Поглиблений огляд конструкції ламінату з друкованих плат

Печатні плати є основою сучасної електроніки, забезпечуючи платформу для з’єднання та безперебійного функціонування різних компонентів. В основі кожної друкованої плати лежить складна структура взаємопов’язаних шарів, кожен з яких служить певній меті у забезпеченні функціональності та надійності плати. Серед ключових елементів ламінованої конструкції друкованої плати діаграми стекання відіграють ключову роль у визначенні конструкції плати. і електричні властивості. Розуміння конструкції ламінату для друкованих плат має важливе значення для розробників і виробників друкованих плат для створення ефективних і високоякісних друкованих плат.

Суть друкованої плати (PCB) полягає в її складній структурі, яка включає кілька шарів, з’єднаних між собою препрегами та матеріалами сердечника.

Препрег, який часто називають листами, просоченими смолою B-стадії, – це частково затверділий матеріал, що складається з тонких плівок смоли, просоченої смолою. Він виконує подвійну функцію у виробництві багатошарових друкованих плат : діє як клей для склеювання внутрішніх провідних структур і забезпечує міжшарову ізоляцію. Під час ламінування епоксидна смола препрегу плавиться, тече та твердне, ефективно об'єднуючи шари схеми, утворюючи надійний ізоляційний бар'єр між ними.

З іншого боку, матеріал серцевини становить фундаментальний елемент друкованої плати — жорстку плату певної товщини та мідну фольгу, ламіновану з обох сторін. Типова багатошарова друкована плата виготовляється шляхом ламінування чергування шарів сердечника та препрегів. Шари препрегу, які утворюють те, що ми називаємо шарами «зволоження» або просочення, можуть з’єднувати декілька основних шарів разом, і, незважаючи на початкову товщину, вони зазнають деякої усадки під час процесу пресування.

Як правило, два зовнішні діелектричні шари багатошарової друкованої плати є шарами просочення, покритими окремими шарами мідної фольги, які служать зовнішніми провідними площинами. Специфікації первинної товщини для зовнішньої та внутрішньої мідної фольги зазвичай мають різновиди 0.5 унції, 1 унції та 2 унції (причому 1 унція становить приблизно 35 мкм або 1.4 мілі). Після обробки товщина зовнішнього шару мідної фольги зазвичай збільшується майже на 1 унцію, тоді як остаточна товщина внутрішньої мідної фольги залишається близькою до початкового значення, але може трохи зменшитися через травлення.

Зовнішній шар багатошарової друкованої плати складається з паяльної маски , яку в розмовній мові називають «зеленою олією», хоча вона також може бути жовтою або інших кольорів. Товщину паяльної маски нелегко точно визначити, оскільки вона товстіша в ділянках без міді порівняно з ділянками з міддю, проте виступ міді все одно помітний при тактильному дослідженні поверхні друкованої плати.

Параметри та матеріали друкованої плати

У різних виробників існують відмінності в параметрах друкованих плат, що вимагає зв’язку з інженерами фабрики друкованих плат, щоб отримати їхні конкретні дані, головним чином зосереджуючись на діелектричній проникності та товщині паяльної маски, яка може відрізнятися від одного виробника до іншого.

Зовнішній шар мідної фольги Доступні товщини зовнішнього шару мідної фольги включають 12 мкм, 18 мкм та 35 мкм. Після обробки вони зазвичай призводять до кінцевої товщини близько 44 мкм, 50 мкм та 67 мкм, що приблизно еквівалентно вазі міді 1 унція, 1.5 унції та 2 унції відповідно. Зверніть увагу, що під час використання програмного забезпечення для розрахунку імпедансу для контролю немає опції товщини міді 0.5 унції для зовнішніх шарів.

Матеріал сердечника Зазвичай використовується матеріал сердечника S1141A, який є стандартним матеріалом FR-4, двосторонньо мідним покриттям, з можливістю вибору характеристик, які можна підтвердити безпосередньо у виробника.

Препреги Препреги бувають різних початкових специфікацій товщини, таких як 7628 (0.185 мм/7.4 міл), 2116 (0.105 мм/4.2 міл), 1080 (0.075 мм/3 міл) та 3313 (0.095 мм/4 міл). При фактичному стисканні товщина зазвичай зменшується приблизно на 10-15 мкм (0.5-1 міл), тому мінімальна товщина діелектричного шару в багатошаровій конструкції не повинна бути менше 3 міл. Для одного шару просочення може використовуватися до трьох препрегів, причому жоден з трьох не може мати однакової товщини; можна використовувати принаймні один препрег, хоча деякі виробники вимагають щонайменше два. Якщо товщина препрега недостатня, мідну фольгу з обох боків осердя можна протравити, а потім знову прикріпити препрегами, досягнувши товстішого шару просочення. Діелектрична проникність препрегів змінюється залежно від їхньої товщини, а в наступній таблиці наведено товщину різних моделей та відповідні їм діелектричні проникності:

Діелектрична проникність ламінатної дошки залежить від використовуваного матеріалу смоли; Плати FR4 зазвичай мають діапазон діелектричної проникності від 4.2 до 4.7, який зменшується зі збільшенням частоти.

Шар паяльної маски Товщина шару паяльної маски над мідною фольгою, позначеного як C2, становить приблизно 8-10 мкм. Товщина паяльної маски в ділянках без міді, C1, змінюється залежно від товщини поверхневої міді, складаючи близько 13-15 мкм для міді товщиною 45 мкм та близько 17-18 мкм для міді товщиною 70 мкм. Під час розрахунку за допомогою SI9000 достатньо значення товщини паяльної маски 0.5 унції.

Поперечний переріз провідника. Через травлення поперечний переріз провідників не прямокутний, а трапецієподібний. Наприклад, у верхньому шарі, коли товщина мідної фольги становить 1 унцію (28 г), верхня основа трапеції приблизно на 1 міл коротша за нижню основу. Таким чином, якщо проектна ширина лінії W=5 міл, верхня ширина становитиме приблизно 4 міл, а нижня – 5 міл. Різниця між верхньою та нижньою основами пов'язана з товщиною міді, як показано в таблиці нижче за різних умов:

Розрахунки імпедансу Типові розрахунки імпедансу використовують такі моделі:

• Модель мікросмужкової лінії
• Смугова модель

У мікросмужкової моделі існують інші конфігурації, включаючи невикористану модель без покриття. Діелектричні константи Er1 і Er2 в проілюстрованій моделі залежать від конкретної моделі препрега, що використовується; основні моделі перераховані раніше, а детальні параметри слід отримати безпосередньо від виробника друкованої плати.

Коли проект переходить від дослідження до запиту цінових пропозицій (RFQ), перегляньте вибір ламінату друкованої плати та збірку BGA з дрібним кроком, щоб вимоги до матеріалів, процесу та контролю залишалися узгодженими.

Загалом, розуміння складної структури та матеріалів друкованої плати (PCB) має вирішальне значення для проектування та виробництва високоякісних електронних пристроїв. Препреги та матеріали серцевини відіграють важливу роль у з'єднанні шарів та забезпеченні ізоляції, тоді як мідна фольга та паяльні маски сприяють провідності та захисту друкованої плати.

Відмінності в параметрах і матеріалах друкованих плат між виробниками підкреслюють важливість спілкування та отримання конкретних даних для кожного проекту. Діаграми стека служать безцінними інструментами, забезпечуючи схему конструкції та електричних властивостей друкованої плати.

Розуміючи ключові елементи схем стекання, розробники можуть забезпечити цілісність і надійність дизайну своїх друкованих плат, що зрештою призведе до кращої продуктивності та надійності електронних пристроїв.