Diepgaand overzicht van PCB-laminaatconstructie

PCB's vormen de ruggengraat van moderne elektronica en bieden een platform waarop verschillende componenten naadloos op elkaar kunnen worden aangesloten en kunnen functioneren. De kern van elke printplaat bestaat uit een complexe structuur van onderling verbonden lagen, die elk een specifiek doel dienen om de functionaliteit en betrouwbaarheid van het bord te garanderen. Tot de belangrijkste elementen van een PCB-laminaatconstructie spelen stapeldiagrammen een cruciale rol bij het definiëren van de constructie van het bord. en elektrische eigenschappen. Het begrijpen van deze PCB-laminaatconstructie is essentieel voor PCB-ontwerpers en -fabrikanten om efficiënte en hoogwaardige printplaten te maken.

De essentie van een printplaat (PCB) ligt in de ingewikkelde structuur die bestaat uit verschillende lagen die met elkaar zijn verbonden door Prepregs en kernmaterialen.

Prepreg, vaak aangeduid als B-fase harsgeïmpregneerde platen, is een gedeeltelijk uitgehard materiaal dat bestaat uit hars die in dunne films is gedrenkt. Het vervult een dubbele functie bij de productie van meerlaagse printplaten : het fungeert als lijm voor het verbinden van de interne geleidende patronen en zorgt voor isolatie tussen de lagen. Tijdens het lamineren smelt, vloeit en stolt de epoxyhars in de prepreg, waardoor de circuitlagen effectief samensmelten en een betrouwbare isolerende barrière ertussen wordt gevormd.

Het kernmateriaal vormt daarentegen het fundamentele element van een printplaat: een stijve plaat met een specifieke dikte en koperfolie aan beide zijden. Een typische meerlaagse printplaat wordt vervaardigd door het lamineren van afwisselende lagen kernmateriaal en prepreg. De prepreg-lagen, die we "bevochtigingslagen" of impregneringslagen noemen, kunnen meerdere kernlagen met elkaar verbinden. Ondanks hun initiële dikte krimpen ze enigszins tijdens het persproces. Voor een constructie met lage verliezen moet HVLP-koper door de printplaat heen worden gespecificeerd, samen met de diëlektrische lagen, omdat de ruwheid van de geleider ook van invloed is op het kanaalmodel.

Typisch zijn de buitenste twee diëlektrische lagen van een meerlaagse PCB impregnatielagen, bedekt door afzonderlijke koperfolielagen die dienen als externe geleidende vlakken. De specificaties voor de ruwe dikte voor buitenste en binnenste koperfolie zijn gewoonlijk in de varianten 0.5 OZ, 1 OZ en 2 OZ (waarbij 1 OZ ongeveer 35um of 1.4 mil is). Na de bewerking neemt de buitenste koperfolielaag doorgaans in dikte toe met bijna 1 OZ, terwijl de uiteindelijke dikte van de binnenste koperfolie dicht bij de oorspronkelijke waarde blijft, maar enigszins kan afnemen als gevolg van etsen.

De buitenste laag van een meerlaagse printplaat bestaat uit het soldeermasker , in de volksmond ook wel "groene olie" genoemd, hoewel het ook geel of andere kleuren kan hebben. De dikte van het soldeermasker is niet gemakkelijk precies te bepalen; het is dikker in gebieden zonder koper dan in gebieden met koper. Toch is de koperlaag nog steeds voelbaar bij inspectie van het printplaatoppervlak.

PCB-parameters en materialen

Er bestaan ​​verschillen in PCB-parameters tussen verschillende fabrikanten, waardoor communicatie met PCB-fabrieksingenieurs noodzakelijk is om hun specifieke gegevens te verkrijgen, waarbij de nadruk vooral ligt op de diëlektrische constante en de dikte van het soldeermasker, die van fabrikant tot fabrikant kunnen variëren.

Buitenlaag koperfolie. Beschikbare diktes voor de buitenlaag koperfolie zijn 12 µm, 18 µm en 35 µm. Na verwerking resulteert dit doorgaans in een uiteindelijke dikte van ongeveer 44 µm, 50 µm en 67 µm, wat ruwweg overeenkomt met respectievelijk 1 oz, 1.5 oz en 2 oz koper. Houd er rekening mee dat bij gebruik van impedantieberekeningssoftware voor controle geen optie beschikbaar is voor een koperdikte van 0.5 oz voor de buitenlaag.

