Fabricarea PCB-urilor cu cavitate pentru designuri de plăci de precizie

Un PCB cu cavitate este o placă special construită, cu o regiune încastrată sau prelucrată local - nu un PCB standard cu o gaură suplimentară. Highleap Electronics oferă servicii de fabricație a PCB-urilor cu cavitate pentru proiecte care necesită spațiu liber pentru componente, grosime locală redusă, buzunare în trepte sau geometrie definită a cavității. Dacă furnizorul dvs. actual nu poate oferi suport pentru adâncimea cavității, suprapunerea sau detaliile mecanice necesare, trimiteți-ne pachetul de fabricație pentru o revizuire a producției.

Pentru o ofertă utilă pentru PCB cu cavitate personalizată , analiza noastră tehnică are nevoie de mai mult decât schița Gerber. Dimensiunile cavității, referința adâncimii, materialul rămas, geometria peretelui, cuprul din apropiere, construcția laminată și orice funcție RF sau mecanică afectează toate ruta procesului. Verificăm aceste cerințe înainte de cotație, astfel încât discuțiile despre preț și timp de livrare să se bazeze pe placa de care aveți nevoie efectiv.

Ce este fabricarea PCB-urilor cu cavitate?

Porniți de la o suprapunere normală multistrat și îndepărtați materialul din miez, fie prin frezarea unui buzunar pe o parte, fie prin tăierea unui canal prin placă cu o freză, apoi laminați la loc straturile rămase. Rezultatul este o placă care este local mai subțire decât restul panoului sau goală de-a lungul unui traseu definit.

Ceea ce se îndepărtează contează la fel de mult ca ceea ce rămâne. Dacă buzunarul este frezat doar în miez și straturile de prepreg rămân lipite deasupra, scula de frezare trece prin miez și se oprește, ceea ce păstrează o suprafață exterioară continuă pentru componente și conectori. Dacă cavitatea este prelucrată din exteriorul unui panou finit, scula trebuie să intre printr-un strat de cupru și prepreg, motiv pentru care desenul trebuie de obicei să precizeze dacă cavitatea este deschisă sau închisă și ce straturi se termină în interiorul acesteia.

Două consecințe decurg direct din aceasta. În primul rând, orice strat care se termină în interiorul cavității este un strat care trebuie frezat în jurul buzunarului, așa că ilustrația trebuie să includă conturul cavității ca punct de izolare. În al doilea rând, un buzunar frezat lasă margini de cupru la peretele buzunarului. Dacă acel perete se află în interiorul unei regiuni a planului de masă, cuprul nu mai este continuu acolo, iar designul trebuie să țină cont de acesta în loc să presupună un plan de referință solid.

Tipuri de PCB-uri cu cavitate și cerințele lor de fabricație

Termenul „placă pentru cavități” acoperă mai multe construcții distincte. Acestea nu sunt interschimbabile, iar specificarea greșită a uneia este cel mai frecvent motiv pentru care o ofertă pentru cavități este mult mai mare decât se aștepta.

Un buzunar oarb ​​și o cavitate străpunsă se comportă foarte diferit în opera de artă. Cavitatea străpunsă separă placa în regiuni care trebuie legate mecanic împreună, de obicei prin lăsarea unor punți de material sau prin re-laminarea peliculelor continue. Aceasta este decizia structurală care determină dacă piesa este fezabilă.

Cerințe de proiectare a PCB-urilor cu cavitate pentru rezistența și adâncimea plăcii

Laminatul dintr-un PCB este un compozit armat cu fibre, iar rigiditatea sa provine de la țesătura de sticlă care trece prin miez. Rutarea elimină această armătură în direcția tăieturii. O placă cu un canal larg, neîntrerupt, se poate flexa sub sarcinile unui radiator cu șuruburi sau ale unei forțe de inserție a conectorului, iar într-un mediu umed, secțiunea redusă slăbește, de asemenea, legătura dintre învelișuri și miezul rămas.

Trei practici sunt comune în această construcție, iar toate trei aparțin desenului, nu la discreția fabricatorului:

• Poduri materiale: fâșii de miez lăsate la locul lor de-a lungul cavității, astfel încât tăietura să nu se întindă pe toată lățimea. Acestea sunt metodele standard pentru a împiedica o placă pentru cavitate să se despartă în două bucăți.
• Pieli continueStraturile exterioare de prepreg nu sunt întrerupte, astfel încât placa își păstrează suprafața de îndoire chiar și acolo unde miezul este îndepărtat. În cazul în care o cavitate este deschisă pe ambele părți, trebuie adăugat ulterior un strat exterior, ceea ce modifică grosimea în acel punct.
• Raze de colțUn colț ascuțit intern într-un buzunar frezat reprezintă o concentrație de tensiune și un loc de inițiere a delaminării. Valorile razei sunt de obicei exprimate în desen ca o rază minimă, mai degrabă decât ca o dimensiune exactă.

