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 monikerroksisissa Piirilevyjen valmistusSe toimii liimana sisäisten johtavien kuvioiden liittämiseksi ja tarjoaa välikerroksen eristyksen. Laminoinnin aikana Prepregin epoksihartsi sulaa, virtaa ja jähmettyy, jolloin piirikerrokset yhdistyvät tehokkaasti ja niiden väliin muodostuu luotettava eristävä este.

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 juotosmaski, joka tunnetaan puhekielessä nimellä "vihreä öljy", vaikka se voi olla myös keltaista tai muun väristä. 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.

Ulompi kerros kuparifoliota Saatavilla olevat ulkokerroksen kuparikalvopaksuudet ovat 12um, 18um ja 35um. Käsittelyn jälkeen nämä johtavat yleensä noin 44 um, 50 um ja 67 um lopulliseen paksuuteen, mikä vastaa karkeasti 1 OZ:n, 1.5 OZ:n ja 2 OZ:n kuparipainoja. Huomaa, että käytettäessä ohjaukseen impedanssin laskentaohjelmistoa, ulkokerroksille ei ole vaihtoehtoa 0.5 OZ:n kuparipaksuudelle.

Ydinmateriaali Yleisesti käytetty ydinmateriaali on S1141A, joka on FR-4-standardimateriaalia, kaksipuolinen kuparipäällysteinen, valittavissa olevilla spesifikaatioilla, jotka voidaan vahvistaa suoraan valmistajalta.

prepreg Prepregeillä on useita alkuperäisiä paksuusmäärityksiä, 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). Varsinaisessa puristuksessa paksuus yleensä pienenee noin 10-15um (0.5-1mil), joten dielektrisen kerroksen vähimmäispaksuus pinoamismallissa ei saa olla pienempi kuin 3mil. Yhdellä kyllästyskerroksella voidaan käyttää enintään kolmea Prepregiä, jolloin yhdelläkään kolmesta ei voi olla identtistä paksuutta; vähintään yhtä Prepregiä voidaan käyttää, vaikka jotkut valmistajat vaativat vähintään kahta. Jos Prepregin paksuus ei ole riittävä, kuparifolio ytimen molemmilta puolilta voidaan etsata pois ja sitten kiinnittää uudelleen Prepregillä, jolloin saadaan paksumpi kyllästyskerros. Prepregien dielektrisyysvakio vaihtelee niiden paksuuden mukaan, ja seuraavassa taulukossa on lueteltu eri mallien paksuudet ja niitä vastaavat dielektrisyysvakiot:

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

Juotosmaskikerros Kuparikalvon yläpuolella olevan juotosmaskikerroksen paksuus, joka on merkitty C2:ksi, on noin 8-10 um. Juotosmaskin paksuus alueilla, joissa ei ole kuparia, C1, vaihtelee pinnan kuparin paksuuden mukaan, ja se on noin 13-15um 45um paksulla kuparilla ja noin 17-18um 70um paksulla kuparilla. SI9000:lla laskettaessa juotosmaskin paksuusarvo 0.5OZ riittää.

Johtimen poikkileikkaus Syövytyksen ansiosta johtimien poikkileikkaus ei ole suorakaiteen muotoinen, vaan pikemminkin puolisuunnikkaan muotoinen. Esimerkiksi TOP-kerroksessa, kun kuparikalvon paksuus on 1OZ, puolisuunnikkaan yläpohja on noin 1 MIL lyhyempi kuin alempi pohja. Siten, jos suunniteltu viivan leveys on W = 5 MIL, ylempi leveys olisi noin 4 MIL ja alempi leveys 5 MIL. Ylemmän ja alemman alustan välinen ero liittyy kuparin paksuuteen, kuten alla olevasta taulukosta näkyy eri olosuhteissa:

Impedanssilaskelmat Tyypilliset impedanssilaskelmat käyttävät 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 Piirilevylaminaatin valinta ja hienojakoinen BGA-kokoonpano joten 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.