udviser typisk et dielektrisk konstantområde på 4.2 til 4.7, som falder med stigende frekvens.

Loddemaske lag Tykkelsen af ​​loddemaskelaget over kobberfolien, betegnet som C2, er ca. 8-10um. Tykkelsen af ​​loddemasken i områder uden kobber, C1, varierer baseret på overfladens kobbertykkelse, idet den er omkring 13-15um for 45um tykt kobber og omkring 17-18um for 70um tykt kobber. Ved beregning med SI9000 er en loddemasketykkelsesværdi på 0.5OZ tilstrækkelig.

Dirigent Tværsnit På grund af ætsning er ledernes tværsnit ikke rektangulært, men snarere trapezformet. For eksempel, i TOP-laget, når kobberfolietykkelsen er 1OZ, er den øvre base af trapezoidet ca. 1MIL kortere end den nedre base. Således, hvis den designede linjebredde er W=5MIL, vil den øvre bredde være ca. 4MIL og den nedre bredde 5MIL. Forskellen mellem de øvre og nedre baser er relateret til kobbertykkelsen, som vist i tabellen nedenfor under forskellige forhold:

Impedansberegninger Typiske impedansberegninger anvender følgende modeller:

• Microstrip Line Model
• Stripline model

I microstrip-modellen findes andre konfigurationer, inklusive en ubrugt model uden belægning. De dielektriske konstanter Er1 og Er2 i den illustrerede model afhænger af den specifikke prepreg-model, der anvendes; Nøglemodeller er anført tidligere, og detaljerede parametre bør indhentes direkte fra PCB-producenten.

Når projektet går fra research til en RFQ, gennemgå Valg af PCB-laminat og fin-pitch BGA-samling så kravene til materiale, proces og inspektion forbliver på linje.

Samlet set er det afgørende at forstå den indviklede struktur og materialer i et printkort (PCB) for at designe og fremstille elektroniske enheder af høj kvalitet. Prepreg- og kernematerialer spiller en vigtig rolle i at binde lag og give isolering, mens kobberfolier og loddemasker bidrager til printkortets ledningsevne og beskyttelse.

Forskelle i PCB-parametre og materialer blandt producenter fremhæver vigtigheden af ​​kommunikation og indhentning af specifikke data for hvert projekt. Stack-up diagrammer tjener som uvurderlige værktøjer, der giver en blueprint af PCB'ens konstruktion og elektriske egenskaber.

Ved at forstå nøgleelementerne i stack-up diagrammer kan designere sikre integriteten og pålideligheden af ​​deres PCB designs, hvilket i sidste ende fører til bedre ydeevne og mere robuste elektroniske enheder.