Definice vícevrstvých desek plošných spojů
Obecně existují jednostranné, oboustranné a vícevrstvé desky plošných spojů. Pro některé jednoduché elektrické spotřebiče, jako jsou rádia, postačuje jednostranná deska plošných spojů. S vývojem doby však pro multifunkční a maloobjemové elektronické výrobky nemohou jednostranné a oboustranné desky plošných spojů plně splňovat požadavky, a proto je nutné použít vícevrstvé desky plošných spojů. Vícevrstvé desky plošných spojů mají mnoho výhod, jako například: vysokou hustotu montáže a malý objem; zkrácení spojení mezi elektronickými součástkami, vysoká rychlost přenosu signálu a pohodlné zapojení; dobrý stínící účinek atd.
Počet vrstev vícevrstvých desek plošných spojů není omezen. V současné době existuje více než 100 vrstev vícevrstvých desek plošných spojů, obvykle se jedná o desky plošných spojů 4L a 6L. Vícevrstvé desky plošných spojů se pak srovnávají s jednostrannými a oboustrannými deskami plošných spojů. Z jakých vrstev se skládají? Jaký je jejich význam a použití? Pojďme se na to společně podívat.
Signální vrstva
Signální vrstva je rozdělena na horní vrstvu, střední vrstvu a spodní vrstvu a používá se hlavně pro umístění různých součástek nebo pro zapojení a svařování.
Vnitřní rovinná vrstva
Vnitřní vrstva, známá také jako vnitřní napájecí vrstva, je určena pro rozložení napájecích a zemních vodičů. Tento typ vrstvy se používá pouze pro vícevrstvé desky plošných spojů. Nazýváme je dvouvrstvé, 4L a 6L, což se obecně vztahuje k počtu signálových vrstev a vnitřních napájecích/zemních vrstev.
Mechanická vrstva
Mechanická vrstva definuje vzhled celé vícevrstvé desky plošných spojů (PCB). Když mluvíme o mechanické vrstvě, máme na mysli vzhledovou strukturu celé vícevrstvé desky plošných spojů. Mechanická vrstva se obecně používá k umístění orientačních informací o výrobě a montáži desky, jako jsou fyzické rozměry desky plošných spojů, data, informace o propojeních atd. Tyto informace se liší v závislosti na požadavcích konstrukčních společností nebo výrobců PCB. Kromě toho lze mechanickou vrstvu připojit k dalším vrstvám a vytvořit tak společný displej.
Vrstva pájecí masky
Vztahuje se na část vícevrstvé desky plošných spojů, která má být natřena zeleným pájecím olejem. Vrstva pájecí masky ve skutečnosti používá záporný výstup, takže po namapování tvaru vrstvy pájecí masky na desku se pájecí maska nenatírá zeleným olejem, ale měď se odhalí. Obvykle se pro zvětšení tloušťky měděné fólie pájecí maska odstraní zeleným olejem a poté se přidá cín pro zvětšení tloušťky měděného drátu.
Vložit vrstvu masky
Její funkce je podobná funkci vrstvy pájecí masky, až na to, že odpovídá kontaktní plošce povrchově montované součástky během strojního svařování. Možná si v tuto chvíli všichni stále pletou pojmy vrstva pájecí masky a vrstva pastové masky. Ve skutečnosti to shrneme takto:
Role:
① Vrstva pájecí masky se používá hlavně k zabránění přímému vystavení měděné fólie desek plošných spojů vzduchu a k ochraně.
② Vrstva masky pasty se používá k vytvoření šablonové síťky a šablonová síťka dokáže přesně nanést pájecí pastu na pájenou SMD plošku.
Rozdíl:
① Vrstva pájecí masky znamená otevření okna na celém kusu pájecí masky zeleným olejem, aby bylo možné svařovat.
② Ve výchozím nastavení by měly být všechny oblasti bez pájecí masky potaženy zeleným olejem.
③ Vrstva pájecího tavidla se používá pro SMD balení.
Vrstva Uchránit před
Používá se k definování oblasti, kde lze na desce plošných spojů efektivně umístit součástky a kabeláž. Nakreslete na tomto podlaží uzavřenou oblast jako efektivní oblast pro kabeláž a není možné automaticky rozvrhnout a zapojit kabeláž mimo tuto oblast.
