طراحی یک PCB چند لایه (برد مدار چاپی) می تواند بسیار پیچیده باشد. این واقعیت که طراحی حتی نیاز به استفاده از بیش از دو لایه دارد به این معنی است که تعداد مدارهای لازم فقط روی سطوح بالا و پایین قابل نصب نخواهد بود. حتی زمانی که مدار در دو لایه بیرونی قرار می گیرد، طراح PCB می تواند تصمیم بگیرد که برای اصلاح عیوب عملکرد، لایه های برق و زمین را به صورت داخلی اضافه کند.

از مسائل حرارتی گرفته تا مسائل پیچیده EMI (تداخل الکترومغناطیسی) یا ESD (تخلیه الکترواستاتیک)، عوامل مختلفی وجود دارند که می‌توانند منجر به عملکرد کمتر از حد مطلوب مدار شوند و باید برطرف و حذف شوند. با این حال، اگرچه اولین وظیفه شما به عنوان یک طراح اصلاح مشکلات الکتریکی است، اما به همان اندازه مهم است که پیکربندی فیزیکی برد مدار را نادیده نگیرید. تخته های برقی دست نخورده ممکن است هنوز خم یا بپیچند که مونتاژ را دشوار یا حتی غیرممکن می کند. خوشبختانه، توجه به پیکربندی فیزیکی PCB در طول چرخه طراحی، مشکلات مونتاژ آینده را به حداقل می رساند. تعادل لایه به لایه یکی از جنبه های کلیدی یک برد مدار مکانیکی پایدار است.

01
انباشته PCB متعادل

انباشته متعادل پشته ای است که در آن سطح لایه و ساختار مقطع برد مدار چاپی هر دو به طور منطقی متقارن هستند. هدف از بین بردن مناطقی است که ممکن است در اثر تنش در طول فرآیند تولید، به ویژه در مرحله لایه‌کاری، تغییر شکل دهند. هنگامی که برد مدار تغییر شکل می‌دهد، صاف کردن آن برای مونتاژ دشوار است. این امر مخصوصاً برای بردهای مداری که روی خطوط نصب و قرار دادن سطحی خودکار مونتاژ می شوند صادق است. در موارد شدید، تغییر شکل حتی می‌تواند مانع مونتاژ PCBA مونتاژ شده (مجموعه برد مدار چاپی) در محصول نهایی شود.

استانداردهای بازرسی IPC باید از رسیدن تخته های با خمیدگی شدید به تجهیزات شما جلوگیری کند. با این وجود، اگر فرآیند تولید کننده PCB کاملاً خارج از کنترل نباشد، علت اصلی خمیدگی همچنان به طراحی مربوط می شود. بنابراین، توصیه می شود قبل از ثبت اولین سفارش نمونه اولیه، طرح مدار چاپی را به طور کامل بررسی کنید و تنظیمات لازم را انجام دهید. این می تواند از بازده ضعیف جلوگیری کند.

02
بخش برد مدار

یک دلیل رایج مرتبط با طراحی این است که برد مدار چاپی نمی تواند به مسطحیت قابل قبولی دست یابد زیرا ساختار مقطع آن نسبت به مرکز آن نامتقارن است. به عنوان مثال، اگر یک طرح 8 لایه از 4 لایه سیگنال یا مس بر روی وسط سطوح نسبتاً سبک موضعی و 4 صفحه نسبتاً جامد در زیر استفاده کند، استرس در یک طرف پشته نسبت به طرف دیگر ممکن است باعث ایجاد پس از حکاکی شود، زمانی که مواد با حرارت دادن و فشار دادن لمینت، کل لمینت تغییر شکل می دهد.

بنابراین، تمرین خوب است که پشته را طوری طراحی کنید که نوع لایه مس (صفحه یا سیگنال) نسبت به مرکز منعکس شود. در شکل زیر انواع بالا و پایین مطابقت دارند، L2-L7، L3-L6 و L4-L5 مطابقت دارند. احتمالاً پوشش مس در تمام لایه های سیگنال قابل مقایسه است، در حالی که لایه مسطح عمدتاً از مس ریخته گری جامد تشکیل شده است. اگر اینطور باشد، برد مدار فرصت خوبی برای تکمیل یک سطح صاف و صاف دارد که برای مونتاژ خودکار ایده آل است.

