مراحل کلیدی در تولید برد مدار چاپی 4 لایه چیست؟

معرفی

در دنیای امروز الکترونیک با تراکم بالا، تقاضا برای برد مدارهای قابل اعتماد، فشرده و از نظر الکتریکی مقاوم به طور مداوم در حال افزایش است. برد چهار لایه PCB، که گاهی به آن برد مدار چاپی چهار لایه نیز گفته می‌شود، یکی از راه‌حل‌های پرکاربرد برای کاربردهای متنوع از دستگاه‌های اینترنت اشیا مصرف‌کننده تا سیستم‌های کنترل صنعتی و الکترونیک خودروها شده است.

در حالی که برد دو لایه PCB ممکن است برای مدارهای ساده کافی باشد، روندهای فناوری مانند نرخ کلاک بالاتر، طراحی سیگنال ترکیبی و ابعاد کوچک دستگاه‌ها، نیازمند بهبود تمامیت سیگنال، کاهش تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و توزیع بهتر توان هستند — مزایایی که همگی توسط ساختار چهار لایه PCB فراهم می‌شوند.

این راهنمای جامع از kingfield — تولیدکننده معتبر برد PCB در شنوژن و تأمین‌کننده مورد تأیید UL، ISO9001 و ISO13485 — شما را همراهی می‌کند در:

• ساختار و عملکرد یک برد چهار لایه PCB.
• فرآیندهای ساخت برد چهار لایه PCB، مرحله به مرحله و با جزئیات.
• مفاهیم انباشته‌سازی، خراش روی لایه‌های داخلی و روش‌های لاک‌گذاری.
• روش‌های بهترین طراحی (چیدمان سیگنال، برق و صفحه زمین، امپدانس کنترل‌شده، مدیریت ویا) و مونتاژ مرحله بعدی.
• فناوری‌های مربوط به سوراخ‌کاری (CNC)، پوشش دادن ویاها و آبکاری الکتریکی، انتخاب ماسک لحیم و پخت آن، و پرداخت‌های سطحی مانند ENIG، OSP و HASL.
• استانداردهای کلیدی کنترل کیفیت و آزمون مانند AOI و آزمون در مدار (ICT).
• چگونگی ترکیب آماده‌سازی مواد، جریان فرآیند و بهینه‌سازی انباشت برای دستیابی به کیفیت، هزینه‌ی مؤثر و عملکرد مناسب.

برد مدار چهار لایه چیست؟

آمپر مدار چاپی 4 لایه (برد مدار چاپی چهار لایه) نوعی از برد مدار چاپی چندلایه است که شامل چهار لایه متالیزه مسی است که با لایه‌های عایق دی‌الکتریک از هم جدا شده‌اند. هسته اصلی طراحی یک برد چهارلایه این است که به مهندسان طراح اجازه می‌دهد تا آزادی و قابلیت اطمینان بیشتری در مسیریابی مدارهای پیچیده، دستیابی به امپدانس کنترل‌شده، مدیریت توزیع توان و کاهش تداخل الکترومغناطیسی (EMI) نسبت به برد دو لایه معمولی داشته باشند.

ساخت و ریزش لایه‌های معمول

یک برد مدار چاپی ۴ لایه متعارف با فشرده‌کردن لایه‌های متناوب مس و دی‌الکتریک (که به آن پره‌پرگ و هسته نیز گفته می‌شود) ساخته می‌شود تا ساختاری صلب و تخت حاصل شود. این لایه‌ها معمولاً نمایانگر عملکردهای زیر هستند:

این آرایش (سیگنال | زمین | برق | سیگنال) استاندارد صنعتی است و مزایای مهندسی متعددی فراهم می‌کند:

• سیگنال‌ها در بیرون مونتاژ و عیب‌یابی را آسان‌تر می‌کند.
• صفحه زمین مستحکم در مسیرهای با سرعت بالا، از تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و اثر همپوشانی (crosstalk) می‌کاهد.
• صفحه برق اختصاصی تامین برق قوی و دور کردن بهینه را نتیجه می‌دهد.

برد چهار لایه در مقابل سایر انواع برد

بیایید ویژگی‌های کلیدی را میان پیکربندی‌های معمول برد مقایسه کنیم:

مزایای کلیدی برد چهارلایه PCB

1. بهبود یکپارچگی سیگنال

طراحی برد مدار چاپی چهارلایه، امپدانس کنترل‌شده به‌دقت در مسیرها و مسیر بازگشت سیگنال کوتاه با اندوکتانس پایین را فراهم می‌کند—بلاسفوره به لایه‌های داخلی مرجع. این موضوع به‌ویژه برای سیگنال‌های با سرعت بالا یا سیگنال‌های RF، مانند آن‌هایی که در USB 3.x، HDMI یا ارتباطات بی‌سیم استفاده می‌شوند، حائز اهمیت است. استفاده از یک صفحه زمین پیوسته مستقیماً زیر لایه‌های سیگنال، به‌طور قابل توجهی نویز، اثر همپوشانی و خطر اعوجاج سیگنال را کاهش می‌دهد.

2. کاهش EMI

EMI یک نگرانی عمده در الکترونیک مدرن است. طراحی چندلایه شامل صفحات زمین و برق که به‌صورت نزدیک قرار دارند، به‌عنوان یک محافظ ذاتی در مقابل نویز خارجی عمل می‌کند و از تشعشع مدارهای با سرعت بالای خود برد جلوگیری می‌کند. طراحان می‌توانند فاصله بین صفحات (ضخامت prepreg/هسته) را برای بهترین نتایج EMC تنظیم کنند.

3. توزیع برتر انرژی

صفحات داخلی برق و زمینه یک شبکه طبیعی توزیع توان (PDN) را تشکیل می‌دهند و فضای وسیعی برای خازن‌های رفع نویز فراهم می‌کنند که باعث کاهش افت ولتاژ و نویز منبع تغذیه می‌شود. این صفحات به تعادل جریان‌های سنگین بار کمک می‌کنند و از ایجاد نقاط داغ که ممکن است قطعات حساس را آسیب دهند، جلوگیری می‌کنند.

4. افزایش چگالی مسیریابی

با وجود دو لایه مسی اضافی، طراحان مدار فضای بسیار بیشتری برای مسیریابی ردیف‌ها دارند—که وابستگی به سوراخ‌های عبوری (via) را کاهش می‌دهد، اندازه برد را کوچک می‌کند و امکان کار با دستگاه‌های پیچیده‌تر (مانند LSI، FPGA، CPU و حافظه‌های DDR) را فراهم می‌آورد.

5. کاربردی برای دستگاه‌های کوچک‌تر

چیدمان‌های PCB چهارلایه برای الکترونیک‌های فشرده یا قابل حمل ایده‌آل هستند، از جمله سنسورهای اینترنت اشیا (IoT)، تجهیزات پزشکی و ماژول‌های خودرویی، که در آن‌ها چیدمان‌های متراکم برای فاکتور فرم محصول حیاتی است.

6. استحکام مکانیکی بهتر

صلبیت ساختاری که توسط لایه‌چینی چندلایه فراهم می‌شود، تضمین می‌کند که برد می‌تواند در برابر تنش مونتاژ، لرزش و خمش ناشی از محیط‌های سخت مقاومت کند.

سناریوهای معمول استفاده از برد چهار لایه PCB

• روترها، خانه‌های هوشمند و ماژول‌های RF (عملکرد بهتر EMC و سیگنال)
• کنترل‌کننده‌های صنعتی و ECUهای خودرو (استحکام و قابلیت اطمینان)
• دستگاه‌های پزشکی (ابعاد کوچک، سیگنال‌های حساس به نویز)
• ساعت‌های هوشمند و لوازم پوشیدنی (چگالی بالا، فرم فاکتور کوچک)

مراحل کلیدی در فرآیند تولید برد چهار لایه PCB

درک فرآیند تولید یک برد چهار لایه PCB مرحله به مرحله برای هر کسی که در طراحی، خرید یا تضمین کیفیت برد PCB نقش دارد بسیار حیاتی است. در هستهٔ خود، ساخت برد چهار لایه PCB یک فرآیند دقیق چندمرحله‌ای است که در آن از مواد اولیه شامل ورق‌های روکش‌دار مسی، پرپرگ و فایل‌های طراحی الکترونیکی به یک برد چندلایه مقاوم، فشرده و آماده برای مونتاژ تبدیل می‌شود.

مرور کلی: مراحل کلیدی ساخت برد چهار لایه PCB چگونه انجام می‌شود؟

در زیر جریان کلی فرآیند تولید برد چهار لایه PCB آورده شده است که می‌تواند به عنوان نقشه راهی برای تازه‌واردان و همچنین متخصصان صنعت مفید باشد:

• طراحی و برنامه‌ریزی چیدمان برد مدار چاپی (PCB)
• آماده‌سازی مواد (انتخاب پرای‌پرگ، هسته، فویل مس)
• تصویربرداری و خراشیدن لایه‌های داخلی
• ترازدهی و لایه‌چینی
• سوراخ‌کاری (CNC) و حذف بریدگی سوراخ‌ها
• آبکاری میان‌لایه و آبکاری الکتریکی
• الگوبرداری لایه خارجی (مقاوم نوری، خراشیدن)
• اعمال ماسک ایزوله و پخت آن
• اعمال پوشش سطحی (ENIG، OSP، HASL و غیره)
• چاپ حریری
• قالب‌گیری برد (راه‌اندازی، برش)
• مونتاژ، تمیزکاری و تست (AOI/ICT)
• کنترل نهایی کیفیت، بسته‌بندی و حمل و نقل

راهنمای گام‌به‌گام زیر به‌صورت عمیق وارد هر حوزه می‌شود و به تشریح بهترین روش‌ها، اصطلاحات و ویژگی‌های منحصربه‌فرد فرآیند ساخت برد مدار چاپی ۴ لایه .

مرحله ۱: ملاحظات طراحی

مسیر ساخت یک برد مدار چاپی چهارلایه با تیم مهندسی آغاز می‌شود که نیازمندی‌های مدار را تعیین می‌کند و این نیازمندی‌ها به فایل‌های دقیق طراحی تبدیل می‌شوند — شامل تعریف استک‌آپ، چیدمان لایه‌ها و خروجی‌های تولید.

عناصر کلیدی طراحی برد مدار چاپی ۴ لایه:

• انتخاب استک‌آپ لایه: گزینه‌های متداول مانند سیگنال | زمین | برق | سیگنال یا سیگنال | برق | زمین | سیگنال. انتخاب در این مرحله مستقیماً بر عملکرد الکتریکی و امکان ساخت پذیری تأثیر می‌گذارد.
• انتخاب ماده:  
  • هسته: معمولاً FR-4، هرچند طراحی‌های با فرکانس بالا و قابلیت اطمینان بالا ممکن است از موادی مانند روگرز، هسته فلزی یا بستر سرامیکی استفاده کنند.
  • پری‌پрег: این رزین تقویت‌شده با الیاف شیشه برای عایق‌بندی دی‌الکتریک و استحکام مکانیکی بسیار حیاتی است.
  • وزن مس: ۱ اونس استاندارد است؛ ۲ اونس یا بیشتر برای صفحات توان یا کاربردهای حرارتی خاص استفاده می‌شود.
• طراحی امپدانس کنترل‌شده: برای طرح‌هایی که سیگنال‌های پرسرعت یا دیفرانسیلی (USB، HDMI، اترنت) را منتقل می‌کنند، الزامات امپدانس کنترل‌شده باید مطابق دستورالعمل‌های IPC-2141A مشخص شوند.
• فناوری ویا:  
  • ویاهای عبوری استاندارد برای بیشتر برد‌های چهار لایه هستند.
  • ویاهای بلایند/دفن‌شده، سوراخکاری معکوس و پرکردن رزینی گزینه‌های سفارشی برای برد‌های با چگالی بالا یا فرکانس بالا هستند؛ ممکن است نیاز به لایه‌چینی متوالی داشته باشند.
• ابزارهای طراحی برد مدار چاپی: اکثر پروژه‌های برد مدار چاپی ۴ لایه در ابزارهای حرفه‌ای CAD شروع می‌شوند:
  • Altium Designer
  • KiCad
  • اتودسک ایگل این پلتفرم‌ها فایل‌های گربر و فایل‌های سوراخ‌کاری تولید می‌کنند که استاندارد نقشه‌های دیجیتالی هستند و به تولیدکننده ارسال می‌شوند.
• بررسی طراحی برای ساخت (DFM): بررسی‌های DFM انجام می‌شوند تا اطمینان حاصل شود تمام عناصر قابل ساخت هستند — شامل تأیید عرض ردیابی/فاصله، نسبت جنبی دو سوراخ، عرض حلقه حلقوی، ماسک رویه، سیلسکرین و موارد بیشتر. بازخورد اولیه DFM از بازطراحی‌های پرهزینه یا تأخیر در تولید جلوگیری می‌کند.

