Kādi ir galvenie soļi četrslāņu PCB izgatavošanā?

Ievads

Mūsdienu elektronikas augstas blīvuma pasaulē turpina pieaugt prasības pēc uzticamiem, kompaktiem un elektriski izturīgiem platēm. Četru slāņu PCB, ko dažreiz sauc par četru slāņu drukāto platīti, kļuvusi par vienu no visbiežāk izmantotajām risinājumu formām – sākot no patēriņa IoT ierīcēm līdz rūpnieciskajiem vadības sistēmas un automaģistrāles elektronikai.

Kaut arī divu slāņu PCB var būt pietiekamas vienkāršām shēmām, tehnoloģiju tendences, piemēram, augstākas taktiskās frekvences, jauktās signālu shēmas un kompaktākas ierīču formas, prasa uzlabotu signāla integritāti, zemāku elektromagnētisko traucējumu (EMI) līmeni un labāku barošanas sadali — visas priekšrocības, ko nodrošina četru slāņu PCB kaskādes.

Šis detalizētais ceļvedis no kingfield — jūsu uzticamā Šendžena PCB ražotāja un UL, ISO9001, ISO13485 sertificētā piegādātāja — jūs iepazīstinās ar:

• Četru slāņu PCB uzbūvi un funkcijām.
• Detalizētu, soli pa solim veiktu četru slāņu PCB ražošanas procesu.
• Kopnes koncepcijas, iekšējā slāņa ētēšana un laminēšanas prakses.
• Labākās projektēšanas prakses (signāla, enerģijas un zemes plakņu izvietojums, kontrolēta impendanse, caurskats pār vadu pārvaldību) un turpmāka montāža.
• Tehnoloģijas, kas stāv aiz urbumu urbšanas (CNC), caurskatu pārklāšanu un elektrolītisko pārklājumu, lodēšanas maskas izvēli un cietināšanu, kā arī virsmas pārklājumus, piemēram, ENIG, OSP un HASL.
• Galvenie kvalitātes kontroles un testēšanas standarti, piemēram, AOI un ķēdes testi (ICT).
• Kā saskaņot materiālu sagatavošanu, procesa plūsmu un kopnes optimizāciju, lai nodrošinātu kvalitāti, izmaksu efektivitāti un veiktspēju.

Kas ir 4 slāņu PCB?

A 4-slāņu PCB (četru slāņu drukātais shēmas plates) ir daudzslāņu PCB veids, kas satur četrus kausēta vadītāja slāņus, kas salikti kaudzē un atdalīti ar izolējošiem dielektriskiem materiāliem. Galvenā ideja aiz 4 slāņu PCB konstrukcijas ir nodrošināt projektētājiem lielāku brīvību un uzticamību sarežģītu shēmu maršrutēšanai, kontrolētas impedanses sasniegšanai, barošanas sadalīšanas pārvaldībai un EMI samazināšanai salīdzinājumā ar tradicionālām 2 slāņu PCB.

Konstrukcija un tipiskā slāņu kārtojuma uzlikšana

Parastu 4-slāņu PCB izgatavo, līmējot pārmaiņus vara un dielektriskos slāņus (ko sauc arī par priekšlīmētāju un kodolu), lai iegūtu stingru, plakanu struktūru. Slāņi parasti attēlo šādas funkcijas:

Šī kārtība (Signāls | Zeme | Barošana | Signāls) ir nozares standarts un nodrošina vairākas inženierijas priekšrocības:

• Signāli pa perimetru padara montāžu un problēmu novēršanu vieglāku.
• Cieta zemes plakne zem augstas frekvences pārejām samazina EMI un krustējošos traucējumus.
• Dedikēta barošanas plakne nodrošina stabili barošanas piegādi un optimālu novadīšanu.

4-slāņu PCB salīdzinājumā ar citiem PCB veidiem

Salīdzināsim galvenās īpašības tipiskās PCB konfigurācijās:

Galvenās 4-slāņu PCB priekšrocības

1. Uzlabota signāla integritāte

Četrslāņu PCB dizains nodrošina precīzi kontrolētu pārejas pretestību un īsu, zemas induktivitātes signāla atgriezes ceļu — pateicoties iekšējiem atskaites plakņu slāņiem. Tas ir īpaši svarīgi augstas ātrdarbības vai RF signāliem, piemēram, USB 3.x, HDMI vai bezvadu sakaru sistēmās. Nepārtraukta zemes plakne tieši zem signālu slāņiem ievērojami samazina troksni, savstarpējo ietekmi un signāla izkropļojumu risku.

2. EMI samazināšana

Elektromagnētiskās traucējumi (EMI) ir būtisks jautājums mūsdienu elektronikā. Daudzslāņu struktūra — tostarp tuvu esošas zemes un barošanas plaknes — darbojas kā iebūvēts aizsargs pret ārējiem trokšņiem un novērš starojumu no pašas plates augstas ātrdarbības shēmām. Konstruktōri var precīzi regulēt plakņu attālumu (prepreg/serdes biezumu), lai sasniegtu labākos EMC rezultātus.

3. Augstāka enerģijas sadale

Iekšējās enerģijas un zemējuma plaknes veido dabisku enerģijas sadalīšanas tīklu (PDN) un nodrošina lielu laukumu atvienošanas kondensatoriem, samazinot sprieguma kritumu un barošanas avota troksni. Tās palīdz izlīdzināt lielas slodzes strāvas un novērst karstās vietas, kas var sabojāt jutīgas sastāvdaļas.

4. Palielināta maršrutēšanas blīvums

Ar divām papildu vara kārtām pieejams daudz vairāk vietas trasiiju novietošanai — samazinot atkarību no caurumiem (vias), saraujot plates izmērus un ļaujot apstrādāt sarežģītākas ierīces (piemēram, LSI, FPGA, CPU un DDR atmiņas).

5. Praktisks maziem ierīcēm

četru kārtu PCB kaskādes ir ideālas kompaktām vai pārnēsājamām elektronikas ierīcēm, tostarp IoT sensoriem, medicīnas instrumentiem un automašīnu moduļiem, kur svarīgi ir ciešāka izkārtojuma izvēle produkta formai.

6. Labāka mehāniskā izturība

Daudzkārtu laminēšana nodrošina strukturālo stingrību, kas ļauj PCB izturēt montāžas slodzi, vibrācijas un liekšanos, kas rodas grūtos ekspluatācijas apstākļos.

Tipiski 4 slāņu PCB izmantošanas scenāriji

• Maršrutētāji, mājas automatizācija un RF moduļi (labāka EMC un signāla veiktspēja)
• Rūpniecības kontrolieri un automašīnu ECU (izturība un uzticamība)
• Medicīnas ierīces (kompakts izmērs, trokšņjutīgi signāli)
• Smartpulksteņi un nēsājamās ierīces (augsta blīvuma, maza izmēra konstrukcija)

Galvenie soļi 4 slāņu PCB ražošanas procesā

Saprotot 4 slāņu PCB ražošanas process soli pa solim ir būtisks visiem, kas iesaistīti PCB dizaina, iegādes vai kvalitātes nodrošināšanas procesos. Būtībā četru slāņu PCB izgatavošana ir precizitāti prasošs, daudzposmu process, kas pārvērš neapstrādātus vara pārklātos laminātus, starpslāni un elektronisko dizaina failus par izturīgu, kompaktu, montāžai gatavu daudzslāņu PCB.

Pārskats: kā tiek izgatavoti galvenie soļi 4 slāņu PCB?