Sítotisková vrstva
Sítotisk se používá hlavně k umístění tištěných informací, jako jsou obrysy a označení součástí, různé anotační sítotisky atd. Obecně platí, že všechny druhy značených sítotisků jsou v horní sítotiskové vrstvě a spodní sítotiskovou vrstvu lze zakrýt.
Vícevrstvá
Horní kontaktní ploška desky plošných spojů a pronikající otvor musí procházet celou vícevrstvou deskou plošných spojů a vytvářet elektrické spojení s různými vrstvami vodivého vzoru, takže systém speciálně nastavuje abstraktní vícevrstvou strukturu. Kontaktní plošky a kontaktní plošky by obecně měly být uspořádány ve vícevrstvé strukturě a pokud je tato vrstva uzavřená, kontaktní plošky a kontaktní plošky nelze zobrazit.
Vrstva vrtání
Vrtací vrstva poskytuje informace o vrtání v procesu výroby desek plošných spojů (například je třeba vrtat kontaktní plošky a průchodky).
Systém
Pracovní vrstva slouží k zobrazení informací o porušení návrhových pravidel.
Vícevrstvý návrh plošných spojů
1. Určení tvaru, velikosti a počtu vrstev desky Každá vícevrstvá deska plošných spojů má problém s montáží s dalšími konstrukčními díly. Proto musí tvar a velikost vícevrstvé desky plošných spojů vycházet ze struktury celého produktu. Z hlediska výrobní technologie by však měla být co nejjednodušší, obecně obdélníková v poměru délky a šířky, aby se usnadnila montáž, zvýšila efektivita výroby a snížily se náklady na pracovní sílu.
Počet vrstev musí být určen podle požadavků na výkon obvodu, velikost desky a hustotu obvodů. Pro vícevrstvé desky plošných spojů se nejčastěji používají desky 4L a 6L. Vezměte si jako příklad desky 4L, tj. dvě vodivé vrstvy (povrch součástky a pájecí povrch), jednu napájecí vrstvu a jednu zemnící vrstvu.
Vrstvy vícevrstvé desky plošných spojů by měly být symetrické a nejlepší je mít rovnoměrné měděné vrstvy, tj. čtyři, šest, osm vrstev atd. Kvůli asymetrické laminaci je povrch desky náchylný k deformaci, zejména u vícevrstvých desek plošných spojů montovaných na povrch, čemuž je třeba věnovat větší pozornost.
2. Umístění a orientace součástí Umístění a směr umístění součástek by měly být nejprve zváženy z hlediska principu zapojení, aby se zohlednil trend zapojení. Racionalita umístění přímo ovlivní výkon vícevrstvé desky plošných spojů, zejména vysokofrekvenčního analogového obvodu, který samozřejmě vyžaduje přísnější umístění a rozmístění součástek.
Rozumné umístění součástek v jistém smyslu ukazuje na úspěch návrhu vícevrstvé desky plošných spojů. Proto při navrhování rozvržení vícevrstvé desky plošných spojů a rozhodování o celkovém uspořádání bychom měli provést podrobnou analýzu principu zapojení, nejprve určit umístění speciálních součástek (jako jsou velké integrované obvody, výkonové tranzistory, zdroje signálu atd.) a poté uspořádat další součástky tak, abychom se vyhnuli možným rušivým faktorům.
Na druhou stranu bychom měli zvážit celkovou strukturu vícevrstvé desky plošných spojů, abychom se vyhnuli nerovnoměrnému uspořádání a neuspořádanosti součástek. To nejen ovlivňuje vzhled vícevrstvé desky plošných spojů, ale také přináší mnoho nepříjemností při montáži a údržbě.
3. Požadavky na uspořádání kabelů a prostor pro zapojení Obecně se zapojení vícevrstvých desek plošných spojů provádí podle funkcí obvodu. Při zapojení na vnější vrstvě je nutné mít více vodičů na svařované ploše a méně vodičů na povrchu součástky, což usnadňuje údržbu a odstraňování problémů s vícevrstvými deskami plošných spojů.
Tenké, husté dráty a signální linky náchylné k rušení jsou obvykle uspořádány ve vnitřní vrstvě. Velká plocha měděné fólie by měla být rovnoměrně rozložena na vnitřní a vnější vrstvě, což pomůže snížit deformaci desky a dosáhnout rovnoměrnějšího povlaku na povrchu během galvanického pokovování.
