Definition von mehrschichtigen Leiterplatten
Generell gibt es einseitige, doppelseitige und mehrschichtige Leiterplatten. Für einige einfache Elektrogeräte, wie z. B. Radios, reicht eine einseitige Leiterplatte aus. Mit der Zeit können jedoch für multifunktionale und kleinvolumige elektronische Produkte einseitige und doppelseitige Leiterplatten die Anforderungen nicht mehr vollständig erfüllen, sodass mehrschichtige Leiterplatten verwendet werden müssen. Mehrschichtige Leiterplatten bieten viele Vorteile, wie z. B. eine hohe Bestückungsdichte und ein geringes Volumen; die Verbindung zwischen elektronischen Komponenten wird verkürzt, die Signalübertragungsgeschwindigkeit ist hoch und die Verkabelung ist bequem; gute Abschirmwirkung usw.
Die Anzahl der Lagen von mehrschichtigen Leiterplatten ist unbegrenzt. Derzeit gibt es mehrschichtige Leiterplatten mit über 100 Lagen, üblicherweise 4L- und 6L-Leiterplatten. Vergleicht man mehrschichtige Leiterplatten mit einseitigen und doppelseitigen Leiterplatten, aus welchen Lagen bestehen sie? Was sind ihre Bedeutung und Verwendung? Werfen wir gemeinsam einen Blick darauf.
Signalschicht
Die Signalschicht ist in die obere Schicht, die mittlere Schicht und die untere Schicht unterteilt und wird hauptsächlich zum Platzieren verschiedener Komponenten oder zum Verdrahten und Schweißen verwendet.
Interne Ebenenschicht
Die interne Planebene, auch als interne Leistungsebene bekannt, dient der Anordnung von Strom- und Masseleitungen. Diese Ebene wird nur für mehrschichtige Leiterplatten verwendet. Wir sprechen von Doppelschicht-, 4L- und 6L-Platinen, was sich im Allgemeinen auf die Anzahl der Signalschichten und der internen Strom-/Masseschichten bezieht.
Mechanische Schicht
Die mechanische Ebene definiert das Erscheinungsbild der gesamten mehrschichtigen Leiterplatte. Tatsächlich meinen wir mit der mechanischen Ebene die Struktur der gesamten mehrschichtigen Leiterplatte. Die mechanische Ebene dient im Allgemeinen dazu, Informationen zur Leiterplattenherstellung und zu Montagemethoden zu platzieren, wie z. B. physikalische Maßlinien der Leiterplatte, Daten, Via-Informationen usw. Diese Informationen variieren je nach den Anforderungen von Designunternehmen oder Leiterplattenherstellern. Darüber hinaus kann die mechanische Ebene mit anderen Ebenen verbunden werden, um die Anzeige gemeinsam anzuzeigen.
Lötmaskenschicht
Bezeichnet den Teil der mehrschichtigen Leiterplatte, der mit grünem Lötstopplack-Öl beschichtet wird. Die Lötstopplackschicht verwendet tatsächlich einen negativen Ausgang. Nachdem die Form der Lötstopplackschicht auf die Leiterplatte abgebildet wurde, wird die Lötstopplackschicht nicht mit grünem Öl beschichtet, sondern das Kupfer freigelegt. Um die Dicke der Kupferfolie zu erhöhen, wird üblicherweise das grüne Öl von der Lötstopplackschicht entfernt und anschließend Zinn hinzugefügt, um die Dicke des Kupferdrahts zu erhöhen.
Maskenebene einfügen
Ihre Funktion ähnelt der der Lötstoppmaske, entspricht aber dem Pad des oberflächenmontierten Bauteils beim Maschinenschweißen. Möglicherweise sind die Begriffe Lötstoppmaske und Pastenmaske noch unklar. Zusammenfassend lässt sich sagen:
Rolle:
1. Die Lötmaskenschicht dient hauptsächlich dazu, zu verhindern, dass die Kupferfolie der Leiterplatte direkt der Luft ausgesetzt wird, und erfüllt eine Schutzfunktion.
2. Die Pastenmaskenschicht wird zum Erstellen eines Schablonennetzes verwendet, und das Schablonennetz kann Lötpaste präzise auf das zu lötende SMD-Pad auftragen.
Unterschied:
1. Lötstoppmaskenschicht bedeutet, auf dem gesamten Stück Lötstoppmasken-Grünöl ein Fenster zu öffnen, um das Schweißen zu ermöglichen.
② Standardmäßig sollten alle Bereiche ohne Lötstoppmaske mit grünem Öl beschichtet werden.
3. Für SMD-Verpackungen wird eine Lötflussmittelschicht verwendet.
Sperrschicht
Wird verwendet, um den Bereich zu definieren, in dem Komponenten und Verkabelung effektiv auf der Leiterplatte platziert werden können. Zeichnen Sie auf dieser Ebene einen geschlossenen Bereich als effektiven Bereich für die Verkabelung ein. Eine automatische Verlegung und Verkabelung außerhalb dieses Bereichs ist nicht möglich.
