Obsah
1.Co je to vícevrstvá montáž desek plošných spojů?
2.Proč se v moderní elektronice používají vícevrstvé desky plošných spojů
3.Hlavní proces montáže vícevrstvých desek plošných spojů
4.Klíčové konstrukční aspekty pro montáž vícevrstvých desek plošných spojů
5.Běžné problémy s montáží vícevrstvých desek plošných spojů
6.Inspekce a testování vícevrstvých desek plošných spojů
7.Jak vybrat výrobce vícevrstvých desek plošných spojů
8.Závěr
9.Nejčastější dotazy
Moderní elektronické výrobky se již nemohou spoléhat pouze na jednoduché jednostranné nebo oboustranné desky s plošnými spoji. Výrobky se zmenšují, ale jejich funkce se stávají složitějšími. Signály se musí pohybovat rychleji. Součástky je třeba umístit blíže k sobě. Dodávka energie musí být stabilní a teplo je nutné správně regulovat. Proto... vícevrstvá montáž DPS se nyní široce používá v průmyslovém řízení, lékařské elektronice, komunikačních zařízeních, automobilové elektronice, zařízeních IoT, robotice a spotřební elektronice.
Hlavním rysem a vícevrstvé DPS je, že uvnitř jedné desky je zabudováno několik měděných vrstev. Tyto měděné vrstvy lze použít pro směrování signálů, distribuci napájení, uzemnění, stínění a propojení složitých součástek. Čím více vrstev deska má, tím důležitější jsou konstrukční a výrobní detaily.
Co je to vícevrstvá montáž desek plošných spojů?
Vícevrstvá struktura plošných spojů
A vícevrstvé DPS je deska plošných spojů se třemi nebo více vodivými měděnými vrstvami. Běžné počty vrstev zahrnují 4vrstvé, 6vrstvé, 8vrstvé, 10vrstvé a vyšší. Měděné vrstvy jsou odděleny izolačními materiály, jako je prepreg a jádro, a poté jsou spojeny laminací.
V jednoduché desce je prostor pro směrování omezený. vícevrstvá deska plošných spojůVnitřní vrstvy poskytují více směrovacích kanálů a umožňují návrhářům oddělit signálové, napájecí a zemnící funkce. Díky tomu je deska vhodná pro pokročilé produkty s kompaktním uspořádáním a přísnými elektrickými požadavky.
Vnitřní a vnější měděné vrstvy
Vnitřní vrstvy se obvykle používají pro směrování signálů, napájecí plochy nebo zemnící plochy. Jakmile je deska laminována, tyto vrstvy nelze snadno opravit. Proto je kontrola vnitřních vrstev před laminací zásadní.
Vnější vrstvy se používají pro kontaktní plošky součástek, pájecí oblasti, testovací body a další směrování. Během vícevrstvá montáž DPSKvalita vnější vrstvy přímo ovlivňuje tisk pájecí pasty, umístění součástek, tvorbu pájeného spoje a konečnou kontrolu.
Laminování a montážní spojení
Před zahájením montáže musí deska plošných spojů projít proces výroby desek plošných spojůTo zahrnuje zobrazování vnitřních vrstev, leptání, laminaci, vrtání, pokovování, pájecí masku, povrchovou úpravu a elektrické testování. Pro zákazníky, kteří se ptají jak se vyrábějí desky plošných spojů, tento krok je důležitý, protože kvalita montáže silně závisí na kvalitě holé desky.
Pokud není tlak laminace, přesnost vrtání, kvalita pokovování nebo povrchová úprava dobře řízena, může deska plošných spojů čelit skrytým rizikům, jako jsou přerušené obvody, selhání průchodek, špatná pájitelnost nebo nestabilní signál.
Vícevrstvá deska plošných spojů vs. jednostranná deska plošných spojů
Jednostranná deska plošných spojů (PCB) má měď pouze na jedné straně. Je jednoduchá a levná, ale nepodporuje složité směrování ani montáž s vysokou hustotou.