جدول نمونه: گزینه‌های متداول لایه‌بندی برد مدار چاپی ۴ لایه

گام بعدي

مرحله بعدی در فرآیند ساخت برد مدار چاپی ۴ لایه آی اس آماده‌سازی مواد —شامل انتخاب هسته، مدیریت پیش‌رقود (prepreg) و تمیزکاری ورق‌ها.

مرحله ۲: آماده‌سازی مواد

انتخاب هسته و کار با ورق‌های روکش‌مسی

هر برد مدار چاپی ۴ لایه با کیفیت بالا با انتخاب دقیق و آماده‌سازی مواد اولیه خود آغاز می‌شود. یک برد مدار چاپی چهار لایه معمولی از لایه‌های روکش‌دار مسی —صفحات عایقی که از دو طرف با فویل مسی لامینه شده‌اند— به عنوان «اسکلت» داخلی برد مدار چاپی استفاده می‌کند.

انواع مواد شامل:

• FR-4 : به‌طور گسترده رایج‌ترین هسته، که نسبت متعادلی از هزینه و عملکرد را برای بیشتر کاربردها فراهم می‌کند.
• FR-4 با دمای گذار شیشه‌ای بالا : برای برد‌هایی که مقاومت حرارتی بیشتری نیاز دارند، استفاده می‌شود.
• راجرز، تفلون و ورق‌های عایقی با فرکانس بالا : برای برد‌های RF و مایکروویو مشخص می‌شود که در آن‌ها تلفات کم و خواص دی الکتریک پایدار از اهمیت حیاتی برخوردار است.
• هسته فلزی (آلومینیوم، مس) : برای الکترونیک قدرت یا کاربردهای با نیاز حرارتی بالا.
• سرامیک و CEM : در کاربردهای تخصصی با عملکرد بالا استفاده می‌شوند.

حقیقت: اغلب مدارهای چندلایه در الکترونیک مصرفی، پزشکی و صنعتی از هسته‌های استاندارد با FR-4 وزن مس 1 اونسی به عنوان نقطه شروع استفاده می‌کنند و برای بهینه‌سازی هزینه، ساخت‌پذیری و قابلیت اطمینان الکتریکی طراحی می‌شوند.

برش لامینیت‌ها به اندازه پنل

خطوط ساخت مدارهای چاپی، برد را در قالب پنل‌های بزرگ پردازش می‌کنند که پس از الگوسازی مدار و مونتاژ، به برد‌های جداگانه تقسیم می‌شوند. برش دقیق ورق‌های لامینیت روکش‌مسی و ورق‌های پره‌پرگ، یکنواختی را تضمین می‌کند، حداکثر بازده مواد را فراهم می‌سازد و با روش‌های پنل‌بندی برای دستیابی به کارایی هزینه مناسب هماهنگ است.

کاربرد پره‌پرگ در ساختار چندلایه

پره‌پرگ (فیبر کامپوزیتی پیش‌آغشته) در اصل ورقی از پارچه فیبر شیشه است که با رزین اپوکسی نیمه‌سخت‌شده آغشته شده است. در حین فرآیند لايه‌گذاری، پره‌پرگ‌ها بین لایه‌های مس و هسته‌ها قرار می‌گیرند و هم به عنوان دی‌الکتریک (فراهم‌کردن عایق مورد نیاز) و هم به عنوان چسب (ذوب شده و اتصال لایه‌ها در هنگام گرم شدن) عمل می‌کنند.

نقاط فنی کلیدی:

• سازگاری ضخامت دی‌الکتریک: ضخامت پرپرگ و هسته به گونه‌ای تنظیم می‌شود که به ضخامت هدف برد برسد؛ برای مثال ۱٫۶ میلی‌متر برای پشته‌بندی استاندارد برد مدار چاپی چهار لایه.
• ثابت دی‌الکتریک (Dk): کاربردهای مدرن (به ویژه فرکانس رادیویی/دیجیتال با سرعت بالا) به پرپرگ‌هایی با مشخصات دقیق نیاز دارند؛ مقادیر Dk به طور مستقیم بر امپدانس ردیف‌ها تأثیر می‌گذارند.
• مقاومت در برابر رطوبت: پرپرگ با کیفیت بالا جذب آب را به حداقل می‌رساند که در غیر این صورت می‌تواند بر خواص الکتریکی و قابلیت اطمینان تأثیر بگذارد.

پیش‌تمیزکاری سطح مس

یک مرحله حیاتی که اغلب در فرآیند ساخت برد مدار چاپی چهار لایه نادیده گرفته می‌شود، پیش‌تمیزکاری سطوح مسی روی مواد هسته و فویل است:

• موسوی و میکرواتچینگ: مواد تحت عملیات مکانیکی موسوی قرار می‌گیرند و سپس در یک اسید ملایم یا عامل میکرواتچ شیمیایی غوطه‌ور می‌شوند. این فرآیند اکسیدهای سطحی، رزین‌ها و ذرات ریز را از بین می‌برد و مس تمیز را برای مراحل بعدی تصویربرداری آماده می‌کند.
• خشک کردن: هرگونه رطوبت باقی‌مانده می‌تواند چسبندگی را ضعیف کرده یا باعث لایه‌لایه شدن شود، بنابراین بردها به دقت خشک می‌شوند.

ردیابی و کنترل مواد

در این مرحله، حرفه‌ای PCB به هر صفحه و دسته مواد شماره لات اختصاص داده می‌شود. ردیابی برای رعایت استانداردهای کیفیت (ISO9001، UL، ISO13485) و همچنین ردیابی مشکلات در موارد نادری که پس از ارسال ایجاد می‌شوند، ضروری است.

جدول: مواد و مشخصات معمول برای یک برد مدار چاپی استاندارد چهار لایه

آماده‌سازی مناسب مواد، پایه و اساس یک برد چهار لایه قابل اعتماد را تشکیل می‌دهد. در مرحله بعد، وارد یک مرحله فنی حیاتی می‌شویم: تصویربرداری و خراشیدن لایه داخلی.

مرحله ۳: تصویربرداری و خراشیدن لایه داخلی

مدارهای لایه داخلی یک برد چهار لایه — که معمولاً شامل صفحات زمین و برق هستند، یا لایه‌های سیگنال اضافی در آرایش‌های خاص — ستون فقرات الکتریکی تمام مسیرهای سیگنال و توزیع برق را تشکیل می‌دهند. این مرحله جایی است که طراحی دیجیتال شما با دقت زیر میلی‌متری روی مس واقعی پیاده‌سازی می‌شود.

1. پاکسازی: آماده‌سازی سطح

قبل از تصویربرداری، هسته‌های مس از قبل تمیزشده (که در مرحله قبلی آماده شده‌اند) تحت یک شست‌وشوی نهایی و فرآیند میکرواتچ قرار می‌گیرند. این میکرواتچ شیمیایی هرگونه اکسید باقی‌مانده را از بین می‌برد، زبری سطح را در سطح میکروسکوپی افزایش می‌دهد و چسبندگی بهینه‌ای برای فتو رزیست فراهم می‌کند. هرگونه آلاینده‌ای که باقی بماند — حتی اگر بسیار کوچک باشد — ممکن است باعث خراشیدگی ناقص، مدار باز/کوتاه، یا کیفیت پایین چاپ شود.

2. اعمال فوتورزیست

هسته‌های تمیز شده روکش مسی سپس با فتو رزیست —یک لایه پلیمری حساس به نور که امکان تعریف دقیق مدار را فراهم می‌کند، پوشانده می‌شوند. اعمال معمولاً از طریق یک فرآیند لاک‌گذاری فیلم خشک انجام می‌شود، که در آن فوتورزیست زیر غلطک‌های گرم به مس می‌چسبد.

• انواع:  
  • فوتورزیست منفی استاندارد صنعتی برای برد چندلایه است؛ مناطق در معرض نور پیوند عرضی برقرار کرده و پس از فرآیند توسعه باقی می‌مانند.
  • فوتورزیست مایع در برخی فرآیندها برای کنترل دقیق‌تر قابل استفاده است، هرچند فیلم خشک در اکثر فرآیندهای ساخت برد چهارلایه غالب است.

3. قرار دادن در معرض نور (تصویربرداری با نور ماوراء بنفش / ابزار فتو)

بعداً، هسته آماده‌شده از یک دستگاه تصویربرداری ماوراء بنفش خودکار عبور می‌کند، جایی که یک لیزر با وضوح بالا یا فوتوماسک تولیدشده توسط CAD الگوهای مدار را روی صفحه روکش‌مس تنظیم می‌کند. نور ماوراء بنفش از قسمت‌های شفاف ماسک عبور می‌کند:

• در جایی که ماسک شفاف است : فتو رزیست در معرض نور قرار می‌گیرد و پلیمریزه (سخت می‌شود).
• در جایی که ماسک کدر است : فتو رزیست نرم و بدون نور باقی می‌ماند.

4. توسعه (شست‌وشوی فتورزیست بدون نور)

صفحه توسعه داده می‌شود — در یک محلول آبی ملایم (محلول توسعه‌دهنده) غوطه‌ور می‌شود. فتورزیست بدون نور و نرم شسته شده و مس زیرین را نمایان می‌سازد. فقط الگوی مدار (که اکنون فتورزیست سخت‌شده و در معرض نور قرار گرفته است) باقی می‌ماند و دقیقاً با طرح ارائه‌شده در فایل‌های گربِر مطابقت دارد.

5. خراشیدن (حذف مس)

مدار چاپی اکنون تحت خراش لایه داخلی قرار می‌گیرد — فرآیند خراش کنترل‌شده با اسید، معمولاً با استفاده از محلول آمونیاکال یا کلرید روی:

• خراش، مس اضافی را از بین می‌برد از مناطقی که توسط فتو رزیست سخت‌شده محافظت نمی‌شوند.
• ردیف‌های مدار، پدها، صفحات و دیگر ویژگی‌های مس طراحی‌شده باقی می‌مانند.

6. برداشتن فتو رزیست

هنگامی که الگوهای مس مورد نظر آشکار شدند، فتو رزیست سخت‌شده‌ای که این مناطق را محافظت می‌کرد، با استفاده از یک محلول شیمیایی جداگانه برداشته می‌شود. ردیف‌های مسی براق و بدون پوشش، دقیقاً مطابق نقشه لایه داخلی، باقی می‌مانند.

کنترل کیفیت: بازرسی نوری خودکار (AOI)

هر لایه داخلی به‌طور دقیق برای عیوب با استفاده از بازرسی نوری خودکار (AOI) . دوربین‌های با وضوح بالا به دنبال موارد زیر می‌گردند:

• مدارهای باز (ردیف‌های شکسته)
• ویژگی‌های خراشیده شده بیش از حد یا کمتر از حد
• اتصال کوتاه بین ردیف‌ها یا پدها
• خطاهای تراز یا ثبت

چرا خراشیدن لایه داخلی برای برد چهارلایه PCB حیاتی است

• Intégrité des signaux: صفحات داخلی تمیز و خوب خراشیده شده، اطمینان از وجود یک مرجع پایدار برای شبکه‌های با سرعت بالا فراهم می‌کنند و از نویز و تداخل الکترومغناطیسی (EMI) جلوگیری می‌کنند.
• توزیع انرژی: صفحات توان گسترده، افت ولتاژ و تلفات توان را به حداقل می‌رسانند.
• پیوستگی صفحه: حفظ صفحات گسترده و بدون قطع، مطابق با استانداردهای IPC-2221/2222 بوده و انحراف امپدانس را کاهش می‌دهد.