Zemāk ir augsta līmeņa procesa plūsma 4 slāņu PCB ražošanai, kas var kalpot par ceļvedi gan iesācējiem, gan pieredzējušiem speciālistiem:

• PCB dizains un kāršu izkārtojuma plānošana
• Materiālu sagatavošana (Prepreg, serdes, vara folijas izvēle)
• Iekšējā slāņa attēlveidošana un ēdēšana
• Slāņu līdzsvarošana un laminēšana
• Urbšana (CNC) un cauruļu apstrāde
• Caurskalošanas pārklājums un elektrolītiskais pārklājums
• Ārējā slāņa modelēšana (fotorezistēzija, ēdēšana)
• Lodēšanas maskas uzklāšana un cietināšana
• Virsmas pārklājuma uzklāšana (ENIG, OSP, HASL utt.)
• Silkskrīna druka
• PCB kontūras veidošana (maršrutēšana, griešana)
• Montāža, tīrīšana un testēšana (AOI/ICT)
• Galīgā kvalitātes kontrole, iepakošana un sūtījums

Šis pakāpeniskais ceļvedis detalizēti izskata katru jomu, paplašinot informāciju par labākajām praksēm, terminoloģiju un unikālajām īpašībām četrslāņu PCB izgatavošanas procesā .

1. solis: Projektēšanas apsvērumi

Četrslāņu печatas plates ceļš sākas ar inženieru komandas noteikto shēmas prasību definēšanu, kas tiek pārveidotas par detalizētiem projektēšanas failiem — tostarp slāņu struktūras definīciju, slāņu izkārtojumu un ražošanas datiem.

Svarīgi četrslāņu печatas plates projektēšanas elementi:

• Slāņu struktūras izvēle: Parasti izmantotas iespējas, piemēram, Signāls | Zeme | Barošana | Signāls vai Signāls | Barošana | Zeme | Signāls. Šī izvēle tieši ietekmē elektrisko veiktspēju un ražošanas iespējamību.
• Materiālu izvēle:  
  • Kodols: Parasti FR-4, taču augstfrekvences vai augstas uzticamības projektos var izmantot Rogers, metāla bāzes vai keramiskos pamatnes materiālus.
  • Prepregs: Šis ar stiklšķiedru pastiprinātais sveķis ir būtisks dielektriskajai izolācijai un mehāniskajai izturībai.
  • Vara svars: 1 uncija ir standarta; 2 uncijas vai vairāk — enerģijas plaknēm vai īpašiem termiskiem uzdevumiem.
• Kontrolētas impendances plānošana: Projektējumiem, kuros pārvadā augstas frekvences vai diferenciālos signālus (USB, HDMI, Ethernet), jānorāda kontrolētas impendances prasības saskaņā ar IPC-2141A norādēm.
• Caurlaides tehnoloģija:  
  • Caurumā izveidotas pārejas ir standarta lielākajai daļai četrslāņu PCB.
  • Akli/doti caurumi, aizmugurējā urbuma veidošana un sveķu piepildīšana ir pielāgotas iespējas augstas blīvuma vai augstas frekvences plātēm; tās var prasīt secīgu laminēšanu.
• PCB projektēšanas rīki: Vairums 4 slāņu PCB projektu sākas profesionālās CAD programmās:
  • Altium Designer
  • KiCad
  • Autodesk Eagle Šīs platformas ģenerē Gerber failus un urbumu failus — standarta digitālos rasējumus, ko nosūta ražotājam.
• Dizaina pārbaude ražošanai (DFM): DFM pārbaudes tiek veiktas, lai nodrošinātu visu elementu ražojamību — pārbaudot trasi/cilpas attālumu, caurmēra aspekta attiecību, gredzenveida cilni, lodpārklājumu, zīmogspiedi un citu. Agrīna DFM atsauksme novērš dārgas pārprojektēšanas vai ražošanas kavējumus.

Piemēra tabula: Tipiskas 4 slāņu PCB kārtu konfigurācijas opcijas

Nākamais solis

Nākamais posms 4-slāņu 4-slāņu PCB ražošanas process ir Materiāla sagatavošana —to ietverot serdes izvēli, starpslāņu pārvaldību un lamināta tīrīšanu.

2. solis: Materiālu sagatavošana

Serdes izvēle un vara pārklātā lamināta apstrāde

Katra augstas kvalitātes 4-slāņu PCB sākas ar rūpīgu pamatmateriālu izvēli un sagatavošanu. Tipiska četru slāņu PCB izmanto varš apvalkoti lamināti —izolējošas plātnes, laminētas abās pusēs ar vara foliju—kā iekšējo „skeletu“ PCB.

Materiālu tipi ietver:

• FR-4 : Līdz šim visbiežāk izmantotais serdēns, nodrošinot līdzsvarotu cenu un veiktspējas attiecību vairumam lietojumprogrammu.
• Augstas TG FR-4 : Izmantots platēm, kurām nepieciešama lielāka temperatūras izturība.
• Rogers, Teflons un augstfrekvences lamināti : Norādīts RF un mikroviļņu PCB, kuros zudumi ir minimāli un dielektriskās īpašības ir stabiles.
• Metāla serdes (alumīnijs, varš) : Jaudas elektronikai vai augstām siltuma prasībām.
• Keramika un CEM : Izmantoti specializētās, augstas veiktspējas lietošanas jomās.

Fakts: Vairums daudzslāņu PCB patēriņa, medicīnas un rūpnieciskajā elektronikā izmanto standarta FR-4 serdes ar 1 unciju vara biezumu kā sākumpunktu, optimizējot izmaksas, ražošanas vieglumu un elektrisko uzticamību.

Laminātu griešana paneļa izmērā

PCB izgatavošanas līnijas apstrādā plates lielos paneļos, kurus pēc shēmas veidošanas un montāžas sadala atsevišķās PCB. Precīza vara pārklāto laminātu un prepregu lapu griešana nodrošina vienveidību, maksimizē materiāla izmantošanu un atbilst paneļu organizācijas praksei vislabākai izmaksu efektivitātei.

Prepregu izmantošana slāņu sakārtojumā

Prepregs (priekšimpregnēti kompozītšķiedras) būtībā ir stiklšķiedras audekla lapa, kas impregnēta ar daļēji sacietējušu epoksīda sveķi. Laminēšanas laikā prepregi tiek ievietoti starp vara slāņiem un serdēm, darbojoties kā dielektriks (nodrošinot nepieciešamo izolāciju) un kā līme (kušanas laikā salīmējot slāņus, kad tiek sildīts).

Galvenie tehniskie aspekti:

• Dielektrisko slāņu biezuma saderība: Piesmērētās un kodolplāksnes biezums tiek pielāgots, lai sasniegtu vajadzīgo plates biezumu — piemēram, 1,6 mm standarta 4-slāņu PCB konfigurācijām.
• Dielēktriskā konstante (Dk): Mūsdienu lietojumprogrammas (īpaši RF/high-speed digitālās) prasa rūpīgi raksturotas piesmērētās plāksnes; Dk vērtības tieši ietekmē vadu impedansi.
• Mitrumizturība: Augstas kvalitātes piesmērētā plāksne minimizē ūdens uzņemšanu, kas pretējā gadījumā var ietekmēt elektriskās īpašības un uzticamību.

Vara virsmas priekšapstrāde

Svarīgs, taču bieži neievērots solis četrslāņu PCB izgatavošanā ir vara virsmu priekšapstrāde gan kodolplātnēs, gan folijas materiālos:

• Berzēšana un mikroētēšana: Materiāli tiek pakļauti mehāniskai berzēšanai un pēc tam iegremdēti vieglā skābē vai ķīmiskā mikroēdamā līdzeklī. Tas noņem virsmas oksīdus, sveces un mikrodalīņas, atklājot tīru varu turpmākai attēlošanai.
• Sausināšana: Jebkāda ilgstoša mitruma klātbūtne var samazināt līmēšanās stiprumu vai izraisīt atslāņošanos, tāpēc plātnes rūpīgi izkaltē.

