Inżynierowie elektryczni często stoją przed dylematem określania optymalnej liczby warstw dlaProjekt PCB. Czy lepiej jest użyć większej liczby warstw lub mniej warstw? Jak podejmować decyzję o liczbie warstw PCB?
1. Co oznacza warstwa PCB?
Warstwy PCB odnoszą się do warstw miedzi, które są laminowanesubstrat. Z wyjątkiemPCBS jednarstwektóre mają tylko jedną warstwę miedzi, wszystkie PCB z dwiema lub więcej warstwami mają parzystą liczbę warstw. Komponenty są przylutowane do najbardziej zewnętrznej warstwy, podczas gdy inne warstwy służą jako połączenia okablowania. Jednak niektóre wysokiej klasy PCB osadzą również komponenty w warstwach wewnętrznych.
PCB służą do produkcji różnych urządzeń elektronicznych i maszyn w różnych branżach, takich jakElektronika konsumpcyjna, Automotive,Telekomunikacja, lotnicza, wojskowa i medyczna
branże. Liczba warstw i wielkość określonej płyty określa moc ipojemnośćPCB. Wraz ze wzrostem liczby warstw również funkcjonalność.
2. Jak określić liczbę warstw PCB?
Przy podejmowaniu decyzji o odpowiedniej liczbie warstw dla PCB ważne jest, aby wziąć pod uwagę korzyści z użyciawiele warstww porównaniu z pojedynczymi lub podwójnymi warstwami. Jednocześnie konieczne jest również rozważenie zalet stosowania pojedynczej warstwy w porównaniu z projektami wielowarstwowymi. Czynniki te można ocenić na podstawie następujących pięciu perspektyw:
2-1. Gdzie będzie używana PCB?
Przy określaniu specyfikacji płyty PCB kluczowe jest rozważenie zamierzonej maszyny lub urządzenia, w którym będzie używana PCB, a także określone wymagania dotyczące płytki obwodu dla takiego sprzętu. Obejmuje to określenie, czy płyta PCB będzie używana w wyrafinowanym i
złożone produkty elektroniczne lub w prostszych produktach o podstawowej funkcjonalności.
2-2. Jaka częstotliwość pracy jest potrzebna na PCB?
Przy projektowaniu PCB należy wziąć pod uwagę kwestię częstotliwości roboczej, ponieważ ten parametr określa funkcjonalność i pojemność PCB. W przypadku większej prędkości i możliwości operacyjnych niezbędne są wielowarstwowe PCB.
2-3. Jaki jest budżet projektu?
Innymi czynnikami do rozważenia są koszty produkcji pojedynczej
oraz PCB z podwójną warstwą w porównaniu z wielowarstwowymi PCB. Jeśli chcesz PCB o tak wysokiej pojemności, jak to możliwe, koszt nieuchronnie będzie stosunkowo wysoki.
Niektóre osoby pytają o związek między liczbą warstw w PCB a jej ceną. Zasadniczo im więcej warstw ma PCB, tym wyższa jej cena. Jest tak, ponieważ projektowanie iprodukcjaWielowarstwowa płytka drukowana trwa dłużej, a zatem kosztuje więcej. Poniższy wykres pokazuje średni koszt wielowarstwowych PCB dla trzech różnych producentów w następujących warunkach:
Ilość zamówienia PCB: 100;
Rozmiar PCB: 400 mm x 200 mm;
Liczba warstw: 2, 4, 6, 8, 10.
Wykres wyświetla średnią cenę PCB z trzech różnych firm, nie uwzględniając kosztów wysyłki. Koszt PCB można ocenić za pomocą witryn z cytatami PCB, które pozwalają wybrać różne parametry, takie jak typ przewodu, rozmiar, ilość i liczba warstw. Ten wykres zapewnia jedynie ogólne wyobrażenie o średnich cenach PCB od trzech producentów, a ceny mogą się różnić w zależności od liczby warstw. Koszty wysyłki nie są uwzględnione. Skuteczne kalkulatory są dostępne online, dostarczone przez samych producentów, aby pomóc klientom ocenić koszt ich drukowanych obwodów na podstawie różnych parametrów, takich jak rodzaj przewodu, wielkość, ilość, liczba warstw, materiały izolacyjne, grubość itp.