Kernmateriaal Het meest gebruikte kernmateriaal is S1141A, een standaard FR-4-materiaal met een dubbelzijdige koperen bekleding, waarbij de specificaties naar keuze rechtstreeks bij de fabrikant kunnen worden opgevraagd.

Prepregs zijn verkrijgbaar in verschillende oorspronkelijke diktespecificaties, zoals 7628 (0.185 mm/7.4 mil), 2116 (0.105 mm/4.2 mil), 1080 (0.075 mm/3 mil) en 3313 (0.095 mm/4 mil). Bij daadwerkelijke compressie neemt de dikte doorgaans met ongeveer 10-15 µm (0.5-1 mil) af. Daarom mag de minimale dikte van de diëlektrische laag in een stackup-ontwerp niet minder dan 3 mil zijn. Een enkele impregneerlaag kan maximaal drie prepregs bevatten, waarbij geen van de drie dezelfde dikte mag hebben; er moet minimaal één prepreg worden gebruikt, hoewel sommige fabrikanten er minimaal twee vereisen. Als de dikte van de prepreg onvoldoende is, kan de koperfolie aan beide zijden van de kern worden weggeëtst en vervolgens opnieuw worden bevestigd met prepregs, waardoor een dikkere impregneerlaag wordt verkregen. De diëlektrische constante van prepregs varieert met hun dikte. De volgende tabel toont de diktes van verschillende modellen en de bijbehorende diëlektrische constanten:

De diëlektrische constante van een laminaatplaat hangt af van het gebruikte harsmateriaal; FR4-platen vertonen doorgaans een diëlektrische constante bereik van 4.2 tot 4.7, dat afneemt met toenemende frequentie.

Soldeermaskerlaag De dikte van de soldeermaskerlaag boven de koperfolie, aangeduid als C2, is ongeveer 8-10 µm. De dikte van het soldeermasker in gebieden zonder koper, C1, varieert afhankelijk van de dikte van het koper aan het oppervlak en bedraagt ​​ongeveer 13-15 µm voor 45 µm dik koper en ongeveer 17-18 µm voor 70 µm dik koper. Bij berekeningen met SI9000 volstaat een soldeermaskerdikte van 0.5 OZ.

Doorsnede van de geleider. Door het etsen is de doorsnede van de geleiders niet rechthoekig, maar trapeziumvormig. Bijvoorbeeld, in de bovenste laag, wanneer de koperfoliedikte 1 oz is, is de bovenste basis van de trapezium ongeveer 1 mil korter dan de onderste basis. Dus, als de ontworpen lijnbreedte W=5 mil is, zou de bovenste breedte ongeveer 4 mil zijn en de onderste breedte 5 mil. Het verschil tussen de bovenste en onderste basis is gerelateerd aan de koperdikte, zoals weergegeven in de onderstaande tabel onder verschillende omstandigheden:

Impedantieberekeningen maken doorgaans gebruik van de volgende modellen:

• Microstrip-lijnmodel
• Stripline-model

In het microstripmodel bestaan ​​andere configuraties, waaronder een ongebruikt model zonder coating. De diëlektrische constanten Er1 en Er2 in het geïllustreerde model zijn afhankelijk van het specifieke gebruikte prepreg-model; De belangrijkste modellen zijn eerder vermeld en gedetailleerde parameters moeten rechtstreeks bij de PCB-fabrikant worden verkregen.

Wanneer het project van onderzoek naar een offerteaanvraag overgaat, is het belangrijk om de keuze van het PCB-laminaat en de BGA-assemblage met fijne pitch te herzien , zodat de materiaal-, proces- en inspectie-eisen op elkaar afgestemd blijven.

Kortom, inzicht in de complexe structuur en materialen van een printplaat (PCB) is cruciaal voor het ontwerpen en produceren van hoogwaardige elektronische apparaten. Prepreg- en kernmaterialen spelen een essentiële rol bij het verbinden van lagen en het bieden van isolatie, terwijl koperfolies en soldeermaskers bijdragen aan de geleidbaarheid en bescherming van de printplaat.

Verschillen in PCB-parameters en materialen tussen fabrikanten benadrukken het belang van communicatie en het verkrijgen van specifieke gegevens voor elk project. Stapeldiagrammen dienen als hulpmiddelen van onschatbare waarde en bieden een blauwdruk van de constructie en elektrische eigenschappen van de PCB.

Door de belangrijkste elementen van stapeldiagrammen te begrijpen, kunnen ontwerpers de integriteit en betrouwbaarheid van hun PCB-ontwerpen garanderen, wat uiteindelijk leidt tot beter presterende en robuustere elektronische apparaten.