Materiālu izsekojamība un kontrole

Šajā brīdī profesionāļi PCB ražotājus piešķir partijas numurus katrai plāksnei un materiālu partijai. Uztveramība ir būtiski, lai atbilstu kvalitātes standartiem (ISO9001, UL, ISO13485) un problēmu izsekošanai retos gadījumos, ja pēc sūtījuma rodas problēmas.

Tabula: Tipiskie materiāli un specifikācijas standarta 4-slāņu PCB

Pareiza materiāla sagatavošana veido uzticamas 4 slāņu PCB pamatu. Tālāk pārejam pie svarīga tehniskā posma: Iekšējā slāņa attēlveidošana un ēdēšana.

3. solis: Iekšējā slāņa attēlveidošana un ēdēšana

4 slāņu PCB iekšējā slāņa elektriskā shēma — parasti zemējuma un barošanas plaknes vai papildu signālu slāņi specializētos kārtu masīvos — veido elektrisko pamatu visai signālu maršrutizācijai un barošanas sadalei. Šajā solī jūsu digitālā PCB konstrukcija tiek fiziski realizēta ar submilimetru precizitāti uz reāla vara.

1. Tīrīšana: Virsmas sagatavošana

Pirms attēlošanas, iepriekš notīrītie vara kodoli (sagatavoti iepriekšējā solī) tiek pēdējo reizi izskaloti un apstrādāti ar mikroētisko procesu. Šis ķīmiskais mikroētisks process noņem visus pēdējos oksidācijas atlikumus, palielina virsmas raupjumu mikroskopiskā līmenī un nodrošina optimālu saistīšanos fotorezistam. Jebkādi palikuši piesārņotāji — pat mazi — var izraisīt nepietiekamu ēdēšanu, pārrāvumus/savarējumus vai sliktu drukas izšķirtspēju.

2. Fotorezista uzklāšana

Notīrītos vara pārklātos kodolus pēc tam pārklāj ar fotorezistētājs — gaismjutīgu polimēru plēvi, kas ļauj precīzi definēt shēmas. Uzklāšana parasti tiek veikta ar sausās plēves laminēšanas procesu , kurā fotorezists cieši pieķeras varai, izmantojot sildītus rullīšus.

• Tipi:  
  • Negatīvs fotorezists ir rūpniecības standarts daudzslāņu platēm; eksponētās zonas saķēdes un saglabājas pēc attīstības.
  • Šķidrs fotorezists var tikt izmantots dažos procesos precīzākai kontrolei, lai gan sausā plēve ir dominējoša vairumā četrslāņu PCB izgatavošanā.

3. Eksponēšana (UV attēlveidošana / Fotošablons)

Tālāk sagatavotais serdēns tiek ievadīts automatizētā UV attēlveidošanas mašīnā , kur augstas izšķirtspējas lāzeris vai CAD ģenerēts fotošablons precīzi noliek shēmas attēlu pār vara pārklāto plāksni. Ultravioleta gaisma caur šablonu spīd caur tā caurspīdīgajām daļām:

• Kur šablons ir caurspīdīgs : Fotosensitīvais slānis tiek eksponēts un polimerizējas (sacietē).
• Kur šablons ir nepārredzams : Fotosensitīvais slānis paliek mīksts un neeksponēts.

4. Attīstīšana (neeksponētā slāņa nomazgāšana)

Plāksne tiek attīstīta — iegremdēta vieglā ūdens šķīdumā (attīstītājā). Neeksponētais, mīkstais fotosensitīvais slānis tiek noņemts, atklājot zemāk esošo varu. Paliek tikai shēmas kontūra (tagad sacietējis, eksponētais slānis), kas precīzi atbilst dizainam, kas norādīts Gerber failos.

5. Gravēšana (varš noņemšana)

Tagad печī izgatavošanas process iet cauri iekšējā slāņa gravēšanai —kontrolētam skābes ēdamprocesam, parasti izmantojot amonjaka vai dzelzs hlorīda šķīdumu:

• Ēdēšana noņem nevajadzīgo varu no apgabaliem, kurus nepasargā sacietējušais fotorezists.
• Vada trases, kontaktlaukumi, plaknes un citi paredzētie vara elementi paliek.

6. Fotorezista noņemšana

Kad vēlamie vara modeļi ir atklāti, sacietējušais fotorezists, kas tos pasargāja, tiek noņemts ar atsevišķu ķīmisko šķīdumu. Atklājas tīras, spīdošas vara trases, kas precīzi atbilst iekšējā slāņa zīmējumam.

Kvalitātes kontrole: Automatizēta optiskā pārbaude (AOI)

Katra iekšējā slāņa defektus rūpīgi pārbauda, izmantojot Automatizēta optiskā inspekcija (AOI) . Augstas izšķirtspējas kameras skenē šādus defektus:

• Atvērtas ķēdes (pārrauti vadi)
• Nepietiekami vai pārmērīgi ētēti elementi
• Īssavienojumi starp vadiem vai kontaktlaukumiem
• Izlīdzināšanas vai reģistrācijas kļūdas

Kāpēc iekšējā slāņa ētēšana ir būtiska 4-slāņu PCB plāksnēm

• Signāla integritāte: Tīri un precīzi ētēti iekšējie plaknes nodrošina stabilu atskaites līmeni augstas frekvences tīkliem, novēršot troksni un EMI.
• Barošanas sadale: Platas enerģijas plaknes minimizē sprieguma kritumu un jaudas zudumus.
• Plakņu nepārtrauktība: Platu, nepārtrauktu plakņu uzturēšana atbilst IPC-2221/2222 standartiem un samazina pretestības novirzes.

"Šī posma precizitāte nosaka jūsu plates veiktspēju. Viens vienīgs īssavienojums vai pārrāvums iekšējā barošanas vai zemējuma slānī rada pilnīgu bojājumu pēc laminēšanas—neiespējami salabot. Tādēļ vadošie PCB ražotāji prioritetu piešķir attēlošanas kontrolei un tiešraides AOI (automatizētai optiskai inspekcijai)."  — kINGFIELD

4. solis: Slāņu izlīdzināšana un laminēšana

Pareizi izlīdzināšana un laminēšana ir būtiski svarīgi 4-slāņu PCB izgatavošanā. Šis process fiziski savieno iepriekš attēlotus vara slāņus (kuros tagad atrodas iekšējie shēmas vadi un plaknes) ar prepreg lapām un ārējiem vara folijas slāņiem, veidojot pabeigto četrslāņu struktūru.

A. Kopsaknes sagatavošana: Kārtu izvietošana

Ražošanas līnija tagad montē iekšējo struktūru, izmantojot:

• Iekšējās slāņa pamatplāksnes: Pabeigtas (ētēti, notīrīti) iekšējie kodoli—parasti zemes un enerģijas plakņu slāņi.
• Prepregs: Rūpīgi izmērīti dielektriskie (izolējošie) slāņi, kas novietoti starp vara kodoliem un ārējiem vara folijas slāņiem.
• Ārējā vara folija: Lapas, kuras pēc shēmas attēlošanas kļūs par augšējiem un apakšējiem maršrutēšanas slāņiem.

B. Piespraudzēšana un reģistrācija (slāņu līdzināšana)

Līdzināšana nav tikai mehāniska prasība—tā ir būtiska:

• Saglabāt kontaktligzdu un caurumu reģistrāciju, lai vēlāk urbšanas caurumi nepārkāptu, neapcirptu vai nesasistu ar blakus esošajām detaļām.
• Turēt atskaites plaknes tieši zem kritiskajiem signāla maršrutiem, lai saglabātu signāla integritāti un kontrolētu pretestību.