دقت این مرحله تعیین‌کننده عملکرد برد شماست. یک اتصال کوتاه یا مدار باز در یک لایه داخلی برق یا زمین، پس از لايه‌چینی منجر به خرابی کامل می‌شود—و تعمیر آن غیرممکن است. به همین دلیل، تولیدکنندگان برتر برد مدار چاپی (PCB) کنترل تصویربرداری و بازرسی آنلاین (AOI) را در اولویت قرار می‌دهند.  — kINGFIELD

مرحله 4: ترازبندی و لايه‌چینی

درست ترازبندی و لايه‌چینی در ساخت برد چهارلایه PCB ضروری هستند. این فرآیند لایه‌های مسی قبلی که قبلاً تصویربرداری شده‌اند (که اکنون ردۀ مدارهای داخلی و صفحات را دارند) را با ورق‌های پره‌رِگ و فویل‌های مسی خارجی به صورت فیزیکی متصل می‌کند و ساختار نهایی چهارلایه را شکل می‌دهد.

الف. آماده‌سازی دسته‌چینی: چیدمان ساختار

خط تولید اکنون ساختار داخلی را با استفاده از موارد زیر مونتاژ می‌کند:

• هسته‌های لایه داخلی: هسته‌های داخلی (خردشده، تمیزشده) — معمولاً لایه‌های صفحه زمین و برق.
• پری‌پрег: لایه‌های دی‌الکتریک (عایق) که با دقت اندازه‌گیری شده و بین هسته‌های مسی و فویل‌های مسی خارجی قرار می‌گیرند.
• فویل‌های مسی خارجی: ورقه‌هایی که پس از تصویربرداری مدار، به لایه‌های بالایی و پایینی مسیریابی تبدیل خواهند شد.

بی. سنجاق‌کردن و ثبت موقعیت (ترازبندی لایه)

ترازبندی تنها یک الزام مکانیکی نیست—بلکه برای موارد زیر حیاتی است:

• حفظ ترازبندی بین پد و ویا، به گونه‌ای که در فرآیندهای بعدی سوراخ‌های دریل شده به اشتباه روی هم قرار نگیرند، برش داده نشوند یا اتصال کوتاهی با عناصر مجاور ایجاد نکنند.
• قرار دادن صفحات مرجع دقیقاً در زیر مسیرهای سیگنال حساس به منظور حفظ یکپارچگی سیگنال و امپدانس کنترل‌شده.

روش دستیابی به ترازبندی:

• سنجاق‌کردن: سنجاق‌های فولادی دقیق و سوراخ‌های ثبت موقعیت از طریق دسته ورقه‌ها عبور داده می‌شوند تا تمام صفحات را در طول فرآیند ساخت در موقعیت کاملاً تراز نگه دارند.
• ثبت موقعیت نوری: کارگاه‌های پیشرفته ساخت برد مدار چاپی از سیستم‌های نوری خودکار برای بررسی و بهبود ترازبندی لایه به لایه استفاده می‌کنند و اغلب به دقتی در حدود ±25 میکرومتر (میکرون) دست می‌یابند.

C. لایه‌چینی: ادغام حرارت و فشار

سپس مجموعه لایه‌بندی شده و سفت‌شده درون یک فشار داغ لایه‌چین (laminator):

• مرحله خلاء: هوا و مواد فرار به دام افتاده را خارج می‌کند و از جدایش لایه‌ها یا تشکیل حفره‌ها جلوگیری می‌کند.
• حرارت و فشار: ماده پیش‌آغشته (prepreg) تحت دمای 170–200°C (338–392°F) و فشار 1.5–2 MPa نرم شده و جریان می‌یابد.
• عمل‌آوری: راتنج نرم‌شده در ماده پیش‌آغشته، حفره‌های ریز را پر کرده و لایه‌ها را به هم متصل می‌کند، سپس با سرد شدن سخت (پلیمریزه) می‌شود.

نتیجه‌ی نهایی یک تک صفحه سفت، چسبیده — با چهار لایه مجزا از مس که از نظر الکتریکی عایق‌بندی شده‌اند و به‌طور دقیق لایه‌بندی شده و آماده فرآیندهای بعدی هستند.

کنترل کیفیت: بازرسی و آزمون پس از لایه‌چینی

پس از لایه‌چینی، صفحه خنک و تمیز می‌شود. بررسی‌های ضروری کنترل کیفیت شامل موارد زیر است:

• اندازه‌گیری ضخامت و تاب‌برداری: اطمینان حاصل می‌شود که برد صاف است و در محدوده تلرانس مشخص‌شده قرار دارد (معمولاً ±0.1 میلی‌متر).
• تحلیل مقطع مخرب: نمونه‌هایی از برد برش داده شده و زیر میکروسکوپ مورد تحلیل قرار می‌گیرند تا موارد زیر تأیید شوند:
  • عایق‌بندی بین لایه‌ها (بدون جدایش لایه، حفره یا کمبود رزین).
  • ثبت لایه‌ها (دقت در انطباق لایه‌ها روی یکدیگر).
  • کیفیت اتصال در رابط‌های پرپرج-هسته.
• بررسی بصری: بررسی جدایش لایه‌ها، تغییر شکل و آلودگی سطح.

استانداردها و بهترین روش‌های IPC

• IPC-6012: نیازمندی‌های عملکرد و بازرسی را برای برد مدار چاپی صلب مشخص می‌کند، از جمله ترازبندی چندلایه و کیفیت لاکه‌بندی.
• IPC-2221/2222: صفحات پیوسته، شیارهای حداقلی و تحملات دقیق ثبت‌موقعیت را برای عملکرد قوی توصیه می‌کند.
• مواد: از مواد پرپرج، هسته و مس درجه صنعتی استفاده کنید—ترجیحاً با شماره دسته‌های قابل ردیابی برای کنترل کیفیت و گزارش‌دهی نظارتی.

جدول خلاصه: مزایای لاکه‌بندی دقیق در برد مدار چاپی چهارلایه

مرحله ۵: دریل‌زنی و آبکاری

این مرحله دریل‌زنی و آبکاری در ساخت برد چهار لایه، مرحله دریل‌زنی و آبکاری زمانی است که اتصال فیزیکی و الکتریکی برد واقعاً شکل می‌گیرد. تشکیل دقیق ویاها و آبکاری الکترولیتی قوی مس برای انتقال قابل اعتماد سیگنال و توان در پشته‌های چندلایه ضروری است.

A. سوراخکاری CNC برای ویاها و سوراخ‌های قطعات

ساخت مدرن برد مدار چاپی 4 لایه از دستگاه‌های سوراخکاری کنترل‌شده توسط رایانه (CNC) استفاده می‌کند تا صدها یا حتی هزاران سوراخ در هر پنل ایجاد کند — دقت، سرعت و تکرارپذیری بالا که برای کاربردهای پیشرفته حیاتی است.

انواع سوراخ‌ها در برد مدار چاپی 4 لایه:

• ویاهای عبوری (Through-hole vias): از لایه بالایی تا لایه پایینی امتداد دارند و تمامی صفحات مسی و لایه‌ها را به هم متصل می‌کنند. این ویاها ستون فقرات اتصالات سیگنال و زمین را تشکیل می‌دهند.
• سوراخ‌های قطعات: پد‌ها برای قطعات عبوری (THT)، کانکتورها و پین‌ها.
• اختیاری:  
  • ویاهای کور (Blind vias): لایه خارجی را به یکی از لایه‌های داخلی (اما نه هر دو) متصل می‌کنند؛ در برد 4 لایه به دلیل هزینه، کمتر رایج هستند.
  • ویاهای مدفون (Buried vias): فقط لایه‌های داخلی را متصل کنید؛ در پروژه‌های با تراکم بالا یا برد‌های ترکیبی سخت-انعطاف‌پذیر (ریجید-فلکس) استفاده می‌شود.

نقاط برجسته فرآیند سوراخ‌کاری:

• چیدمان صفحات: ممکن است چندین صفحه به‌طور همزمان سوراخ‌کاری شوند تا خروجی بهینه شود، که هر کدام توسط یک صفحه ورودی/خروجی فنولیک پشتیبانی می‌شوند تا از ایجاد برآمدگی یا انحراف مته جلوگیری شود.
• انتخاب مته: متدهای کاربید یا روکش‌دار الماس با قطری از 0.2 میلی‌متر (8 میل) به بالا. سایش مته به دقت پایش شده و در فواصل مشخصی برای حفظ ثبات بالا تعویض می‌شود.
• تحمل موقعیت سوراخ: معمولاً ±50 میکرومتر، که برای تراز دقیق دیواره مجازی (ویا) در طراحی‌های با تراکم بالا ضروری است.

ب. برداشتن برآمدگی‌ها و تمیز کردن مواد پوششی

پس از اتمام سوراخ‌کاری، فرآوری مکانیکی لبه‌های ناصاف (برآمدگی‌ها) و لایه‌های اپوکسی «کثیف» روی دیواره ویا ایجاد می‌کند، به‌ویژه در نقاطی که الیاف شیشه و رزین در معرض قرار دارند. اگر بدون درمان باقی بمانند، این مواد می‌توانند فرآیند آبکاری را مسدود یا مشکلات قابلیت اطمینان ایجاد کنند.

• حذف پرده‌ها (دی‌برینگ): قرص‌های مکانیکی لبه‌های تیز و ذرات فویل را از بین می‌برند.
• حذف مواد چربی‌زا: صفحات به‌صورت شیمیایی پردازش می‌شوند (با استفاده از پتاسیم پرمنگنات، پلاسما یا روش‌های فاقد پرمنگنات) تا باقیمانده رزین‌ها حذف شده و الیاف شیشه و مس به‌طور کامل در معرض قرار گیرند تا امکان اتصال فلزی بعدی فراهم شود.

ج. تشکیل دیواره سوراخ (Via) و آبکاری الکترولیتی مس

شاید مهم‌ترین مرحله— آبکاری دیواره سوراخ (via plating) —کانال‌های الکتریکی ضروری بین لایه‌های برد چهارلایه را ایجاد می‌کند.

فرآیند شامل موارد زیر است:

• تمیزکاری دیواره سوراخ: صفحات تحت پیش‌تصفیه (تمیزکاری اسیدی، خوردگی میکروسکوپی) قرار می‌گیرند تا سطوح کاملاً تمیز شوند.
• رسوب مس بدون جریان الکتریکی: یک لایه نازک (~0.3–0.5 میکرومتر) مس به‌صورت شیمیایی روی دیواره‌های سوراخ‌ها رسوب داده می‌شود تا مسیر اتصال (ویا) برای آبکاری الکتریکی بیشتر «پایه‌گذاری» شود.
• پوشش الکترولیتی: تابلت‌های مدار چاپی در حمام‌های مس قرار داده می‌شوند. جریان مستقیم (DC) اعمال می‌شود؛ یون‌های مس بر روی تمام سطوح فلزی در معرض — از جمله دیواره‌های ویا و سوراخ‌های عبوری — رسوب می‌کنند و لوله‌ای یکنواخت و هادی از مس را در طول هر سوراخ ایجاد می‌کنند.

• ضخامت استاندارد مس: دیواره‌های نهایی ویا معمولاً حداقل به ضخامت 20–25 میکرومتر (0.8–1 میل) آبکاری می‌شوند که با استانداردهای IPC-6012 کلاس 2/3 یا مشخصات مشتری سازگار است.
• بررسی یکنواختی: از پایش پیشرفته ضخامت و برش عرضی برای تضمین عدم وجود نقاط نازک یا حفره‌های خالی استفاده می‌شود که ممکن است باعث مدار باز یا خرابی‌های متناوب در محل شوند.

