Het ontwerp van een meerlaagse PCB (printplaat) kan erg ingewikkeld zijn. Het feit dat het ontwerp zelfs het gebruik van meer dan twee lagen vereist, betekent dat het vereiste aantal circuits niet alleen op de boven- en onderoppervlakken kan worden geïnstalleerd. Zelfs als het circuit in de twee buitenste lagen past, kan de PCB-ontwerper besluiten om intern stroom- en aardlagen toe te voegen om prestatiefouten te corrigeren.

Van thermische problemen tot complexe EMI- (elektromagnetische interferentie) of ESD-problemen (elektrostatische ontlading), er zijn veel verschillende factoren die kunnen leiden tot suboptimale circuitprestaties en die moeten worden opgelost en geëlimineerd. Hoewel uw eerste taak als ontwerper het corrigeren van elektrische problemen is, is het echter net zo belangrijk om de fysieke configuratie van de printplaat niet te negeren. Elektrisch intacte platen kunnen nog steeds buigen of verdraaien, waardoor montage moeilijk of zelfs onmogelijk wordt. Gelukkig zal aandacht voor de fysieke configuratie van de PCB tijdens de ontwerpcyclus toekomstige montageproblemen tot een minimum beperken. Laag-tot-laag-balans is een van de belangrijkste aspecten van een mechanisch stabiele printplaat.

01
Gebalanceerde PCB-stapeling

Gebalanceerd stapelen is een stapel waarbij het laagoppervlak en de dwarsdoorsnedestructuur van de printplaat beide redelijk symmetrisch zijn. Het doel is om gebieden te elimineren die kunnen vervormen als ze worden blootgesteld aan spanning tijdens het productieproces, vooral tijdens de lamineerfase. Wanneer de printplaat vervormd is, is het moeilijk om deze plat te leggen voor montage. Dit geldt met name voor printplaten die worden geassembleerd op geautomatiseerde opbouw- en plaatsingslijnen. In extreme gevallen kan vervorming zelfs de montage van de geassembleerde PCBA (printed circuit board assembly) tot het eindproduct belemmeren.

De inspectienormen van IPC moeten voorkomen dat de meest ernstig verbogen platen uw apparatuur bereiken. Niettemin, ook al is het proces van de PCB-fabrikant niet volledig uit de hand gelopen, dan heeft de hoofdoorzaak van de meeste buigingen nog steeds te maken met het ontwerp. Daarom wordt aanbevolen dat u de PCB-indeling grondig controleert en de nodige aanpassingen maakt voordat u uw eerste prototypebestelling plaatst. Dit kan slechte opbrengsten voorkomen.

02
Printplaatgedeelte

Een veel voorkomende ontwerpgerelateerde reden is dat de printplaat geen aanvaardbare vlakheid zal kunnen bereiken omdat de dwarsdoorsnedestructuur asymmetrisch is rond het midden. Als een ontwerp met acht lagen bijvoorbeeld gebruik maakt van vier signaallagen of koper over het midden, bedekt het relatief lichte lokale vlakken en vier relatief massieve vlakken eronder, kan de spanning aan de ene kant van de stapel ten opzichte van de andere ervoor zorgen dat na het etsen het materiaal gelamineerd wordt door verhitting en persen, zal het gehele laminaat vervormen.

Daarom is het een goede gewoonte om de stapel zo te ontwerpen dat het type koperlaag (vlak of signaal) wordt gespiegeld ten opzichte van het midden. In de onderstaande afbeelding komen de bovenste en onderste typen overeen, L2-L7, L3-L6 en L4-L5 komen overeen. Waarschijnlijk is de koperdekking op alle signaallagen vergelijkbaar, terwijl de vlakke laag hoofdzakelijk uit massief gegoten koper bestaat. Als dit het geval is, heeft de printplaat een goede kans om een ​​vlak, vlak oppervlak te krijgen, wat ideaal is voor geautomatiseerde montage.