Kā tiek panākta līdzināšana:

• Piespraudzēšana: Precīzās tērauda spraudes un reģistrācijas caurumi tiek izdurta cauri sendviča kaskādei, lai fiksētu visas plātnes absolūtā līdzināšanā būvniecības laikā.
• Optiskā reģistrācija: Uzlabotās PCB darbnīcas izmanto automatizētas optiskās sistēmas, lai pārbaudītu un uzlabotu slāņu starpreģistrāciju, bieži sasniedzot ±25 μm (mikronu) toleranci.

C. Laminēšana: siltums un spiediena savienošana

Pēc tam salikto un piestiprināto kaskādi iekrauj karstā spiediena presse laminatorā:

• Vakuumposms: Noņem ieslodzīto gaisu un volatilās atlikumvielas, novēršot atslāņošanos vai dobumus.
• Siltums un spiediens: Prepregs mīkstējas un plūst temperatūrā no 170–200°C (338–392°F) un spiedienā no 1,5–2 MPa.
• Cietēšana: Sagatavotajā materiālā mīkstinātais sveķis aizpilda mikrodozās un savieno slāņus kopā, pēc tam sacietējot (polimerizējoties) atdzišanas laikā.

Rezultāts ir viena stingra, salīmēta plāksne — ar četriem atsevišķiem, elektriski izolētiem vara slāņiem, kas ideāli laminēti un gatavi turpmākai apstrādei.

Kvalitātes kontrole: Pārbaude un testēšana pēc laminēšanas

Pēc laminēšanas plāksne tiek atdzisēta un notīrīta. Būtiskas KI pārbaudes ietver:

• Biezuma un izkropļojumu mērījumi: Nodrošina, ka plates ir plakanas un atbilst norādītajām pieļaujamām novirzēm (parasti ±0,1 mm).
• Destructīva šķērsgriezuma analīze: Parauga plates tiek sagrieztas un analizētas zem mikroskopa, lai pārbaudītu:
  • Izolācija starp slāņiem (bez atdalīšanās, dobumiem vai sveķu trūkuma).
  • Slāņu savietošana (precizitāte no slāņa uz slāni).
  • Līmējuma kvalitāte starp puspabeigto materiālu un serdes saskarnēm.
• Vizuālā inspekcija: Pārbaudes attiecībā uz atdalīšanos, deformāciju un virsmas piesārņojumu.

IPC standarti un labākās prakses

• IPC-6012: Nosaka darbības raksturlīnijas un inspekcijas prasības stingrajiem PCB, tostarp daudzslāņu savietošanu un laminēšanas kvalitāti.
• IPC-2221/2222: Ieteic nepārtrauktus plakņu slāņus, minimālus izgriezumus un stingras savietošanas pieļaujamās novirzes stabilai darbībai.
• Materiāli: Izmantojiet rūpnieciskas klases puspabeigtos materiālus, serdes un varu — vēlams ar izsekojamiem partijas numuriem kvalitātes kontrolei un regulatīvajai ziņošanai.

Kopsavilkuma tabula: Precīzas laminēšanas priekšrocības 4-slāņu PCB

5. solis: Urbšana un pārklājums

The urbšanas un pārklājuma posms četrslāņu PCB izgatavošanā ir brīdis, kad plates fiziskā un elektriskā savienošana patiešām kļūst dzīva. Precīza caurumu veidošana un izturīgs vara elektrolītiskais pārklājums ir būtisks uzticamai signāla un enerģijas pārraidei daudzslāņu konstrukcijās.

A. CNC urbtie caurumiem un komponentu caurumiem

Mūsdienu četrslāņu PCB ražošanā tiek izmantotas datorvadītas (CNC) urbšanas mašīnas, lai izveidotu simtiem vai pat tūkstošiem caurumu katram paneļim — nodrošinot precizitāti, ātrumu un atkārtojamību, kas ir būtiska sarežģītām lietošanas jomām.

Caurumu veidi četrslāņu PCB:

• Caurskalojošie caurumi: Stiepjas no augšējā slāņa līdz apakšējam, savienojot katru vara plakni un slāni. Tie veido pamatu gan signālu, gan zemes savienojumiem.
• Komponentu caurumi: Pieslēgvietas caurskalojamiem (THT) komponentiem, kontaktligzdām un spraudkontaktiem.
• Opcionāli:  
  • Aklās caurules: Savieno ārējo slāni ar vienu (bet ne abiem) iekšējiem slāņiem; retāk sastopamas 4-slāņu plātēs dēļ izmaksām.
  • Iegremdētās caurules: Savieno tikai iekšējos slāņus; tiek izmantotas augstas blīvuma projektos vai stingri-elastīgajos hibrīdajos PCB.

Urbšanas procesa iezīmes:

• Paneļu kaskadēšana: Vairāki paneļi var tikt urbti vienlaikus, lai optimizētu caurlaidspēju, katrs atbalstoties uz fenola izejas/ieejas plāksni, lai novērstu skaidas veidošanos vai urbja novirzi.
• Urbiņa izvēle: Karbīda vai dimanta pārklāti urbiņi no 0,2 mm (8 milu) un lielāki. Urbiņa nolietojums tiek rūpīgi uzraudzīts un nomainīts stingros intervālos, lai nodrošinātu augstu konsekvenci.
• Cauruļu pozicionēšanas tolerances: Parasti ±50 µm, kas ir būtiski kontaktligzdu izvietojumam augstas blīvuma dizainos.

B. Apmaisīšana un notriešana

Pēc urbumu izveides mehāniskā apstrāde atstāj asus malas (uzkabinājumus) un epoksīda „pieplūdējumus“ caurbiedrības sienās, īpaši tajās vietās, kur atklājas stikla šķiedras un sveķi. Ja tos neatstāj neapstrādātus, tie var bloķēt pārklājumu vai izraisīt uzticamības problēmas.

• Nostrādāšana: Mehāniskas sukas noņem asās malas un folijas atkritumus.
• Notriešana: Plātnes tiek ķīmiski apstrādātas (izmantojot kālija permanganātu, plazmu vai permanganāta brīvas metodes), lai noņemtu sveķu atlikumus un pilnībā atklātu stikla šķiedru un varu turpmākai metāla saistīšanai.

C. Caurskars izveidošana un vara elektrolītiskā pārklāšana

Varbūt svarīgākais solis— caurbiedrības pārklāšana —izveido ļoti svarīgos elektriskos kanālus starp četrslāņu PCB slāņiem.

Processs ietver:

• Caurlaides sienas tīrīšana: Plātnes tiek apstrādātas iepriekš (skābes tīrīšana, mikroētēšana), lai nodrošinātu bezvadu virsmas.
• Bezstrāvas vara nogulsnēšana: Uz caurlaides sienām tiek ķīmiski nogulsnēts plāns (~0,3–0,5 µm) vara slānis, „sējot” pāreju turpmākai elektrolītiskai pārklāšanai.
• Elektroplating: Printplātes paneļi tiek novietoti vara vannās. Tie tiek pakļauti līdzstrāvai (DC); vara joni nokļūst uz visām atklātajām metāla virsmām — tostarp pāreju sienām un caurumos — veidojot vienmērīgu, vadītspējīgu vara cauruli katrā caurumā.

• Standarta vara biezums: Pabeigtās pāreju sienas parasti tiek pārklātas ar minimāli 20–25 µm (0,8–1 mil) biezu varu, atbilstoši IPC-6012 2./3. klasei vai klienta specifikācijām.
• Vienmērīguma pārbaudes: Lai garantētu, ka nav plānu vietu vai dobumu, kuri var izraisīt pārrāvumus vai periodiskas darbības traucējumus, tiek izmantotas sarežģītas biezuma kontroles un šķērsgriezumu analīzes metodes.

Kvalitātes kontrole:

• Šķērsgriezuma analīze: Paraugu caurumi tiek sagriezti un izmērīti pēc sienas biezuma, saistības stipruma un vienmērīguma.
• Pārbaudes nepārtrauktībai: Elektriskās pārbaudes nodrošina, ka katrs savienojums (via) ir izveidots droši no kontaktlauciņa līdz kontaktlauciņam, slānim līdz slānim.