کنترل کیفیت:

• تحلیل مقطع عرضی: سوراخ‌های نمونه‌برداری شده برش داده شده و از نظر ضخامت دیواره، چسبندگی و یکنواختی اندازه‌گیری می‌شوند.
• آزمون‌های تداوم (اتصال الکتریکی): بررسی‌های الکتریکی تضمین می‌کنند که هر ویا اتصال محکمی از طریق پد به پد و لایه به لایه ایجاد کند.

D. چرا سوراخ‌کاری و آبکاری برای مدارهای چاپی 4 لایه مهم هستند

- قابلیت اطمینان بالا: سوراخ‌های همگن و بدون نقص از طریق آبکاری، از خطاهاي باز/کوتاه و شکست‌های میدانی جدی جلوگیری می‌کنند. - صحت سیگنال: تشکیل صحیح سوراخ‌های عبوری پشتیبانی از انتقال سریع سیگنال، بازگشت زمین با مقاومت پایین و تحویل مطمئن برق را فراهم می‌کند. - پشتیبانی از طراحی پیشرفته: امکان اندازه‌های ویژگی ظریف‌تر، بسته‌بندی متراکم‌تر و سازگاری با فناوری‌هایی مانند HDI یا ترکیبات PCB ترکیبی سخت-انعطاف‌پذیر را فراهم می‌کند.

جدول: پارامترهای سوراخ‌کاری و آبکاری برای برد مدار چاپی استاندارد ۴ لایه

مرحله 6: الگوسازی لایه خارجی (تولید مدار روی لایه‌های 1 و 4)

این لایه‌های خارجی لایه‌های خارجی برد چهارلایه شما—لایه‌های ۱ (بالا) و ۴ (پایین)—شامل پدها، مسیرها و ویژگی‌های مسی هستند که به‌طور مستقیم با قطعات یا اتصالات در حین مونتاژ تعامل خواهند داشت. این مرحله از نظر ماهیت مشابه فرآیند لایه‌های داخلی است، اما اهمیت آن بیشتر است: این لایه‌ها تحت جوشکاری، تمیزکاری و سایش قابل توجهی قرار می‌گیرند و باید دقیق‌ترین استانداردهای ظاهری و ابعادی را رعایت کنند.

الف. اعمال فتو رزیست خارجی

همان‌گونه که در لایه‌های داخلی انجام می‌شود، ابتدا فویل‌های مس خارجی تمیز شده و میکرواتچ می‌شوند تا سطحی کاملاً تمیز فراهم شود. سپس یک لایه از فتو رزیست (معمولاً فیلم خشک) با استفاده از غلتک‌های گرم روی هر سطح لاکه‌گذاری می‌شود تا چسبندگی مناسب تضمین شود.

• حقیقت: تولیدکنندگان باکیفیت برد مدار چاپی به‌دقت هم ضخامت فیلم و هم فشار لاکه‌گذاری را کنترل می‌کنند تا توسعه تصویری یکنواخت و کمترین اعوجاج لبه‌ها حاصل شود.

ب. تصویربرداری (ابزار فتو/تصویربرداری مستقیم با لیزر فرابنفش)

• ابزار فتو: برای بیشتر تولیدهای انبوه، ماسک‌های نوری حاوی الگوهای مسی مسیرها و پدها برای هر دو لایه بالا و پایین به‌صورت نوری با سوراخ‌های دریل‌شده تراز می‌شوند.
• تصویربرداری مستقیم با لیزر (LDI): در پروژه‌های با دقت بالا یا اجرای سریع، یک لیزر کنترل‌شده توسط کامپیوتر مسیرها و پدهای تعریف‌شده توسط فایل Gerber را مستقیماً روی صفحه با دقت میکرونی می‌نویسد.
• نور ماوراء بنفش (UV) عکس‌مقاوم نوری را پخته می‌کند و مدارهای دقیق خارجی را در جای خود قفل می‌کند.

ج. توسعه و خراش

• توسعه: عکس‌مقاوم نوری که در معرض نور قرار نگرفته است با یک محلول توسعه‌دهنده ضعیف قلیایی شسته می‌شود و مس‌هایی که باید خراش داده شوند آشکار می‌شوند.
• خراش اسیدی: مس‌های در معرض قرار گرفته توسط دستگاه‌های خراش سریع حذف می‌شوند و تنها مسیرها، پدها و مدارهایی که توسط عکس‌مقاوم سفت‌شده محافظت می‌شوند باقی می‌مانند.
• حذف لایه: عکس‌مقاوم باقی‌مانده تمیز می‌شود و ساختارهای نقره‌ایِ تازه و براقِ مسی خارجی که سطوح قابل لحیم‌کاری و مسیرهای هدایت جریان برد شما را تشکیل می‌دهند، آشکار می‌شوند.

جدول: ابعاد کلیدی برای الگوسازی خارجی برد چهارلایه

دی. بازرسی و بررسی‌های کیفی

پنل‌های جدیداً اتچ‌شده به صورت بصری و از طریق AOI (بازرسی نوری خودکار) برای:

• ردیاب‌ها و پدهای اور یا آندر اچ شده
• پل‌ها یا اتصال کوتاه‌ها
• مدارهای باز یا قطعات گمشده
• ثبت یا ترازبندی با ویاس از قبل سوراخ‌کاری شده

اهمیت الگوسازی لایه خارجی برای برد چهارلایه

• قابلیت اطمینان مونتاژ: قابلیت لحیم‌کاری، اندازه پد و استحکام ردیاب‌ها همگی در اینجا تعیین می‌شوند.
• Intégrité des signaux: سیگنال‌های با سرعت بالا، جفت‌های دیفرانسیلی و شبکه‌های امپدانس کنترل‌شده در این لایه‌ها به پایان می‌رسند که تعریف دقیق ردیاب‌ها را حیاتی می‌کند.
• توان قابل دستکاری: مس کافی برای تمام نیازهای مسیریابی و پراکندگی حرارت باقی مانده است.

مرحله 7: ماسک لحیم، پرداخت سطح و سیلک اسکرین

پس از تکمیل الگوی مس برای لایه‌های خارجی برد مدار چاپی 4 لایه، زمان آن است که دوام، قابلیت لحیم‌کاری و وضوح را برای هر دو مرحله مونتاژ و نگهداری در محل به آن ببخشید. این مرحله چندبخشی با محافظت از مدار، تضمین لحیم‌کاری قابل اعتماد و اطمینان از شناسایی بصری ساده، تولید حرفه‌ای برد مدار چاپی چندلایه را متمایز می‌کند.

A. اعمال ماسک لحیم

این ماسک لحیم یک پوشش پلیمری محافظ است—معمولاً به رنگ سبز، هرچند رنگ‌های آبی، قرمز، مشکی و سفید نیز محبوب هستند—که بر روی سطوح بالا و پایین برد مدار چاپی اعمال می‌شود:

• هدف:  
  • از تشکیل پل لحیم بین پد‌ها و مسیرهای نزدیک به هم جلوگیری می‌کند.
  • مدارهای خارجی را از اکسیداسیون، حملات شیمیایی و سایش مکانیکی محافظت می‌کند.
  • عایق‌بندی الکتریکی بین ردیف‌ها را بهبود می‌بخشد و بدین ترتیب یکپارچگی سیگنال و کاهش EMI را بیشتر افزایش می‌دهد.

فرآیند اعمال:

• پوشش: تابلو با ماسک لحیم فتوایمیج‌پذیر مایع (LPI) پوشانده می‌شود و تمام سطح را به جز پدهای مسی که بعداً لحیم خواهند شد، می‌پوشاند.
• تصویربرداری و نوردهی: نور ماورای بنفش با استفاده از ماسک طرح هنری برای تعریف بازشوها (برای پدها، نقاط تست، ویاها) به کار می‌رود.
• توسعه دهی: ماسک لحیم نشده شسته می‌شود، در حالی که ماسک قرار گرفته در معرض نور سفت می‌شود و مدارها را محافظت می‌کند.
• درمان: صفحات تحت عملیات حرارتی یا پخت نوری UV قرار می‌گیرند تا ماسک به طور کامل سفت شود.

ب. گزینه‌های پوشش سطح

برای اطمینان از اینکه تمام پدهای نمایان، در برابر ذخیره‌سازی مقاوم باشند، از اکسید شدن جلوگیری کنند و در حین مونتاژ قابلیت لحیم‌کاری بی‌عیبی داشته باشند، یک پوشش سطحی اعمال می‌شود. چندین نوع پوشش وجود دارد که بسته به کاربرد، هزینه و نیازهای مونتاژ مناسب هستند:

• ENIG استاندارد صنعتی برای بیشتر بوردهای نمونه‌سازی و تولید چهار لایه است، به‌ویژه در مواردی که تختی سطح و چگالی بالا (BGA، LGA، QFN) مهم باشد.
• OSP بهترین گزینه برای الکترونیک مصرفی بدون سرب است که به دنبال کارایی هزینه و کیفیت اتصال لحیم خوب است.

تفاوت‌های بین ENIG و HASL:

• ENIG سطحی صاف‌تر و هموارتر فراهم می‌کند که برای المون‌های با گام بسیار ریز و BGA مورد نیاز است.
• HASL دم‌های نامنظمی ایجاد می‌کند که ممکن است با مونتاژ برد نصب متراکم مدرن سازگار نباشد.
• ENIG گران‌تر است اما قابلیت ذخیره‌سازی طولانی‌مدت‌تر و سازگاری بهتری برای باند سیمی فراهم می‌کند.

ج. چاپ سیلک اسکرین

با وجود ماسک لحیم و پوشش سطحی، آخرین لایه چاپ حریری —برای علامت‌گذاری موارد زیر استفاده می‌شود:

• طرح‌های مؤلفه‌ها و برچسب‌ها (R1، C4، U2)
• نشانگرهای قطبیت
• نشانگرهای مرجع
• نشانگرهای پین ۱، لوگوها، کدهای بازنگری و بارکدها

کنترل کیفیت: بازرسی نهایی با استفاده از AOI و بازرسی بصری

• بررسی اپتیکی خودکار (AOI): اطمینان از اندازه و محل بازشودن ماسک، عدم وجود ماسک مهرآبی فله‌ای و قرارگیری صحیح پدها در معرض.
• بررسی بصری: تأیید وضوح سیلک‌اسکرین، عدم وجود جوهر گم‌شده، پوشش ماسک مهرآبی روی قطعات اصلی و بررسی سلامت پرداخت سطح.

دلیل اهمیت این مرحله برای برد چهارلایه

• قابلیت لحیم‌کاری: تنها پدها یا نقاط تماس در معرض، قابل دسترس برای لحیم‌کاری هستند؛ ماسک‌کردن سایر قسمت‌ها از ایجاد پل‌های اتفاقی جلوگیری می‌کند—که در طراحی‌های متراکم بسیار حیاتی است.
• مقاومت در برابر خوردگی و آلودگی: عمر و قابلیت اطمینان برد به‌طور چشمگیری با محافظت از سطوح مسی در برابر هوا، رطوبت و اثر انگشت بهبود می‌یابد.
• کاهش خطاها: علامت‌گذاری‌های قوی و دقیق، اشتباهات مونتاژ، کار دوباره یا زمان تعمیر در محل را کاهش می‌دهند.

مرحله ۸: قالب‌دهی برد مدار چاپی، مونتاژ و تمیزکاری

با تنظیم تمام لایه‌های مدار، پوشش دادن viaها و اعمال ماسک لحیم و روکش سطحی، تمرکز اکنون به سمت شکل‌دهی، نصب قطعات و تمیزکاری برد می‌رود. مدار چاپی 4 لایه این مرحله برد چندلایه شما را از یک بلوک دقیق‌ساخته‌شده اما بدون شکل مشخص، به یک دستگاه عملیاتی کامل با فرم عامل خاص تبدیل می‌کند.

الف. قالب‌دهی برد مدار چاپی (برش و مسیریابی)

در این مرحله، تصاویر متعددی از برد مدار چاپی روی یک برد تولیدی بزرگ‌تر قرار دارند. پروفیل‌کاری به معنای جدا کردن هر برد مدار چاپی چهارلایه به شکل مورد نیاز آن شامل هرگونه برش، شیار یا V-groove است.

