Углубленный обзор конструкции ламината на печатной плате

Печатные платы являются основой современной электроники, обеспечивая платформу для беспрепятственного подключения и бесперебойной работы различных компонентов. В основе каждой печатной платы лежит сложная структура взаимосвязанных слоев, каждый из которых служит определенной цели, обеспечивая функциональность и надежность платы. Среди ключевых элементов конструкции печатной платы из ламината схемы компоновки играют решающую роль в определении конструкции платы. и электрические свойства. Понимание конструкции ламината для печатных плат необходимо разработчикам и производителям печатных плат для создания эффективных и высококачественных печатных плат.

Сущность печатной платы (PCB) заключается в ее сложной структуре, состоящей из нескольких слоев, соединенных между собой препрегами и материалами сердцевины.

Препрег, часто называемый пропитанными смолой листами стадии B, представляет собой частично отвержденный материал, состоящий из тонких пленок, пропитанных смолой. Он выполняет двойную функцию в многослойных конструкциях. Производство печатных платОн действует как клей, соединяя внутренние проводящие элементы, и обеспечивает межслойную изоляцию. В процессе ламинирования эпоксидная смола препрега плавится, растекается и затвердевает, эффективно соединяя слои схемы и образуя надежный изоляционный барьер между ними.

С другой стороны, основной материал составляет основу печатной платы — жесткая плата определенной толщины и медная фольга, ламинированная с обеих сторон. Типичная многослойная печатная плата изготавливается путем ламинирования чередующихся слоев сердцевины и препрегов. Слои препрега, которые образуют то, что мы называем «пропиточными» слоями или слоями пропитки, могут скреплять вместе несколько внутренних слоев, и, несмотря на первоначальную толщину, они испытывают некоторую усадку в процессе прессования.

Обычно два крайних диэлектрических слоя многослойной печатной платы представляют собой слои пропитки, покрытые отдельными слоями медной фольги, служащими внешними проводящими плоскостями. Спецификации исходной толщины внешней и внутренней медной фольги обычно бывают 0.5 унции, 1 унции и 2 унции (при этом 1 унция составляет примерно 35 мкм или 1.4 мил). После последующей обработки толщина внешнего слоя медной фольги обычно увеличивается почти на 1 унцию, в то время как окончательная толщина внутренней медной фольги остается близкой к исходному значению, но может немного уменьшиться из-за травления.

Внешний слой многослойной печатной платы состоит из паяльная маскаВ просторечии его называют «зеленым маслом», хотя оно может быть также желтым или других цветов. Толщину паяльной маски сложно точно определить: она толще в областях без меди, чем в областях с медью, однако выступы меди все еще заметны при тактильном осмотре поверхности печатной платы.

Параметры и материалы печатной платы

У разных производителей существуют различия в параметрах печатных плат, что требует общения с инженерами заводов по производству печатных плат для получения конкретных данных, в первую очередь уделяя особое внимание диэлектрической проницаемости и толщине паяльной маски, которые могут варьироваться от одного производителя к другому.

Медная фольга внешнего слоя Доступная толщина медной фольги внешнего слоя включает 12 мкм, 18 мкм и 35 мкм. После обработки их конечная толщина обычно составляет около 44 мкм, 50 мкм и 67 мкм, что примерно соответствует весу меди 1 унция, 1.5 унции и 2 унции соответственно. Обратите внимание, что при использовании программного обеспечения для расчета импеданса для управления опция толщины меди толщиной 0.5 унции для внешних слоев отсутствует.

Материал сердечника Обычно используемым материалом сердцевины является S1141A, который представляет собой стандартный материал FR-4 с двусторонним медным покрытием и выбираемыми характеристиками, которые можно подтвердить непосредственно у производителя.

Препрег Препреги имеют различные исходные толщины, такие как 7628 (0.185 мм/7.4 мил), 2116 (0.105 мм/4.2 мил), 1080 (0.075 мм/3 мил) и 3313 (0.095 мм/4 мил). При фактическом сжатии толщина обычно уменьшается примерно на 10–15 мкм (0.5–1 мил), следовательно, минимальная толщина диэлектрического слоя в многослойной конструкции не должна быть менее 3 мил. Для одного слоя пропитки можно использовать до трех препрегов, причем ни один из трех не может иметь одинаковую толщину; Можно использовать как минимум один препрег, хотя некоторые производители требуют минимум два. Если толщина препрега недостаточна, медную фольгу с обеих сторон сердечника можно вытравить, а затем снова прикрепить препрегами, получив более толстый слой пропитки. Диэлектрическая проницаемость препрегов зависит от их толщины. В следующей таблице перечислены толщины различных моделей и соответствующие им диэлектрические проницаемости:

Диэлектрическая проницаемость ламината зависит от используемого полимерного материала; Платы FR4 обычно имеют диапазон диэлектрической проницаемости от 4.2 до 4.7, который уменьшается с увеличением частоты.

Слой паяльной маски Толщина слоя паяльной маски над медной фольгой, обозначенная как C2, составляет примерно 8-10 мкм. Толщина паяльной маски в зонах без меди, C1, варьируется в зависимости от толщины поверхности меди и составляет около 13-15 мкм для меди толщиной 45 мкм и около 17-18 мкм для меди толщиной 70 мкм. При расчете с помощью SI9000 достаточно значения толщины паяльной маски 0.5 унции.

Сечение проводника За счет травления сечение проводников становится не прямоугольным, а трапециевидным. Например, в верхнем слое, когда толщина медной фольги составляет 1 унция, верхнее основание трапеции примерно на 1 мил короче нижнего основания. Таким образом, если спроектированная ширина линии W=5MIL, верхняя ширина будет примерно 4MIL, а нижняя — 5MIL. Разница между верхним и нижним основаниями связана с толщиной меди, как показано в таблице ниже при различных условиях:

Расчет импеданса Типичные расчеты импеданса используют следующие модели:

• Модель микрополосковой линии
• Полосковая модель

В микрополосковой модели существуют и другие конфигурации, в том числе неиспользуемая модель без покрытия. Диэлектрические проницаемости Er1 и Er2 в иллюстрированной модели зависят от конкретной используемой модели препрега; Ключевые модели перечислены ранее, а подробные параметры необходимо получить непосредственно у производителя печатной платы.

Когда проект переходит из стадии исследования в стадию запроса предложений (RFQ), необходимо провести анализ. выбор ламината для печатных плат и сборка BGA с малым шагом выводов Таким образом, требования к материалам, процессам и контролю остаются согласованными.

В целом, понимание сложной структуры и материалов печатной платы (PCB) имеет решающее значение для проектирования и производства высококачественных электронных устройств. Препреги и материалы сердечника играют важную роль в склеивании слоев и обеспечении изоляции, в то время как медная фольга и припои способствуют проводимости и защите печатной платы.

Различия в параметрах печатных плат и материалах среди производителей подчеркивают важность коммуникации и получения конкретных данных для каждого проекта. Схемы стека служат бесценным инструментом, предоставляющим представление о конструкции и электрических свойствах печатной платы.

Понимая ключевые элементы структурных схем, проектировщики могут обеспечить целостность и надежность своих конструкций печатных плат, что в конечном итоге приведет к созданию более производительных и надежных электронных устройств.