Що таке багатошарова друкована плата: виготовлення та дизайн

Unlike single-layer or double-layer PCBs, multilayer PCBs consist of three or up to 60 layers of copper, separated by insulating materials and laminated together under heat and pressure. These additional layers allow for more complex and dense circuit designs, accommodating a greater number of components on a smaller board. This capability is crucial in modern electronics, where devices are becoming increasingly compact yet more powerful. The evolution of multilayer PCBs has been driven by the demand for more efficient, reliable, and miniaturized electronic products. With RO4450T bondply for multilayer RF boards, the bonding-layer thickness must be reviewed in the finished stackup rather than treated only as a purchasing designation.

Поширені багатошарові конструкції

• 4-6 шарів – від низької до середньої складності
• 8-10 шарів – більш складні цифрові плати
• 12-16 шарів – розширені радіочастоти та обробка даних
• 20+ шарів – надзвичайно щільні взаємозв’язки
• 60+ шарів – найсучасніша технологія HDI

Процес виробництва багатошарових друкованих плат

1. Формування внутрішнього шару

Фотолітографічний візерунок наноситься на покриті міддю ламінати, щоб визначити сліди ланцюга, з подальшим витравленням небажаної міді, додаванням мішеней для реєстрації шарів і отворів для інструментів, електричним тестуванням слідів і підготовкою поверхні до ламінування.

2. Шарове ламінування

Декілька шарів скріплюються за допомогою пресів для ламінування листів із укладанням сердечників, препрегів, міді та діелектриків, які затверджуються під температурою та тиском, утворюючи твердий ламінат.

3. Просвердлити отвори

Високоточне свердління створює інструменти та наскрізні отвори з точною реєстрацією для кожного шару.

4. Покриття отворів

Безелектричне міднення з подальшим електролітичним мідненням накопичує мідь на внутрішніх шарах і просвердлених отворах.

5. Обробка зовнішнього шару

Нанесення рідкої фотозображеної паяльної маски , друк ідентифікаційних позначок, нанесення малюнка та травлення схем зовнішнього шару, а також трасування панелі на окремі друковані плати.

6. Тестування та забезпечення якості

Включає автоматизовану оптичну перевірку, тестування підключення до мережі, імпеданс, високу напругу та функціональне тестування, а також контроль якості розмірів.

Багатошарові друковані плати

Кількість шарів:

Визначення кількості шарів є першим кроком у проектуванні багатошарової друкованої плати. Кількість шарів, яка може коливатися від чотирьох до десяти або більше, залежить від складності конструкції, кількості компонентів і вимог до електричних характеристик.

Розміщення компонентів

Використовуючи програмне забезпечення для компонування друкованих плат, дизайнери розташовують компоненти та визначають електричні з’єднання. Компонування має оптимізувати маршрутизацію сигналу, мінімізувати перешкоди та забезпечити розсіювання тепла.

Маршрутизація сигналу

Електрична маршрутизація передбачає визначення ширини, інтервалу та призначення шарів з’єднань, зосередження уваги на цілісності сигналу, зменшення перехресних перешкод і запобігання відбиванню сигналу.

Міркування щодо укладання шарів:

Бажано, щоб шари складалися з парними номерами, і всі сигнальні шари повинні бути якомога ближче до площини заземлення. Напрямок проводки на тому самому рівні сигналу має бути узгодженим. Вибір кількості шарів також залежить від типу сигналу, який вони повинні передати, класифікованого як високочастотний, низькочастотний, наземний або потужний.

Розташування компонентів та інтерфейсу:

В ідеалі компоненти повинні бути розміщені з одного боку, а положення та орієнтація компонентів інтерфейсу мають бути розумно організовані. Компоненти з тісними електричними з’єднаннями найкраще розміщувати разом.

Генерація файлів Gerber:

Після визначення електричної маршрутизації генеруються файли Gerber, які містять інформацію про стек шарів, електричні з’єднання, розміщення компонентів та іншу інформацію про проект.

Виробництво:

Виробник використовує файли Gerber для створення фотомасок, які потім використовуються для створення окремих шарів друкованої плати. Ці шари ламіновані для формування кінцевої багатошарової друкованої плати.

Розгляд цілісності сигналу багатошарової друкованої плати

Накопичування шарів: правильне планування накладання шарів має вирішальне значення. Сигнальний і заземлюючий шари повинні бути тісно з’єднані, щоб мінімізувати імпеданс і відбиття сигналу.

Маршрутизація трас: сліди слід прокладати, щоб уникнути перехресних перешкод і електромагнітних перешкод (EMI). Збереження коротких і прямих шляхів сигналу покращує цілісність сигналу.

Контроль імпедансу : Підтримка постійного імпедансу на всій друкованій платі запобігає спотворенню сигналу та відбиттю.

Розв’язувальні конденсатори: вони необхідні для управління цілісністю живлення та мінімізації шуму на площинах живлення.

Конструкція отворів: конструкція та розміщення отворів впливають на шляхи проходження сигналу та повинні бути оптимізовані для підтримки цілісності сигналу.

Розгляд вартості багатошарової друкованої плати

Складність і кількість шарів: більше шарів і складність дизайну збільшують вартість виробництва.

Використані матеріали: високоякісні або спеціальні матеріали можуть збільшити загальну вартість.

Технології виробництва: передові технології виробництва складних конструкцій також можуть збільшити вартість.

Розмір друкованої плати: більші друковані плати потребують більше матеріалів і обробки, що збільшує вартість.

Кількість: більші виробничі партії можуть знизити вартість одиниці завдяки економії на масштабі.