روش‌های کلیدی:

• حفر CNC : مته‌های کربید با سرعت بالا لبه خارجی برد را با دقت ردیابی می‌کنند و تا حد تحمل اندازه‌های بسیار دقیق ±0.1 میلی‌متر را رعایت می‌کنند.
• V-Scoring : شیارهای سطحی امکان جدا کردن آسان برد را با شکستن در امتداد خطوط برش فراهم می‌کنند.
• پانچ : برای برد‌های استاندارد و با حجم بالا استفاده می‌شود تا بهره‌وری را بهینه کند.

B. مونتاژ برد مدار چاپی (قرارگیری قطعات SMT و THT)

امروزه اکثر برد‌های چهار لایه PCB از مونتاژ ترکیبی فناوری استفاده می‌کنند و از هر دو فناوری نصب سطحی (SMT) برای مونتاژ متراکم و خودکار، و فناوری سوراخ‌گذاری (THT) برای اتصالات با استحکام بالا، قطعات توان یا قطعات قدیمی استفاده می‌شود.

1. مونتاژ SMT

• چاپ استنسیل : خمیر روی سطوح با استفاده از الاستومر‌های برش‌لیزری به‌صورت دقیق پرینت می‌شود تا حجم مناسب فراهم شود.
• قراردادن قطعات به کمک دستگاه قراردهنده خودکار : دستگاه‌های خودکار قادر به قرار دادن ده‌ها هزار قطعه در ساعت با دقت میکرونی هستند — حتی برای قطعات 0201، QFN، BGA یا دستگاه‌های LSI.
• چسباندن حرارتی : برد‌های بارگیری‌شده از طریق یک اجاق هوای اجباری با پروفایل دقیق عبور می‌کنند، که به‌طور متوالی موجب ذوب و سرد شدن روی می‌شوند. این فرآیند اتصالات محکمی را برای تمام دستگاه‌های SMT ایجاد می‌کند.

2. مونتاژ THT

• قرارگیری دستی یا اتوماتیک : قطعات با سیم‌های بلند، مانند کانکتورها یا خازن‌های الکترولیت بزرگ، از طریق سوراخ‌های فلزی عبور داده می‌شوند.
• چسباندن موج : برد‌ها از روی یک موج آبشاری از مهره (سOLDER) مذاب عبور می‌کنند تا همه سیم‌های وارد شده به‌طور همزمان لحیم شوند — روشی آزموده‌شده برای استحکام مکانیکی بالا.

SMT در مقابل THT:

• SMT اجازه مونتاژ با چگالی بالا، سبک‌وزن و فشرده را می‌دهد. مناسب‌ترین حالت برای برد‌های چندلایه مدرن است.
• THT هنوز برای کانکتورها و قطعات پراستفاده که نیاز به محکم‌شدگی بیشتر دارند، ترجیح داده می‌شود.

پ. تمیزکاری (الکل ایزوپروپیل و محلول‌های اختصاصی تمیزکاری برد)

پس از لحیم‌کاری، مواد باقی‌مانده مانند فلوکس، گلوله‌های مهره و گرد و غبار می‌توانند قابلیت اطمینان را تحت تأثیر قرار دهند، به‌ویژه در مسیرهای نزدیک به هم و viaهای برد چهارلایه.

مراحل فرآیند:

• تمیزکاری با الکل ایزوپروپیل (IPA) : رایج در نمونه‌های اولیه و تولید با حجم پایین، به‌صورت دستی باقی‌مانده‌های یونی و فلوکس مرئی را برداشته می‌شود.
• واشرهای مدار نصب‌شده روی برد (In-Line PCB Washers) : واشرهای صنعتی از آب دیونیزه، مواد صابونی یا حلال‌های تخصصی برای تمیز کردن همزمان چندین برد استفاده می‌کنند—این فرآیند در بخش‌های پزشکی، نظامی و خودرویی بسیار حیاتی است.

اهمیت تمیز کردن:

• از خوردگی و رشد دندانه‌ای بین عناصر مدار جلوگیری می‌کند.
• احتمال ایجاد مسیر نشت الکتریکی را کاهش می‌دهد، به‌ویژه در مدارهای با امپدانس بالا یا ولتاژ بالا.

جدول: مروری بر فرآیند مونتاژ و تمیز کردن

مرحله 9: آزمون نهایی، کنترل کیفیت (QC) و بسته‌بندی

آمپر مدار چاپی 4 لایه تنها به اندازه دقت و شدت آزمون و کنترل کیفیت خود با ارزش است. حتی اگر در نگاه اولیه کاملاً بی‌نقص به نظر برسد، عیوب نامرئی — مانند اتصال کوتاه، مدار باز، عدم تراز دقیق یا پوشش‌دهی ناکافی — می‌توانند باعث رفتار نامنظم، خرابی زودهنگام یا خطرات ایمنی شوند. به همین دلیل، تولیدکنندگان برتر برد مدار چاپی (PCB) از مجموعه‌ای جامع از بازرسی‌های الکتریکی، بصری و مبتنی بر مستندات استفاده می‌کنند که توسط استانداردهای بین‌المللی IPC پشتیبانی می‌شود.

A. بازرسی اتوماتیک نوری (AOI)

بازرسی نوری خودکار (AOI) در مراحل مختلف ساخت برد چندلایه PCB انجام میشود که مهمترین مرحله آن پس از مونتاژ نهایی و لحیمکاری است.

• چگونه کار می‌کند: دوربین‌های با وضوح بالا هر دو طرف هر برد PCB را اسکن می‌کنند و تمام رد، پد و اتصالات لحیمی را با فایل‌های دیجیتال Gerber مقایسه می‌کنند.
• چیزهایی که AOI تشخیص می‌دهد:  
  • قطع‌ها (رد شکسته)
  • اسورت‌ها (پل‌های لحیمی)
  • اجزای گم‌شده یا جابجا شده
  • اتصالات لحیمی با لحیم کم یا زیاد
  • پدیده تومب‌استون یا عدم تراز بودن قطعات

ب. تست در مدار (ICT)

آزمون در مدار (ICT) استاندارد طلایی برای بررسی عملکرد برد چهارلایه مونتاژ شده PCB است:

• پروب‌های تماس: دستگاه‌های تست تخته-میخ (Bed-of-nails) یا پروب پرنده، ارتباط خود را با نقاط تست اختصاصی یا پین‌های قطعات برقرار می‌کنند.
• اسکریپت‌های تست: اعمال سیگنال‌ها در مدار و اندازه‌گیری پاسخ‌ها در گره‌های کلیدی.
• پارامترهای بررسی‌شده:  
  • اتصال‌پذیری بین تمام نقاط سیگنال و برق
  • مقاومت/ظرفیت خازنی شبکه‌های کلیدی
  • سلامت دیواره‌های سوراخ‌های عبوری (vias) و سوراخ‌های فلزی شده
  • وجود/عدم وجود و جهت‌گیری قطعات اصلی

ICT امکان می‌دهد:

• تشخیص فوری در سطح برد (مشخص‌کردن دقیق اتصالات لحیم‌کاری معیوب، مدارهای باز یا قطعات ناصفح‌گذاری شده)
• آمار دسته‌ای برای نظارت بر فرآیند

C. آزمون الکتریکی

هر برد مدار چاپی چهار لایه تمام‌شده تحت یک آزمون کامل پیوستگی الکتریکی «اتصال کوتاه و مدار باز» قرار می‌گیرد. در این مرحله:

• آزمون الکتریکی (ET): ولتاژ بالا به تمام ردیف‌ها و اتصالات اعمال می‌شود.
• هدف: هرگونه «مدار باز» پنهان (قطع اتصال) یا «اتصال کوتاه» (پل‌های غیرعمدی) را تشخیص دهید، صرف‌نظر از ظاهر بصری.

برای طراحی‌های کنترل‌شده امپدانس:

• نمونه‌های امپدانس: ردیاب‌های آزمون که از همان ساختار لایه‌بندی و فرآیند شبکه‌های تولیدی ساخته شده‌اند، امکان اندازه‌گیری و اعتبارسنجی امپدانس مشخصه را فراهم می‌کنند (مثلاً ۵۰ Ω تک‌سر، ۹۰ Ω دیفرانسیلی).

د. مستندات و ردیابی‌پذیری

• فایل‌های Gerber، سوراخ‌کاری و تست: تولیدکننده تمام داده‌های ضروری را جمع‌آوری و بایگانی می‌کند تا از دسته مواد اولیه تا برد نهایی، قابلیت ردیابی تضمین شود.
• نقشه‌های مونتاژ و گواهی‌های کنترل کیفیت: در کنار محموله‌های با قابلیت اطمینان بالا ارسال می‌شوند تا مطابقت با استانداردهای ISO9001/ISO13485، پزشکی یا خودرویی را تضمین کنند.
• بارکدگذاری: شماره‌های سریال و بارکدها روی هر برد یا پنل چاپ می‌شوند تا امکان ردیابی، عیب‌یابی و ارجاع به «دوقلوی دیجیتال» فراهم شود.

هـ. بازرسی نهایی از نظر ظاهری و بسته‌بندی

بازرسان آموزش‌دیده یک بررسی نهایی با استفاده از بزرگ‌نمایی و نور شدید انجام دهید تا ویژگی‌های حیاتی را کنترل کنید:

• تمیزی پد و ویا (عدم وجود توپ‌های مهره‌ای یا باقیمانده‌های لحیم)
• علامت‌گذاری، وضوح برچسب‌زنی، جهت‌گیری و دقت کد بازبینی
• کیفیت لبه و پروفایل‌گیری (عدم وجود لایه‌لایه شدن، ترک خوردگی یا آسیب)

بسته‌بندی:

• کیسه‌های ضد الکتریسیته ساکن در بسته‌بندی خلاء محافظت در برابر ESD و نفوذ رطوبت
• کاغذ حبابدار، فوم یا صفحه‌های سفارشی جلوگیری از ضربه فیزیکی در طول حمل‌ونقل
• هر لات مطابق دستورالعمل مشتری بسته‌بندی می‌شود، شامل بسته‌های رطوبت‌گیر یا نشانگرهای رطوبت برای بازارهای با قابلیت اطمینان بالا

جدول: استانداردهای آزمایش و کنترل کیفیت برای برد چهار لایه PCB

چگونه یک ساختار چهار لایه در آلتیوم دیزاینر ایجاد کنیم

کنترل شما ساختار برد مدار چاپی چهار لایه برای دستیابی به تعادل مناسب بین عملکرد الکتریکی، امکان تولید و هزینه حیاتی است. ابزارهای مدرن طراحی برد مدار چاپی مانند Altium Designer رابط‌هایی قدرتمند و کاربرپسندی را برای مشخص کردن و سپس صادر کردن تمام جزئیات مورد نیاز تولیدکنندگان برای ساخت با کیفیت و قابل اعتماد برد مدار چاپی چندلایه فراهم می‌کنند.

مراحل: تعریف ساختار برد مدار چاپی چهار لایه شما

1. شروع پروژه خود در آلتیوم

• آلتیوم دیزاینر را باز کنید و یک پروژه جدید برد مدار چاپی (PCB) ایجاد کنید.
• نشرهای خود را وارد کنید یا ترسیم نمایید، با این شرط که تمام قطعات، شبکه‌ها و محدودیت‌ها تعریف شده باشند.

2. دسترسی به مدیر لایه‌ها (Layer Stack Manager)

• برو به طراحی → مدیر لایه‌ها (Layer Stack Manager)
• مدیر لایه‌ها به شما امکان تنظیم تمام لایه‌های هادی و عایق، ضخامت‌ها و مواد را می‌دهد.

3. افزودن چهار لایه مسی

• به طور پیش‌فرض، لایه بالا (Top Layer) و لایه پایین (Bottom Layer) نمایش داده می‌شوند.
• افزودن دو لایه داخلی (که معمولاً MidLayer1 و MidLayer2 نامیده می‌شوند) برای ساختار چهار لایه شما.

