С более сильными функциями и более высокой производительностью электронных продуктов, более высокие требования были выдвинуты и к печатным платам. В настоящее время все большее количество устройств требуют высокоплотных и компактных схемных конструкций, что является причиной появления многослойных печатных плат.
Многослойные печатные платы изготавливаются путем укладки трех или более проводящих медных слоев между слоями изоляционного материала. Это позволяет выполнять более сложную маршрутизацию и обеспечивает более стабильную передачу сигнала.
В этой статье будут представлены основные концепции проектирования многослойных печатных плат, объяснены общие структуры слоев печатных плат и подробно описан весь процесс производства многослойных печатных плат. Независимо от того, проектируете ли вы высокоскоростные серверы или разрабатываете интеллектуальное носимое устройство, это руководство поможет вам полностью понять ключевые аспекты многослойных плат.
Понимание слоев печатной платы
Понимание структуры слоев печатной платы полезно для определения сложности и применения печатной платы. В зависимости от количества проводящих слоев печатные платы подразделяются на три типа: однослойные, двухслойные и многослойные печатные платы.
Однослойные печатные платы
Однослойная печатная плата имеет только одну сторону с медным слоем и также известна как односторонняя плата. Ее структура проста и обычно состоит из медного слоя, изоляционных материалов и шелкографии. Из-за наличия только одного проводящего слоя пространство для трассировки ограничено, и она не подходит для сложных или высокоскоростных приложений.
Двухслойные печатные платы
Двухслойная печатная плата имеет медные дорожки как на верхней, так и на нижней поверхности печатной платы, при этом два слоя печатной платы повторно соединены переходными отверстиями. Ее структура состоит из медного слоя, подложки и еще одного медного слоя. Обычно для обеспечения проводимости между верхним и нижним слоями используются металлизированные сквозные отверстия. По сравнению с однослойными платами она обеспечивает более гибкую маршрутизацию и подходит для схем средней сложности. Однако она все еще имеет ограничения с точки зрения целостности сигнала и высокочастотных характеристик.
Многослойные печатные платы
Многослойные печатные платы содержат три или более проводящих медных слоев. Они поочередно укладываются с изолирующими слоями и ламинируются в единую структуру с помощью процессов ламинирования. Многослойные печатные платы могут обеспечивать более высокую плотность маршрутизации и обычно встречаются в областях с чрезвычайно высокими требованиями к производительности, таких как высокоскоростные вычисления, медицинские устройства, смартфоны и аэрокосмическая промышленность. Однако процесс производства многослойных печатных плат более сложен, с более высокими затратами, более длительными циклами обработки и более строгими требованиями к проектированию и проверке.
Основные компоненты многослойной печатной платы включают в себя:
• Внутренние медные слои (маршрутизация сигналов или плоскости)
• Препрег и слои сердцевины (изоляция и поддержка)
• Переходные отверстия (сквозные, глухие или скрытые) для соединения слоев печатной платы
• Паяльная маска и шелкография на внешних слоях
Основы проектирования многослойных печатных плат
Для достижения стабильной и надежной конструкции многослойной печатной платы необходимо найти баланс между производительностью, технологичностью и стоимостью. Ниже приведены несколько ключевых аспектов:
Управление сигнальным уровнем
При проектировании структуры слоев печатной платы следует разумно расположить сигнальный слой, слой питания и слой заземления. Распространенный подход заключается в размещении сигнального слоя между слоями заземления, что может уменьшить помехи сигнала и улучшить качество сигнала.
Через стратегию
В многослойных печатных платах различные слои должны быть соединены через переходные отверстия. При проектировании можно выбирать сквозные отверстия, глухие отверстия или скрытые отверстия в зависимости от структуры платы и бюджета. Выбор правильного типа сквозного отверстия помогает экономить место и контролировать производственные затраты.
Контролируемый импеданс
Для высокоскоростных сигналов согласование импеданса очень важно. На импеданс влияют ширина дорожки, расстояние между слоями и диэлектрическая проницаемость материала. Хорошая конструкция многослойной печатной платы требует точного контроля этих параметров для обеспечения стабильной передачи сигнала.
Дизайн для технологичности (DFM)
Для упрощения производства следует учитывать технологические ограничения при проектировании. Например, необходимо обеспечить точное выравнивание слоев друг с другом, соответствие размеров сверления требованиям, а также разумное расстояние между трассами. Соблюдение принципов проектирования DFM может снизить риск ошибок и повысить эффективность производства.
