Изготовление печатных плат с полостями для высокоточных разработок.

Печатная плата с углублением — это специально разработанная плата с углублением или локально обработанной областью, а не стандартная печатная плата с дополнительным отверстием. Компания Highleap Electronics предлагает изготовление печатных плат с углублением для конструкций, требующих зазора между компонентами, уменьшенной локальной толщины, ступенчатых карманов или заданной геометрии углубления. Если ваш текущий поставщик не может обеспечить необходимую глубину углубления, структуру слоев или механические характеристики, отправьте нам пакет чертежей для проверки качества изготовления.

Для составления обоснованного коммерческого предложения на изготовление печатной платы с нестандартным расположением выводов , нашему инженерному отделу требуется больше информации, чем просто чертеж Gerber. Размеры выводов, глубина, остаточный материал, геометрия стенок, расположенные рядом медные контакты, конструкция ламината, а также любые радиочастотные или механические функции — все это влияет на технологический процесс. Мы изучаем эти требования перед составлением коммерческого предложения, поэтому цена и сроки выполнения заказа будут основаны на реальных потребностях вашей платы.

Что такое производство печатных плат с полостями?

Начните с обычной многослойной структуры и удалите материал из сердцевины, либо выфрезеруя углубление с одной стороны, либо вырезая канал в плате с помощью фрезера, затем ламинируйте слои поверх оставшегося материала. В результате получается плата, которая локально тоньше остальной части панели или полая по заданному направлению.

То, что удаляется, имеет такое же значение, как и то, что остается. Если полость фрезеруется только в сердцевине, а препреговые слои остаются приклеенными сверху, то фрезерный инструмент проходит через сердцевину и останавливается, что сохраняет непрерывную внешнюю поверхность для компонентов и разъемов. Если полость обрабатывается снаружи готовой панели, инструмент должен пройти через слой меди и препрега, поэтому на чертеже обычно необходимо указывать, открыта или закрыта полость и какие слои заканчиваются внутри нее.

Из этого напрямую вытекают два следствия. Во-первых, любой слой, заканчивающийся внутри полости, должен быть обработан по контуру кармана, поэтому в чертеже необходимо предусмотреть контур полости как своего рода ограничитель. Во-вторых, фрезерованный карман оставляет медные кромки на стенке кармана. Если эта стенка находится внутри области заземляющей плоскости, медь там уже не является сплошной, и конструкция должна учитывать это, а не предполагать сплошную опорную плоскость.

Типы печатных плат с полостями и требования к их изготовлению.

Термин «плиты с воздушной прослойкой» охватывает несколько различных типов конструкций. Они не взаимозаменяемы, и указание неправильного типа является наиболее распространенной причиной того, что смета на строительство такой конструкции оказывается значительно выше ожидаемой.

Слепой карман и сквозное отверстие ведут себя в изображении совершенно по-разному. Сквозное отверстие разделяет плату на области, которые необходимо механически соединить, обычно путем образования перемычек из материала или путем повторного ламинирования сплошных слоев. Именно это структурное решение определяет, осуществимо ли изготовление детали.

Требования к конструкции печатной платы с полостями для обеспечения прочности и глубины платы.

Ламинат в печатной плате представляет собой армированный волокнами композит, а его жесткость обеспечивается стекловолоконным плетением, проходящим через сердцевину. Фрезеровка удаляет это армирование в направлении разреза. Плата с широким непрерывным каналом может прогибаться под нагрузкой от прикрученного радиатора или усилия при установке разъема, а во влажной среде уменьшенное сечение также ослабляет сцепление между внешними слоями и оставшейся сердцевиной.

В этой конструкции распространены три подхода, и все три должны быть отражены на чертеже, а не зависеть от усмотрения изготовителя:

• Материальные мостыПолосы сердцевины оставляются на месте поперек полости, чтобы разрез не проходил по всей ширине. Это стандартный метод предотвращения раскалывания пустотелой доски на две части.
• Непрерывные оболочкиВнешние слои препрега не прерываются, поэтому плита сохраняет поверхность для изгиба даже в месте удаления сердцевины. Там, где полость открыта с обеих сторон, после этого необходимо добавить внешний слой, что изменяет толщину в этом месте.
• Угловые радиусыВнутренний острый угол в выточенном углублении является местом концентрации напряжений и зарождения расслоения. Значения радиуса обычно указываются на чертеже как минимальный радиус, а не как точный размер.

