Fördjupad översikt över PCB-laminatkonstruktion

PCB är ryggraden i modern elektronik och ger en plattform för olika komponenter att ansluta och fungera sömlöst. Kärnan i varje PCB ligger en komplex struktur av sammankopplade lager, som vart och ett tjänar ett specifikt syfte för att säkerställa kortets funktionalitet och tillförlitlighet. Bland nyckelelementen i en PCB Laminate Construction, spelar stack-up diagram en avgörande roll för att definiera kortets konstruktion. och elektriska egenskaper. Att förstå dessa PCB-laminatkonstruktioner är avgörande för att PCB-designers och -tillverkare ska kunna skapa effektiva och högkvalitativa kretskort.

Kärnan i ett tryckt kretskort (PCB) ligger i dess intrikata struktur som involverar flera lager sammankopplade av Prepregs och Core-material.

Prepreg, ofta kallat B-stegs hartsimpregnerade ark, är ett delvis härdat material som består av harts indränkt i tunna filmer. Det har dubbla syften vid tillverkning av flerskiktade kretskort : det fungerar som ett lim för att binda de inre ledande mönstren och ger isolering mellan lagren. Under lamineringen smälter, flyter och stelnar Prepregs epoxiharts, vilket effektivt sammanfogar kretslagren samtidigt som det bildar en pålitlig isolerande barriär mellan dem.

Kärnmaterialet, å andra sidan, utgör det grundläggande elementet i ett kretskort – ett styvt kort med en specifik tjocklek och kopparfolie laminerad på båda sidor. Ett typiskt flerskikts-kretskort tillverkas genom laminering av alternerande lager av kärna och prepregs. Prepreg-lagren, som bildar det vi kallar "wet-out"- eller impregneringslager, kan binda flera kärnlager tillsammans, och trots att de har en initial tjocklek upplever de viss krympning under pressprocessen. För en konstruktion med låga förluster bör HVLP-koppargenomgångskorttillverkning specificeras tillsammans med de dielektriska lagren eftersom ledarjämnheten också påverkar kanalmodellen.

Typiskt är de två yttersta dielektriska skikten av ett flerskikts-PCB impregneringsskikt, täckta av separata kopparfolieskikt som tjänar som externa ledande plan. De råa tjockleksspecifikationerna för yttre och inre kopparfolier finns vanligtvis i 0.5 OZ, 1 OZ och 2 OZ varianter (där 1 OZ är ungefär 35um eller 1.4 mil). Efter bearbetning ökar det yttre kopparfolieskiktet vanligtvis i tjocklek med nästan 1 OZ, medan den slutliga tjockleken på den inre kopparfolien förblir nära det ursprungliga värdet men kan minska något på grund av etsning.

Det yttersta lagret på ett flerskikts-PCB består av lödmasken , i dagligt tal känt som "grön olja", även om den också kan vara gul eller ha andra färger. Lödmaskens tjocklek är inte lätt att bestämma exakt, eftersom den är tjockare i områden utan koppar jämfört med de med koppar, men kopparns utskjutande form är fortfarande märkbar vid taktil inspektion av kretskortets yta.

PCB-parametrar och material

Skillnader i PCB-parametrar finns mellan olika tillverkare, vilket kräver kommunikation med PCB-fabriksingenjörer för att få deras specifika data, främst med fokus på dielektricitetskonstanten och lödmaskens tjocklek, som kan variera från en tillverkare till en annan.

Yttre lager kopparfolie Tillgängliga tjocklekar för yttre lager kopparfolie inkluderar 12 µm, 18 µm och 35 µm. Efter bearbetning resulterar dessa generellt i slutliga tjocklekar på cirka 44 µm, 50 µm och 67 µm, vilket ungefär motsvarar 1 oz, 1.5 oz respektive 2 oz kopparvikter. Observera att när man använder impedansberäkningsprogramvara för kontroll finns det inget alternativ för 0.5 oz koppartjocklek för yttre lager.