D. Kāpēc urbumu izveide un pārklājums ir svarīgi 4-slāņu PCB plates ražošanā

- Augsta uzticamība: Vienmērīgs, bez defektiem savienojuma pārklājums novērš atvērtus/īssavienojuma bojājumus un katastrofālus darbības lauka izdevīgumus. - Signāla integritāte: Pareiza savienojuma (via) veidošana nodrošina ātras signālu pārejas, zemu pretestību zemes atgriezeniskajiem ceļiem un uzticamu barošanas padevi. - Uzlabotas dizaina atbalsts: Ļauj izmantot mazākus elementu izmērus, blīvāku iepakošanu un nodrošina saderību ar tehnoloģijām, piemēram, HDI vai stingri-elastīgo PCB hibrīdiem.

Tabula: Urbumu izveides un pārklājuma parametri standarta 4-slāņu PCB plātēm

6. solis: Ārējā slāņa modelēšana (shēmas izveide 1. un 4. slānī)

The ārējie slāņi jūsu četrslāņu PCB—1. (augšējais) un 4. (apakšējais) slānis—ietver kontaktlaukumus, pavadus un vara elementus, kuri montāžas laikā tieši savienojas ar komponentiem vai kontaktligzdam. Šis posms pēc būtības ir līdzīgs iekšējā slāņa apstrādei, taču šeit ir augstākas prasības: šie slāņi pakļauti intensīvai lodēšanai, tīrīšanai un nodilumam un tiem jāatbilst stingrākajām kosmētiskajām un izmēru prasībām.

A. Ārējā slāņa fotorezistenta uzklāšana

Tāpat kā iekšējiem slāņiem, arī ārējos vara folijas slāņus vispirms notīra un mikroēdē, lai nodrošinātu ideālu virsmu. Pēc tam katras virsmas virsū ar karstiem rullīšiem laminē fotorezistētājs (parasti sauso plēvi), lai nodrošinātu labu pielipību.

• Fakts: Augstas kvalitātes PCB ražotāji rūpīgi kontrolē gan plēves biezumu, gan laminēšanas spiedienu, nodrošinot vienmērīgu attēla attīstību un malu izkropļojumu minimizēšanu.

B. Attēlveidošana (fotoinstrumenti/UV lasera tiešā attēlveidošana)

• Fotoinstrumenti: Lielākajai daļai sērijveida ražošanas gadījumu fotomaskas, kas satur vara pārvada un kontaktpunktu modeļus augšējai un apakšējai kārtai, tiek optiski izlīdzinātas ar urbumiem.
• Lāzera tiešā attēlveidošana (LDI): Augstas precizitātes vai ātrdarbīgas projekta gadījumā datorvadīts lāzers "ieraksta" Gerbera definētās pārvadas un kontaktpunkti tieši plāksnē ar mikronu līmeņa precizitāti.
• Ultravioletais (UV) gaisma polimerizē eksponēto fotoaktīvo pretpozīciju, fiksējot precīzu ārējo shēmu noteiktā pozīcijā.

C. Attīstīšana un ēdēšana

• Izstrāde: Neeksponētais fotoaktīvais pretpozīcija tiek noņemts ar vieglu sārmu attīstītāju, atklājot varu, kas jāēdē nost.
• Citronskābes Eksponētā vara tiek noņemta ar augstsātura konveijera ēdamierīcēm, atstājot tikai pārvadas, kontaktpunktus un atklātās shēmas, ko aizsargā sacietējis fotoaktīvais pretpozīcija.
• Noņemšana: Atlikušais fotoaktīvais pretpozīcija tiek noņemts, atklājot svaigas, spīdīgas ārējās vara struktūras, kas veido lodējamās virsmas un strāvas vadošos pārvadus jūsu platē.

Tabula: Galvenie izmēri 4-kārtu PCB ārējai modelēšanai

D. Apstrādes pārbaude un kvalitātes kontrole

Nesen izēstos paneļus pārbauda vizuāli un caur AOI (Automatizētā optiskā pārbaude) par:

• Pārētās vai nepietiekami ētētās vadu svītras un kontaktlaukumi
• Tiltiņi vai īssavienojumi
• Pārrāvumi vai trūkstošas iezīmes
• Reģistrācija/izlīdzināšana ar iepriekš uzsvērtām caurulēm

Kāpēc ārējā slāņa modelēšana ir svarīga 4-slāņu PCB plāksnēm

• Montāžas uzticamība: Lodējamība, kontaktlaukumu izmērs un vadu izturība tiek definēti šeit.
• Signāla integritāte: Augstas frekvences signāli, diferenciālie pāri un vadītie pretestības tīkli beidzas šajos slāņos, tādēļ precīza vadu definīcija ir būtiska.
• Jaudas pārnesība: Pietiekami daudz vara paliek visām maršrutēšanas un siltuma novadīšanas vajadzībām.

7. solis: Loderizolācijas maska, virsmas pārklājums un šilkografija

Pēc to kopra attēlojuma izveides jūsu četrslāņu PCB ārējiem slāņiem ir pienācis laiks nodrošināt izturību, pieloderējamību un skaidrību gan montāžai, gan ekspluatācijas laikā veicamajiem remontdarbiem. Šis daļējs solis atšķir profesionālu vairākslāņu PCB izgatavošanu, aizsargājot shēmu, garantējot uzticamu lodēšanu un nodrošinot vienkāršu vizuālu identifikāciju.

A. Loderizolācijas maskas uzklāšana

The lodēšanas maska ir aizsargpārklājums no polimēra—parasti zaļš, kaut arī bieži tiek izmantoti arī zili, sarkani, melni un balti toņi—, kas uzklāts gan augšējai, gan apakšējai PCB virsmai:

• Mērķis:  
  • Novērš lodes tiltiņus starp cieši novietotiem kontaktlauciņiem un pavadītājiem.
  • Aizsargā ārējo elektrisko shēmu no oksidēšanās, ķīmiskās iedarbības un mehāniskas nolietošanās.
  • Uzlabo elektrisko izolāciju starp vadiem, tādējādi papildus uzlabojot signāla integritāti un samazinot EMI.

Pieteikšanās process:

• Apsegājums: Paneļa virsma tiek pārklāta ar šķidru fotouzskatāmu (LPI) loderizolācijas masku, aizsegot visu, izņemot tos kopra kontaktlauciņus, kuri tiks pielodēti vēlāk.
• Attēlveidošana un ekspozīcija: UV gaisma tiek izmantota kopā ar attēla masku, lai noteiktu atveres (kontaktlaukumiem, testa punktiem, caurumiem).
• Izstrādāšana: Neeksponētā lodēšanas maska tiek noņemta, savukārt eksponētā sacietē, aizsargājot shēmas.
• Fiksācija: Plāksnes tiek apcepamas vai UV sacietētas, lai pilnībā nostiprinātu masku.

B. Virsmas pārklājuma iespējas

Lai nodrošinātu, ka visi atklātie kontaktlaukumi iztur uzglabāšanu, pretojas oksidācijai un nodrošina bezvainu lodējamību montāžas laikā, tiek uzklāts virsmas apstrāde ir piemērots dažādiem pielietojumiem, izmaksām un montāžas prasībām:

• ENIG ir nozares standarts vairumam 4 slāņu prototipu un ražošanas platēm, īpaši tad, ja ir svarīga virsmas plakanuma un augsta blīvuma (BGA, LGA, QFN) ievērošana.
• OSP ir vislabāk piemērots bezsvina patēriņa elektronikai, kur nepieciešama izmaksu efektivitāte un laba lodējumu kvalitāte.