Жесткость можно проверить до начала сборки. Если ваша плата имеет полость и на ней также установлен тяжелый компонент, опишите способ крепления и момент затяжки крепежных элементов в запросе на коммерческое предложение, поскольку локальные напряжения вокруг отверстия для винта часто являются предельным случаем, а не общая жесткость платы. Именно здесь механический чертеж сборки, а не только изображение печатной платы, дает изготовителю необходимую информацию. Те же соображения применимы к вопросам о крепежных элементах и ​​моменте затяжки, рассмотренным на нашей странице, посвященной вопросам механического проектирования печатных плат.

Проектирование печатных плат с ВЧ-резонаторами для заземляющих плоскостей и высокочастотных цепей.

В радиочастотах конструкция резонаторов приобретает наибольшую ценность, но именно здесь возникают самые незаметные проблемы. При фрезеровании резонатора удаляется медь из внутренних слоев в области кармана, что означает прерывание опорной плоскости под этой областью. Для резонатора, являющегося частью резонатора, фильтра или генератора, это прерывание является ключевым моментом: размеры резонатора определяют резонансную частоту, а металлическая граница определяет моду. Для резонатора, не предназначенного для резонанса, такое же прерывание все равно требует четко определенной границы, иначе структура будет излучать и взаимодействовать непредсказуемо.

Результат определяется тремя параметрами, и все три должны быть указаны:

• Глубина полости, которая представляет собой диэлектрическую высоту резонансного объема. Допуски на трассировку и толщина поверхностного слоя влияют на это, поэтому допуск на глубину должен быть жестче, чем допуск на толщину внешней платы.
• Определение границы металла: определяется ли полость оставшейся медной стенкой, заделанным пазом или отдельной металлической деталью, встроенной в карман. С точки зрения радиочастотного диапазона это не эквивалентно.
• Диэлектрический материал внутри полостиСмола и наполнитель в сердцевине имеют разные значения Dk и Df по сравнению с препреговыми оболочками, поэтому полость, охватывающая оба материала, может смещать резонансную частоту относительно расчета, основанного на одном материале.

Именно поэтому при проектировании печатных плат с полостью обычно используется система материалов для ВЧ-оборудования, а не стандартный FR-4. В наших рекомендациях по изготовлению печатных плат для ВЧ и СВЧ-оборудования объясняется, как структура слоев и выбор материалов влияют на импеданс, а сами семейства материалов сравниваются в наших материалах для СВЧ-печатных плат . Если речь идет о резонаторе с полостью, а не о стандартной ВЧ-плате, то материал и допуски для полости — это два момента, которые необходимо согласовать с производителем до утверждения макета.

Процесс изготовления и контроля печатных плат с полостями

Изготовление платы с внутренними полостями — это не стандартная сборка с дополнительным этапом. Трассировка должна располагаться относительно уже нанесенных слоев, что ограничивает всю последовательность действий.

На практике это означает, что глубина полости — это размер, заданный фрезерованием между двумя ламинированными поверхностями, и измеряется она после нанесения покрытия и финишной обработки. Если для конструкции требуется более жесткий допуск по глубине, чем позволяют фрезерование и покрытие, обычно решение состоит в перемещении полости в механическую деталь, а не в том, чтобы попросить изготовителя сделать более точный вырез. Вопросы допуска на вырез являются частью подготовки файла, рассматриваемой в нашем процессе ламинирования печатных плат.

Печатные платы с полостью и платы со встроенной подложкой: ключевые различия.

Оба подхода предполагают размещение компонентов внутри платы, и на этапе спецификации их часто путают. Они различаются по содержимому платы и по тому, что должен сделать производитель.

