Das Design einer mehrschichtigen Leiterplatte (Leiterplatte) kann sehr kompliziert sein. Die Tatsache, dass das Design sogar die Verwendung von mehr als zwei Schichten erfordert, bedeutet, dass die erforderliche Anzahl von Stromkreisen nicht nur auf der Ober- und Unterseite installiert werden kann. Selbst wenn die Schaltung in die beiden äußeren Schichten passt, kann der PCB-Designer entscheiden, intern Strom- und Erdungsschichten hinzuzufügen, um Leistungsmängel zu beheben.

Von thermischen Problemen bis hin zu komplexen EMI- (elektromagnetischen Interferenzen) oder ESD- (elektrostatischen Entladungen) Problemen gibt es viele verschiedene Faktoren, die zu einer suboptimalen Schaltkreisleistung führen können und gelöst und beseitigt werden müssen. Obwohl Ihre erste Aufgabe als Designer darin besteht, elektrische Probleme zu beheben, ist es ebenso wichtig, die physische Konfiguration der Leiterplatte nicht zu ignorieren. Elektrisch intakte Platinen können sich dennoch verbiegen oder verdrehen, was die Montage erschwert oder sogar unmöglich macht. Glücklicherweise werden durch die Beachtung der physischen Leiterplattenkonfiguration während des Designzyklus künftige Montageprobleme minimiert. Das Gleichgewicht zwischen den Schichten ist einer der Schlüsselaspekte einer mechanisch stabilen Leiterplatte.

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Ausgewogene Leiterplattenstapelung

Beim ausgewogenen Stapeln handelt es sich um einen Stapel, bei dem sowohl die Schichtoberfläche als auch die Querschnittsstruktur der Leiterplatte einigermaßen symmetrisch sind. Ziel ist es, Bereiche zu eliminieren, die sich bei Belastungen während des Produktionsprozesses, insbesondere während der Laminierphase, verformen können. Wenn die Leiterplatte verformt ist, ist es schwierig, sie für die Montage flach hinzulegen. Dies gilt insbesondere für Leiterplatten, die auf automatisierten Oberflächenmontage- und Bestückungslinien montiert werden. Im Extremfall kann die Verformung sogar den Zusammenbau der bestückten PCBA (Printed Circuit Board Assembly) zum Endprodukt behindern.

Die Inspektionsstandards von IPC sollen verhindern, dass die am stärksten gebogenen Platinen Ihre Geräte erreichen. Wenn der Prozess des Leiterplattenherstellers jedoch nicht völlig außer Kontrolle gerät, liegt die Ursache für die meisten Biegungen immer noch im Design. Daher empfiehlt es sich, das PCB-Layout gründlich zu prüfen und notwendige Anpassungen vorzunehmen, bevor Sie Ihre erste Prototypenbestellung aufgeben. Dadurch können schlechte Erträge verhindert werden.

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Leiterplattenbereich

Ein häufiger konstruktionsbedingter Grund ist, dass die Leiterplatte keine akzeptable Ebenheit erreichen kann, weil ihre Querschnittsstruktur um ihre Mitte asymmetrisch ist. Wenn beispielsweise bei einem 8-Lagen-Design 4 Signalschichten verwendet werden oder Kupfer über der Mitte relativ leichte lokale Ebenen und 4 relativ feste Ebenen darunter abdeckt, kann die Spannung auf einer Seite des Stapels im Verhältnis zur anderen dazu führen, dass das Material nach dem Ätzen beschädigt wird Durch Erhitzen und Pressen wird das gesamte Laminat verformt.

Daher empfiehlt es sich, den Stapel so zu gestalten, dass die Art der Kupferschicht (Ebene oder Signal) in Bezug auf die Mitte gespiegelt ist. In der Abbildung unten stimmen die oberen und unteren Typen überein, L2-L7, L3-L6 und L4-L5 stimmen überein. Wahrscheinlich ist die Kupferbedeckung auf allen Signalschichten vergleichbar, während die planare Schicht hauptsächlich aus massivem Gusskupfer besteht. Ist dies der Fall, dann hat die Leiterplatte eine gute Gelegenheit, eine ebene, ebene Fläche fertigzustellen, die sich ideal für die automatisierte Bestückung eignet.

