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 fremstilling af flerlags printkort : det 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 smelter sammen kredsløbslagene, samtidig med at det danner en pålidelig isolerende barriere mellem dem.

Kernemateriale udgør derimod det grundlæggende element i et printkort – et stift kort med en specifik tykkelse og kobberfolie lamineret på begge sider. Et typisk flerlags-printkort fremstilles ved laminering af skiftevis 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 presseprocessen. For en konstruktion med lavt tab bør HVLP-kobberfremstilling af gennemgående kort specificeres sammen med de dielektriske lag, fordi lederruhed også påvirker kanalmodellen.

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 loddemasken , 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 PCB-overfladen.

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.

Ydre lag kobberfolie Tilgængelige tykkelser til det ydre lag kobberfolie omfatter 12 µm, 18 µm og 35 µm. Efter forarbejdning resulterer disse generelt i en endelig tykkelse på ca. 44 µm, 50 µm og 67 µm, hvilket omtrent svarer til henholdsvis 1 oz, 1.5 oz og 2 oz kobbervægte. Bemærk, at når der bruges impedansberegningssoftware til kontrol, er der ingen mulighed for 0.5 oz kobbertykkelse til de ydre lag.

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

Prepreg Prepregs findes 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 normalt med omkring 10-15 µm (0.5-1 mil), derfor må den minimale dielektriske lagtykkelse i et stackup-design ikke være mindre end 3 mil. 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, hvilket opnår 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.

Loddemaskelag Tykkelsen af ​​loddemaskelaget over kobberfolien, betegnet som C2, er cirka 8-10 µm. Loddemaskens tykkelse i områder uden kobber, C1, varierer afhængigt af kobberoverfladen og er omkring 13-15 µm for 45 µm tykt kobber og omkring 17-18 µm for 70 µm tykt kobber. Ved beregning med SI9000 er en loddemasketykkelse på 0.5 OZ tilstrækkelig.

Lederens tværsnit På grund af ætsning er ledernes tværsnit ikke rektangulært, men snarere trapezformet. For eksempel, i det øverste lag, når kobberfoliens tykkelse er 1 OZ, er trapezens øvre base ca. 1 MIL kortere end den nedre base. Hvis den designede linjebredde er W = 5 MIL, vil den øvre bredde derfor være ca. 4 MIL og den nedre bredde 5 MIL. Forskellen mellem den øvre og nedre base 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 OFFQ, skal valg af PCB-laminat og fine-pitch BGA-samling gennemgås , så materiale-, proces- og inspektionskravene forbliver afstemt.

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.