4. تعریف عملکرد لایه‌ها

اهداف رایج را به هر لایه به شرح زیر اختصاص دهید:

5. تنظیم ضخامت دی‌الکتریک/پرای‌پگ و هسته

• بین لایه‌ها کلیک کنید تا ضخامت دی‌الکتریک (پرای‌پگ، هسته) را با استفاده از مقادیر مشخص‌شده توسط سازنده .
• ضخامت کلی معمول برای یک برد چهار لایه: 1.6 میلی متر (اما در صورت نیاز می‌تواند کمتر یا بیشتر باشد).
• مقدار ثابت دی‌الکتریک (Dk) و زاویه تلفات را وارد کنید، به‌ویژه برای طراحی‌های اِمْپِدانس کنترل‌شده.

6. تخصیص وزن مس

• ضخامت مس را برای هر لایه مشخص کنید: معمولاً 1 اونس/فوت² (~35 میکرومتر) استاندارد برای لایه‌های سیگنال است؛ 2 OZ یا بیشتر برای توان با جریان بالا.
• این مقادیر بر محاسبات عرض ردیف و دوام مکانیکی تأثیر می‌گذارند.

7. فعال‌سازی محاسبات امپدانس

• از نرم‌افزار داخلی استفاده کنید ماشین حساب امپدانس (یا لینک به ابزار تولیدکننده شما) تا امپدانس زوج‌های تک‌سر و دیفرانسیلی را بر اساس مواد، ضخامت و عرض/فاصله واردشده محاسبه کنید.
• اهداف معمول: 50Ω تک‌سر , تفاوت 90–100Ω .
• ضخامت دی‌الکتریک، عرض ردیاب و وزن مس را به‌گونه‌ای تنظیم کنید که به این اهداف دست یابید.

8. تولید نقشه لایه‌بندی

• یک مورد را خارج کنید نقشه لایه‌بندی (DXF، PDF و غیره) برای یادداشت‌های ساخت شما. این امر به جلوگیری از خطاهای ارتباطی و تسریع در بررسی DFM کمک می‌کند.

9. آماده‌سازی و خروجی فایل‌های گربر و سوراخ

• تنظیم نهایی تأیید لایه‌بندی را برای محیط برد، ترتیب لایه‌ها و حاشیه‌نویسی‌ها انجام دهید.
• همه موارد را خارج کنید فایل‌های گربر، فایل‌های سوراخ و نمودارهای لایه‌بندی با نام‌گذاری دقیق (شامل نام لایه‌ها که با مدیر پیکربندی لایه‌های شما مطابقت دارد).

مطالعه موردی: بهینه‌سازی پیکربندی یک برد مدار چاپی 4 لایه برای سیگنال‌های با سرعت بالا

سناریو: یک استارت‌آپ مخابراتی یک روتر جدید را با استفاده از Altium Designer طراحی کرد. چالش اصلی آن‌ها کاهش تداخل سیگنال و حفظ امپدانس سیگنال‌های USB/اترنت در محدوده‌های تنگ بود.

راه‌حل:

• از مدیر پیکربندی لایه‌های Altium برای ایجاد [سیگنال | زمین | برق | سیگنال] با یک پری‌پرج 0.2mm بین صفحات خارجی و داخلی استفاده کرد.
• وزن مس را روی 1 OZ برای تمام لایه‌ها قرار داد.
• از ماشین‌حساب امپدانس Altium استفاده کرد و مواد را با تولیدکننده خود هماهنگ نمود، به سرعت تکرار کرد تا زمانی که اندازه‌گیری‌ها با اهداف 50Ω و 90Ω در محدوده ±5٪ مطابقت داشتند .
• نتیجه: دسته اول آزمون‌های سازگاری الکترومغناطیسی و یکپارچگی سرعت بالا را پشت سر گذاشت—که این امر فرآیند گواهی‌نامه را تسریع کرده و زمان توسعه را صرفه‌جویی می‌کند.

چرا طراحی استک‌آپ در Altium برای برد چهار لایه مهم است

• جلوگیری از طراحی‌های مجدد پرهزینه: برنامه‌ریزی اولیه استک‌آپ با ورودی‌های تولیدکننده، از تأخیرات جلوگیری می‌کند و انتقال روان از نمونه اولیه به تولید انبوه را تضمین می‌کند.
• تسهیل بررسی‌های DFM: استک‌آپ‌های به‌خوبی مستند شده به شناسایی عدم تطابق‌های DRC/DFM قبل از ساخت برد کمک می‌کنند.
• پشتیبانی از ویژگی‌های پیشرفته: کنترل دقیق استک‌آپ برای فناوری‌هایی مانند مدارهای عبوری در پد (via-in-pad)، ویاهای کور/دفن‌شده (blind/buried vias) و مسیرکشی امپدانس کنترل‌شده ضروری است.

روش‌های بهترین عملکرد برای استک‌آپ و چیدمان برد چهار لایه

برناژ قدرتمند ساختار برد مدار چاپی چهار لایه تنها نیمی از معادله است—عملکرد واقعی، قابلیت اطمینان و بازدهی از به‌کارگیری روش‌های منضبط و بهینه در چیدمان و طراحی حاصل می‌شود. هنگامی که استک‌آپ، مسیرکشی، رفع نویز و مسیرهای حرارتی را با دقت و هدفمندی بهینه می‌کنید، فرآیند تولید برد چهار لایه شما منجر به ساخت بردی خواهد شد که در یکپارچگی سیگنال، سازگاری الکترومغناطیسی، سهولت در ساخت و دوام در طول عمر عملکرد برجسته‌ای دارد.

1. ملاحظات صحت سیگنال و توان

مسیرهای بازگشت سیگنال کنترل‌شده و توزیع تمیز توان، پایه‌های اساسی در طراحی برد مدار چندلایه هستند. راه‌های صحیح انجام آن به شرح زیر است:

• سیگنال‌ها را روی لایه‌های خارجی (L1، L4) قرار دهید و لایه‌های داخلی (L2، L3) را به‌عنوان صفحات جامد زمین (GND) و توان (VCC) اختصاص دهید.
• هرگز صفحات داخلی را با برش‌های بزرگ یا شیارها تقسیم نکنید — بلکه صفحات را پیوسته نگه دارید. همان‌طور که در IPC-2221/2222 آمده است، ناپیوستگی‌ها می‌تواند باعث انحراف 5 تا 15 درصدی امپدانس کنترل‌شده شود که ممکن است منجر به تخریب سیگنال یا خرابی‌های متناوب شود.
• مسیرهای کوتاه بازگشت سیگنال: سیگنال‌های با سرعت بالا و حساس از نظر نویز همواره باید «صفحه مرجع جامد» را دقیقاً در زیر خود مشاهده کنند. این امر مساحت حلقه را کاهش می‌دهد و EMI تابشی را سرکوب می‌کند.

جدول: کاربرد معمول استک‌آپ برد چهارلایه PCB

2. قرارگیری قطعات و خازنهای باایفاز

• مدارهای مجتمع پرسرعت را نزدیک به کانکتورها گروه‌بندی کنید یا منابع/بارها را به‌گونه‌ای قرار دهید که طول ترابوها و تعداد ویاها به حداقل برسد.
• خازنهای باایفاز را در نزدیک‌ترین فاصله ممکن (ترجیحاً دقیقاً روی ویاهای متصل به لایه برق) قرار دهید تا ولتاژ VCC به‌صورت پایدار در محل تأمین شود.
• مسیرهای حیاتی اول: مسیریابی شبکه‌های با فرکانس بالا، کلاک و آنالوگ حساس را قبل از سیگنال‌های کم‌اهمیت‌تر انجام دهید.

روش بهتر: از تکنیک "فناوت" (fanout) استفاده کنید: سیگنال‌ها را از BGAs و بسته‌بندی‌های با گام ریز با استفاده از مسیرهای کوتاه و ویاهای مستقیم خارج کنید — این کار اثرات تداخل و زوائد (stub) را به حداقل می‌رساند.

3. مسیریابی برای اِمپدانس کنترل‌شده

• عرض و فاصله مسیرها: محاسبه و تنظیم در قوانین طراحی برای جفت‌های ۵۰Ω تک‌سر و ۹۰–۱۰۰Ω دیفرانسیلی با استفاده از تنظیمات صحیح لایه‌چینی (ضخامت دی‌الکتریک، Dk، وزن مس) انجام شود.
• طول زوائد (stub) را به حداقل برسانید: از انتقال‌های غیرضروری بین لایه‌ها اجتناب کنید و برای سیگنال‌های حساس از سوراخ‌کاری معکوس (back-drilling) برای حذف بخش‌های غیراستفاده‌شده ویا استفاده کنید.
• انتقال بین لایه‌ها: جفت‌های دیفرانسیلی را هرگاه ممکن بود روی یک لایه قرار دهید و از عبورهای غیرضروری اجتناب کنید.

4. راهبرد ویا و اتصالات متصل (Stitching)

• استفاده از سوراخ‌های متصل در صفحات زمین جامد — احاطه کردن سیگنال‌های با سرعت بالا، شبکه‌های کلاک و مناطق RF با سوراخ‌های زمین به فاصله نزدیک (معمولاً هر ۱ تا ۲ سانتی‌متر یکی).
• بهینه‌سازی اندازه و نسبت ابعاد سوراخ: IPC-6012 نسبت ابعاد (ضخامت برد به اندازه نهایی سوراخ) را معمولاً برای قابلیت اطمینان بالا بیش از 8:1 توصیه نمی‌کند.
• سوراخ‌های پشت‌سوراخ‌کاری‌شده (Back-drilled vias): برای کاربردهای فوق العاده پرسرعت، از پشت‌سوراخ‌کاری برای حذف قسمت‌های اضافی سوراخ و کاهش بیشتر بازتاب سیگنال استفاده کنید.

5. مدیریت حرارتی و تعادل مس

• سوراخ‌های حرارتی: آرایه‌هایی از سوراخ‌های حرارتی زیر آی‌سی‌ها/رگولاتورهای دمازا (LDOs) قرار دهید تا گرما به صفحه زمین متصل شده و پخش گردد.
• پرش مس از توزیع متعادل مس در هر دو لایه خارجی برای جلوگیری از تاب‌برداشتن یا پیچش در برد‌های بزرگ‌تر یا با توان بالا استفاده کنید.
• مساحت کنترل‌شده مس: از وجود جزایر بزرگ مسی بدون اتصال که می‌توانند باعث القای ولتاژ یا EMI شوند، اجتناب کنید.

6. حفاظت در برابر EMI و جلوگیری از اثر متقابل سیگنال‌ها (Crosstalk)

• جهت‌گیری عمودی سیگنال‌ها: سیگنال‌ها را در لایه‌های L1 و L4 به صورت زاویه‌دار (مثلاً L1 در جهت شرق-غرب و L4 در جهت شمال-جنوب) مسیریابی کنید — این کار باعث کاهش اتصال خازنی و اثر متقابل سیگنال‌ها از طریق صفحات می‌شود.
• سیگنال‌های با سرعت بالا را دور از لبه‌های برد نگه دارید و از مسیریابی موازی با لبه اجتناب کنید، زیرا این کار می‌تواند EMI بیشتری تشعشع کند.

7. تأیید با شبیه‌سازی و بازخورد تولیدکننده

• اجرای شبیه‌سازی یکپارچگی سیگنال قبل و بعد از چیدمان برای شبکه‌ها یا رابط‌های حیاتی.
• پیکربندی لایه‌ها و محدودیت‌های مسیریابی را با تولیدکننده مورد نظر خود برای برد مدار چاپی ۴ لایه بررسی کنید —از تجربه آن‌ها برای پیشگیری از ریسک‌های قابلیت ساخت و قابلیت اطمینان در مراحل اولیه فرآیند استفاده کنید.

نقل قول از راس فنگ: «در شرکت ویاشن، متوجه شده‌ایم که رعایت شیوه‌های بهترِ منضبط در سطح طراحی — شامل صفحات محکم، استفاده منظم از ویاها و رابطه مطلوب بین ردۀ مسیر و صفحه — منجر به تولید برد مدار چاپی ۴ لایه قابل اعتمادتر، کاهش تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و چرخه عیب‌یابی کوتاه‌تر برای مشتریان ما می‌شود.»