Rigiditatea poate fi verificată înainte de construcție. Dacă placa dvs. are o cavitate și montează și o componentă grea, descrieți metoda de montare și cuplul de strângere a elementelor de fixare în cererea de ofertă, deoarece tensiunea locală a rulmentului din jurul orificiului șurubului este adesea cazul limitativ, mai degrabă decât rigiditatea generală a plăcii. Aici, un desen mecanic al ansamblului, mai degrabă decât doar grafica PCB, îi oferă fabricatorului ceea ce are nevoie. Același raționament se aplică întrebărilor despre elementele de fixare și cuplu abordate pe pagina noastră de considerații privind proiectarea mecanică a PCB-urilor.

Proiectare PCB cu cavitate RF pentru planuri de masă și circuite de înaltă frecvență

Construcția cavității își câștigă cea mai mare valoare în domeniul radiofrecvenței și, de asemenea, în ceea ce privește cele mai subtile defecțiuni. O cavitate frezată îndepărtează cuprul din straturile interioare din regiunea buzunarului, ceea ce înseamnă că planul de referință de sub acea zonă este întrerupt. Pentru o cavitate care face parte dintr-un rezonator, filtru sau oscilator, acea întrerupere este esențială: dimensiunile cavității stabilesc frecvența de rezonanță, iar limita metalului definește modul. Pentru o cavitate care nu este destinată să rezoneze, aceeași întrerupere are nevoie în continuare de o limită definită, altfel structura va radia și se va cupla imprevizibil.

Trei parametri guvernează rezultatul și toți trei trebuie specificați:

• Adâncimea cavităţii, care este înălțimea dielectrică a volumului rezonant. Toleranța de rutare și grosimea pielii influențează ambele acest aspect, așa că toleranța la adâncime trebuie să fie mai strictă decât toleranța la grosimea plăcii exterioare.
• Definiția limitei metalice: indiferent dacă cavitatea este definită de peretele de cupru rămas, de o fantă placată sau de o piesă metalică separată asamblată în buzunar. Acestea nu sunt echivalente din punct de vedere al frecvenței radio.
• Material dielectric în interiorul cavitățiiRășina și materialul de umplutură din miez au Dk și Df diferiți față de învelișurile prepreg, astfel încât o cavitate care se întinde pe ambele poate schimba frecvența de rezonanță în raport cu un calcul bazat pe un singur material.

Acesta este motivul pentru care plăcile cu cavitate sunt specificate în mod normal alături de un sistem de materiale RF, mai degrabă decât de FR-4 generic. Ghidul nostru pentru fabricarea PCB-urilor RF și cu microunde explică modul în care alegerile de materiale și de suprapunere interacționează cu impedanța, iar familiile de materiale în sine sunt comparate pe materialele noastre pentru PCB cu microunde . Dacă designul este un rezonator cu cavitate, mai degrabă decât o placă RF generală, materialul și toleranța cavității sunt cele două lucruri care merită convenite cu fabricantul înainte de lansarea graficii.

Procesul de fabricație și inspecția PCB-urilor cu cavitate

O placă cu cavitate nu este o construcție standard cu un pas suplimentar. Frezarea trebuie poziționată în raport cu straturile deja configurate, iar acest lucru constrânge întreaga secvență.

Implicația practică este că adâncimea cavității este o dimensiune frezată situată între două suprafețe laminate și se măsoară după placare și finisare. Dacă un design necesită o toleranță de adâncime mai strictă decât cea pe care o pot suporta frezarea și placarea, răspunsul este de obicei mutarea cavității într-o piesă mecanică, mai degrabă decât să se solicite fabricatorului o tăietură mai strictă. Întrebările privind toleranța de tăiere fac parte din pregătirea fișierului acoperită în procesul nostru de laminare PCB.

PCB cu cavitate vs. substrat încorporat: diferențe cheie

Ambele abordări introduc ceva în interiorul plăcii și sunt adesea confundate în etapa de specificare. Ele diferă prin conținutul plăcii și prin ceea ce trebuie să facă producătorul.

