Что такое многослойная печатная плата: изготовление и проектирование

В отличие от однослойных или двухслойных печатных плат, многослойные печатные платы состоят из трех или до 60 слоев меди, разделенных изоляционными материалами и ламинированных вместе под действием тепла и давления. Эти дополнительные слои позволяют создавать более сложные и плотные схемы, размещая большее количество компонентов на плате меньшего размера. Эта возможность имеет решающее значение в современной электронике, где устройства становятся все более компактными, но более мощными. Эволюция многослойных печатных плат была вызвана потребностью в более эффективных, надежных и миниатюрных электронных продуктах.

Распространенные многослойные конструкции

• 4-6 слоев – сложность от низкой до средней.
• 8-10 слоев – более сложные цифровые платы
• 12-16 слоев – расширенная обработка радиочастот и данных
• 20+ слоев – чрезвычайно плотные соединения
• 60+ слоев – современная технология HDI

Процесс производства многослойных печатных плат

1. Формирование внутреннего слоя

Фотолитографический рисунок наносится на ламинаты с медным покрытием для определения дорожек схемы с последующим травлением ненужной меди, добавлением целей регистрации слоев и отверстий для инструментов, электрическим тестированием дорожек и подготовкой поверхности к ламинированию.

2. Ламинирование слоев

Несколько слоев соединяются с помощью прессов для ламинирования листов со штабелированием сердечников, препрегов, меди и диэлектриков, отверждаемых под воздействием температуры и давления с образованием твердого ламината.

3. Просверлить отверстия

Высокоточное сверление создает оснастку и сквозные отверстия с точной регистрацией каждого слоя.

4. Покрытие отверстий

Химическое меднение, за которым следует электролитическое меднение, приводит к накоплению меди на внутренних слоях и просверленных отверстиях.

5. Обработка внешнего слоя

Применение жидкостной фотоизображенной паяльная маскапечать идентификационных знаков, нанесение рисунка и травление внешнего слоя печатной платы, а также разводка панели на отдельные печатные платы.

6. Тестирование и обеспечение качества

Включает автоматизированный оптический контроль, тестирование сетевых соединений, импедансное, высоковольтное и функциональное тестирование, а также контроль качества размеров.

Особенности проектирования многослойных печатных плат

Количество слоев:

Определение количества слоев — это первый шаг в проектировании многослойной печатной платы. Количество слоев, которое может варьироваться от четырех до десяти и более слоев, зависит от сложности конструкции, количества компонентов и требований к электрическим характеристикам.

Размещение компонентов

Используя программное обеспечение для компоновки печатных плат, дизайнеры размещают компоненты и определяют электрические соединения. Такое расположение должно оптимизировать маршрутизацию сигнала, минимизировать помехи и обеспечить рассеивание тепла.

Маршрутизация сигналов

Электрическая маршрутизация включает в себя определение ширины, расстояния и распределения слоев соединений, уделяя особое внимание целостности сигнала, уменьшению перекрестных помех и предотвращению отражения сигнала.

Рекомендации по укладке слоев:

Слои следует укладывать друг на друга, желательно с четными номерами, и все сигнальные слои должны располагаться как можно ближе к плоскости земли. Направление проводки на одном и том же сигнальном слое должно быть одинаковым. Выбор количества слоев также зависит от типа сигнала, который они должны передавать: высокочастотного, низкочастотного, заземленного или силового.

Расположение компонентов и интерфейса:

В идеале компоненты должны располагаться с одной стороны, а положение и ориентация компонентов интерфейса должны быть разумно организованы. Компоненты с тесными электрическими соединениями лучше всего размещать вместе.

Генерация файла Gerber:

После определения электрической трассировки генерируются файлы Gerber, содержащие информацию о наложении слоев, электрических соединениях, размещении компонентов и другую проектную информацию.

Производство:

Производитель использует файлы Gerber для создания фотомасок, которые затем используются для создания отдельных слоев печатной платы. Эти слои ламинируются, образуя конечную многослойную печатную плату.

Вопросы целостности сигнала многослойной печатной платы

Наложение слоев: правильное планирование наложения слоев имеет решающее значение. Сигнальный и заземляющий слои должны быть тесно связаны, чтобы минимизировать импеданс и отражение сигнала.

Маршрутизация трассировки: Трассы следует прокладывать так, чтобы избежать перекрестных помех и электромагнитных помех (EMI). Короткие и прямые пути прохождения сигнала улучшают целостность сигнала.

Контроль импедансаПоддержание постоянного импеданса по всей печатной плате предотвращает искажение сигнала и отражения.

Развязывающие конденсаторы: они необходимы для обеспечения целостности питания и минимизации шума на уровнях питания.

Конструкция переходных отверстий. Конструкция и размещение переходных отверстий влияют на пути прохождения сигнала и должны быть оптимизированы для обеспечения целостности сигнала.

Соображения стоимости многослойной печатной платы

Сложность и количество слоев. Большее количество слоев и сложность конструкции увеличивают производственные затраты.

Используемые материалы: использование высококачественных или специализированных материалов может повысить общую стоимость.

Технологии производства. Передовые технологии производства сложных конструкций также могут увеличить стоимость.

Размер печатной платы: печатные платы большего размера требуют больше материалов и обработки, что увеличивает стоимость.

Количество: более крупные производственные партии могут снизить стоимость единицы продукции за счет эффекта масштаба.