03
ضخامت لایه دی الکتریک PCB

همچنین عادت خوبی است که ضخامت لایه دی الکتریک کل پشته را متعادل کنید. در حالت ایده آل، ضخامت هر لایه دی الکتریک باید به روشی مشابه که نوع لایه آینه شده است، منعکس شود.

هنگامی که ضخامت متفاوت است، ممکن است به دست آوردن یک گروه مواد که ساخت آن آسان باشد دشوار باشد. گاهی اوقات به دلیل ویژگی هایی مانند ردیابی آنتن، انباشته شدن نامتقارن ممکن است اجتناب ناپذیر باشد، زیرا ممکن است فاصله بسیار زیادی بین ردیابی آنتن و صفحه مرجع آن لازم باشد، اما لطفاً قبل از ادامه، مطمئن شوید که همه چیز را کاوش کرده و خسته کنید. گزینه های دیگر هنگامی که فاصله دی الکتریک ناهموار مورد نیاز است، اکثر سازندگان درخواست می‌کنند که تلرانس‌های کمان و پیچش را آرام کنند یا کاملاً کنار بگذارند، و اگر نتوانند دست از کار بکشند، حتی ممکن است کار را رها کنند. آنها نمی خواهند چندین دسته گران قیمت با بازده کم را بازسازی کنند و در نهایت واحدهای واجد شرایط کافی برای برآورده کردن مقدار سفارش اولیه را دریافت کنند.

04
مشکل ضخامت PCB

کمان و پیچ خوردگی رایج ترین مشکلات کیفی هستند. هنگامی که پشته شما نامتعادل است، وضعیت دیگری وجود دارد که گاهی اوقات در بازرسی نهایی باعث اختلاف نظر می شود - ضخامت کلی PCB در موقعیت های مختلف روی برد مدار تغییر می کند. این وضعیت ناشی از نادیده‌گیری‌های ظاهراً جزئی در طراحی است و نسبتاً غیر معمول است، اما اگر چیدمان شما همیشه پوشش مسی ناهمواری روی چندین لایه در یک مکان داشته باشد، ممکن است رخ دهد. معمولاً روی تخته هایی دیده می شود که از حداقل 2 اونس مس و تعداد لایه های نسبتاً بالایی استفاده می کنند. اتفاقی که افتاد این بود که یک ناحیه تخته دارای مقدار زیادی مس ریزش شده بود در حالی که قسمت دیگر نسبتاً عاری از مس بود. هنگامی که این لایه ها با هم لمینت می شوند، سمت حاوی مس تا ضخامت پایین فشرده می شود، در حالی که سمت بدون مس یا بدون مس به سمت پایین فشرده می شود.

اکثر بردهای مداری که از نیم اونس یا 1 اونس مس استفاده می کنند، تأثیر زیادی نمی گذارد، اما هر چه مس سنگین تر باشد، ضخامت آن بیشتر می شود. به عنوان مثال، اگر 8 لایه 3 اونس مس دارید، مناطقی با پوشش مس سبک تر می توانند به راحتی زیر تحمل ضخامت کل قرار گیرند. برای جلوگیری از این اتفاق، مطمئن شوید که مس را به طور یکنواخت در کل سطح لایه بریزید. اگر این برای ملاحظات الکتریکی یا وزنی غیر عملی است، حداقل مقداری از سوراخ‌های آبکاری شده روی لایه مس سبک اضافه کنید و مطمئن شوید که روی هر لایه پدهایی برای سوراخ‌ها قرار دهید. این ساختارهای سوراخ/پد، پشتیبانی مکانیکی را در محور Y فراهم می‌کنند و در نتیجه کاهش ضخامت را کاهش می‌دهند.

05
فدای موفقیت

حتی هنگام طراحی و چیدمان PCB های چند لایه، باید به عملکرد الکتریکی و ساختار فیزیکی توجه کنید، حتی اگر برای دستیابی به یک طراحی کلی عملی و قابل ساخت نیاز به مصالحه در این دو جنبه دارید. هنگام توزین گزینه های مختلف، به خاطر داشته باشید که اگر پر کردن قطعه به دلیل تغییر شکل کمان و فرم های پیچ خورده دشوار یا غیرممکن باشد، طرحی با مشخصات الکتریکی کامل کاربرد چندانی ندارد. پشته را متعادل کنید و به توزیع مس روی هر لایه توجه کنید. این مراحل امکان دستیابی به برد مداری را افزایش می دهد که به راحتی مونتاژ و نصب شود.