Kärnmaterial Vanligt använt kärnmaterial är S1141A, vilket är standard FR-4-material, dubbelsidigt kopparbeklätt, med valbara specifikationer som kan bekräftas direkt med tillverkaren.

Prepreg Prepregs finns i olika ursprungliga tjockleksspecifikationer såsom 7628 (0.185 mm/7.4 mil), 2116 (0.105 mm/4.2 mil), 1080 (0.075 mm/3 mil) och 3313 (0.095 mm/4 mil). Vid faktisk kompression minskar tjockleken vanligtvis med cirka 10-15 µm (0.5-1 mil), därför får den minsta dielektriska skikttjockleken i en stapelkonstruktion inte vara mindre än 3 mil. Ett enda impregneringslager kan använda upp till tre Prepregs, där ingen av de tre kan ha identiska tjocklekar; minst en Prepreg kan användas, även om vissa tillverkare kräver minst två. Om Prepregens tjocklek är otillräcklig kan kopparfolien på båda sidor av kärnan etsas bort och sedan fästas igen med Prepregs, vilket uppnår ett tjockare impregneringslager. Den dielektriska konstanten för prepregs varierar med deras tjocklek, och följande tabell listar olika modellers tjocklekar och deras motsvarande dielektriska konstanter:

Den dielektriska konstanten för en laminatskiva beror på det hartsmaterial som används; FR4-kort uppvisar vanligtvis ett dielektrisk konstantområde på 4.2 till 4.7, vilket minskar med ökande frekvens.

Lödmaskskikt Tjockleken på lödmaskskiktet ovanför kopparfolien, betecknad C2, är ungefär 8–10 µm. Lödmaskens tjocklek i områden utan koppar, C1, varierar beroende på kopparytans tjocklek och ligger runt 13–15 µm för 45 µm tjock koppar och runt 17–18 µm för 70 µm tjock koppar. Vid beräkning med SI9000 räcker en lödmasktjocklek på 0.5 µm.

Ledarens tvärsnitt På grund av etsning är ledarnas tvärsnitt inte rektangulärt utan snarare trapetsformat. Till exempel, i det övre lagret, när kopparfoliens tjocklek är 1 OZ, är trapetsformens övre bas cirka 1 MIL kortare än den nedre basen. Om den designade linjebredden är W=5 MIL, skulle den övre bredden vara cirka 4 MIL och den nedre bredden 5 MIL. Skillnaden mellan den övre och nedre basen är relaterad till kopparns tjocklek, vilket visas i tabellen nedan under olika förhållanden:

Impedansberäkningar Typiska impedansberäkningar använder följande modeller:

• Microstrip Line Model
• Stripline modell

I mikrostripmodellen finns andra konfigurationer, inklusive en oanvänd modell utan beläggning. De dielektriska konstanterna Er1 och Er2 i den illustrerade modellen beror på den specifika prepreg-modellen som används; nyckelmodeller är listade tidigare och detaljerade parametrar bör erhållas direkt från PCB-tillverkaren.

När projektet går från forskning till en offertförfrågan, granska valet av PCB-laminat och fine-pitch BGA-montering så att material-, process- och inspektionskraven förblir i linje.

Sammantaget är det avgörande att förstå den komplicerade strukturen och materialen i ett kretskort (PCB) för att designa och tillverka högkvalitativa elektroniska enheter. Prepreg- och kärnmaterial spelar viktiga roller i att binda lager och ge isolering, medan kopparfolier och lödmasker bidrar till kretskortets ledningsförmåga och skydd.

Skillnader i PCB-parametrar och material mellan tillverkare framhäver vikten av kommunikation och att få fram specifik data för varje projekt. Stack-up-diagram fungerar som ovärderliga verktyg och ger en ritning av PCB:s konstruktion och elektriska egenskaper.

Genom att förstå nyckelelementen i stack-up diagram kan designers säkerställa integriteten och tillförlitligheten hos sina PCB-designer, vilket i slutändan leder till bättre prestanda och mer robusta elektroniska enheter.