جدول خلاصه: کارهای ضروری و کارهای ممنوع در طراحی برد مدار چاپی ۴ لایه

عوامل مؤثر بر هزینه برد چاپی ۴ لایه

کنترل هزینه یک نگرانی اصلی برای هر مدیر فنی، طراح و متخصص خریدی است که با آن کار می‌کنند بردهای چهار لایه PCB . درک متغیرهایی که بر قیمت‌گذاری ساخت چندلایه تأثیر می‌گذارند، امکان تصمیم‌گیری هوشمندانه و مقرون‌به‌صرفه را فراهم می‌کند—بدون قربانی کردن کیفیت سیگنال، قابلیت اطمینان یا ویژگی‌های محصول.

1. انتخاب مواد

• انواع هسته و پرپگ:  
  • FR-4 استاندارد: مقرون‌به‌صرفه‌ترین گزینه، مناسب اکثر کاربردهای تجاری و صنعتی.
  • مواد با دمای شیشه‌ای بالا (High-TG)، کم‌تلفات یا RF: روجرز، تفلون و سایر بسترها (سابستریت) تخصصی برای طراحی‌های با فرکانس بالا، قابلیت اطمینان بالا یا حساس از نظر حرارتی ضروری هستند، اما می‌توانند هزینه بستر را ۲ تا ۴ برابر افزایش دهند.
• وزن مس:  
  • ۱ اونس (35 میکرومتر) معمول است؛ افزایش به ۲ اونس یا بیشتر برای صفحات توان یا مدیریت حرارتی، هزینه مواد و پردازش را نیز افزایش می‌دهد.
• پایان سطح:  
  • ENIG (الکترولس نیکل ایمرسیون طلا): هزینه بالاتری دارد، اما برای گام‌های ریز، قابلیت اطمینان بالا یا اتصال سیمی ضروری است.
  • OSP، HASL، ایمرسیون نقره/قلع: ارزان‌تر است، اما ممکن است در ماندگاری یا تخت بودن آن تقلیل یافته باشد.

2. ضخامت و ابعاد برد

• ضخامت استاندارد (1.6 میلی‌متر) مقرون‌به‌صرفه‌ترین گزینه است و استفاده از صفحه را بهینه کرده و مراحل فرآیند خاص را به حداقل می‌رساند.
• ضخامت‌های سفارشی، بسیار نازک (<1.0 میلی‌متر) یا ضخیم (>2.5 میلی‌متر) بردها نیازمند دست‌زدن ویژه هستند و ممکن است گزینه‌های تولیدکننده را محدود کنند.

جدول: نمونه ضخامت‌های برد و کاربردهای معمول

3. پیچیدگی طراحی

• عرض رد و فاصله: ≤۴ میل، هزینه را به دلیل افزایش ضایعات و بازده کندتر افزایش می‌دهد.
• حداقل اندازه ویا: میکروویاها، ویاهای کور/دفن‌شده یا ویا در پد، به‌طور قابل‌توجهی تلاش ساخت را افزایش می‌دهند.
• تعداد لایه: برد مدار چهار لایه، «هسته» محصولات چندلایه در بازار جمعی است؛ افزودن لایه‌های بیشتر (۶، ۸، ۱۲ و غیره) یا آرایش‌های غیراستاندارد به‌صورت نسبی قیمت را افزایش می‌دهد.

4. پنل‌بندی و استفاده

• پنل‌های بزرگ (چندین برد در هر پنل) حداکثر تولید و کارایی مواد را فراهم می‌کنند و هزینه هر برد را پایین نگه می‌دارند.
• بردهای غیرمعمول یا بزرگ (که نیاز به ضایعات بیشتر یا ابزار دقیق اختصاصی دارند) چگالی صفحه و بازده هزینه را کاهش می‌دهند.

5. نیازمندی‌های پردازش خاص

• امپدانس کنترل‌شده: نیازمند کنترل دقیق‌تر عرض ردیاب، فاصله و ضخامت دی‌الکتریک است — ممکن است مراحل آزمون/تضمین کیفیت اضافی مورد نیاز باشد.
• انگشتان طلا، برش‌های طولی، نمره‌گذاری، روکش لبه: هر فرآیند مکانیکی یا پرداخت غیراستاندارد، هزینه NRE (مهندسی غیرتکراری) و هزینه هر قطعه را افزایش می‌دهد.
• لایه‌بندی متوالی، سوراخ‌کاری معکوس: ضروری برای ویاهای کور/دفن‌شده یا طراحی‌های با سرعت بالا، اما مراحل، زمان و پیچیدگی بیشتری ایجاد می‌کند.

6. حجم و زمان تحویل

• ساخت نمونه اولیه و تولید کوچک: معمولاً ۱۰ تا ۵۰ دلار به ازای هر برد، بسته به ویژگی‌ها، زیرا هزینه راه‌اندازی بر روی تعداد کمتری از واحدها تقسیم می‌شود.
• حجم متوسط تا بالا: هزینه هر واحد به‌سرعت کاهش می‌یابد — به‌ویژه اگر طراحی شما بهینه‌سازی‌شده برای پنل و از مشخصات رایج استفاده کند.
• تولید سریع: تولید و تحویل فوری (تا ۲۴ تا ۴۸ ساعت) هزینه‌های اضافی دارد — در صورت امکان برنامه‌ریزی از قبل انجام دهید.

7. گواهینامه‌ها و تضمین کیفیت

• UL، ISO9001، ISO13485، انطباق با الزامات محیطی: تسهیلات و مستندات معتبر هزینه بیشتری دارند، اما برای پروژه‌های خودرویی، پزشکی و تجاری دقیق ضروری هستند.

جدول مقایسه هزینه: نمونه پیش‌نهاد قیمت برد چهار لایه

چگونه بهترین ارزش را از تولید برد مدار چاپی چهار لایه به دست آورید

• ارائه کامل مشخصات لایه‌ها و نقشه‌های مکانیکی در ابتدا
• به سرعت به بازخورد DFM پاسخ دهید و برای امکان تولید مجدد کنید
• تامین‌کنندگان اثبات‌شده و معتبر شنتائو یا جهانی را انتخاب کنید
• طراحی آرایه/پنل را برای تولید حجمی بهینه کنید
• با تامین‌کنندگانی مانند Viasion Technology همکاری کنید که خدمات مهندسی هزینه داخلی و بررسی رایگان فایل‌های DFM ارائه می‌دهند

انتخاب تولیدکننده صحیح PCB چهار لایه

تصمیم‌گیری در مورد کجا شما آن‌ها را دارید مدار چاپی 4 لایه تولید، می‌تواند تأثیر بزرگی بر هزینه پروژه، عملکرد الکتریکی، زمان تحویل تولید و قابلیت اطمینان بلندمدت دستگاه داشته باشد. اگرچه ساخت PCB چهار لایه فرآیندی بالغ است، تنها بخشی از تامین‌کنندگان به طور مداوم دقت، تکرارپذیری و مستندات لازم را که بازارهایی مانند خودروسازی، صنعتی، پزشکی و الکترونیک مصرفی مطالبه می‌کنند، فراهم می‌کنند.

1. گواهینامه‌ها و مطابقت

تولیدکنندگان دارای گواهی‌نامه زیر را جستجو کنید:

• UL (آزمایشگاه‌های بیمه‌گران): تأیید انطباق با استانداردهای مقاومت در برابر آتش‌سوزی و ویژگی‌های ایمن عملیاتی را فراهم می‌کند.
• ISO 9001 (سیستم‌های کیفیت): نشان‌دهنده کنترل فرآیند و مستندسازی دقیق از طراحی تا حمل و نقل است.
• ISO 13485 (پزشکی): الزامی برای مونتاژهای و دستگاه‌های مدار چاپی درجه پزشکی.
• محیط زیست (RoHS، REACH): نشان‌دهنده کنترل مواد خطرناک و انطباق با بازارهای جهانی است.

2. توانایی‌ها و تجربه‌های فنی

یک تولیدکننده مدار چاپی چهار لایه در رده بالا باید ارائه دهد:

• کنترل دقیق چیدمان لایه‌ها: توانایی تحویل با تحملات تنگ در ضخامت دی‌الکتریک، وزن مس و هندسه سوراخ‌های رابط.
• فناوری‌های پیشرفته سوراخ رابط: سوراخ‌های عبوری، ویا مخفی/دفن‌شده، ویا در پد، و دریل معکوس برای مدارهای با سرعت بالا، تراکم بالا و چیدمان‌های سفارشی.
• ساخت امپدانس کنترل‌شده: کوپن‌های آزمون امپدانس در محل، میزهای آزمون هماهنگ‌شده و تخصص در طراحی‌های تک‌سر و دیفرانسیلی.
• پنل‌بندی انعطاف‌پذیر: استفاده بهینه از مواد برای اندازه‌ها و شکل‌های مختلف برد، همراه با مشاوره داخلی جهت کاهش هزینه هر برد.
• خدمات تمام‌عیار: شامل نمونه‌سازی سریع، تولید در مقیاس کامل و گزینه‌های ارزش‌افزوده مانند مونتاژ عملکردی، پوشش مطابق، و مونتاژ نهایی در جعبه.

3. ارتباط و پشتیبانی

سرعت پاسخگویی و پشتیبانی فنی شفاف، تامین‌کنندگان خوب برد را از دیگران متمایز می‌کند:

• بررسی اولیه DFM و چیدمان لایه‌ها: گزارش‌دهی فعال مشکلات DFM یا امپدانس قبل از شروع ساخت.
• تیم‌های مهندسی به زبان انگلیسی: برای مشتریان بین‌المللی، اطمینان حاصل می‌شود که هیچ چیز در ترجمه از قلم نیفتد.
• پیشنهاد قیمت و پیگیری آنلاین: ابزارهای پیشنهاد قیمت لحظه‌ای و ردیابی وضعیت سفارش، شفافیت و دقت برنامه‌ریزی پروژه را افزایش می‌دهند.

4. خدمات با ارزش افزوده

• کمک در طراحی و چیدمان PCB: برخی تأمین‌کنندگان می‌توانند چیدمان‌ها را بررسی کرده یا به صورت مشترک طراحی کنند تا قابلیت ساخت یا یکپارچگی سیگنال بهینه شود.
• تأمین مؤلفه و مونتاژ: مونتاژ تمام‌وقت (Turnkey) زمان تحویل و لجستیک را برای نمونه‌های اولیه یا تولید آزمایشی به شدت کاهش می‌دهد.
• از نمونه‌سازی تا تولید انبوه: یک فروشگاه را انتخاب کنید که با حجم شما مقیاس‌دهی شود و کنترل فرآیند سازگاری را از اولین برد تا میلیون‌امین واحد ارائه دهد.

5. مکان و لجستیک

• منطقه شنژن/گوانگدونگ: هاب جهانی برای تولید سریع و با کیفیت بالای برد چندلایه PCB، با زنجیره تأمین بومی، موجودی مواد فراوان و زیرساخت صادراتی قوی.
• گزینه‌های غربی: آمریکای شمالی یا اروپا، ساخت با گواهی UL/ISO را با هزینه نیروی کار بالاتر ارائه می‌دهند — مناسب برای حجم‌های پایین تا متوسط که نیاز به زمان تحویل کوتاه یا انطباق مقررات خاص دارند.

نحوه ارزیابی تولیدکننده برد 4 لایه PCB شما

کاربردهای برد مدار چاپی ۴ لایه در الکترونیک مدرن

تنوع، قابلیت اطمینان و مزایای عملکردی بردهای چهار لایه PCB باعث شده است که آنها به انتخاب ترجیحی برای طیف وسیعی از کاربردهای الکترونیکی مدرن تبدیل شوند. ترکیب بهینه آنها از یکپارچگی سیگنال، کاهش تداخل الکترومغناطیسی (EMI)، چگالی مسیریابی و تحویل توان، برد مدار چاپی چهارلایه را به یک فناوری بنیادی در تقریباً هر بخش بازار تبدیل کرده است که در آن پیچیدگی، اندازه یا عملکرد الکتریکی اهمیت دارد.