2-4. Jaki jest wymagany czas dostawy na PCB?
Czas dostawy odnosi się do czasu potrzebnego do produkcji i dostarczania pCB z pojedynczych/podwójnych/wielowarstwowych. Kiedy musisz wyprodukować dużą ilość PCB,czas dostawynależy wziąć pod uwagę. Czas dostawy dla pojedynczych/podwójnych/wielowarstwowych PCB jest różny i zależy od wielkości obszaru PCB. Oczywiście, jeśli chcesz wydać więcej pieniędzy, czas dostawy może zostać skrócony.
2-5. Jakiej gęstości i warstwy sygnałowej wymaga PCB?
Liczba warstw w PCB zależy od gęstości pinów i warstw sygnału. Na przykład gęstość pinu wynosząca 1,0 wymaga 2 warstw sygnału, a wraz ze spadkiem gęstości pinu liczba wymaganych warstw wzrośnie. Jeśli gęstość pinów wynosi 0,2 lub mniej, wymagane jest co najmniej 10 warstw PCB.
3. Dokonany różnych warstw PCB-jednowarstwowa/podwójna warstwowa/wielowarstwowa.
3-1. Jednowarstwowy PCB
Konstrukcja jednowarstwowej płytki drukowanej jest prosta, składająca się z jednej warstwy prasowanych i spawanych warstw materiału przewodzącego elektrycznie. Pierwsza warstwa jest pokryta platformą odzianą miedzi, a następnie nakładana jest warstwa resistystyczna lutownicza. Schemat jednowarstwowej płytki drukowanej zwykle pokazuje trzy kolorowe paski reprezentujące warstwę i jej dwie warstwy pokrywające-szary dla samej warstwy dielektrycznej, brązowy dla płyty odzianej miedzi i zielony dla warstwy oparcia lutownika.
Zalety:
● Niskie koszty produkcji, szczególnie w produkcji elektroniki użytkowej, która ma wyższą wydajność kosztową.
● montaż komponentów, wiercenie, lutowanie i instalacja są stosunkowo proste, aproces produkcyjnyjest mniej prawdopodobne, że napotyka problemy.
● Ekonomiczne i odpowiednie do masowej produkcji.
● Idealny wybór do projektów o niskiej gęstości.
Zastosowania:
● Podstawowe kalkulatory używają jednarstwowych PCB.
● Radia, takie jak tanie budziki radiowe w ogólnych magazynach towarów, zwykle używają jednowarstwowych PCB.
● Maszyny do kawy często używają jednowarstwowych PCB.
● Niektóre urządzenia gospodarstwa domowego wykorzystują jednowarstwowe PCB.
3-2. Dwuwarstwowa płytka drukowana
Dwuwarstwowa PCB ma dwie warstwy poszycia miedzi z warstwą izolacyjną pomiędzy nimi.Komponentysą umieszczane po obu stronach płyty, dlatego nazywa się ją również dwustronną płytką drukowaną. Są one wytwarzane przez podłączenie dwóch warstw miedzi razem z materiałem dielektrycznym pomiędzy, a każda strona miedzi może przesyłać różne sygnały elektryczne. Są odpowiednie do zastosowań wymagających szybkiej i kompaktowej opakowania.
Sygnały elektryczne są kierowane między dwiema warstwami miedzi, a materiał dielektryczny między nimi pomaga zapobiec zakłóceniu tych sygnałów. Dwuwarstwowa płytka drukowana jest najczęstszą i ekonomiczną płytką do produkcji.
Dwuwarstwowe płytki PCB są podobne do pCBS jednarstwowych, ale mają odwróconą lustrzaną dolną połowę. Podczas korzystania z PCB z podwójnym warstwą warstwa dielektryczna jest grubsza niż w przypadku jednocyknych PCB. Ponadto w górnej, jak i dolnej stronie materiału dielektrycznego występuje miedziane poszycie. Ponadto górna i dolna laminowana deska są pokryte warstwą odporności na lut.