Siebdruckschicht
Die Siebdruckebene wird hauptsächlich zum Platzieren gedruckter Informationen verwendet, wie etwa Umrisse und Markierungen von Komponenten, Siebdrucke mit verschiedenen Anmerkungen usw. Im Allgemeinen befinden sich alle Arten von markierten Siebdrucken in der oberen Siebdruckebene und die untere Siebdruckebene kann geschlossen sein.
Mehrschichtig
Das obere Pad der Leiterplatte und das durchdringende Via-Loch müssen die gesamte mehrschichtige Leiterplatte durchdringen und eine elektrische Verbindung mit verschiedenen leitfähigen Musterschichten herstellen. Daher richtet das System speziell eine abstrakte Mehrschicht ein. Im Allgemeinen sollten die Pads und Vias auf einer Mehrschicht angeordnet sein. Wenn diese Schicht geschlossen ist, können die Pads und Vias nicht angezeigt werden.
Bohrschicht
Die Bohrebene liefert Bohrinformationen im Leiterplattenherstellungsprozess (z. B. müssen Pads und Vias gebohrt werden).
System
Die Arbeitsebene dient zur Anzeige von Informationen zu Verstößen gegen Designregeln.
Mehrschichtiges PCB-Design
1. Bestimmung der Plattenform, -größe und Lagenanzahl Bei mehrschichtigen Leiterplatten ist die Montage mit anderen Bauteilen problematisch. Daher müssen Form und Größe der mehrschichtigen Leiterplatte auf die Struktur des Gesamtprodukts abgestimmt sein. Produktionstechnisch sollte sie jedoch möglichst einfach sein, in der Regel rechteckig im Längen-Breiten-Verhältnis, um die Montage zu erleichtern, die Produktionseffizienz zu verbessern und die Arbeitskosten zu senken.
Die Anzahl der Lagen muss entsprechend den Anforderungen an Schaltungsleistung, Platinengröße und Schaltungsdichte bestimmt werden. Für mehrschichtige Leiterplatten werden am häufigsten 4L- und 6L-Platinen verwendet. Nehmen wir als Beispiel 4L-Platinen, d. h. zwei Leiterschichten (Bauteiloberfläche und Lötfläche), eine Leistungsschicht und eine Masseschicht.
Die Schichten der mehrschichtigen Leiterplatte sollten symmetrisch sein, und es ist am besten, wenn die Anzahl der Kupferschichten gleichmäßig ist, d. h. vier, sechs, acht Schichten usw. Aufgrund der asymmetrischen Laminierung neigt die Leiterplattenoberfläche zum Verziehen, insbesondere bei oberflächenmontierten mehrschichtigen Leiterplatten, worauf besondere Aufmerksamkeit gerichtet werden sollte.
2. Lage und Ausrichtung der Komponenten Die Position und Platzierungsrichtung der Komponenten sollte zunächst unter dem Aspekt des Schaltungsprinzips betrachtet werden, um dem Trend der Schaltung gerecht zu werden. Die Rationalität der Platzierung wirkt sich direkt auf die Leistung der mehrschichtigen Leiterplatte aus, insbesondere der analogen Hochfrequenzschaltung, die offensichtlich eine strengere Positionierung und Platzierung der Geräte erfordert.
Eine sinnvolle Platzierung der Komponenten ist gewissermaßen ein Indikator für den Erfolg des mehrschichtigen PCB-Designs. Daher sollten wir bei der Festlegung des Layouts der mehrschichtigen Leiterplatte und der Festlegung des Gesamtlayouts eine detaillierte Analyse des Schaltungsprinzips durchführen, zunächst die Position spezieller Komponenten (wie z. B. großer ICs, Hochleistungstransistoren, Signalquellen usw.) bestimmen und dann andere Komponenten so anordnen, dass mögliche Störfaktoren vermieden werden.
Andererseits sollten wir die Gesamtstruktur der mehrschichtigen Leiterplatte berücksichtigen, um eine ungleichmäßige Anordnung und Unordnung der Komponenten zu vermeiden. Dies beeinträchtigt nicht nur die Optik der mehrschichtigen Leiterplatte, sondern bringt auch erhebliche Unannehmlichkeiten bei Montage und Wartung mit sich.
3. Anforderungen an Kabelführung und Verdrahtungsfläche Im Allgemeinen erfolgt die Verdrahtung mehrschichtiger Leiterplatten entsprechend der Schaltungsfunktionen. Bei der Verdrahtung der äußeren Schicht ist mehr Verdrahtung auf der Schweißfläche und weniger Verdrahtung auf der Bauteiloberfläche erforderlich, was die Wartung und Fehlerbehebung mehrschichtiger Leiterplatten erleichtert.
Dünne, dichte Drähte und störanfällige Signalleitungen werden üblicherweise in der Innenlage angeordnet. Eine große Kupferfolienfläche sollte gleichmäßig auf der Innen- und Außenlage verteilt werden. Dies trägt dazu bei, den Verzug der Platine zu reduzieren und beim Galvanisieren eine gleichmäßigere Beschichtung der Oberfläche zu erzielen.
