Szczegółowy przegląd budowy laminatu PCB

Płytki PCB są kręgosłupem nowoczesnej elektroniki, zapewniając platformę dla różnych komponentów do bezproblemowego łączenia i działania. Podstawą każdej płytki PCB jest złożona struktura połączonych ze sobą warstw, z których każda służy określonemu celowi zapewnienia funkcjonalności i niezawodności płytki. Wśród kluczowych elementów konstrukcji laminatu PCB diagramy stosu odgrywają kluczową rolę w definiowaniu konstrukcji płytki i właściwości elektrycznych. Zrozumienie konstrukcji laminatu PCB jest niezbędne dla projektantów i producentów PCB do tworzenia wydajnych i wysokiej jakości płytek drukowanych.

Istota płytki drukowanej (PCB) tkwi w jej skomplikowanej strukturze, która składa się z kilku warstw połączonych ze sobą za pomocą prepregów i materiałów rdzeniowych.

Prepreg, często nazywany arkuszami impregnowanymi żywicą w fazie B, to częściowo utwardzony materiał składający się z żywicy nasączonej cienkimi warstwami. Służy on dwóm celom w produkcji wielowarstwowych płytek PCB : działa jako klej do łączenia wewnętrznych wzorów przewodzących oraz zapewnia izolację międzywarstwową. Podczas laminowania żywica epoksydowa Prepregu topi się, płynie i krzepnie, skutecznie łącząc warstwy obwodu, tworząc między nimi niezawodną barierę izolacyjną.

Materiał rdzenia z kolei stanowi podstawowy element PCB — sztywną płytkę o określonej grubości i folii miedzianej laminowanej po obu stronach. Typowa wielowarstwowa płytka PCB jest wytwarzana poprzez laminowanie naprzemiennych warstw rdzenia i prepregów. Warstwy prepregów, które tworzą to, co nazywamy warstwami „mokrymi” lub impregnacyjnymi, mogą łączyć ze sobą wiele warstw rdzenia i pomimo początkowej grubości, ulegają pewnemu skurczowi podczas procesu prasowania.

Zazwyczaj dwie najbardziej zewnętrzne warstwy dielektryczne wielowarstwowej płytki PCB są warstwami impregnacyjnymi, pokrytymi oddzielnymi warstwami folii miedzianej, które służą jako zewnętrzne płaszczyzny przewodzące. Specyfikacje grubości surowej dla zewnętrznej i wewnętrznej folii miedzianej zwykle występują w odmianach 0.5OZ, 1OZ i 2OZ (przy czym 1OZ to około 35um lub 1.4mil). Po obróbce końcowej grubość zewnętrznej warstwy folii miedzianej zwykle zwiększa się o prawie 1 OZ, podczas gdy ostateczna grubość wewnętrznej folii miedzianej pozostaje bliska pierwotnej wartości, ale może nieznacznie się zmniejszyć z powodu trawienia.

Zewnętrzna warstwa wielowarstwowej płytki PCB składa się z maski lutowniczej , potocznie zwanej „zielonym olejem”, choć może być również żółta lub w innych kolorach. Grubość maski lutowniczej nie jest łatwa do precyzyjnego określenia, ponieważ jest ona grubsza w obszarach bez miedzi niż w obszarach z miedzią, jednak wystająca warstwa miedzi jest nadal zauważalna podczas dotykania powierzchni płytki PCB.

Parametry i materiały PCB

Istnieją różnice w parametrach płytek PCB różnych producentów, co sprawia, że ​​konieczna jest komunikacja z inżynierami pracującymi w fabryce płytek PCB w celu uzyskania szczegółowych danych, skupiających się przede wszystkim na stałej dielektrycznej i grubości maski lutowniczej, które mogą się różnić w zależności od producenta.

Zewnętrzna warstwa folii miedzianej. Dostępne grubości zewnętrznej warstwy folii miedzianej to 12 µm, 18 µm i 35 µm. Po przetworzeniu, finalne grubości wynoszą zazwyczaj około 44 µm, 50 µm i 67 µm, co odpowiada odpowiednio wadze miedzi 1 OZ, 1.5 OZ i 2 OZ. Należy pamiętać, że w przypadku korzystania z oprogramowania do obliczania impedancji do sterowania, nie ma możliwości ustawienia grubości miedzi 0.5 OZ dla warstw zewnętrznych.

