Fabricage van printplaten met holtes voor nauwkeurige printplaatontwerpen

Een cavity PCB is een speciaal ontworpen printplaat met een verzonken of lokaal bewerkt gedeelte – geen standaard printplaat met een extra gat. Highleap Electronics levert cavity PCB's voor ontwerpen die componentruimte, een kleinere lokale dikte, getrapte uitsparingen of een gedefinieerde cavity-geometrie vereisen. Als uw huidige leverancier de vereiste cavity-diepte, stackup of mechanische details niet kan leveren, stuur ons dan het fabricagepakket voor een beoordeling.

Voor een bruikbare offerte voor een op maat gemaakte printplaat met holte , hebben we meer nodig dan alleen de Gerber-specificaties. Afmetingen van de holte, diepte-indicatie, resterend materiaal, wandgeometrie, nabijgelegen koper, laminaatconstructie en eventuele RF- of mechanische functies zijn allemaal van invloed op het productieproces. We beoordelen deze vereisten voordat we een offerte uitbrengen, zodat de prijs en levertijd gebaseerd zijn op de printplaat die u daadwerkelijk nodig heeft.

Wat is de productie van printplaten met holtes?

Begin met een normale meerlaagse opbouw en verwijder materiaal uit de kern, door een uitsparing aan één kant te frezen of door met een bovenfrees een kanaal door de plaat te snijden. Lamineer vervolgens de buitenste lagen terug op het resterende materiaal. Het resultaat is een plaat die plaatselijk dunner is dan de rest van het paneel, of hol is langs een bepaalde route.

Wat wordt verwijderd is net zo belangrijk als wat overblijft. Als de uitsparing alleen in de kern wordt gefreesd en de prepreg-lagen erbovenop blijven zitten, gaat het freesgereedschap door de kern heen en stopt, waardoor een doorlopend buitenoppervlak voor componenten en connectoren behouden blijft. Als de uitsparing vanaf de buitenkant van een afgewerkt paneel wordt gefreesd, moet het gereedschap door een koper- en prepreg-laag heen. Daarom moet op de tekening meestal worden aangegeven of de uitsparing open of gesloten is en welke lagen erin eindigen.

Hieruit volgen direct twee gevolgen. Ten eerste moet elke laag die binnen de holte eindigt, om de uitsparing heen worden gefreesd. Het ontwerp moet dus de omtrek van de holte als uitsluitingszone bevatten. Ten tweede laat een gefreesde uitsparing koperen randen achter bij de wand van de uitsparing. Als die wand zich in een grondvlak bevindt, is het koper daar niet langer doorlopend en moet het ontwerp hiermee rekening houden in plaats van uit te gaan van een massief referentievlak.

Soorten printplaten met resonantieholtes en hun productievereisten

De term "spouwmuurplaat" omvat verschillende constructies. Deze zijn niet onderling verwisselbaar en het specificeren van de verkeerde is de meest voorkomende reden waarom een ​​offerte voor spouwmuurwerk veel hoger uitvalt dan verwacht.

Een blinde uitsparing en een doorlopende holte gedragen zich heel verschillend in het ontwerp. De doorlopende holte verdeelt de printplaat in delen die mechanisch weer aan elkaar moeten worden bevestigd, meestal door materiaalbruggen te laten of door doorlopende lagen opnieuw te lamineren. Dat is de structurele beslissing die bepaalt of het onderdeel haalbaar is.

Ontwerpeisen voor printplaten met holtes met betrekking tot sterkte en diepte van de printplaat

Het laminaat in een printplaat is een vezelversterkt composiet, en de stijfheid ervan komt van het glasvezelweefsel dat door de kern loopt. Door het frezen wordt die versterking in de richting van de snede verwijderd. Een printplaat met een breed, ononderbroken kanaal kan doorbuigen onder de belasting van een vastgeschroefde koelplaat of de kracht die nodig is om een ​​connector in te steken. In een vochtige omgeving verzwakt de smallere doorsnede bovendien de hechting tussen de buitenlagen en de resterende kern.

Bij deze constructie zijn drie werkwijzen gebruikelijk, en alle drie horen in de tekening thuis en niet in de beoordeling van de fabrikant:

• Materiële bruggen: stroken kernmateriaal blijven dwars over de holte zitten, zodat de zaagsnede niet over de volledige breedte loopt. Dit is de standaardmethode om te voorkomen dat een holle plaat in tweeën splijt.
• Doorlopende skinsDe buitenste prepreg-lagen zijn niet onderbroken, waardoor de printplaat een buigbaar oppervlak behoudt, zelfs waar de kern is verwijderd. Waar een holte aan beide zijden open is, moet er achteraf een buitenlaag worden aangebracht, waardoor de dikte op dat punt verandert.
• HoekstralenEen scherpe binnenhoek in een gefreesde uitsparing is een spanningsconcentratie en een plek waar delaminatie kan ontstaan. Radiuswaarden worden in de tekening meestal weergegeven als een minimale radius in plaats van een exacte afmeting.