Если предполагается разместить внутри платы радиочастотный модуль или небольшую схему, то пайка на подложке обычно является более контролируемым вариантом, и это более подробно описано в нашей статье о создании печатных плат с пайкой на подложке . Если же предполагается создать радиочастотный объем или утопить дискретный компонент, то правильным инструментом будет создание полости.

Рекомендации по проектированию печатных плат с полостями для анализа технологичности производства

Вот правила, которые чаще всего приводят к перерисовке, а не к корректировке процесса:

• Расстояние от карманной стены до медного провода. В месте, где стенка кармана заканчивается металлизированным переходным отверстием или плоскостью, оставшийся кольцевой материал должен выдержать второй цикл ламинирования. Переходное отверстие, расположенное слишком близко к краю кармана, будет открыто на стенке и не будет закрыто металлизацией, как обычное переходное отверстие.
• Опора под полом. Если полость выфрезерована в сердечнике, а дно полости остается без опоры на большой площади, оно обрушится или расслоится во время второго цикла прессования.
• Совмещение этапа маршрутизации и обработки макета. Положение гнезда должно быть привязано к изображению с помощью собственного технологического процесса изготовителя, а допуск должен быть указан относительно важных элементов, таких как массив переходных отверстий или контактная площадка разъема.
• Доступ к инструментам и панельная обработка. Фрезерный станок должен достичь гнезда. Гнездо, расположенное близко к краю панели, или доска, которую необходимо фрезеровать до или после сборки панели, изменяют компоновку панели. Наш Панелирование печатных плат Рассматривается, как стратегии размещения панелей влияют на этапы трассировки и где необходимо размещать крепежные элементы.
• Соосность на поверхности кожи. Если компоненты располагаются над углублением, поверхность должна оставаться ровной в пределах допуска компонента, что ограничивает толщину внешней оболочки и величину смещения панели между циклами.

Большинство из них — это обычные соображения DFM, применяемые к необычной геометрии. Наш обзор проектирования печатных плат с учетом технологичности производства (DFM) охватывает стандартный набор правил, и стоит подробно рассмотреть этап изготовления полости, поскольку этап трассировки взаимодействует сразу с несколькими обычными правилами.

Требования к спецификации печатной платы с полостями: глубина, размер и допуски.

Большинство неожиданных затрат на изготовление пустотелых плит связаны с информацией, которая не была указана на чертеже. Ниже приведен список того, что необходимо изготовителю для расчета стоимости без догадок:

• Укладка слоев с учетом положения полости. Укажите названия слоев, материал, толщину меди и препрега, а также четко укажите, из какого слоя выфрезерована полость и какова ее глубина, измеренная относительно указанной эталонной поверхности.
• Вид в разрезе полости. Этот единственный ракурс позволяет избежать большей неясности, чем целая страница заметок. На нем должно быть видно дно кармана, обшивку над ним и любые медные провода, которые заканчиваются на стенке.
• Допуск на глубину полостиа также является ли это требование двусторонним или полным показанием.
• Отделка стен. Независимо от того, остается ли стенка кармана в виде голой ламинированной поверхности, покрытой металлическим слоем или отдельной металлической деталью, это влияет как на радиочастотные характеристики, так и на защиту от коррозии.
• Детали моста и опорыили явное разрешение производителю предлагать их, используя собственную оснастку.
• Материальная системаособенно если полость является частью ВЧ-структуры, где в расчеты включаются значения Dk и Df как сердечника, так и препрега.
• Механическая нагрузка. Если какая-либо часть узла нагружает область кармана, укажите момент затяжки крепежных элементов и случай нагрузки.
• Критерии приемлемости. С чем необходимо сравнивать параметры полости и каким способом проводится проверка: путем разрезания, координатного измерения или радиочастотного тестирования готовой платы.

В нашем разделе, посвященном проектированию многослойных плат, рассматриваются общепринятые правила оформления документации по структуре печатных плат , а вопросы, касающиеся ламината, — в нашем обзоре конструкции ламината.