Dacă intenția este de a plasa un modul RF sau un circuit mic în interiorul plăcii, ruta substratului încorporat este de obicei cea mai controlată și este prezentată mai detaliat în secțiunea noastră de construcție PCB cu substrat încorporat . Dacă intenția este de a crea un volum RF sau de a încastra o piesă discretă, construcția cu cavitate este instrumentul potrivit.

Ghiduri de proiectare a PCB-urilor cu cavitate pentru revizuirea DFM

Acestea sunt regulile care impun cel mai adesea o redesenare, mai degrabă decât o modificare a procesului:

• Distanța peretelui buzunar față de cupru. Acolo unde peretele buzunarului se termină cu o cale de acces placată sau cu un plan, materialul inelar rămas trebuie să reziste celui de-al doilea ciclu de laminare. O cale de acces prea aproape de marginea buzunarului va fi expusă pe perete și nu va fi acoperită de placare așa cum este acoperită o cale de acces normală.
• Suport sub podeaua buzunarului. Dacă buzunarul este frezat în miez și baza cavității este lăsată nesusținută pe o suprafață largă, aceasta se va prăbuși sau se va delamina în timpul celui de-al doilea ciclu de presare.
• Înregistrare între etapa de frezare și grafică. Poziția buzunarului trebuie să fie legată de grafică prin procesul propriu al fabricatorului, iar toleranța trebuie declarată în raport cu caracteristicile importante, cum ar fi o matrice de via-uri sau amprenta unui conector.
• Acces la scule și panelizare. Freza trebuie să ajungă la buzunar. Un buzunar aproape de marginea panoului sau o placă care trebuie frezată înainte sau după panozare modifică aspectul panoului. Nostru Panelizarea PCB acoperă modul în care strategiile panourilor afectează etapele de rutare și unde trebuie amplasate corpurile de iluminat.
• Coplanaritate la nivelul pielii. Dacă componentele se află peste buzunar, suprafața trebuie să rămână plană în limita toleranței componentei, ceea ce limitează cât de subțire poate fi pielea și cât de mult se poate mișca panoul între cicluri.

Majoritatea acestora sunt considerații DFM obișnuite aplicate unei geometrii neobișnuite. Analiza noastră privind proiectarea PCB pentru fabricabilitate (DFM) acoperă setul standard de reguli, iar o construcție a cavității merită parcursă în întregime, deoarece etapa de rutare interacționează simultan cu mai multe dintre regulile normale.

Cerințe de ofertă pentru PCB-uri cu cavitate: adâncime, dimensiune și toleranțe

Majoritatea surprizelor legate de costurile unei plăci cu cavitate provin din informații care nu au fost niciodată prezente în desen. Următoarea listă acoperă ceea ce are nevoie un fabricator pentru a stabili prețul construcției fără a ghici:

• Stivuire cu poziția cavității. Numele straturilor, materialul, grosimea cuprului și a prepreg-ului, precum și o indicație clară a stratului din care este frezat buzunarul și adâncimea acestuia, măsurată de la o suprafață de referință specificată.
• O vedere în secțiune prin cavitate. Această singură imagine rezolvă mai multe ambiguități decât o pagină de notițe. Ar trebui să arate podeaua buzunarului, învelișurile de deasupra acestuia și orice cupru care se termină pe perete.
• Toleranță la adâncimea cavitățiiși dacă este o cerință de indicație bilaterală sau totală.
• Tratamentul pereților. Indiferent dacă peretele buzunarului este lăsat ca laminat gol, placat sau acoperit de o piesă metalică separată. Acest lucru modifică atât comportamentul RF, cât și protecția împotriva coroziunii.
• Detalii despre pod și suportsau permisiunea explicită ca producătorul să le propună pe baza propriilor scule.
• Sistem material, mai ales dacă cavitatea face parte dintr-o structură RF, unde Dk și Df ale miezului și prepreg-ului intră în calcul.
• Sarcina mecanică. Dacă vreo parte a ansamblului solicită regiunea buzunarului, indicați cuplul de strângere al elementelor de fixare și cazul de încărcare.
• Criterii de acceptare. În raport cu ce trebuie măsurată cavitatea și dacă verificarea se face prin secționare, prin măsurare în coordonate sau printr-un test RF pe placa finită.