De stijfheid kan vóór de assemblage worden gecontroleerd. Als uw printplaat een holte heeft en ook een zwaar component bevat, beschrijf dan de montagemethode en het aanhaalmoment van de bevestigingsmiddelen in de offerteaanvraag. De lokale druk rond het schroefgat is namelijk vaak de beperkende factor, in plaats van de algehele stijfheid van de printplaat. Een mechanische tekening van de assemblage, in plaats van alleen het PCB-ontwerp, geeft de fabrikant de benodigde informatie. Dezelfde redenering geldt voor de vragen over bevestigingsmiddelen en aanhaalmomenten die worden behandeld op onze pagina over mechanische ontwerpoverwegingen voor printplaten.

RF-holte PCB-ontwerp voor massavlakken en hoogfrequente circuits

RF is waar de waarde van de holteconstructie het grootst is, maar ook waar de meest subtiele fouten ontstaan. Bij een gefreesde holte wordt koper verwijderd uit de binnenste lagen in het pocketgebied, waardoor het referentievlak onder dat gebied wordt onderbroken. Voor een holte die deel uitmaakt van een resonator, filter of oscillator, is die onderbreking cruciaal: de afmetingen van de holte bepalen de resonantiefrequentie en de metalen grens definieert de modus. Voor een holte die niet bedoeld is om te resoneren, heeft dezelfde onderbreking nog steeds een gedefinieerde grens nodig, anders zal de structuur onvoorspelbaar stralen en koppelen.

Het resultaat wordt bepaald door drie parameters, die alle drie vermeld moeten worden:

• Holte diepte, wat de diëlektrische hoogte van het resonantievolume is. Zowel de tolerantie voor de freesbewerking als de dikte van de buitenlaag hebben hier invloed op, dus de tolerantie voor de diepte moet kleiner zijn dan de tolerantie voor de dikte van de buitenlaag van de printplaat.
• Definitie van de metaalgrensOf de holte nu wordt begrensd door de resterende koperen wand, door een geplateerde sleuf of door een apart metalen onderdeel dat in de uitsparing is gemonteerd. Deze twee begrippen zijn niet equivalent in RF-termen.
• Diëlektrisch materiaal in de holteDe hars en vulstof in de kern hebben verschillende Dk- en Df-waarden dan de prepreg-omhulsels, waardoor een holte die beide materialen omvat de resonantiefrequentie kan verschuiven ten opzichte van een berekening gebaseerd op één enkel materiaal.

Daarom worden printplaten met resonantieholtes doorgaans gespecificeerd in combinatie met een RF-materiaalsysteem in plaats van het standaard FR-4-materiaal. Onze richtlijnen voor de productie van RF- en microgolfprintplaten leggen uit hoe de opbouw en materiaalkeuze de impedantie beïnvloeden, en de verschillende materiaalfamilies worden vergeleken op onze pagina over microgolfprintplaatmaterialen . Als het ontwerp een resonantieholte betreft in plaats van een algemene RF-printplaat, zijn het materiaal en de tolerantie van de resonantieholte de twee zaken die het beste met de fabrikant kunnen worden afgestemd voordat het ontwerp wordt vrijgegeven.

Productieproces en inspectie van printplaten met holtes

Een printplaat met een holte is geen standaard bouwproces met een extra stap. De routing moet worden gepositioneerd ten opzichte van de reeds aangebrachte lagen, en dat beperkt de hele volgorde.

De praktische implicatie hiervan is dat de holtediepte een gefreesde afmeting is tussen twee gelamineerde oppervlakken, en dat deze wordt gemeten na het galvaniseren en afwerken. Als een ontwerp een nauwere dieptetolerantie vereist dan wat frezen en galvaniseren mogelijk maakt, is de oplossing meestal om de holte in een mechanisch onderdeel te integreren in plaats van de fabrikant te vragen om een ​​nauwere snede. Vragen over snijtoleranties maken deel uit van de bestandsvoorbereiding die wordt behandeld in ons PCB-laminatieproces.

Printplaat met holte versus ingebed substraat: belangrijkste verschillen

Beide benaderingen plaatsen iets in de printplaat en worden vaak door elkaar gehaald in de specificatiefase. Ze verschillen in wat de printplaat bevat en in wat de fabrikant moet doen.