1. الکترونیک مصرفی

• وسایل پوشیدنی و دستگاه‌های هوشمند دستگاه‌های ردیاب تناسب اندام کوچک، ساعت‌های هوشمند و مانیتورهای قابل حمل سلامتی به ساختار چهارلایه برد مدار چاپی متکی هستند تا بتوانند میکروکنترلرهای پیشرفته، رادیوهای بی‌سیم و آرایه‌های سنسور را در قالب‌های بسیار کوچک جای دهند.
• مسیریاب‌ها و نقاط دسترسی دستگاه‌های شبکه با سرعت بالا از فرآیندهای تولید برد مدار چاپی ۴ لایه برای امپدانس کنترل‌شده دقیق استفاده می‌کنند تا کیفیت سیگنال را برای رابط‌های USB 3.x، Wi-Fi و اترنت تضمین کنند.
• کنسول‌های بازی و هاب‌های خانگی مادربردهای متراکم PC، کنترلرها و دستگاههای داده با سرعت بالا از مجموعههای چندصفحهای به منظور کاهش نویز، بهبود مدیریت حرارتی و پشتیبانی از CPUهای پیشرفته و گرافیک مستقل بهره میبرند.

2. الکترونیک خودرو

• واحدهای کنترل الکترونیکی (ECU) وسایل نقلیه مدرن از دهها واحد کنترل الکترونیکی استفاده میکنند که همگی به برد مدار چاپی چندلایه مقاوم و مصون از تداخل الکترومغناطیسی برای کنترل سیستمهای پیشرانه، کیسه هوا، ترمز و سیستمهای اطلاعاتی و سرگرمی نیاز دارند.
• سیستم‌های کمک رانندگی پیشرفته (ADAS) طرحهای برد مدار چاپی ۴ لایهه اساس رابطهای رادار، LIDAR و دوربینهای با سرعت بالا را تشکیل میدهند که در آن تحویل سیگنال منظم و عملکرد حرارتی از اهمیت حیاتی برخوردار است.
• مدیریت باتری و کنترل توان در خودروهای الکتریکی و هیبریدی، مجموعههای چهارلایهه توزیع جریان بالا، جداسازی خطا و ارتباط قابل اعتماد بین ماژولهای باتری را مدیریت میکنند.

3. صنعتی و خودکارسازی

• دروازهها و ماژولهای ارتباطی شبکههای کنترل صنعتی (اترنت، Profibus، Modbus) از برد مدار چاپی ۴ لایهه برای رابطهای مقاوم و تامین توان قابل اعتماد استفاده میکنند.
• کنترلرهای PLC و رباتیک چیدمان‌های متراکم، طراحی سیگنال ترکیبی و عایول برقی به‌صورت کارآمد با استفاده از چندلایه‌های چاپی انجام می‌شود که زمان کارکرد دستگاه را افزایش داده و نویز را کاهش می‌دهد.
• دستگاه‌های آزمون و اندازه‌گیری مدارهای آنالوگ دقیق و دیجیتال با سرعت بالا به مسیریابی امپدانس کنترل‌شده، کاهش تداخل و مهندسی دقیق PDN نیاز دارند—همه این‌ها نقاط قوت برد چهارلایه PCB هستند.

4. دستگاه‌های پزشکی

• دستگاه‌های تشخیصی و نظارتی قابل حمل از اکسیمتر پالسی تا دستگاه‌های الکتروکاردیوگرام (ECG) سیار، ساخت برد چهارلایه PCB به کوچک‌سازی، طراحی سیگنال ترکیبی و عملکرد قابل اعتماد در محصولات حیاتی پزشکی کمک می‌کند.
• دستگاه‌های کاشتنی و پوشیدنی بدن سازگاری بیولوژیکی بالا، قابلیت اطمینان و EMI پایین از طریق چیدمان لایه‌های مناسب فراهم می‌شود که مطابق استانداردهای ISO13485 و IPC-A-610 کلاس 3 گواهی شده‌اند.

5. اینترنت اشیا، مخابرات و زیرساخت داده

• درگاه‌ها، سنسورها و دستگاه‌های لبه‌ای محصولات اینترنت اشیا با توان مصرفی پایین اما چگالی بالا از طریق چیدمان‌های چندلایه مدرن به قابلیت اطمینان و عملکرد بالا دست می‌یابند که اغلب شامل ادغام بی‌سیم، آنالوگ و دیجیتال با سرعت بالا در یک برد جمع‌وجور واحد هستند.
• پشتیبان‌های سریع و ماژول‌ها روترها، سوئیچ‌ها و سرورها به برد‌های ۴ لایه و پیچیده‌تر متکی هستند تا امکان انتقال سریع سیگنال بدون نویز و معماری قوی ریل تغذیه فراهم شود.

جدول: کاربردهای نمونه و مزایای ساختار چندلایه

سوالات متداول (FAQ)

۱. هرچه یک برد چهارلایه PCB چگونه عملکرد EMI را بهبود می‌بخشد؟

آمپر مدار چاپی 4 لایه ایجاد یک صفحه زمین مستحکم دقیقاً در زیر لایه‌های سیگنال، مسیرهای بازگشتی بسیار مؤثری برای جریان‌های با سرعت بالا ایجاد می‌کند. این امر مساحت حلقه را به حداقل می‌رساند، انتشار EMI را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد و سیگنال‌های حساس را از تداخل محافظت می‌کند. برخلاف برد دو لایه، صفحات داخلی در چیدمان چهارلایه، نویز تابشی را جذب و هدایت مجدد می‌کنند و به دستگاه‌ها کمک می‌کنند در اولین تلاش از آزمون‌های سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) عبور کنند.

2. چه زمانی باید از برد مدار چاپی دو لایه به چهار لایه ارتقا دهم؟

بهبود بیاورید مدار چاپی 4 لایه اگر:

• شما نیاز به اجرای باسهای دیجیتال پرسرعت دارید (USB، HDMI، PCIe، DDR و غیره).
• طراحی شما در تطابق الکترومغناطیسی تشعشعی/هدایت‌شده (EMI) شکست می‌خورد.
• شما برای قرار دادن قطعات متراکم مدرن بدون استفاده بیش از حد از viaها یا مسیریابی «شبکه موش» با مشکل مواجه هستید.
• توزیع پایدار توان و ولتاژ نویز کم در زمین ضروری است.

3. ضخامت مس مناسب برای برد چهار لایه من چقدر باید باشد؟

• 1 اونس (35 میکرومتر) در هر لایه استاندارد است — برای اغلب طراحی‌های دیجیتال و ترکیبی کافی می‌باشد.
• 2 اونس یا بیشتر برای مسیرهای جریان بالا یا نیازمندی‌های حرارتی شدید (مثلاً منابع تغذیه، درایورهای LED) توصیه می‌شود.
• همیشه وزن مس را به‌طور جداگانه برای لایه‌های سیگنال و صفحه در پشته‌بندی خود مشخص کنید.

4. آیا برد چهارلایه PCB می‌تواند امپدانس کنترل‌شده برای سیگنال‌های با سرعت بالا را پشتیبانی کند؟

بله! با طراحی مناسب پشته‌بندی و کنترل دقیق ضخامت دی‌الکتریک، برد چهارلایه PCB ایده‌آل است برای 50Ω تک‌سر و جفت‌های دیفرانسیلی 90–100Ω . شرکت‌های تولید برد مدرن، کوپن‌های آزمایشی را تولید می‌کنند تا امپدانس را اندازه‌گیری کرده و با دقت ±10٪ (بر اساس IPC-2141A) تأیید کنند.

5. عوامل اصلی تعیین‌کننده هزینه تولید برد چهارلایه PCB چیست؟

• انواع مواد هسته/پرپرگ (FR-4 در مقابل فرکانس بالا، دمای گذار بالا و غیره)
• اندازه برد، تعداد کل و استفاده از پنل
• تعداد لایه‌ها و ضخامت مس
• حداقل عرض مسیر/فاصله و قطر ویا
• پرداخت سطح (ENIG، HASL، OSP، نقره/قلع غوطه‌وری)
• گواهی‌ها (UL، ISO، RoHS، خودرویی/پزشکی)

نتیجه‌گیری و نکات کلیدی

تسلط بر فرآیند ساخت برد مدار چاپی ۴ لایه —از طراحی دقیق استک‌آپ تا ساخت مeticulous و آزمایش‌های جامع—ایجاد الکترونیک مدرن را با اطمینان، دقت و سرعت همراه می‌کند. برد مدار چهار لایه همچنان «نقطه طلایی» در تعادل پیچیدگی، عملکرد الکتریکی و هزینه کلی نصب‌شده محسوب می‌شود و نتایج قوی‌ای را برای همه چیز از دستگاه‌های کوچک مصرفی تا ECUهای خودرویی و تشخیص‌های پزشکی فراهم می‌کند.

مرور: چه چیزی باعث ضروری بودن برد مدار چهار لایه می‌شود؟

• یکپارچگی سیگنال و سرکوب EMI: صفحات داخلی زمین و برق در استک‌آپ برد مدار چهار لایه، ارجاع محکم سیگنال را تضمین می‌کنند، اثرات متقابل (crosstalk) را کاهش می‌دهند و استانداردهای EMC امروزی را برآورده می‌سازند.
• تراکم مسیریابی بالاتر: دو برابر شدن لایه‌های مسی نسبت به برد مدار دو لایه، به‌طور معناداری گزینه‌های قطعه را افزایش می‌دهد و امکان ساخت محصولات متراکم‌تر و کوچک‌تر را بدون دردسرهای مسیریابی فراهم می‌کند.
• توزیع قدرت مطمئن: صفحات اختصاصی اطمینان حاکمیت بر تحویل کم‌مقاومت و کم‌القا به هر جزء را فراهم می‌کنند—و بدین ترتیب، خطوط تغذیه پایدار و پشتیبانی از پردازنده‌های با عملکرد بالا یا مدارهای آنالوگ را ممکن می‌سازند.
• پیچیدگی با هزینه بهینه: ساخت و مونتاژ برد چهارلایه اکنون بالغ، مقرون‌به‌صرفه و در سطح جهانی در دسترس است—و امکان تولید سریع و مقیاس‌پذیر را فراهم می‌کند، چه نیاز به پنج برد داشته باشید و چه پنجاه هزار.

قوانین طلایی برای دستیابی به کیفیت بالای برد چهارلایه

همیشه از ابتدا پیکربندی لایه‌ها و نیازهای امپدانس خود را مشخص کنید. برنامه‌ریزی اولیه (با همکاری تولیدکننده) از بروز شگفتی‌های بعدی جلوگیری می‌کند و تضمین می‌کند که شبکه‌های با سرعت بالا یا آنالوگ شما مطابق طراحی عمل کنند.

صفحات را محافظت کرده و مسیرهای بازگشت مناسب را حفظ کنید. از ایجاد شیارها یا برش‌های غیرضروری در صفحات زمین/توان دست بکشید. بهترین روش‌های IPC-2221/2222 را برای داشتن صفحات پیوسته و فاصله‌های حداقلی صحیح رعایت کنید.

از ابزارهای حرفه‌ای CAD برد بهره بگیرید. از Altium، Eagle، KiCad یا مجموعه انتخابی خود استفاده کنید و همیشه صحت خروجی‌های Gerber/دریل را از نظر وضوح و کامل‌بودن دوباره بررسی کنید.

نیاز و کنترل کیفیت را بررسی و تأیید کنید. تأمین‌کنندگانی را انتخاب کنید که دارای آزمون‌های AOI، آزمون مدار درونی و امپدانس، و همچنین گواهی‌های ISO/UL/IPC باشند. برای طراحی‌های با قابلیت اطمینان بالا، نمونه‌های برش عرضی یا کوپن‌های امپدانس را درخواست کنید.

بهینه‌سازی برای تابلو و فرآیند. با تولیدکننده خود همکاری کنید تا چیدمان شما را با اندازه‌های تابلو و فرآیندهای ترجیحی آنها سازگار کنید — این امر اغلب بدون هیچ کاهشی در عملکرد، قیمت شما را ۱۰ تا ۳۰ درصد کاهش می‌دهد.