A vícevrstvé DPS Může nést více obvodů v menším prostoru. Je lepší pro produkty, které vyžadují stabilní napájení, kompaktní rozměry a vyšší výkon.
Vícevrstvá deska plošných spojů vs. oboustranná deska plošných spojů
Oboustranná deska plošných spojů (PCB) má měď na obou stranách a pro připojení používá pokovené průchozí otvory. Je vhodná pro středně složité návrhy.
A vícevrstvé PCB poskytuje větší svobodu návrhu. Může zahrnovat vyhrazené zemnící roviny, napájecí roviny, impedančně řízené signálové vrstvy a lepší regulaci elektromagnetického rušení. Proto Vícevrstvá deska plošných spojů Produkty se široce používají v pokročilé elektronice, kde jednostranné nebo oboustranné desky nestačí.
|
Typ desky plošných spojů
|
Struktura
|
Typické použití
|
Obtížnost montáže
|
|
Jednostranné PCB
|
Měď na jedné straně
|
Jednoduchá elektronika, základní napájecí desky
|
Nízké
|
|
Oboustranná DPS
|
Měď na obou stranách
|
Produkty se střední hustotou
|
Střední
|
|
Vícevrstvá deska plošných spojů
|
Tři nebo více vrstev mědi
|
Vysokohustotní, vysokorychlostní a kompaktní elektronika
|
Vysoký
|
Tabulka 1. Porovnání jednostranných, oboustranných a vícevrstvých desek plošných spojů
Proč se v moderní elektronice používají vícevrstvé desky plošných spojů
Návrh obvodů s vysokou hustotou
Moderní zařízení potřebují více funkcí na menším prostoru. Vícevrstvý návrh plošných spojů poskytuje inženýrům více vrstev směrování, což pomáhá podporovat husté integrované obvody, komponenty s jemnou roztečí, konektory, BGA a napájecí moduly.
Menší velikost produktu
Umístěním struktur pro směrování a napájení uvnitř desky mohou konstruktéři zmenšit celkovou velikost desky plošných spojů. To je užitečné pro chytrá zařízení, lékařské vybavení, komunikační moduly, vestavěné řídicí jednotky a přenosnou elektroniku.
Vylepšená integrita signálu
Integrita signálu je jedním z hlavních důvodů pro použití vícevrstvých desek. Vyhrazená zemnící rovina poskytuje signálům stabilní zpětnou cestu a snižuje šum. Řízené směrování impedance také pomáhá udržovat kvalitu signálu ve vysokorychlostních obvodech.
Lepší rozložení energie
Napájecí a zemnící plochy mohou rovnoměrněji rozkládat proud po desce. To pomáhá snížit úbytek napětí a zlepšuje stabilitu obvodu, zejména pokud deska plošných spojů obsahuje procesory, bezdrátové moduly, senzory nebo komponenty s vysokým proudem.
Silnější kontrola elektromagnetického rušení
Dobré vrstvení vrstev pomáhá snižovat elektromagnetické rušení. Zemnící plochy, krátké zpětné cesty a správné směrování mohou zlepšit výkon EMC a usnadnit testování shody s předpisy.
Požadavky pokročilých aplikací
V reálných projektech PCBA se vícevrstvé desky často volí, když produkt potřebuje:
• Vyšší hustota řazení v omezeném prostoru na desce.
• Lepší ovládání vysokorychlostního signálu a nižší elektrický šum.
• Stabilnější napájení pro složité komponenty.
• Lepší podpora pro BGA, QFN, integrované obvody s jemnou roztečí a pouzdra smíšených komponent.
• Vyšší spolehlivost pro průmyslové, lékařské, automobilové a komunikační aplikace.
Hlavní proces montáže vícevrstvých desek plošných spojů
Kontrola návrhového souboru
Proces začíná kontrolou návrhových souborů. Profesionální výrobce kontroluje soubory Gerber, kusovník, soubor centroidu, výkres sestavy, uspořádání součástek, polaritu součástek, návrh kontaktních plošek, rozvětvení BGA, testovací body a speciální procesní požadavky.