Als het de bedoeling is om een ​​RF-module of een klein circuit in de printplaat te plaatsen, is de ingebedde substraatmethode doorgaans de meest gecontroleerde optie. Deze methode wordt uitgebreider behandeld in onze handleiding voor het bouwen van printplaten met ingebed substraat . Als het de bedoeling is om een ​​RF-volume te creëren of een discreet component te verzinken, is de constructie met een holte de juiste methode.

Richtlijnen voor het ontwerp van printplaten met resonantieholtes voor DFM-beoordeling

Dit zijn de regels die het vaakst leiden tot een herziening in plaats van een aanpassing van het proces:

• Afstand van de pocketwand tot de koperen aansluiting. Wanneer de pocketwand een geplateerde via of een vlak beëindigt, moet het resterende ringvormige materiaal de tweede lamineercyclus doorstaan. Een via die te dicht bij de pocketrand ligt, zal aan de wand blootgesteld blijven en niet bedekt worden door de plating zoals een normale via dat wel is.
• Ondersteuning onder de vloer van de pocket. Als de uitsparing in de kern wordt gefreesd en de bodem van de holte over een groot gebied onondersteund blijft, zal deze tijdens de tweede perscyclus instorten of delamineren.
• Registratie tussen de routingstap en het kunstwerk. De positie van de uitsparing moet door de fabrikant zelf aan het ontwerp worden gekoppeld, en de tolerantie moet worden gespecificeerd ten opzichte van relevante kenmerken, zoals een via-array of een connectorvoetafdruk.
• Toegang tot gereedschap en paneelindeling. De freesmachine moet de uitsparing kunnen bereiken. Een uitsparing dicht bij de paneelrand, of een plaat die vóór of na de paneelmontage gefreesd moet worden, verandert de paneelindeling. PCB-panelen: Dit artikel beschrijft hoe paneelstrategieën de routingstappen beïnvloeden en waar armaturen geplaatst moeten worden.
• Vlakheid op de huid. Als componenten zich boven de uitsparing bevinden, moet het oppervlak vlak blijven binnen de eigen tolerantie van de component. Dit beperkt de maximale dikte van de buitenlaag en de mate waarin het paneel tussen de cycli kan bewegen.

De meeste hiervan zijn standaard DFM-overwegingen die worden toegepast op een ongebruikelijke geometrie. Onze DFM-review van PCB-ontwerpen behandelt de standaardregels, en het is de moeite waard om deze review volledig te doorlopen bij het bouwen van een printplaatholte, omdat de routingstap met meerdere normale regels tegelijk samenhangt.

Offertevereisten voor printplaten met holtes: diepte, afmetingen en toleranties

De meeste onverwachte kosten bij de productie van een holle plaat komen voort uit informatie die niet op de tekening stond. De volgende lijst geeft een overzicht van wat een fabrikant nodig heeft om de prijs van de constructie te kunnen bepalen zonder te hoeven gokken:

• Stapelopbouw met holtepositie. Laagnamen, materiaal, dikte van koper en prepreg, en een duidelijke vermelding uit welke laag de uitsparing is gefreesd en hoe diep deze gaat, gemeten vanaf een opgegeven referentieoppervlak.
• Een doorsnede door de holte. Deze ene afbeelding lost meer onduidelijkheden op dan een hele pagina met aantekeningen. Hij moet de vloer van de ruimte, de bekleding erboven en al het koper dat op de muur uitkomt, laten zien.
• Tolerantie op de diepte van de holteen of het een bilaterale of een totale indicatievereiste betreft.
• Wandafwerking. Of de pocketwand nu onbewerkt laminaat is, geplateerd of bedekt met een apart metalen onderdeel, dit heeft invloed op zowel het RF-gedrag als de corrosiebescherming.
• Brug- en ondersteuningsdetails, of expliciete toestemming om de fabrikant de voorstellen te laten doen op basis van zijn eigen gereedschap.
• Materiaalsysteem, vooral als de holte deel uitmaakt van een RF-structuur, waarbij zowel de Dk als de Df van de kern en de prepreg in de berekening worden meegenomen.
• Mechanische belasting. Als een onderdeel van de constructie de ruimte in de uitsparing belast, vermeld dan het aanhaalmoment van de bevestigingsmiddelen en de belasting.
• Acceptatiecriteria. Waartegen de holte moet worden gemeten, en of de controle plaatsvindt door middel van doorsneden, coördinatenmeting of een RF-test op de afgewerkte printplaat.

De conventies voor het documenteren van de opbouw van een printplaat en hoe deze moet worden opgesteld, worden behandeld in ons artikel over het ontwerp van de printplaatopbouw , en het aspect van de laminaten in ons overzicht van de laminaatconstructie.