Aby se zabránilo zkratu mezi vrstvami způsobenému tvarovým zpracováním, tištěnými vodiči a mechanickým zpracováním, měla by být vzdálenost mezi vodivými obrazci vnitřní a vnější oblasti zapojení a okrajem desky větší než 50 mil.
4. požadavky na směr vodičů a šířku vedení Vícevrstvé zapojení desek plošných spojů by mělo oddělit napájecí vrstvu, zemnící vrstvu a signální vrstvu, aby se snížilo rušení mezi napájením, zemí a signálem.
Vedení dvou sousedních vícevrstvých desek by mělo být na sebe kolmé, co nejvíce nakloněné nebo zakřivené, namísto rovnoběžných čar, aby se snížilo mezivrstvé propojení a interference substrátu. A vodiče by měly být co nejkratší, zejména u malých signálových obvodů. Čím kratší vodiče, tím menší odpor a tím menší interference.
Signální vedení na stejném patře by se při změně směru měla vyhýbat ostrým rohům. Šířka vodiče by měla být určena podle proudových a impedančních požadavků obvodu. Vstupní napájecí vedení by mělo být větší a signální vedení by mělo být relativně menší.
U běžných digitálních desek může být šířka napájecího vodiče 50 ~ 80 mil a šířka signálového vodiče 6 ~ 10 mil.
Při zapojování je třeba dbát také na to, aby šířka vodičů byla co nejvíce konzistentní, aby se zabránilo náhlému ztlušťování a ztenčování drátů, což je příznivé pro impedanční přizpůsobení.
5. Požadavky na velikost vrtaného otvoru a podložku Velikost otvoru součástek na vícevrstvé desce plošných spojů (PCB) souvisí s velikostí pinů vybraných součástek. Pokud je otvor příliš malý, ovlivní to instalaci a pájení součástky. Vyvrtaný otvor je příliš velký a svařovací bod není během svařování dostatečně plný. Obecně řečeno, metoda výpočtu průměru otvoru součástky a velikosti kontaktní plošky je:
※Průměr otvoru součástky = průměr kolíku součástky (nebo diagonální čáry) + (10 ~ 30 mil)
※Průměr podložky elementu ≥ průměr otvoru elementu +18 mil
Pokud jde o průměr otvoru pro průchodku, je určen hlavně tloušťkou hotové desky. U vícevrstvých desek s vysokou hustotou by se měl obecně řídit v rozsahu tloušťky desky: průměr otvoru ≤ 5:1.
Výpočetní metoda VIAPAD je: průměr via destičky ≥ průměr via +12 mil.
6. Požadavky na vnitřní rovinnou vrstvu, přepážku přízemní vrstvy U vícevrstvých desek plošných spojů (PCB) existuje alespoň jedna napájecí vrstva a jedna zemnící vrstva. Protože všechna napětí na vícevrstvé desce plošných spojů jsou připojena ke stejné napájecí vrstvě, musí být napájecí vrstva oddělena a izolována. Obecně by velikost oddělovacího vodiče měla být 20 ~ 80 mil. Čím vyšší napětí, tím silnější je oddělovací vodič.
Aby se zvýšila spolehlivost a snížilo se virtuální svařování způsobené velkoplošnou absorpcí tepla kovu během svařovacího procesu.
Otvor izolační podložky ≥ otvoru pro vrtání +20mil
7. Požadavky na bezpečné rozestupy Nastavení bezpečné vzdálenosti by mělo splňovat požadavky elektrické bezpečnosti. Obecně řečeno, minimální vzdálenost vnějšího vodiče nesmí být menší než 4 mil a minimální vzdálenost vnitřního vodiče nesmí být menší než 4 mil. Za předpokladu, že je možné uspořádat kabeláž, by měla být vzdálenost co největší, aby se zlepšila rychlost konečného výrobku a snížily selhání hotové desky.
8. Zlepšete odolnost celé desky proti rušení. Návrh vícevrstvých desek plošných spojů musí také dbát na odolnost celé desky proti rušení. Obecné metody jsou:
Přidejte filtrační kondenzátor poblíž napájení a uzemnění každého integrovaného obvodu, kapacita je obvykle 473 nebo 104.
Pro citlivé signály na vícevrstvých deskách plošných spojů je nutné samostatně přidat příslušné stínicí vodiče a zapojení v blízkosti zdrojů signálu by mělo být co nejméně.
Vyberte si vhodný uzemňovací bod.
