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, являє собою частково затверділий матеріал, що складається з смоли, просоченої у тонкі плівки. Він виконує подвійну функцію у багатошаровому... Виробництво друкованих плат: він діє як клей для склеювання внутрішніх провідних структур і забезпечує міжшарову ізоляцію. Під час ламінування епоксидна смола Prepreg 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 паяльна маска, розмовно відома як «зелена олія», хоча вона також може бути жовтою або інших кольорів. Товщину паяльної маски нелегко точно визначити, оскільки вона товстіша на ділянках без міді порівняно з тими, що містять мідь, проте виступ міді все ще 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 і 35 мкм. Після обробки вони зазвичай призводять до кінцевої товщини приблизно 44 мкм, 50 мкм і 67 мкм, що приблизно еквівалентно вазі міді 1 OZ, 1.5 OZ і 2 OZ відповідно. Зауважте, що під час використання програмного забезпечення для розрахунку імпедансу для контролю немає параметра товщини міді 0.5 OZ для зовнішніх шарів.

Основний матеріал Зазвичай використовуваним матеріалом сердечника є S1141A, який є стандартним матеріалом FR-4, двостороннім мідним покриттям, із специфікаціями, які можна вибрати, які можна підтвердити безпосередньо у виробника.

Препрег Препреги випускаються з різними специфікаціями оригінальної товщини, наприклад 7628 (0.185 мм/7.4 мил), 2116 (0.105 мм/4.2 мил), 1080 (0.075 мм/3 мил) і 3313 (0.095 мм/4 мил). Після фактичного стиснення товщина зазвичай зменшується приблизно на 10-15 мкм (0.5-1 міл), отже, мінімальна товщина шару діелектрика в конструкції стекапу не повинна бути менше 3 мілі. В одному шарі просочення можна використовувати до трьох препрегів, причому жоден із трьох не може мати однакову товщину; можна використовувати принаймні один препрег, хоча деякі виробники вимагають мінімум двох. Якщо товщина препрегу недостатня, мідну фольгу з обох сторін серцевини можна витравлювати, а потім знову прикріпити препрегами, досягаючи більш товстого шару просочення. Діелектрична проникність препрегів змінюється залежно від їх товщини, і в наступній таблиці перераховані товщини різних моделей і 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 областях без міді, C1, змінюється в залежності від товщини поверхні міді, становлячи приблизно 13-15 мкм для міді товщиною 45 мкм і близько 17-18 мкм для міді товщиною 70 мкм. Під час розрахунку за допомогою SI9000 достатньо значення товщини паяльної маски 0.5 OZ.

Переріз провідника Завдяки травленню переріз провідників виходить не прямокутним, а трапецієподібним. Наприклад, у верхньому шарі, коли товщина мідної фольги становить 1OZ, верхня основа трапеції приблизно на 1MIL коротша за нижню основу. Таким чином, якщо запроектована ширина лінії W=5MIL, верхня ширина становитиме приблизно 4MIL, а нижня — 5MIL. Різниця між верхньою та нижньою основами пов’язана з товщиною міді, як показано в таблиці нижче за різних умов:

Розрахунок 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 проєкт переходить від дослідження до запиту цінових пропозицій, перегляньте Вибір ламінату для друкованої плати та збірка 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.