Tento krok pomáhá snížit rizika před zahájením výroby. Mnoho vad montáže vzniká z nejasných konstrukčních dat, nesprávných rozměrů, nedostatečných roztečí nebo neúplných informací v kusovníku.
Potvrzení o seskupení
Potvrzení stack-upu je obzvláště důležité v vícevrstvá montáž desek plošných spojůVýrobce by měl potvrdit počet vrstev, tloušťku desky, tloušťku mědi, tloušťku dielektrika, požadavky na řízenou impedanci, výběr materiálu a povrchovou úpravu.
U vysokorychlostních nebo vysoce spolehlivých desek není vrstvení desek jen detailem výroby. Ovlivňuje impedanci, deformaci, tepelné vlastnosti, regulaci elektromagnetického rušení a stabilitu pájení.
Příprava na výrobu desek plošných spojů
Před SMT montáží musí být vyrobena a zkontrolována holá deska plošných spojů. Výsledky montáže ovlivňují AOI vnitřní vrstvy, kvalita laminace, přesnost vrtání, spolehlivost pokovování, registrace pájecí masky a závěrečné elektrické testování.
Tisk pájecí pastou
Tisk pájecí pasty určuje objem pájky na každé plošce. U hustých vícevrstvých desek je návrh šablony a kontrola tisku zásadní. Příliš mnoho pájky může způsobit přemostění. Příliš málo pájky může způsobit otevřené spoje nebo nedostatečné smáčení.
Umístění SMT součástek
Během SMT osazování stroj umisťuje součástky na pájecí pastu. Integrované obvody s jemnou roztečí, pouzdra BGA, malé pasivní součástky a husté rozložení vyžadují přesné umístění a stabilní řízení zařízení.
Přetavovací pájení
Deska plošných spojů (PCB) poté prochází reflow pecí. Pájecí pasta se roztaví a vytvoří pájené spoje mezi součástkami a kontaktními ploškami. Vícevrstvé desky mohou mít nerovnoměrné rozložení tepla kvůli silným měděným plochám, velkým uzemňovacím plochám nebo těžkým součástkám. Vhodný reflow profil pomáhá omezit studené spoje, tvorbu náhrobků, dutin a špatné smáčení.
Závěrečná kontrola a testování
Po přetavení by deska měla projít kontrolou a testováním. Mezi běžné metody patří AOI, rentgen, ICT, testování pomocí letmé sondy, funkční testování a závěrečné posouzení kvality.
|
Krok procesu
|
Hlavní účel
|
Klíčové riziko kontrolované
|
|
Recenze DFM
|
Zkontrolujte návrh a vyrobitelnost
|
Špatný rozměr, chybějící data, špatné rozestupy
|
|
Potvrzení o seskupení
|
Potvrďte strukturu a materiál vrstev
|
Chyba impedance, deformace, riziko elektromagnetického rušení
|
|
Tisk pájecí pastou
|
Přesné nanášení pájecí pasty
|
Přemostění, nedostatečné pájení
|
|
Umístění SMT
|
Přesná montáž komponentů
|
Nesprávné zarovnání, chyba polarity
|
|
Přetavovací pájení
|
Tvar pájených spojů
|
Špatná smáčivost, dutiny, tepelné poškození
|
|
Kontrola a testování
|
Ověřte kvalitu montáže
|
Skryté vady, přerušené/zkratované obvody
|
Tabulka 2. Hlavní procesní postup montáže vícevrstvých desek plošných spojů
Klíčové konstrukční aspekty pro montáž vícevrstvých desek plošných spojů
Návrh vrstveného vrstvení
Dobrý návrh vrstveného uspořádání snižuje deformaci, zlepšuje kvalitu signálu a podporuje lepší vyrobitelnost. Vyvážená struktura vrstev je obzvláště důležitá pro desky s velkými plochami mědi nebo vysokým počtem vrstev.
Řízené směrování impedance
Řízená impedance je vyžadována pro rozhraní USB, Ethernet, RF, DDR a další vysokorychlostní rozhraní. Konstruktér a výrobce by měli před výrobou potvrdit šířku vodivosti, dielektrickou tloušťku, tloušťku mědi a vlastnosti materiálu.