Materiał rdzenia Najczęściej stosowanym materiałem rdzenia jest S1141A, który jest standardowym materiałem FR-4, dwustronnie pokrytym miedzią, o możliwych do wyboru specyfikacjach, które można potwierdzić bezpośrednio z producentem.

Prepregi Prepregi występują w różnych oryginalnych specyfikacjach grubości, takich jak 7628 (0.185 mm/7.4 mil), 2116 (0.105 mm/4.2 mil), 1080 (0.075 mm/3 mil) i 3313 (0.095 mm/4 mil). Po rzeczywistym ściśnięciu grubość zazwyczaj zmniejsza się o około 10-15 µm (0.5-1 mil), dlatego minimalna grubość warstwy dielektrycznej w konstrukcji warstwowej nie może być mniejsza niż 3 mil. Pojedyncza warstwa impregnacyjna może zawierać do trzech prepregów, z tym że żaden z nich nie może mieć identycznej grubości; można użyć co najmniej jednego prepregu, chociaż niektórzy producenci wymagają co najmniej dwóch. Jeśli grubość prepregu jest niewystarczająca, folię miedzianą po obu stronach rdzenia można wytrawić, a następnie ponownie przymocować za pomocą prepregów, uzyskując grubszą warstwę impregnacyjną. Stała dielektryczna prepregów zmienia się w zależności od ich grubości. W poniższej tabeli wymieniono grubości różnych modeli i odpowiadające im stałe dielektryczne:

Stała dielektryczna płyty laminowanej zależy od użytego materiału żywicznego. Płyty FR4 zwykle charakteryzują się stałą dielektryczną w zakresie od 4.2 do 4.7, która maleje wraz ze wzrostem częstotliwości.

Warstwa maski lutowniczej. Grubość warstwy maski lutowniczej nad folią miedzianą, oznaczonej jako C2, wynosi około 8-10 µm. Grubość maski lutowniczej w obszarach bez miedzi, C1, zmienia się w zależności od grubości miedzi powierzchniowej i wynosi około 13-15 µm dla miedzi o grubości 45 µm oraz około 17-18 µm dla miedzi o grubości 70 µm. Przy obliczeniach z SI9000 wystarczająca jest grubość maski lutowniczej 0.5 uncji (0,5 uncji).

Przekrój przewodnika Ze względu na trawienie przekrój przewodników nie jest prostokątny, lecz trapezowy. Na przykład w warstwie TOP, gdy grubość folii miedzianej wynosi 1OZ, górna podstawa trapezu jest o około 1 MIL krótsza niż dolna podstawa. Tak więc, jeśli zaprojektowana szerokość linii wynosi W=5 MIL, górna szerokość wyniesie około 4 MIL, a dolna 5 MIL. Różnica między górną i dolną podstawą jest związana z grubością miedzi, jak pokazano w poniższej tabeli w różnych warunkach:

Obliczenia impedancji Typowe obliczenia impedancji wykorzystują następujące modele:

• Model linii mikropaskowej
• Model linii paskowej

W modelu mikropaskowym istnieją inne konfiguracje, w tym nieużywany model bez powłoki. Stałe dielektryczne Er1 i Er2 w ilustrowanym modelu zależą od konkretnego użytego modelu prepregu; kluczowe modele są wymienione wcześniej, a szczegółowe parametry należy uzyskać bezpośrednio od producenta PCB.

Gdy projekt przechodzi z etapu badań do etapu zapytania ofertowego, należy dokonać przeglądu wyboru laminatu PCB i montażu układów BGA o drobnym rozstawie , aby wymagania dotyczące materiałów, procesów i kontroli były spójne.

Ogólnie rzecz biorąc, zrozumienie skomplikowanej struktury i materiałów płytki drukowanej (PCB) jest kluczowe dla projektowania i produkcji wysokiej jakości urządzeń elektronicznych. Materiały prepreg i rdzeń odgrywają istotną rolę w łączeniu warstw i zapewnianiu izolacji, podczas gdy folie miedziane i maski lutownicze przyczyniają się do przewodności i ochrony płytki PCB.

Różnice w parametrach i materiałach PCB między producentami podkreślają znaczenie komunikacji i uzyskiwania konkretnych danych dla każdego projektu. Diagramy stosu są nieocenionym narzędziem, dostarczającym plan budowy PCB i właściwości elektrycznych.

Dzięki zrozumieniu kluczowych elementów diagramów stosu warstw projektanci mogą zagwarantować integralność i niezawodność swoich projektów PCB, co ostatecznie prowadzi do wydajniejszych i bardziej wytrzymałych urządzeń elektronicznych.