САПР-инструменты
Использование соответствующих программных инструментов может значительно повысить эффективность проектирования. Такое программное обеспечение, как Altium, KiCad и Cadence, поддерживает конфигурацию стека, проверку маршрутизации и проверку электрических правил и является надежными платформами для производства и проектирования многослойных печатных плат.
Планирование многослойной печатной платы
В многослойных печатных платах стек относится к расположению и функциональному распределению каждого слоя. Разумный Дизайн стека влияет не только на качество передачи сигналов, но и на механическую прочность и сложность изготовления печатной платы. Хороший дизайн стека является основой для достижения высокой производительности и надежности многослойных печатных плат.
При планировании многослойной компоновки печатной платы необходимо уделить особое внимание следующим аспектам:
Симметричный дизайн
Стек должен быть максимально симметричным. Например, распределение меди на верхнем и нижнем слоях должно быть сбалансированным. Это может эффективно предотвратить деформацию платы, вызванную неравномерным нагревом в процессе производства многослойной печатной платы.
Выбор препрега и основного материала
Различные материалы будут влиять на диэлектрическую проницаемость и термическую стабильность платы. Выбор подходящего препрега и основных материалов помогает обеспечить скорость сигнала и общую термическую стабильность. Это неотъемлемая часть многослойной конструкции печатной платы.
Компоновка силовой и заземляющей плоскости
В конструкции следует тщательно организовать размещение силового и заземляющего слоев, и лучше всего разместить их близко к сигнальным слоям. Это может обеспечить стабильный обратный путь для сигналов, уменьшить помехи и улучшить целостность сигнала.
Контроль межслойного расстояния
Расстояние между различными слоями напрямую влияет на управление импедансом и электромагнитную совместимость. Меньшее расстояние может улучшить связь и уменьшить перекрестные помехи. Но в то же время следует также учитывать баланс между производственными мощностями и электрическими характеристиками.
Оптимизированный многослойный стек печатной платы может эффективно повысить производительность схемы. Для любого электронного продукта, требующего высокой частоты, высокой скорости или высокой надежности, проектирование стека является ключевым шагом.
Процесс изготовления многослойных печатных плат
Полный процесс производства многослойных печатных плат включает в себя несколько высокоточных этапов. Он основан на производстве однослойных или двухслойных печатных плат и добавляет обработку подготовки внутренних слоев схемы и многослойного ламинирования. По сравнению с обычными платами, производство многослойных печатных плат более сложное и имеет более высокие требования к контролю процесса. Ниже приведен типичный процесс производства многослойных печатных плат:
Изготовление и травление внутренних слоев схем
Сначала медная фольга ламинируется на изолирующий материал сердечника. Фотолитография используется для переноса рисунка схемы на медную фольгу, а затем применяется химическое травление для удаления излишков меди, оставляя только необходимые следы. После этого шага каждая внутренняя схема слоя завершается.
Ламинирование и выравнивание
Все подготовленные слои печатной платы укладываются в соответствии с разработанной структурой стека. Для ламинирования этих слоев в единую плату используются высокая температура и высокое давление. Точное выравнивание каждого слоя имеет решающее значение для избежания ошибок на последующих этапах.
Сверление и меднение
Отверстия просверливаются через ламинированную плату для установления электрических соединений между различными слоями печатной платы. Затем слой меди осаждается на стенки отверстий посредством химического осаждения, создавая токопроводящие пути между слоями. Этот шаг напрямую влияет на надежность электрических соединений.
Изготовление внешнего слоя схемы
Процесс для внешнего слоя аналогичен процессу для внутренних слоев. Для переноса рисунка используется фотолитография, за которой следует травление для формирования окончательных внешних схем. После этого шага схема платы почти завершена.
Паяльная маска и шелкография
На поверхность платы наносится слой паяльной маски, защищающей непаянные области от загрязнения или коротких замыканий. Затем шелкография используется для добавления маркировки для размещения компонентов, логотипов компании и других идентификаторов.
Поверхностная обработка
Наконец, открытые области контактных площадок подвергаются поверхностной обработке. Распространенные методы включают ENIG (электролитическое никелирование и иммерсионное золото) и HASL (выравнивание пайки горячим воздухом). Эти отделки улучшают паяемость, предотвращают окисление и повышают коррозионную стойкость.