Atšķirības starp ENIG un HASL:

• ENIG nodrošina gludāku un plakanāku virsmu, kas nepieciešama ļoti maziem spraugumiem un BGA.
• HASL rada nenovienmērīgas „kupolas”, kas var nebūt piemērotas modernām augstas blīvuma PCB montāžām.
• ENIG ir dārgāks, taču piedāvā labāku ilgtermiņa uzglabāšanu un savietojamību ar vada līmēšanu.

C. Zīmogrāfijas druka

Kad lodēmaska un virsmas pārklājums ir uzklāti, pēdējais slānis ir silkrasts —izmantots, lai atzīmētu:

• Komponentu kontūras un apzīmējumus (R1, C4, U2)
• Polaritātes marķieri
• Atsauces apzīmējumi
• Pin 1 indikatori, logotipi, pārskatīšanas kodi un svītrkodi

Kvalitātes kontrole: galīgā AOI un vizuālie pārbaudes

• Automatizētā optiskā pārbaude (AOI): Nodrošina maskas atveres izmēru/izvietojumu, sveša lodlapa trūkumu un pareizu kontaktlaukumu atklāšanu.
• Vizuālā inspekcija: Apstiprina silkrīta skaidrību, trūkstoša krāsas trūkumu, lodlapas pārklājumu virs galvenajām detaļām un pārbauda virsmas pārklājuma integritāti.

Kāpēc šis posms ir svarīgs 4-slāņu PCB plātēm

• Pielodējamība: Tikai atklātie kontaktlaukumi/pieskaršanās punkti ir pieejami lodēšanai; pārējās daļas aizsegšana novērš nejaušas savienojumu tiltiņus—kas ir būtiski blīvos dizainos.
• Korozijas un piesārņojuma pretestība: Plāksnes kalpošanas laiks un uzticamība ievērojami uzlabojas, aizsargājot vara virsmas no gaisa, mitruma un pirkstu nospiedumiem.
• Kļūdu samazināšana: Spēcīgas, precīzas atzīmes samazina montāžas kļūdas, pārstrādi vai lauka servisa laiku.

8. solis: PCB profilēšana, montāža un tīrīšana

Kad visas shēmas slāņi ir iestatīti, caurskari nodoti ar plākšņu pārklājumu un uzklāts lodēšanas maska un virsmas pārklājums, fokuss tagad pāriet uz formas veidošanu, komponentu uzstādīšanu un tīrīšanu 4-slāņu PCB šajā posmā jūsu daudzslāņu plates tiek pārveidotas no precīzi izgatavota, bet neindividualizēta bloka līdz formāta specifiskai, pilnībā samontētai funkcionālai ierīcei.

A. PCB profilēšana (griešana un maršrutizēšana)

Šajā stadijā vairākas PCB attēlu kopijas atrodas lielākā ražošanas panelī. Profiling nozīmē katras četru slāņu drukātās platītes atdalīšanu līdz vajadzīgajam kontūram, tostarp izgriezumiem, spraugām vai V-izgriezumiem.

Galvenie paņēmieni:

• CNC frēzēšana : Augstas ātrdarbības karbīda urbji precīzi seko plates ārējam malam, atbilstot tolerances specifikācijām līdz ±0,1 mm.
• V-iezāģēšana : Vietas ar plānām rievām ļauj viegli atdalīt platītes, nolaužot gar iegriezuma līnijām.
• Šaušana : Izmantots lielā apjomā ražoto, standarta formas platīšu optimizēšanai, lai palielinātu caurlaidspēju.

B. PCB montāža (SMT un THT komponentu novietošana)

Lielākā daļa mūsdienu 4-slāņu PCB platīšu izmanto jaukto tehnoloģiju montāžu, izmantojot gan Virsmas montāžas tehnoloģija (SMT) augstas blīvuma, automatizētai komponentu uzstādīšanai, un Caurspraudtehnoloģija (THT) augsta stipruma savienotājiem, enerģētikas komponentiem vai vecā tipa detaļām.

1. SMT montāža

• Šablona drukāšana : Piedeva tiek uzklāta kontaktlaukumos, izmantojot ar lāzeru grieztus šablonus precīzai daudzuma kontrolei.
• Ņem un novieto : Automatizētas iekārtas var novietot līdz desmit tūkstošiem komponentu stundā ar mikronu līmeņa precizitāti — pat 0201 pasīvajiem komponentiem, QFN, BGA vai LSI ierīcēm.
• Reflow soldering : Apmontētās PCB platītes pārvietojas cauri rūpīgi kalibrētam piespiedu gaisa ceplim, kur notiek secīga piedevas kūšana un atdzišana. Tas nodrošina izturīgus lodējuma savienojumus visām SMT ierīcēm.

2. THT montāža

• Manuāla vai automātiska ievietošana : Komponenti ar garām izvadēm, piemēram, savienotāji vai lieli elektrolītiskie kondensatori, tiek ievietoti caur metinātām caurulēm.
• Vienļaužu lodēšana : Plāksnes pāriet pār kausēta piena viļņa virsmu, lai vienlaikus pieslodētu visas ievietotās izvades — tas ir pārbaudīts paņēmiens, nodrošinot izturīgu mehānisko stiprumu.

SMT pret THT:

• SMT nodrošina augstu blīvumu, vieglumu un kompaktas konstrukcijas. Vislabāk piemērots mūsdienu daudzslāņu PCB.
• THT joprojām tiek preferēts savienotājiem un augstspējas komponentiem, kam nepieciešams papildu nostiprinājums.

C. Tīrīšana (izopropilspirts un speciāli PCB tīrīšanas līdzekļi)

Pēc lodēšanas atlikumi, piemēram, flakss, lodēšanas bumbiņas un putekļi, var samazināt uzticamību, īpaši tuvu esošajos pavedienos un caurumos četrslāņu drukātajās shēmās.

Procesa soļi:

• Izopropilspirta (IPA) tīrīšana : Bieži izmanto prototipēšanā un zemās sērijas ražošanā, manuāli noņem jonu atlikumus un redzamo fluxu.
• Iebūvētie PCB vadi : Rūpnieciskie vadi izmanto dezaktivizētu ūdeni, ziepveida līdzekļus vai speciālus šķīdinātājus, lai vienlaicīgi notīrītu vairākas plates — būtiski medicīnas, militārajā un automašīnu nozarē.

Kāpēc tīrīšana ir svarīga:

• Novērš koroziju un dendritu veidošanos starp shēmas elementiem.
• Samazina elektrostrāvas noplūdes risku, īpaši augsta pretestības vai augsta sprieguma shēmām.

Tabula: Montāžas un tīrīšanas procesa pārskats

9. solis: Pēdējais testēšana, kvalitātes kontrole (QC) un iepakošana

A 4-slāņu PCB ir tik laba, cik rūpīga tās testēšana un kvalitātes kontrole. Pat ja tai izskatās ideāla ar neapbruņotu aci, neredzami defekti — īssavienojumi, pārtraukumi, nepareiza izlīdzināšana vai nepietiekama pārklājuma slānis — var izraisīt nenoteiktu darbību, agrīnu bojāšanos vai drošības riskus. Tāpēc vadošie PCB ražotāji izmanto plašu elektrisko, vizuālo un dokumentācijai balstītu pārbaudes pasākumu kopu, ko atbalsta starptautiski atzītie IPC standarti.

A. Automatizēta optiskā pārbaude (AOI)

Automatizēta optiskā inspekcija (AOI) tiek veikts vairākas reizes daudzslāņu PCB izgatavošanas laikā, svarīgākais posms pēc pabeigta montāžas un lodēšanas.