Design s průchodkou v podložce
Propojení otvorem v kontaktní plošce (Via-in-pad) se často používá pro rozvětvení BGA a kompaktní rozvržení. Pokud však otvor není správně vyplněn a uzavřen, může do něj zatékat pájka a způsobit nedostatečné pájené spoje.
Slepé a zasypané průchody
Slepé a zapuštěné průchodky šetří místo při trasování, ale zvyšují složitost výroby. Vyžadují přesné vrtání, pokovování a kontrolu laminace. Před jejich použitím by si zákazníci měli ověřit, zda má vybraný výrobce dostatečné zkušenosti s procesem.
Napájecí a zemnící roviny
Napájecí a zemnící plochy zlepšují stabilitu obvodu, kontrolu elektromagnetického rušení a integritu napájení. Ovlivňují však také rozložení tepla během pájení reflow. Velké měděné plochy mohou absorbovat více tepla a vyžadují pečlivé tepelné profilování.
řízení teploty
Při návrhu je třeba zohlednit tepelné prostupy, měděné plochy, chladiče a rozteče součástek. To je obzvláště důležité pro napájecí moduly, LED diody, procesory a husté oblasti BGA.
Plánování umístění komponent
Praktický návrh vícevrstvých desek plošných spojů pro montážní pokyny by měl zohledňovat nejen elektrickou funkci, ale také výrobu, kontrolu a opravy.
Před vydáním návrhu by inženýři měli zkontrolovat:
• Zda rozteč součástek umožňuje umístění SMT, kontrolu AOI a případné přepracování.
• Zda jsou označení polarity, značky pinu 1 a symboly sítotisku čitelné.
• Zda mají součástky BGA, QFN a jemné rozteče vhodné provedení plošek a šablon.
• Zda jsou testovací body dostatečné pro ICT, létající sondu nebo funkční testování.
• Ať už jsou těžké, vysoké nebo tepelně citlivé součásti umístěny v prostředí příznivém pro proces.
Běžné problémy s montáží vícevrstvých desek plošných spojů
Problémy s registrací vrstev
Registrace vrstev znamená zarovnání mezi různými měděnými vrstvami. Špatná registrace může ovlivnit spolehlivost propojení, řízení impedance a výkon obvodu.
Warpage PCB
K deformaci desek plošných spojů může docházet v důsledku asymetrického vrstvení, nerovnoměrného rozložení mědi, namáhání materiálu nebo vysoké teploty přetavování. Deformace může způsobit chyby v umístění, vady pájení BGA a špatnou koplanaritu.
Umístění součástek s jemnou roztečí
Součástky s jemnou roztečí pájecí pasty vyžadují přesný tisk a umístění. Malé změny v procesu mohou vést k můstkům, otevřeným spojům nebo nesouososti.
Rizika pájení BGA
Součástky BGA jsou běžné u vícevrstvých desek plošných spojů s vysokou hustotou. Protože pájené spoje jsou skryté pod pouzdrem, vizuální kontrola nestačí. Pro kontrolu pájených můstků, dutin, otevřených spojů a defektů typu hlava-v-polštáři je obvykle nutná rentgenová kontrola.
Nedostatečné smáčení pájky
Špatné smáčení může být způsobeno oxidací, kontaminací, nevhodnou povrchovou úpravou, špatným stavem pájecí pasty nebo nesprávným profilem přetavování. Může to snížit pevnost pájeného spoje a způsobit občasné poruchy.
Problémy s integritou signálu
Některé problémy nelze vizuální kontrolou rozpoznat. Špatná regulace impedance, přeslechy, propojovací vodiče, špatné uzemnění nebo vady související s montáží mohou způsobit nestabilní signál.
Obtížnost přepracování
Oprava vícevrstvé desky plošných spojů (PCBA) je obtížnější než u jednoduché desky. Vysoký počet vrstev, pouzdra BGA, husté součástky a silné měděné oblasti zvyšují riziko poškození kontaktních plošek, delaminace a tepelného namáhání.
