Projekt wielowarstwowej płytki PCB (płytki drukowanej) może być bardzo skomplikowany. Fakt, że konstrukcja wymaga nawet zastosowania więcej niż dwóch warstw, powoduje, że wymaganej liczby obwodów nie uda się zainstalować tylko na powierzchni górnej i dolnej. Nawet jeśli obwód mieści się w dwóch zewnętrznych warstwach, projektant PCB może zdecydować o wewnętrznym dodaniu warstw zasilania i uziemienia, aby skorygować wady wydajności.

Od problemów termicznych po złożone problemy EMI (zakłócenia elektromagnetyczne) lub ESD (wyładowania elektrostatyczne), istnieje wiele różnych czynników, które mogą prowadzić do nieoptymalnej wydajności obwodu i należy je rozwiązać i wyeliminować. Jednakże, chociaż Twoim pierwszym zadaniem jako projektanta jest rozwiązywanie problemów elektrycznych, równie ważne jest, aby nie ignorować fizycznej konfiguracji płytki drukowanej. Deski nienaruszone elektrycznie mogą nadal wyginać się lub skręcać, utrudniając lub nawet uniemożliwiając montaż. Na szczęście zwrócenie uwagi na fizyczną konfigurację PCB podczas cyklu projektowania zminimalizuje przyszłe problemy montażowe. Równowaga między warstwami jest jednym z kluczowych aspektów stabilnej mechanicznie płytki drukowanej.

01
Zrównoważone układanie PCB

Układanie zrównoważone to stos, w którym powierzchnia warstwy i struktura przekroju płytki drukowanej są w miarę symetryczne. Ma to na celu wyeliminowanie obszarów, które mogą odkształcać się pod wpływem naprężeń w procesie produkcyjnym, szczególnie w fazie laminowania. Gdy płytka drukowana jest zdeformowana, trudno jest ułożyć ją płasko w celu montażu. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku płytek drukowanych, które będą montowane na zautomatyzowanych liniach do montażu powierzchniowego i umieszczania. W skrajnych przypadkach odkształcenie może nawet utrudnić montaż zmontowanej płytki PCBA (zespół płytki drukowanej) w produkcie końcowym.

Standardy kontroli IPC powinny zapobiegać przedostawaniu się najbardziej wygiętych płyt do Twojego sprzętu. Niemniej jednak, jeśli proces producenta PCB nie wymknie się całkowicie spod kontroli, wówczas podstawowa przyczyna większości wygięć nadal jest związana z projektem. Dlatego zaleca się dokładne sprawdzenie układu PCB i dokonanie niezbędnych poprawek przed złożeniem pierwszego zamówienia na prototyp. Może to zapobiec słabym plonom.

02
Sekcja płytki drukowanej

Częstym powodem związanym z projektem jest to, że płytka drukowana nie będzie w stanie osiągnąć akceptowalnej płaskości, ponieważ jej struktura przekroju poprzecznego jest asymetryczna względem środka. Na przykład, jeśli w projekcie 8-warstwowym zastosowano 4 warstwy sygnałowe lub miedź w środku pokrywa stosunkowo lekkie płaszczyzny lokalne i 4 stosunkowo solidne płaszczyzny poniżej, naprężenia po jednej stronie stosu względem drugiej mogą spowodować, że po trawieniu materiał zostanie laminowany poprzez ogrzewanie i prasowanie, cały laminat ulegnie deformacji.

Dlatego dobrą praktyką jest projektowanie stosu w taki sposób, aby rodzaj warstwy miedzi (płaska lub sygnałowa) był odzwierciedlony w stosunku do środka. Na poniższym rysunku pasują typy górny i dolny, L2-L7, L3-L6 i L4-L5. Prawdopodobnie pokrycie miedzią na wszystkich warstwach sygnału jest porównywalne, podczas gdy warstwa płaska składa się głównie z litej miedzi odlewanej. Jeśli tak jest, to płytka drukowana ma dobrą okazję do skompletowania płaskiej, płaskiej powierzchni, która idealnie nadaje się do zautomatyzowanego montażu.