• Kā tas darbojas: Augstas izšķirtspējas kameras skenē katras PCB abas puses, salīdzinot katru vadu, kontaktlauciņu un lodējumu ar digitālajiem Gerber failiem.
• Ko AOI atklāj:  
  • Atvērti savienojumi (pārtraukti vadi)
  • Īssavienojumi (lodēšanas tiltiņi)
  • Trūkstošas vai nepareizi novietotas komponentes
  • Lodējumi ar nepietiekamu vai pārmērīgu lodēšanas materiālu
  • Tombstoning vai komponenšu neorientācija

B. Īpašs testēšanas (ICT)

Iekļautās ķēdes tests (ICT) ir zelta standarts, lai pārbaudītu montētu 4-slāņu PCB funkcionalitāti:

• Kontaktpogas: Bed-of-nails vai lidošie probi nodibina kontaktu ar speciāliem testa punktiem vai komponentu kājiņām.
• Testa skripti: Iedarbina signālus caur shēmu, mērot atbildes pie galvenajiem mezgliem.
• Pārbaudāmie parametri:  
  • Vai ir elektriskā savienojuma starp visiem signāla un barošanas punktiem
  • Pretestība/kondensators galvenajos tīklos
  • Caurskartsiju un caurpludināto caurumu integritāte
  • Galveno komponentu klātbūtne/neklātbūtne un orientācija

ICT ļauj:

• Neatkarīga, plates līmeņa diagnostika (precīzi nosakot bojātus lodējuma savienojumus, pārtraukumus vai nepareizi novietotas detaļas)
• Pakļuvu statistika procesa uzraudzībai

C. Elektriskā pārbaude

Katrs pabeigta četru slāņu PCB veic pilnu elektrisko pārbaudi par „īssavienojumiem un pārtraukumiem“. Šajā solī:

• Elektriskā pārbaude (ET): Visiem vadiem un savienojumiem tiek piemērots augsts spriegums.
• Mērķis: Noteikt jebkādus paslēptos „pārtraukumus“ (atvienojumus) vai „īssavienojumus“ (nejaušus tiltus), neatkarīgi no vizuālā izskata.

Impedances kontroles dizainam:

• Impedances kuponu paraugi: Testa pēdas, kas izgatavotas no tāda paša slāņojuma un procesa kā ražošanas vadi, ļauj mērīt un validēt raksturīgo impendanci (piemēram, 50 Ω vienvirziena, 90 Ω diferenciāla).

D. Dokumentācija un izsekojamība

• Gerber, urbumu un testa faili: Ražotājs apkopo un arhivē visus būtiskos datus, nodrošinot izsekojamību no materiālu partijas līdz gatavai plāksnei.
• Montāžas zīmējumi un KC sertifikāti: Pievienoti augsta uzticamības piegādēm, lai atbilstu ISO9001/ISO13485, medicīnas vai automobiļu standartiem.
• Barkodēšana: Sērijas numuri un barkodi tiek uzdrukāti uz katras plates vai paneļa, lai veiktu izsekošanu, problēmu novēršanu un „digitālā dvīņa” atsauces.

E. Pēdējā vizuālā pārbaude un iepakošana

Apstudēti inspektori veikt pēdējo pārbaudi, izmantojot palielināšanu un intensīvu apgaismojumu, lai izpētītu kritiskās iezīmes:

• Pieskārienu un caurumvietu tīrība (bez lodmetālā bumbiņām vai atlikumiem)
• Apzīmējumi, marķējuma skaidrība, orientācija un revīzijas koda precizitāte
• Malu un profilēšanas kvalitāte (bez atslāņošanās, šķembām vai bojājumiem)

Iepakojums:

• Vakuumhermētiski antistatiski maisiņi aizsargā pret ESD un mitruma iekļūšanu
• Burbuļplēve, putuplasts vai pielāgotas kastes novērst fiziskos triecienus pārvadājuma laikā
• Katra partija tiek iepakota saskaņā ar klienta norādījumiem, iekļaujot silikāta pakas vai mitruma indikatorus augstas uzticamības tirgiem

Tabula: Testēšanas un kvalitātes kontroles standarti 4-slāņu PCB

Kā izveidot četrslāņu struktūru programmā Altium Designer

Kontrolējiet savu četrslāņu PCB struktūru ir ļoti svarīgi, lai sasniegtu pareizo līdzsvaru starp elektrisko veiktspēju, ražošanas iespējām un izmaksām. Mūsdienu PCB dizaina rīki, piemēram, Altium Designer nodrošina intuitīvas, jaudīgas saskarnes katras detaļas norādīšanai — un vēlāk eksportēšanai —, kas ražotājiem nepieciešamas augstas kvalitātes un uzticamu daudzslāņu PCB izgatavošanai.

Solis pa solim: jūsu četrslāņu PCB struktūras definēšana

1. Sāciet savu projektu Altium

• Atveriet Altium Designer un izveidojiet jaunu PCB projektu.
• Importējiet vai zīmējiet savas shēmas, pārliecinoties, ka visi komponenti, vadi un ierobežojumi ir definēti.

2. Piekļūt slāņu konfigurācijas pārvaldniekam

• Doties uz Projektēšana → Slāņu konfigurācijas pārvaldnieks
• Slāņu konfigurācijas pārvaldnieks ļauj konfigurēt visus vadītāja un dielektriskos slāņus, to biezumus un materiālus.

3. Pievienot četrus vara slāņus

• Pēc noklusējuma jūs redzēsiet augšējo slāni un apakšējo slāni.
• Pievienot divi iekšējie slāņi (parasti nosaukti kā MidLayer1 un MidLayer2) jūsu četru slāņu struktūrai.

4. Definēt slāņu funkcijas

Piešķirt kopējas funkcijas katrai slānim šādi:

5. Konfigurējiet dielektrika/prepreg un serdes biezumu

• Noklikšķiniet starp slāņiem, lai iestatītu dielektrika biezumu (prepreg, sirds) izmantojot ražotāja norādītās vērtības .
• Tipisks kopējais biezums 4 slāņu PCB: 1.6mm (bet var būt tievāks/biezāks atkarībā no nepieciešamības).
• Ievadiet dielektriskās caurlaidības (Dk) un zuduma tangensa vērtības, īpaši kontroles pretestības dizainiem.

6. Piešķiriet vara masu

• Norādiet vara biezumu katram slānim: parasti 1 oz/ft² (~35 μm) ir standarts signāla slāņiem; 2 oz vai vairāk augsta strāvas barošanai.
• Šīs vērtības ietekmē izsegu platumu aprēķinus un mehānisko izturību.

7. Iespējot pretestības aprēķinus

• Izmantojiet iebūvēto Pretestības kalkulatoru (vai saiti uz ražotāja rīku), lai aprēķinātu vienvirziena un diferenciālo pāru pretestības, pamatojoties uz jūsu materiālu, biezumu un platuma/atstarpes datiem.
• Tipiskie mērķi: 50Ω vienvadi , 90–100Ω diferenciāli .
• Mainiet dielektrisko biezumu, trases platumu un vara masu atbilstoši, lai sasniegtu šos mērķus.

8. Izveidojiet slāņu zīmējumu

• Eksportējiet slāņu zīmējumu (DXF, PDF utt.) jūsu ražošanas piezīmēm. Tas palīdz novērst komunikācijas kļūdas un paātrina DFM pārskatīšanu.

9. Sagatavojiet un eksportējiet Gerber un urbumu failus

• Iestatiet galīgo slāņu apstiprinājumu savai plates kontūrai, slāņu secībai un anotācijām.
• Eksportēt visu Gerber failus, urbjumu failus un slāņu diagrammas ar precīziem nosaukumiem (ieskaitot slāņu nosaukumus, kas atbilst jūsu slāņu pārvaldniekam).

Piemērs: 4 slāņu PCB slāņojuma optimizēšana augstas ātrumsignāliem

Scenārijs: Telekomunikāciju start-up uzņēmums izstrādāja jaunu maršrutētāju, izmantojot Altium Designer. Galvenais izaicinājums bija samazināt signālu kroskonversāciju un ievērot stingras USB/Ethernet signālu pretestības tolerances.