Inspekce a testování vícevrstvých desek plošných spojů
Kontrola vnitřní vrstvy
Kontrola vnitřní vrstvy by měla být provedena před laminací. Po laminaci desky je obtížné vady vnitřní vrstvy opravit.
Inspekce AOI
AOI kontroluje chybějící součástky, nesprávné součástky, chyby polarity, odchylky v umístění, pájecí můstky, nedostatek pájky a viditelné vady pájení. Je to klíčový ukazatel kvality v SMT výrobě.
Rentgenová kontrola
Rentgenová kontrola se používá pro BGA, QFN, součástky zakončené zespodu a skryté pájené spoje. Pomáhá najít defekty, které AOI nevidí.
Testování IKT
ICT kontroluje elektrická připojení, hodnoty součástek, zkraty, přerušení a základní stavy obvodů. Je užitečná pro stabilní návrhy a střední až velké objemy výroby.
Testování létající sondy
Testování pomocí letící sondy je vhodné pro prototypy, malé série a více modelů produktů, protože nevyžaduje specializované zařízení. Může pomoci kontrolovat přerušené obvody, zkraty a základní elektrické problémy.
Funkční testování
Funkční testování ověřuje, zda deska plošných spojů funguje za reálných nebo simulovaných provozních podmínek. U lékařských, průmyslových, automobilových a komunikačních produktů je tento krok často nezbytný.
Sledovatelnost kvality
U složitých vícevrstvých desek je sledovatelnost velmi důležitá. K objednávce by měla být připojena šarže materiálu, verze kusovníku, výrobní proces, inspekční data, výsledek testování a záznam o dodávce.
Kompletní proces kontroly kvality může zahrnovat:
• Kontrola materiálu IQC před výrobou.
• První kontrola výrobku před sériovou montáží.
• AOI po SMT reflow.
• Rentgenová kontrola BGA a skrytých pájených spojů.
• IKT, létající sonda nebo funkční testování na základě potřeb produktu.
• MES neboli sledovatelnost na základě objednávek pro záznamy procesů a sledování problémů.
O PCBasicu
Čas jsou ve vašich projektech peníze – a PCBasic chápe PCBasic je Firma pro montáž desek plošných spojů který pokaždé přináší rychlé a bezchybné výsledky. Náš komplexní Montážní služby PCB zahrnují odbornou technickou podporu v každém kroku, což zajišťuje špičkovou kvalitu každé desky. Jako přední Výrobce sestav plošných spojů, Nabízíme komplexní řešení, které zefektivní váš dodavatelský řetězec. Spolupracujte s naší pokročilou Továrna na prototypy plošných spojů pro rychlé vyřízení a vynikající výsledky, na které se můžete spolehnout.
Jak vybrat výrobce vícevrstvých desek plošných spojů
Zkušenosti s vícevrstvými deskami plošných spojů
Dobrý výrobce vícevrstvých desek plošných spojů měl by mít skutečné zkušenosti s vícevrstvými deskami, SMT osazováním s vysokou hustotou, pájením BGA, jemnými součástkami a složitými testovacími požadavky.
DFM a technická podpora
Podpora DFM je jedním z nejdůležitějších faktorů. Výrobce by měl před výrobou zkontrolovat uspořádání vrstev, návrh kontaktních plošek, rozteč, rozvětvení BGA, vstupní otvory, značky polarity, vzdálenost pájecí masky a návrh testovacích bodů.
Možnost SMT montáže
Možnosti SMT zahrnují tisk pájecí pasty, osazování součástek, pájení reflow, kontrolu AOI a řízení procesu. U hustých vícevrstvých desek má stabilní schopnost SMT přímo vliv na výtěžnost.
Možnost osazování BGA
Pokud deska obsahuje BGA komponenty, měl by výrobce podporovat přesné umístění, kontrolu profilu přetavení a rentgenovou kontrolu. Vady BGA jsou často skryté, takže je důležité kontrolní vybavení a zkušenosti s procesem.