О PCBasic
Время — деньги в ваших проектах — и PCBasic получает это. PCБазовый - это компания по сборке печатных плат который обеспечивает быстрые и безупречные результаты каждый раз. Наш комплексный Услуги по сборке печатных плат включают экспертную инженерную поддержку на каждом этапе, гарантируя высочайшее качество каждой платы. Как ведущий производитель сборки печатных плат, мы предлагаем комплексное решение, которое оптимизирует вашу цепочку поставок. Сотрудничайте с нашими передовыми Завод по производству прототипов печатных плат для быстрого выполнения заказов и превосходных результатов, которым вы можете доверять.
Выбор подходящего производителя для вашей многослойной печатной платы
Выбор опытного производителя многослойных печатных плат имеет решающее значение для обеспечения качества, сроков поставки и производительности ваших печатных плат. Возможности производителя напрямую влияют на стабильность вашего продукта и общий ход проекта. При выборе партнера учитывайте следующие аспекты:
• Возможности: Могут ли они поддерживать сложные конструкции многослойных печатных плат, включая HDI и платы с малым шагом выводов?
• Сертификаты: Соответствие стандартам ISO 9001, IPC, RoHS
• Оборудование: Современные установки для лазерного сверления, рентгеновской регистрации и AOI-контроля
• Время выполнения: Быстрый цикл создания прототипов и производства
• Поддерживать: Обратная связь по проектированию и обзор конструкции многослойной печатной платы
Надежный производитель может помочь оптимизировать производство многослойных печатных плат и сократить время вывода продукции на рынок.
Производство многослойных печатных плат на заводе PCBasic
В PCBasic мы фокусируемся на производстве высокоточных многослойных печатных плат с более чем 10-летним опытом в области инжиниринга и управления проектами. Наше передовое оборудование и квалифицированная команда позволяют нам поставлять надежные решения для многослойных печатных плат для таких отраслей, как медицина, автомобилестроение, промышленный контроль и бытовая электроника.
Почему стоит выбрать PCBasic для многослойных печатных плат?
Сильная техническая команда
Наши команды по проектированию и дизайну печатных плат имеют более 10 лет опыта. Мы также работаем с исследовательскими группами PhD из ведущих университетов для улучшения дизайна многослойных печатных плат и производительности материалов.
Гибкая производственная мощность
• Фабрика в Шэньчжэне: Идеально подходит для создания прототипов многослойных печатных плат в больших объемах.
• Фабрика Хуэйчжоу: Разработано для экономически эффективного крупносерийного производства многослойных печатных плат.
Поддержка внутреннего производства
Мы владеем собственными линиями по производству трафаретов и приспособлений, предлагаем прецизионную обработку на станках с ЧПУ и обеспечиваем доставку трафаретов в течение 1 часа. Это помогает ускорить и поддержать сложную многослойную сборку плат.
Надежная поставка компонентов
Наш интеллектуальный центральный склад гарантирует, что все компоненты являются оригинальными и имеются в наличии. Благодаря нашему импорту спецификации материалов одним щелчком и системе мгновенного расчета стоимости клиенты могут легко управлять процессом изготовления многослойных печатных плат.
Сертифицированная гарантия качества
PCBasic — это национальное высокотехнологичное предприятие с сертификатами, включая ISO 13485, IATF 16949, ISO 9001, ISO 14001 и UL. Мы являемся членом IPC и обладаем более чем 20 патентами, связанными с системами контроля качества и управления производством.
Независимо от того, нужен ли вам 4-слойный прототип или заказ на производство 12-слойной платы, PCBasic — ваш надежный партнер для быстрого, надежного и масштабируемого производства многослойных печатных плат.
Заключение
В современной быстро развивающейся и высокоинтегрированной электронной промышленности многослойные печатные платы стали основной технологией. Благодаря более высокой плотности слоев и лучшим электрическим характеристикам многослойные печатные платы используются во многих электронных продуктах — от потребительских устройств до промышленных систем.
Для их успешного использования нужен правильный подход. Это означает правильное проектирование многослойной печатной платы, хорошо спланированный стек и надежный процесс производства многослойной печатной платы.
Независимо от того, работаете ли вы над 4-слойной печатной платой для носимого устройства или 12-слойной серверной материнской платой, выбор правильной стратегии создания многослойной печатной платы и правильного партнера по производству является ключом к успеху вашего проекта.