Fabrikant van printplaten met holtes voor prototypes en productie

Highleap kan projecten voor de fabricage van op maat gemaakte printplaten met holtes ondersteunen, waarbij de geometrie van de holte en de materiaalsamenstelling kunnen worden afgestemd op een overeengekomen productieproces. We beoordelen prototypes van printplaten met holtes en productieaanvragen, waarbij de vereiste inspectieomvang vóór vrijgave wordt vastgesteld. Het doel is om de kritische afmetingen en procesveronderstellingen vroegtijdig te identificeren – en niet om een ​​generieke bewerking voor de uitsparingen aan te bieden die mogelijk niet voldoet aan de eisen van de uiteindelijke printplaat.

Bij het aanvragen van een offerte voor de productie van printplaten met holtes , dient u de uiteindelijke dikte van de printplaat, de lengte en breedte van de holte, de dieptetolerantie, de hoekradius, de locatie van de holte, de vereisten voor de blootgestelde lagen en de hoeveelheid te vermelden. Voor RF-printplaten met holtes dient u de uitsluitingszones voor het aardvlak, de metalen begrenzing en eventuele gecontroleerde diepte- of elektrische vereisten aan te geven. Voor holtes met componentvrijheid dient u de componentcontouren en de tekening van de mechanische assemblage bij te voegen.

Highleap kan ook de algehele printplaatconstructie beoordelen via onze PCB-fabricagediensten . Projecten die holtestructuren combineren met veeleisende RF-stackups vereisen mogelijk ook een beoordeling van onze hoogfrequente PCB-productieopties. Dien uw bestanden in via het PCB-offerteaanvraagformulier en geef aan welke holtestructuren essentieel zijn voor de werking.

• Offertepakket: Gerber- of ODB++-bestanden, boorbestanden, opbouw, gedimensioneerde holtetekening, dieptetolerantie, hoeveelheid en vereiste inspectiegegevens.

Veelgestelde vragen over de productie van printplaten met holtes

Kan een hollewandplaat op dezelfde manier worden gemonteerd als een normale plaat?

Ja, als de afdeklaag over de holte naadloos en vlak genoeg is voor het assemblageproces. Als de holte aan de bovenzijde open is, heeft het gebied mechanische ondersteuning nodig van de behuizing of een aparte afdekking, en dit moet in de assemblagetekening vermeld staan. Standaard SMT is geen probleem op de afdeklaag; een holte die het koperen bovenoppervlak onderbreekt, beperkt de plaatsen waar componenten geplaatst kunnen worden.

Heeft het frezen van de holte invloed op de elektrische prestaties van de andere lagen?

Dat kan. Koper dat bij de pocketwand is doorgesneden, vormt geen continu stroompad meer, en elke laag die boven of onder de pocket loopt, ondervindt een veranderde diëlektrische omgeving. De elektrische impact hangt af van de geometrie van de getroffen laag, het retourstroompad, de signaalfrequentie en de begrenzing van de holte. Bij RF- en hogesnelheidsontwerpen moet de holte in het elektrische model worden meegenomen in plaats van aan te nemen dat het een puur mechanisch onderdeel is.

Wat is de gebruikelijke impact op de doorlooptijd?

Bij de productie van een printplaat met holtes is een extra freesbewerking, een tweede lamineercyclus en extra inspectie in elke fase nodig. Daarom is de productietijd hiervoor doorgaans langer dan voor een vergelijkbare printplaat zonder holtes. De extra tijd hangt meer af van het aantal lamineercycli en de paneelindeling dan van de grootte van de uitsparing. Als de planning vaststaat, vermeld dit dan in de offerteaanvraag, omdat het productieproces soms hierop kan worden afgestemd.

Kun je een printplaat met holle ruimtes bouwen met verborgen of blinde via's?

Ja. De beperking is dat de via's voldoende afstand moeten houden van de pocketwand om na de tweede lamineercyclus nog steeds geplateerd en bedekt te zijn, en dat elke via die bedoeld is om binnen de holte te eindigen, expliciet moet worden gedefinieerd en niet aan interpretatie mag worden overgelaten.

Hoe wordt de diepte van de holte gecontroleerd?

Door middel van het opmeten van de afgewerkte printplaat, doorgaans via coördinatenmeting van de bodem van de uitsparing ten opzichte van het referentieoppervlak, en steekproefsgewijs door middel van dwarsdoorsneden. Als de dieptetolerantie cruciaal is voor uw RF-prestaties, vraag dan in de offerte naar de meetmethode en het monsterplan in plaats van er zomaar vanuit te gaan.