Convențiile de documentație privind stackup-urile și modul în care acestea ar trebui scrise sunt acoperite în secțiunea noastră despre proiectarea stackup-urilor de PCB , iar partea laminată a problemei este prezentată în prezentarea generală a construcției laminate.

Producător de PCB-uri cu cavitate pentru prototipuri și producție

Highleap poate susține proiecte personalizate de fabricație a PCB-urilor cu cavitate, unde geometria cavității și stivuirea materialelor pot fi potrivite cu o rută de fabricație convenită. Verificăm prototipurile PCB-urilor cu cavitate, precum și solicitările de producție, cu domeniul de inspecție necesar definit înainte de lansare. Obiectivul este de a identifica dimensiunile critice și ipotezele de proces din timp - nu de a cita o operațiune generică de buzunar care ar putea să nu îndeplinească cerința plăcii finite.

Când solicitați o ofertă de preț pentru fabricarea PCB-urilor cu cavitate , includeți grosimea plăcii finite, lungimea și lățimea cavității, toleranța la adâncime, raza colțului, locația cavității, cerințele stratului expus și cantitatea. Pentru proiectele de PCB-uri cu cavitate RF, identificați zonele de siguranță la nivelul planului de masă, limita metalică și orice adâncime controlată sau cerințe electrice. Pentru cavitățile cu spațiu liber pentru componente, includeți schița componentei și desenul ansamblului mecanic.

Highleap poate, de asemenea, să analizeze construcția mai largă a plăcilor prin intermediul serviciilor noastre de fabricație PCB , în timp ce proiectele care combină caracteristicile cavității cu stack-uri RF solicitante pot necesita, de asemenea, o analiză a opțiunilor noastre de fabricație PCB de înaltă frecvență. Trimiteți fișierele prin intermediul cererii de ofertă PCB și identificați caracteristicile cavității care sunt esențiale pentru funcționare.

• Pachet de ofertă: Fișiere Gerber sau ODB++, fișiere de găurit, stivuire, desen dimensionat al cavității, toleranță de adâncime, cantitate și înregistrări de inspecție necesare.

Întrebări frecvente despre fabricarea PCB-urilor cu cavitate

Poate fi asamblată o placă cu cavitate ca o placă normală?

Da, dacă învelișurile de deasupra cavității sunt continue și suficient de plate pentru procesul de asamblare. Dacă cavitatea este deschisă pe suprafața superioară, regiunea necesită suport mecanic din partea carcasei sau a unui capac separat, iar desenul de asamblare trebuie să precizeze acest lucru. SMT standard este potrivit pentru învelișuri; o cavitate care întrerupe limitele suprafeței superioare de cupru unde pot fi plasate componentele.

Trasarea cavității afectează performanța electrică a celorlalte straturi?

Se poate. Cuprul tăiat la nivelul peretelui buzunarului nu mai reprezintă o cale de curent continuă, iar orice strat care se află deasupra sau dedesubtul buzunarului este supus unui mediu dielectric modificat. Impactul electric depinde de geometria stratului afectat, de calea de retur a curentului, de frecvența semnalului și de limita cavității. Proiectele RF și de mare viteză ar trebui să evalueze cavitatea în modelul electric, mai degrabă decât să presupună că caracteristica este pur mecanică.

Care este impactul obișnuit al timpului de livrare?

O construcție a unei cavități adaugă o operațiune de frezare, un al doilea ciclu de laminare și o inspecție suplimentară la fiecare etapă, așa că este în mod normal estimată ca fiind mai lungă decât placa echivalentă fără cavități. Timpul adăugat depinde mai mult de numărul de cicluri de laminare și de aranjamentul panoului decât de dimensiunea buzunarului. Dacă programul este fix, specificați acest lucru în cererea de ofertă, deoarece ruta procesului poate fi uneori aranjată în jurul acestuia.

Poți construi o placă cu cavitate cu viaje îngropate sau oarbe?

Da. Constrângerea este că via trebuie să stea suficient de departe de peretele buzunarului pentru a rămâne placată și acoperită după al doilea ciclu de laminare, iar orice via destinată să se termine în interiorul cavității trebuie definită explicit, nu lăsată la interpretare.

Cum se verifică adâncimea cavității?

Prin măsurarea plăcii finite, de obicei prin măsurarea în coordonate a podelei buzunarului în raport cu suprafața de referință și pe bază de eșantion prin secțiune transversală. Dacă toleranța de adâncime este critică pentru performanța dumneavoastră RF, solicitați metoda de măsurare și planul eșantionului în cotație, în loc să le presupuneți.