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Dicke der dielektrischen Schicht der Leiterplatte

Es ist auch eine gute Angewohnheit, die Dicke der dielektrischen Schicht des gesamten Stapels auszugleichen. Idealerweise sollte die Dicke jeder dielektrischen Schicht auf ähnliche Weise gespiegelt werden, wie der Schichttyp gespiegelt wird.

Bei unterschiedlichen Dicken kann es schwierig sein, eine Materialgruppe zu erhalten, die einfach herzustellen ist. Aufgrund von Merkmalen wie Antennenleiterbahnen kann eine asymmetrische Stapelung manchmal unvermeidlich sein, da möglicherweise ein sehr großer Abstand zwischen der Antennenleiterbahn und ihrer Referenzebene erforderlich ist. Bitte stellen Sie jedoch sicher, dass Sie alles erforschen und erschöpfen, bevor Sie fortfahren. Andere Optionen. Wenn ungleichmäßige dielektrische Abstände erforderlich sind, werden die meisten Hersteller darum bitten, die Biege- und Verdrehtoleranzen zu lockern oder ganz aufzugeben, und wenn sie nicht aufgeben können, geben sie möglicherweise sogar die Arbeit auf. Sie möchten nicht mehrere teure Chargen mit geringer Ausbeute neu aufbauen und dann schließlich genügend qualifizierte Einheiten erhalten, um die ursprüngliche Bestellmenge zu erfüllen.

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Problem mit der Leiterplattendicke

Bögen und Verdrehungen sind die häufigsten Qualitätsprobleme. Wenn Ihr Stapel unausgeglichen ist, gibt es eine weitere Situation, die bei der Endkontrolle manchmal zu Kontroversen führt: Die Gesamtdicke der Leiterplatte ändert sich an verschiedenen Stellen auf der Leiterplatte. Diese Situation wird durch scheinbar geringfügige Designfehler verursacht und kommt relativ selten vor. Sie kann jedoch auftreten, wenn Ihr Layout immer eine ungleichmäßige Kupferabdeckung auf mehreren Schichten an derselben Stelle aufweist. Man sieht es normalerweise bei Platinen, die mindestens 2 Unzen Kupfer und eine relativ hohe Anzahl an Schichten verwenden. Was passierte, war, dass ein Bereich der Platine eine große Menge an mit Kupfer gegossenem Bereich aufwies, während der andere Teil relativ frei von Kupfer war. Wenn diese Schichten zusammenlaminiert werden, wird die kupferhaltige Seite auf eine bestimmte Dicke heruntergedrückt, während die kupferfreie oder kupferfreie Seite heruntergedrückt wird.

Die meisten Leiterplatten, die eine halbe Unze oder 1 Unze Kupfer verwenden, sind davon kaum betroffen, aber je schwerer das Kupfer, desto größer der Dickenverlust. Wenn Sie beispielsweise 8 Lagen à 3 Unzen Kupfer haben, können Bereiche mit geringerer Kupferbedeckung leicht unter die Gesamtdickentoleranz fallen. Um dies zu verhindern, achten Sie darauf, das Kupfer gleichmäßig über die gesamte Schichtoberfläche zu gießen. Wenn dies aus elektrischen oder Gewichtsgründen unpraktisch ist, fügen Sie zumindest einige durchkontaktierte Löcher auf der leichten Kupferschicht hinzu und achten Sie darauf, auf jeder Schicht Pads für Löcher vorzusehen. Diese Loch-/Pad-Strukturen sorgen für mechanische Unterstützung auf der Y-Achse und reduzieren so den Dickenverlust.

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Opfere den Erfolg

Auch beim Entwurf und Layout mehrschichtiger Leiterplatten müssen Sie sowohl auf die elektrische Leistung als auch auf die physikalische Struktur achten, auch wenn Sie bei diesen beiden Aspekten Kompromisse eingehen müssen, um ein praktisches und herstellbares Gesamtdesign zu erreichen. Bedenken Sie bei der Abwägung verschiedener Optionen, dass ein Design mit perfekten elektrischen Eigenschaften wenig nützt, wenn das Füllen des Teils aufgrund der Verformung des Bogens und der verdrehten Formen schwierig oder unmöglich ist. Balancieren Sie den Stapel aus und achten Sie auf die Kupferverteilung auf jeder Schicht. Diese Schritte erhöhen die Chance, endlich eine Leiterplatte zu erhalten, die einfach zu montieren und zu installieren ist.