Um Kurzschlüsse zwischen den Schichten zu verhindern, die durch die Formverarbeitung, gedruckte Drähte und mechanische Verarbeitung verursacht werden, sollte der Abstand zwischen den leitfähigen Mustern der inneren und äußeren Verdrahtungsbereiche und der Platinenkante größer als 50 mil sein.
4. Anforderungen an Drahtrichtung und Linienbreite Bei der mehrschichtigen Leiterplattenverdrahtung sollten die Stromschicht, die Masseschicht und die Signalschicht getrennt sein, um die Interferenzen zwischen Strom, Masse und Signal zu verringern.
Die Leitungen zweier benachbarter Mehrschichtplatten sollten möglichst senkrecht zueinander, geneigt oder gekrümmt verlaufen, anstatt parallel zu verlaufen, um die Kopplung zwischen den Schichten und die Interferenz des Substrats zu reduzieren. Die Drähte sollten, insbesondere bei kleinen Signalschaltungen, möglichst kurz sein. Je kürzer die Drähte, desto geringer der Widerstand und desto geringer die Interferenz.
Signalleitungen auf derselben Etage sollten bei Richtungswechseln scharfe Ecken vermeiden. Die Breite des Kabels sollte entsprechend den Strom- und Impedanzanforderungen des Stromkreises bestimmt werden. Die Stromeingangsleitung sollte größer und die Signalleitung relativ kleiner sein.
Bei allgemeinen digitalen Platinen kann die Linienbreite der Stromeingangsleitung 50 bis 80 mil und die Linienbreite der Signalleitung 6 bis 10 mil betragen.
Beim Verdrahten ist zudem darauf zu achten, dass die Leitungsbreiten möglichst gleichbleibend sind, um plötzliche Verdickungen und Verdünnungen der Leitungen zu vermeiden, was der Impedanzanpassung förderlich ist.
5. Anforderungen an Bohrlochgröße und Pad Die Lochgröße von Bauteilen auf mehrschichtigen Leiterplatten hängt von der Pingröße der ausgewählten Bauteile ab. Ist das Bohrloch zu klein, beeinträchtigt dies die Installation und das Löten des Bauteils. Ist das Bohrloch zu groß, wird der Schweißpunkt beim Schweißen nicht ausreichend gefüllt. Im Allgemeinen lautet die Berechnungsmethode für den Bauteillochdurchmesser und die Padgröße:
※Durchmesser des Bauteillochs = Durchmesser des Bauteilstifts (oder der diagonalen Linie) + (10 ~ 30 mil)
※Element-Pad-Durchmesser ≥ Element-Lochdurchmesser +18mil
Der Durchmesser der Durchgangslöcher wird hauptsächlich durch die Dicke der fertigen Platine bestimmt. Bei hochdichten Mehrschichtplatinen sollte er im Allgemeinen im Bereich der Platinendicke kontrolliert werden: Lochdurchmesser ≤ 5:1.
Die Berechnungsmethode von VIAPAD lautet: Via-Pad-Durchmesser ≥ Via-Durchmesser +12mil.
6. Anforderungen an die innere Planschicht, Bodenschichttrennwand Bei mehrschichtigen Leiterplatten gibt es mindestens eine Versorgungs- und eine Masseschicht. Da alle Spannungen auf der mehrschichtigen Leiterplatte mit derselben Versorgungsschicht verbunden sind, muss diese unterteilt und isoliert werden. Die Trennlinie sollte in der Regel 20 bis 80 mil betragen. Je höher die Spannung, desto dicker die Trennlinie.
Um die Zuverlässigkeit zu erhöhen und das virtuelle Schweißen zu reduzieren, das durch großflächige Wärmeaufnahme des Metalls im Schweißprozess entsteht.
Die Öffnung des Isolationspads ≥ Bohröffnung +20mil
7. Anforderungen an den Sicherheitsabstand Die Festlegung des Sicherheitsabstands sollte den Anforderungen der elektrischen Sicherheit entsprechen. Generell darf der Mindestabstand des Außenleiters nicht weniger als 4 mil und der des Innenleiters nicht weniger als 4 mil betragen. Sofern die Verkabelung möglich ist, sollte der Abstand so groß wie möglich sein, um die Fertigungsrate zu verbessern und versteckte Probleme durch Fehler an der fertigen Platine zu reduzieren.
8. Verbessern Sie die Entstörungsfähigkeit der gesamten Platine. Beim Design mehrschichtiger Leiterplatten muss auch die Entstörungsfähigkeit der gesamten Leiterplatte berücksichtigt werden. Die allgemeinen Methoden sind:
Fügen Sie in der Nähe der Stromversorgung und der Masse jedes IC einen Filterkondensator hinzu. Die Kapazität beträgt im Allgemeinen 473 oder 104.
Bei empfindlichen Signalen auf mehrschichtigen Leiterplatten müssen die zugehörigen Abschirmdrähte separat hinzugefügt werden und die Verkabelung in der Nähe von Signalquellen muss so gering wie möglich sein.
Wählen Sie einen geeigneten Erdungspunkt.
