Yksityiskohtainen katsaus piirilevylaminaattirakenteeseen

Piirilevyt ovat nykyaikaisen elektroniikan selkäranka, ja ne tarjoavat alustan eri komponenteille kytkeytyä ja toimia saumattomasti. Jokaisen piirilevyn ytimessä on monimutkainen toisiinsa yhdistettyjen kerrosten rakenne, joista jokainen palvelee tiettyä tarkoitusta levyn toimivuuden ja luotettavuuden varmistamisessa. Piirilevylaminaattirakenteen avainelementtien joukossa pinoamiskaavioilla on keskeinen rooli levyn rakenteen ja sähköisten ominaisuuksien määrittelyssä. Näiden piirilevylaminaattirakenteiden ymmärtäminen on välttämätöntä piirilevyjen suunnittelijoille ja valmistajille tehokkaiden ja laadukkaiden piirilevyjen luomiseksi.

Painetun piirilevyn (PCB) olemus piilee sen monimutkaisessa rakenteessa, joka sisältää useita kerroksia, jotka on yhdistetty toisiinsa Prepregs- ja Core-materiaaleilla.

Prepreg, jota usein kutsutaan B-vaiheen hartsikyllästetyiksi levyiksi, on osittain kovettunut materiaali, joka koostuu ohuiksi kalvoiksi liotetusta hartsista. Sillä on kaksi tarkoitusta monikerroksisten piirilevyjen valmistuksessa : se toimii liimana sisäisten johtavien kuvioiden liittämiseksi ja tarjoaa välikerroksen eristyksen. Laminoinnin aikana Prepregin epoksihartsi sulaa, virtaa ja jähmettyy, jolloin piirikerrokset yhdistyvät tehokkaasti ja muodostuu luotettava eristävä este niiden väliin.

Ydinmateriaali puolestaan ​​muodostaa piirilevyn peruselementin - jäykkä levy, jolla on tietty paksuus ja molemmille puolille laminoitu kuparikalvo. Tyypillinen monikerroksinen piirilevy valmistetaan laminoimalla vuorottelevia ydin- ja prepregikerroksia. Prepreg-kerrokset, jotka muodostavat niin sanottuja "kostutuskerroksia" tai kyllästyskerroksia, voivat liittää useita ydinkerroksia yhteen, ja alkupaksuudesta huolimatta ne kutistuvat jonkin verran puristusprosessin aikana.

Tyypillisesti monikerroksisen piirilevyn kaksi ulointa dielektristä kerrosta ovat kyllästyskerroksia, jotka on peitetty erillisillä kuparikalvokerroksilla, jotka toimivat ulkoisina johtavina tasoina. Ulko- ja sisäkuparikalvojen raakapaksuusvaatimukset ovat yleensä 0.5 OZ, 1 OZ ja 2 OZ (jossa 1 OZ on noin 35 um tai 1.4, 1 mil). Jälkikäsittelyn jälkeen ulomman kuparifolion paksuus kasvaa tyypillisesti lähes XNUMX OZ:lla, kun taas sisemmän kuparikalvon lopullinen paksuus pysyy lähellä alkuperäistä arvoa, mutta voi pienentyä hieman syövytyksen vuoksi.

Monikerroksisen piirilevyn uloin kerros koostuu juotosmaskista , joka tunnetaan puhekielessä nimellä "vihreä öljy", vaikka se voi olla myös keltainen tai muun värinen. Juotosmaskin paksuutta ei ole helppo määrittää tarkasti, sillä se on paksumpi kuparittomilla alueilla verrattuna kuparipitoisiin kohteisiin, mutta kuparin ulkonema on silti havaittavissa piirilevyn pintaa tunnustelemalla.

PCB-parametrit ja materiaalit

Piirilevyparametreissa on eroja eri valmistajien välillä, mikä edellyttää yhteydenpitoa piirilevytehtaan insinöörien kanssa heidän erityistietojensa saamiseksi, keskittyen ensisijaisesti dielektrisyysvakioon ja juotosmaskin paksuuteen, jotka voivat vaihdella eri valmistajien välillä.

Ulkokerroksen kuparifolio Saatavilla olevat ulkokerroksen kuparifolion paksuudet ovat 12 um, 18 um ja 35 um. Käsittelyn jälkeen nämä johtavat yleensä noin 44 um, 50 um ja 67 um:n lopullisiin paksuuksiin, jotka vastaavat karkeasti 1 oz, 1.5 oz ja 2 oz kuparipainoja. Huomaa, että impedanssin laskentaohjelmistoa käytettäessä ei ole mahdollista valita 0.5 oz:n kuparipaksuutta ulkokerroksille.

Ydinmateriaali Yleisesti käytetty ydinmateriaali on S1141A, joka on standardi FR-4-materiaali, kaksipuolisesti kuparipinnoitettu ja jonka valittavat ominaisuudet voidaan vahvistaa suoraan valmistajalta.