03
Grubość warstwy dielektrycznej PCB

Dobrym zwyczajem jest także równoważenie grubości warstwy dielektrycznej całego stosu. W idealnym przypadku grubość każdej warstwy dielektryka powinna być odzwierciedlona w podobny sposób, w jaki odzwierciedlany jest typ warstwy.

Gdy grubość jest inna, uzyskanie grupy materiałów łatwej w produkcji może być trudne. Czasami ze względu na takie cechy, jak ścieżki anteny, asymetryczne układanie stosów może być nieuniknione, ponieważ może być wymagana bardzo duża odległość między ścieżką anteny a jej płaszczyzną odniesienia, ale przed kontynuowaniem należy sprawdzić i wyczerpać wszystko. Inne opcje. Gdy wymagane są nierówne odstępy dielektryczne, większość producentów poprosi o złagodzenie lub całkowite porzucenie tolerancji wygięcia i skrętu, a jeśli nie będą mogli się poddać, mogą nawet zrezygnować z pracy. Nie chcą odbudowywać kilku kosztownych partii o niskiej wydajności, a następnie uzyskać w końcu wystarczającą liczbę wykwalifikowanych jednostek, aby spełnić pierwotną wielkość zamówienia.

04
Problem z grubością PCB

Łuki i skręty to najczęstsze problemy z jakością. Kiedy stos jest niezrównoważony, istnieje jeszcze jedna sytuacja, która czasami powoduje kontrowersje podczas końcowej kontroli – zmieni się całkowita grubość PCB w różnych miejscach na płytce drukowanej. Taka sytuacja jest spowodowana pozornie drobnymi niedociągnięciami projektowymi i jest stosunkowo rzadka, ale może się zdarzyć, jeśli układ zawsze ma nierówne pokrycie miedzią na wielu warstwach w tym samym miejscu. Zwykle można to zobaczyć na płytach, które wykorzystują co najmniej 2 uncje miedzi i stosunkowo dużą liczbę warstw. Stało się tak, że jeden obszar płytki zawierał dużą ilość obszaru wylanego miedzią, podczas gdy druga część była stosunkowo wolna od miedzi. Kiedy te warstwy są ze sobą laminowane, strona zawierająca miedź jest dociskana do odpowiedniej grubości, podczas gdy strona niezawierająca miedzi lub strona niezawierająca miedzi jest dociskana.

Większość płytek drukowanych wykorzystujących pół uncji lub 1 uncję miedzi nie będzie miała na to większego wpływu, ale im cięższa miedź, tym większa utrata grubości. Na przykład, jeśli masz 8 warstw miedzi o masie 3 uncji, obszary z jaśniejszym pokryciem miedzią mogą łatwo spaść poniżej całkowitej tolerancji grubości. Aby temu zapobiec należy pamiętać o równomiernym rozlaniu miedzi na całej powierzchni warstwy. Jeśli jest to niepraktyczne ze względów elektrycznych lub wagowych, dodaj przynajmniej kilka platerowanych otworów przelotowych na warstwie lekkiej miedzi i upewnij się, że w każdej warstwie znajdują się podkładki pod otwory. Te struktury otworów/podkładek zapewnią mechaniczne wsparcie na osi Y, zmniejszając w ten sposób utratę grubości.

05
Poświęć sukces

Nawet projektując i układając wielowarstwowe płytki PCB, należy zwrócić uwagę zarówno na parametry elektryczne, jak i strukturę fizyczną, nawet jeśli trzeba będzie pójść na kompromis w tych dwóch aspektach, aby uzyskać praktyczny i możliwy do wyprodukowania ogólny projekt. Rozważając różne opcje, należy pamiętać, że jeśli wypełnienie części jest trudne lub niemożliwe z powodu odkształcenia łuku i skręconych form, konstrukcja o doskonałych właściwościach elektrycznych jest mało przydatna. Zrównoważ stos i zwróć uwagę na rozkład miedzi na każdej warstwie. Te kroki zwiększają możliwość ostatecznego uzyskania płytki drukowanej, która jest łatwa w montażu i instalacji.