Производитель печатных плат с внутренними полостями для прототипирования и серийного производства.

Компания Highleap может оказывать поддержку в проектах по изготовлению печатных плат с нестандартными полостями , где геометрия полости и структура материалов могут быть согласованы с утвержденным технологическим процессом. Мы проводим анализ прототипов печатных плат с полостями, а также рассматриваем запросы на производство, определяя необходимый объем контроля до выпуска. Цель состоит в том, чтобы на ранней стадии определить критически важные размеры и технологические параметры, а не предлагать типовую схему изготовления полости, которая может не соответствовать требованиям к готовой плате.

При запросе коммерческого предложения на изготовление печатной платы с полостью , укажите толщину готовой платы, длину и ширину полости, допуск на глубину, радиус скругления углов, расположение полости, требования к открытым слоям и количество. Для печатных плат с ВЧ-полостью укажите зоны, запрещенные для заземления, металлическую границу и любые требования к контролируемой глубине или электрическим параметрам. Для полостей с зазором для компонентов укажите контур компонента и чертеж механической сборки.

Компания Highleap также может оценить более широкий спектр услуг по изготовлению печатных плат , а для проектов, сочетающих в себе элементы полостей с требовательными радиочастотными структурами, может потребоваться обзор наших вариантов высокочастотного производства печатных плат. Отправьте свои файлы через запрос на расчет стоимости печатной платы и укажите элементы полостей, критически важные для функционирования.

• Пакет предложений: Файлы Gerber или ODB++, файлы сверления, схема укладки слоев, чертеж полости с указанием размеров, допуск по глубине, количество и необходимые записи о проверке.

Часто задаваемые вопросы о производстве печатных плат с полостями

Можно ли собрать плиту с полостью так же, как и обычную плиту?

Да, если внешние слои над полостью достаточно сплошные и плоские для процесса сборки. Если полость открыта с верхней поверхности, эта область нуждается в механической поддержке со стороны корпуса или отдельной крышки, и это должно быть указано на сборочном чертеже. Стандартный поверхностный монтаж (SMT) подходит для внешних слоев; полость, прерывающая верхнюю медную поверхность, ограничивает места для размещения компонентов.

Влияет ли трассировка полости на электрические характеристики других слоев?

Да, это возможно. Медь, прорезанная у стенки полости, перестает быть непрерывным путем для тока, и любой слой, расположенный выше или ниже полости, сталкивается с измененной диэлектрической средой. Электрическое воздействие зависит от геометрии затронутого слоя, пути обратного тока, частоты сигнала и границ полости. В радиочастотных и высокоскоростных схемах следует оценивать полость в электрической модели, а не предполагать, что эта особенность является чисто механической.

Каково обычное влияние на сроки выполнения заказа?

Изготовление платы с внутренними полостями добавляет операцию трассировки, второй цикл ламинирования и дополнительный контроль на каждом этапе, поэтому обычно указывается, что этот процесс занимает больше времени, чем изготовление аналогичной платы без внутренних полостей. Дополнительное время больше зависит от количества циклов ламинирования и компоновки панели, чем от размера полости. Если график фиксирован, укажите это в запросе предложений, поскольку технологический процесс иногда можно скорректировать с учетом графика.

Можно ли изготовить печатную плату с полостью, используя скрытые или глухие переходные отверстия?

Да. Ограничение заключается в том, что переходные отверстия должны находиться на достаточном расстоянии от стенки полости, чтобы оставаться покрытыми металлом и защищенными после второго цикла ламинирования, и любое переходное отверстие, предназначенное для завершения внутри полости, должно быть определено явно, а не оставлено на усмотрение интерпретации.

Как проверяется глубина полости?

Измерение готовой платы обычно производится путем координатного измерения дна кармана относительно эталонной поверхности, а также, в отдельных случаях, путем поперечного сечения. Если допуск по глубине имеет решающее значение для характеристик вашего радиочастотного оборудования, запросите метод измерения и план образца в коммерческом предложении, а не принимайте это как данность.