Prepreg -prepregejä on saatavilla useilla eri paksuuksilla, kuten 7628 (0.185 mm / 7.4 mil), 2116 (0.105 mm / 4.2 mil), 1080 (0.075 mm / 3 mil) ja 3313 (0.095 mm / 4 mil). Varsinaisen puristuksen jälkeen paksuus yleensä pienenee noin 10–15 µm (0.5–1 mil), joten pinottavan rakenteen dielektrisen kerroksen vähimmäispaksuuden on oltava vähintään 3 mil. Yhdessä kyllästyskerroksessa voidaan käyttää jopa kolmea prepregiä, eikä mikään kolmesta voi olla identtinen paksuus. Voidaan käyttää vähintään yhtä prepregiä, vaikka jotkut valmistajat vaativat vähintään kahta. Jos prepregin paksuus ei riitä, ytimen molemmilla puolilla oleva kuparifolio voidaan syövyttää pois ja kiinnittää sitten uudelleen prepregeillä, jolloin saadaan paksumpi kyllästyskerros. Prepregien dielektrinen vakio vaihtelee niiden paksuuden mukaan, ja seuraavassa taulukossa luetellaan eri mallien paksuudet ja niitä vastaavat dielektriset vakiot:

Laminaattilevyn dielektrisyysvakio riippuu käytetystä hartsimateriaalista; FR4-levyillä on tyypillisesti dielektrisyysvakioalue 4.2 - 4.7, mikä pienenee taajuuden kasvaessa.

Juotosmaskikerros Kuparifolion yläpuolella olevan juotosmaskikerroksen paksuus, C2, on noin 8–10 µm. Juotosmaskin paksuus alueilla, joissa ei ole kuparia, C1, vaihtelee pinnan kuparin paksuuden mukaan ja on noin 13–15 µm 45 µm:n paksuiselle kuparille ja noin 17–18 µm 70 µm:n paksuiselle kuparille. SI9000-standardilla laskettaessa juotosmaskin paksuudeksi riittää 0.5 OZ.

Johtimen poikkileikkaus Syövytysprosessista johtuen johtimien poikkileikkaus ei ole suorakaiteen muotoinen, vaan pikemminkin puolisuunnikkaan muotoinen. Esimerkiksi päällimmäisessä kerroksessa, kun kuparifolion paksuus on 1 OZ, puolisuunnikkaan ylempi pohja on noin 1 MIL lyhyempi kuin alempi pohja. Näin ollen, jos suunniteltu viivan leveys on W=5 MIL, ylempi leveys olisi noin 4 MIL ja alempi leveys 5 MIL. Ylemmän ja alemman pohjan välinen ero liittyy kuparin paksuuteen, kuten alla olevasta taulukosta käy ilmi eri olosuhteissa:

Impedanssilaskelmat Tyypillisissä impedanssilaskelmissa käytetään seuraavia malleja:

• Microstrip Line -malli
• Stripline malli

Mikroliuskamallissa on muita kokoonpanoja, mukaan lukien käyttämätön malli ilman pinnoitetta. Kuvatun mallin dielektrisyysvakiot Er1 ja Er2 riippuvat käytetystä tietystä prepreg-mallista; avainmallit on lueteltu aiemmin ja yksityiskohtaiset parametrit tulee saada suoraan piirilevyn valmistajalta.

Kun projekti siirtyy tutkimuksesta tarjouspyyntöön, tarkista piirilevylaminaattien valinta ja hienojakoinen BGA-kokoonpano, jotta materiaali-, prosessi- ja tarkastusvaatimukset pysyvät yhdenmukaisina.

Kaiken kaikkiaan piirilevyn (PCB) monimutkaisen rakenteen ja materiaalien ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää korkealaatuisten elektronisten laitteiden suunnittelussa ja valmistuksessa. Prepreg- ja ydinmateriaaleilla on tärkeä rooli kerrosten liittämisessä ja eristyksen tarjoamisessa, kun taas kuparifoliot ja juotosmaskit edistävät piirilevyn johtavuutta ja suojausta.

Erot piirilevyparametreissa ja -materiaaleissa valmistajien välillä korostavat viestinnän ja erityistietojen hankkimisen tärkeyttä jokaista projektia varten. Pinoamiskaaviot ovat korvaamattomia työkaluja, jotka tarjoavat kaavion piirilevyn rakenteesta ja sähköisistä ominaisuuksista.

Ymmärtämällä pinokaavioiden keskeiset elementit suunnittelijat voivat varmistaa piirilevysuunnitelmiensa eheyden ja luotettavuuden, mikä johtaa viime kädessä tehokkaampiin ja kestävämpiin elektronisiin laitteisiin.