Inspekční zařízení
Spolehlivý výrobce by se neměl spoléhat pouze na jednu metodu kontroly. AOI, rentgenová kontrola, vizuální kontrola, elektrické testování a funkční testování by měly být kombinovány podle složitosti produktu.
Testovací schopnost
Testování by mělo odpovídat fázi produktu. A prototyp vícevrstvé sestavy plošných spojů může používat testování létajících sond a funkční testování, zatímco větší výroba může vyžadovat přípravky ICT, testy stárnutí, programování nebo přizpůsobené testovací systémy.
Podpora vícevrstvé montáže desek plošných spojů PCBasic
PCBasic podporuje zákazníky od kontroly návrhu až po finální dodání. vícevrstvá montáž DPS V rámci projektů může PCBasic zajistit kontrolu DFM, kontrolu kusovníku, SMT montáž, BGA montáž, AOI inspekci, rentgenovou kontrolu, podporu ICT/FCT, testování létajících sond, kontrolu prvního výrobku a správu sledovatelnosti.
To je obzvláště užitečné pro malé a střední dávkové projekty, kde zákazníci potřebují technickou podporu, rychlou komunikaci a kontrolovaná výrobní rizika před přechodem na velkoobjemovou výrobu.
Závěr
Osazování vícevrstvých desek plošných spojů je nezbytný pro moderní elektroniku, která vyžaduje vysokou hustotu, kompaktní rozměry, stabilní kvalitu signálu, lepší napájení a silnější kontrolu elektromagnetického rušení. Zároveň však přináší vyšší požadavky na návrh, výrobu, montáž, kontrolu a testování.
Úspěšný projekt závisí na více než jen počtu vrstev desky. Inženýři potřebují dobré vícevrstvý design PCB, jasné plánování montáže, praktická kontrola DFM, řízená SMT montáž, vhodné metody kontroly a spolehlivé testování.
Pro kupující je důležité vybrat si ten správný výrobce vícevrstvých desek plošných spojů znamená výběr partnera, který rozumí jak výrobě desek plošných spojů, tak i osazování desek plošných spojů. proces výroby desek plošných spojů až po závěrečné funkční testování, každý krok ovlivňuje spolehlivost produktu.
Nejčastější dotazy
Co je to vícevrstvá montáž desek plošných spojů (PCB)?
Osazování vícevrstvých desek plošných spojů (PCB) je proces montáže a pájení elektronických součástek na vícevrstvou desku plošných spojů. Deska má tři nebo více měděných vrstev propojených průchodkami (prochodkami).
Proč se používají vícevrstvé desky plošných spojů (PCB)?
Používají se pro směrování s vysokou hustotou, menší velikost produktu, lepší integritu signálu, vylepšený rozvod energie a silnější regulaci EMI.
Je osazování vícevrstvých desek plošných spojů (PCB) obtížnější než osazování standardních desek plošných spojů?
Ano. Zahrnuje kontrolu vrstvení, požadavky na impedanci, kontrolu deformace, jemné umístění pájecích spojů, pájení BGA, kontrolu skrytých pájených spojů a složitější testování.
Jaký je rozdíl mezi vícevrstvou a oboustrannou deskou plošných spojů?
Oboustranná deska plošných spojů (PCB) má měď na obou stranách. Vícevrstvá deska plošných spojů má tři nebo více měděných vrstev, což umožňuje složitější směrování a lepší elektrický výkon.
Kdy bych si měl/a zvolit prototyp vícevrstvé sestavy plošných spojů?
Měli byste zvolit a prototyp vícevrstvé sestavy plošných spojů pokud má produkt komponenty s vysokou hustotou, pouzdra BGA, vysokorychlostní signály nebo nejistá konstrukční rizika, která je třeba ověřit před hromadnou výrobou.
Na co se mám zeptat před výběrem výrobce vícevrstvých desek plošných spojů?
Zeptejte se na kontrolu DFM, potvrzení sestavení, možnosti SMT, zkušenosti s osazováním BGA, kontrolu AOI a rentgenovým zářením, možnosti testování, sledovatelnost kvality a zkušenosti s podobnými produkty.