03
Dikte van de PCB-diëlektrische laag

Het is ook een goede gewoonte om de dikte van de diëlektrische laag van de hele stapel in evenwicht te brengen. Idealiter zou de dikte van elke diëlektrische laag op dezelfde manier moeten worden gespiegeld als het laagtype wordt gespiegeld.

Wanneer de dikte verschillend is, kan het moeilijk zijn om een ​​materiaalgroep te verkrijgen die gemakkelijk te vervaardigen is. Soms kan asymmetrisch stapelen, als gevolg van kenmerken zoals antennesporen, onvermijdelijk zijn, omdat er mogelijk een zeer grote afstand tussen het antennespoor en het referentievlak nodig is. Zorg er echter voor dat u alles onderzoekt en uitput voordat u verdergaat. Andere opties. Wanneer ongelijke diëlektrische afstanden nodig zijn, zullen de meeste fabrikanten vragen om de buig- en draaitoleranties te versoepelen of volledig op te geven, en als ze het niet kunnen opgeven, kunnen ze zelfs het werk opgeven. Ze willen niet meerdere dure batches met lage opbrengsten opnieuw opbouwen en dan eindelijk genoeg gekwalificeerde eenheden krijgen om aan de oorspronkelijke bestelhoeveelheid te voldoen.

04
PCB-dikteprobleem

Bogen en wendingen zijn de meest voorkomende kwaliteitsproblemen. Wanneer uw stapel uit balans is, is er nog een situatie die soms voor controverse zorgt bij de eindinspectie: de algehele PCB-dikte op verschillende posities op de printplaat zal veranderen. Deze situatie wordt veroorzaakt door ogenschijnlijk kleine onoplettendheid bij het ontwerp en is relatief ongebruikelijk, maar kan gebeuren als uw lay-out altijd een ongelijkmatige koperdekking heeft op meerdere lagen op dezelfde locatie. Het wordt meestal gezien op platen die minstens 60 gram koper en een relatief groot aantal lagen gebruiken. Wat er gebeurde was dat het ene deel van het bord een grote hoeveelheid met koper gegoten oppervlak had, terwijl het andere deel relatief vrij was van koper. Wanneer deze lagen op elkaar worden gelamineerd, wordt de koperhoudende zijde tot een dikte aangedrukt, terwijl de kopervrije of kopervrije zijde naar beneden wordt gedrukt.

De meeste printplaten die een half ounce of 1 ounce koper gebruiken, zullen niet veel worden beïnvloed, maar hoe zwaarder het koper, hoe groter het dikteverlies. Als u bijvoorbeeld 8 lagen koper van 3 ounces heeft, kunnen gebieden met een lichtere koperdekking gemakkelijk onder de totale diktetolerantie vallen. Om dit te voorkomen, moet u ervoor zorgen dat het koper gelijkmatig over het gehele laagoppervlak wordt gegoten. Als dit uit elektrische of gewichtsoverwegingen onpraktisch is, voeg dan op zijn minst enkele geplateerde gaten toe aan de lichte koperlaag en zorg ervoor dat u op elke laag gatenpads aanbrengt. Deze gat-/kussenconstructies zullen mechanische ondersteuning bieden op de Y-as, waardoor het dikteverlies wordt verminderd.

05
Offer succes op

Zelfs bij het ontwerpen en leggen van meerlaagse PCB's moet u aandacht besteden aan zowel de elektrische prestaties als de fysieke structuur, zelfs als u op deze twee aspecten een compromis moet sluiten om tot een praktisch en maakbaar totaalontwerp te komen. Houd er bij het afwegen van verschillende opties rekening mee dat als het vullen van het onderdeel moeilijk of onmogelijk is vanwege de vervorming van de boog en gedraaide vormen, een ontwerp met perfecte elektrische eigenschappen weinig nut heeft. Breng de stapel in evenwicht en let op de koperverdeling op elke laag. Deze stappen vergroten de mogelijkheid om eindelijk een printplaat te verkrijgen die eenvoudig te monteren en te installeren is.