Schemat podwójnej warstwy PCB zwykle wygląda jak trójwarstwowa kanapka, z grubą szarą warstwą na środku reprezentującej dielektryczne, brązowe paski na górnych i dolnych warstwach reprezentujących miedź oraz cienkie zielone paski na górnej i dolnej warstwie odporności na lutowanie.
Zalety:
● Elastyczna konstrukcja sprawia, że nadaje się do różnych urządzeń.
● Tanie struktura, która sprawia, że jest wygodna do masowej produkcji.
● Prosty projekt.
● Mały rozmiar odpowiedni dla różnych urządzeń.
Zastosowania:
Dwuwarstwowe PCB są odpowiednie dla szerokiej gamy prostych i złożonych urządzeń elektronicznych. Przykłady sprzętu produkowanego masowo, które mają podwójne warstwy PCB, obejmują:
● Jednostki HVAC, systemy ogrzewania i chłodzenia mieszkaniowego od różnych marek obejmują dwukrotne deski do drukowania.
● Wzmacniacze, podwójne warstwy PCB są wyposażone w jednostki wzmacniaczy używane przez wielu muzyków.
● Drukarki, różne urządzenia peryferyjne komputerowe polegają na dwukrotnych warunkach PCB.
3-3. Czterowarstwowy PCB
4-warstwowa płytka drukowana to płytka drukowana z czterema warstwami przewodzącymi: górna, dwie warstwy wewnętrzne i na dole. Obie wewnętrzne warstwy są rdzeniem, zwykle używanym jako płaszczyzna zasilania lub uziemienia, podczas gdy zewnętrzne górne i dolne warstwy są używane do umieszczania komponentów i sygnałów routingu.
Zewnętrzne warstwy są zwykle pokryte warstwą odporności na lut z odsłoniętymi podkładkami, aby zapewnić punkty umieszczania urządzeń montowanych na powierzchni i komponentów przez otwór. Otwory są zwykle używane do zapewnienia połączeń między czterema warstwami, które są laminowane razem, tworząc płytę.
Oto podział tych warstw:
- Warstwa 1: dolna warstwa, zwykle wykonana z miedzi. Służy jako podstawa całej płyty drukowanej, zapewniając wsparcie dla innych warstw.
- Warstwa 2: Warstwa zasilania. Jest to nazwane w ten sposób, ponieważ zapewnia czystą i stabilną moc wszystkim komponentom na płytce drukowanej.
- Warstwa 3: Warstwa płaszczyzny uziemienia, służąc jako źródło uziemienia dla wszystkich komponentów na płytce obwodu.
- Warstwa 4: Górna warstwa używana do routingu sygnałów i dostarczania punktów połączenia dla komponentów.
W 4-warstwowym konstrukcji PCB 4 miedziane ślady są oddzielone 3 warstwami wewnętrznego dielektrycznego i są uszczelnione u góry i na dole warstwami odporności na lut. Zazwyczaj reguły projektowania 4 -warstwowych PCB są pokazane przy użyciu 9 śladów i 3 kolorów - brązu dla miedzi, szarości dla rdzenia i prepreg oraz zielonego dla odporności na lut.
Zalety:
● Trwałość-czterowarstwowe płytki drukowane są bardziej niezawodne niż płytki jednowarstwowe i dwuwarstwowe.
● Kompaktowy rozmiar - Mała konstrukcja czterowarstwowych PCB może pasować do szerokiej gamy urządzeń.
● Elastyczność - czterowarstwowe PCB mogą działać w wielu typach urządzeń elektronicznych, w tym prostych i złożonych.
● Bezpieczeństwo - Poprzez prawidłowe wyrównanie warstw mocy i uziemienia czterowarstwowe PCB mogą chronić przed zakłóceniami elektromagnetycznymi.
● Lekkie - urządzenia wyposażone w czterowarstwowe PCB wymagają mniej wewnętrznego okablowania, więc mają zwykle lżejsze.
Zastosowania:
● Systemy satelitarne - wielowarstwowe PCB są wyposażone w orbitujące satelity.
● Urządzenia ręczne - smartfony i tablety są zwykle wyposażone w czterowarstwowe PCB.
● Sprzęt eksploracji przestrzeni - wielowarstwowe płytki obwodów drukowanych zapewniają energię sprzęt do eksploracji przestrzeni.
3-4. 6 warstw PCB
6-warstwowa płytka drukowana jest zasadniczo 4-warstwową płytką z dwiema dodatkowymi warstwami sygnałowymi dodanymi między samolotami. Standardowy 6-warstwowy stos PCB obejmuje 4 warstwy routingu (dwa zewnętrzne i dwa wewnętrzne) i 2 płaszczyzny wewnętrzne (jeden dla uziemienia i jeden dla zasilania).
Zapewnienie 2 warstw wewnętrznych dla sygnałów dużych prędkości i 2 zewnętrznych warstw dla sygnałów o niskiej prędkości znacząco wzmacnia EMI (interferencja elektromagnetyczna). EMI jest energią sygnałów w urządzeniach elektronicznych zakłócanych przez promieniowanie lub indukcję.
Istnieją różne ustalenia dotyczące układu 6-warstwowego PCB, ale liczba użytych warstw mocy, sygnału i uziemienia zależy od wymagań aplikacji.
Standardowy 6-warstwowyStackup PCBObejmuje górną warstwę - PrepReg - Wewnętrzna warstwa uziemienia - rdzeń - wewnętrzna warstwa routingu - PrepReg - Wewnętrzna warstwa routingu - rdzeń - wewnętrzna warstwa zasilania - PrepReg - dolna warstwa.
Chociaż jest to standardowa konfiguracja, może nie być odpowiednia dla wszystkich projektów PCB i może być konieczne zmianę położenia warstw lub posiadanie bardziej określonych warstw. Jednak podczas ich umieszczania należy jednak uwzględnić wydajność okablowania i minimalizację przesłuchu.
Zalety:
● Wytrzymałość - sześciowarstwowe PCB są grubsze niż ich cieńsze poprzedniki, a zatem bardziej solidne.
● Kompaktowość - deski o sześciu warstwach tej grubości mają większe możliwości techniczne i mogą spożywać mniejszą szerokość.
● Wysoka pojemność - sześciowarstwowe lub więcej PCB zapewnia optymalną moc dla urządzeń elektronicznych i znacznie zmniejszają możliwość przesłuchu i zakłóceń elektromagnetycznych.
Zastosowania:
● Komputery - 6 -warstwowe PCB pomogły napędzać szybki rozwój komputerów osobistych, czyniąc je bardziej kompaktowymi, lżejszymi i szybszymi.
● Przechowywanie danych - Wysoka pojemność sześciowarstwowych PCB sprawiła, że urządzenia pamięci danych coraz bardziej obfite w ciągu ostatniej dekady.
● Systemy alarmu przeciwpożarowego - Korzystając z 6 lub więcej płyt obwodowych, systemy alarmowe stają się dokładniejsze w momencie wykrywania prawdziwego niebezpieczeństwa.
Ponieważ liczba warstw na drukowanej płycie drukowanej wzrasta poza czwartą i szóstą warstwę, do układu są dodawane bardziej przewodzące warstwy miedzi i warstwy materiału dielektrycznego.
Na przykład ośmiowarstwowa PCB zawiera cztery płaszczyzny i cztery warstwy miedzi sygnałowej - ogółem osiem - połączonych siedmioma rzędami materiału dielektrycznego. Ośmiownisowy stackup jest uszczelniony warstwami maski dielektrycznej lutowniczej na górze i na dole. Zasadniczo ośmiowarstwowy stackup PCB jest podobny do sześciowarstwowego, ale z dodatkową parą kolumny miedzi i prepreg.
Shenzhen Anke PCB Co., Ltd
2023-6-17
Czas po: 26-2023