Risinājums:

• Izmantoja Altium slāņu pārvaldnieku, lai izveidotu [Signāls | Zeme | Barošana | Signāls] ar 0,2 mm starpslāni starp ārējiem un iekšējiem plaknēm.
• Uzstādīja vara biezumu 1 oz visiem slāņiem.
• Izmantoja Altium impendances kalkulatoru un saskaņoja materiālus ar ražotāju, ātri iterējot, līdz mērījumi sakrita 50Ω un 90Ω mērķi ar ±5% robežām .
• Rezultāts: Pirmā partija izturēja EMC un augstas frekvences integritātes testēšanu—paātrinot sertifikāciju un ietaupot izstrādes laiku.

Kāpēc slāņu izkārtojuma projektēšana Altium ir svarīga 4-slāņu PCB

• Novērš dārgus pārprojektējumus: Laicīga slāņu izkārtojuma plānošana, ņemot vērā ražotāja ieteikumus, novērš aizkavēšanos un nodrošina gludu pāreju no prototipa uz ražošanu.
• Veicina DFM pārbaudes: Labi dokumentēti slāņu izkārtojumi palīdz noteikt DRC/DFM neatbilstības pirms plates izgatavošanas.
• Atbalsta sarežģītas funkcijas: Precīzs slāņu izkārtojuma regulējums ir nepieciešams tehnoloģijām, piemēram, caurules uz kontaktlaukuma, slēptās/caurspīdīgās caurules un kontrolēta impendances maršrutēšana.

Labākās prakses 4 slāņu PCB kārtojumam un izvietojumam

Robusta četrslāņu PCB struktūru ir tikai puse no vienādojuma — patiesa veiktspēja, uzticamība un iznākums rodas, pielietojot disciplinētas labākās prakses izvietojumā un dizainā. Kad jūs optimizējat kārtojumu, maršrutēšanu, atstarojumu un termiskos ceļus ar rūpīgu pieeju, jūsu četru slāņu PCB ražošanas process dod plates, kas izceļas ar signāla integritāti, EMC, ražošanas vieglumu un ilgtermiņa izturību.

1. Signālu un enerģijas integritātes apsvērumi

Kontrolēti signālu atgriešanās ceļi un tīra barošanas sadale ir pamats daudzslāņu PCB dizainā. Šeit ir, kā to paveikt pareizi:

• Novietojiet signālus ārējos slāņos (L1, L4) un iekšējos slāņos (L2, L3) atvēlot cietiem zemes (GND) un barošanas (VCC) plaknēm.
• Nekad nesadaliet iekšējās plaknes ar lieliem izgriezumiem vai spraugām — drīzāk turiet plaknes nepārtrauktas. Saskaņā ar IPC-2221/2222 , nepārtrautības var izraisīt kontrolētu impedansi novirzīties par 5–15 %, kas var izraisīt signāla degradāciju vai periodiskas kļūmes.
• Īsi signālu atgriešanās ceļi: Augsts frekvences un trokšņjutīgi signāli vienmēr "jāredz" cietais atskaites plakne tieši zem tā. Tas samazina cilpas laukumu un ierobežo starojuma EMI.

Tabula: Tipiska 4-slāņu PCB slāņojuma izmantošana

2. Komponentu novietošana un atvienošana

• Grupēt augstas frekvences integrētās shēmas tuvu kontaktligzdām vai avotiem/slodzēm, lai minimizētu trasi garumu un caurumu skaitu.
• Novietot atvienošanas kondensatorus pēc iespējas tuvāk (vienmēr labāk tieši pāri caurvadiem uz barošanas plakni), lai nodrošinātu stabili lokālo VCC.
• Svarīgākie maršrutu tīkli vispirms: Vispirms izvietojiet augstfrekvences, takts un jutīgos analogos tīklus, pirms mazāk svarīgiem signāliem.

Labākā prakse: Izmantojiet "fanout" tehniku: izvediet signālus no BGAs un smalkās piestiprināšanas pakotnēm, izmantojot īsus pavadus un tiešus caurvadus — minimizē kroskoplietojumu un stub efektus.

3. Maršrutēšana ar kontrolētu pretestību

• Pavada platums un atstatums: Aprēķiniet un iestatiet projektēšanas noteikumos 50Ω vienvirziena un 90–100Ω diferenciālajiem pāriem, izmantojot pareizos slāņu iestatījumus (dielektriskais biezums, Dk, vara masa).
• Minimizējiet stub garumu: Izvairieties no nevajadzīgas pārejas starp slāņiem un izmantojiet atpakaļurbumu kritiskiem signāliem, lai noņemtu neizmantotās caurvadu daļas.
• Pārejas starp slāņiem: Diferenciālos pārus, ja iespējams, vienmēr novietojiet uz tās pašas slāņa un izvairieties no nevajadzīgiem šķērsojumiem.

4. Vias stratēģija un savienošana

• Izmantojiet vadošu savienojumu (via stitching) uz cietajiem zemes plaknēm —apkārt augstas ātrdarbības signāliem, taktiskajiem tīkliem un RF zonām ar cieši izvietotiem zemes vadošajiem savienojumiem (parasti ik pēc 1–2 cm).
• Optimizējiet vadošā savienojuma izmēru un aspekta attiecību: IPC-6012 ieteic, ka aspekta attiecībai (plāksnes biezums pret pabeigtā cauruma izmēru) parasti nevajadzētu pārsniegt 8:1 augstas uzticamības gadījumos.
• Atpakaļ urbtie vadošie savienojumi: Ļoti augstas ātrdarbības signāliem izmantojiet atpakaļ urbjumu, lai noņemtu vadošo savienojumu paliekas un vēl vairāk samazinātu signālu atstarojumus.

5. Termlaides pārvaldība un vara līdzsvars

• Termlaides vadošie savienojumi: Ievietojiet termo caurules masīvus zem karsti darbojošiem integrētajiem shēmām/LDO, lai savienotu siltumu ar zemes plakni un to izplatītu.
• Vara ieleja: Izmantojiet līdzsvarotu vara sadalījumu abās ārējās kārtās, lai novērstu izkropļojumus/sagriešanos lielākos vai augstas jaudas platēs.
• Kontrolēta vara zona: Izvairieties no lieliem neuzbūvētiem vara „salu” rajoniem, kas var radīt sprieguma savienojumu vai EMI.

6. EMI aizsardzība un krustsaitnes novēršana

• Signālu maršrutēšana perpendikulāri: Maršrutējiet signālus L1 un L4 taisnā leņķī (piemēram, L1 rietumu-austumu virzienā, L4 ziemeļu-dienvidu virzienā) — tas samazina kapacitatīvo saistību un krustsaitnes caur plaknēm.
• Turies tālu no augstas ātrdarbības signāliem pie plates malām , un izvairieties no paralēlas maršrutēšanas ar malu, kas var izstarot vairāk EMI.

7. Verifikācija ar simulāciju un ražotāja atsauksmēm

• Veiciet signāla integritātes simulācijas pirms izkārtojuma un pēc tā kritiskiem vadiem vai interfeisiem.
• Pārskatiet slāņu struktūru un maršrutēšanas ierobežojumus kopā ar izvēlēto četrslāņu PCB ražotāju —izmantojot viņu pieredzi, lai novērstu ražošanas un uzticamības riskus jau procesa sākumā.

Piezīme no Rosa Fena: “Viasion mēs esam redzējuši, ka stingri labās prakses projektēšanas līmenī — cieti plaknes, disciplinēts viju izmantojums, pārdomātas trasi/plaknes attiecības — dod uzticamākas četrslāņu PCB plates, zemāku EMI un īsāku kļūdu meklēšanas ciklu mūsu klientiem.”

Kopsavilkuma tabula: Ieteikumi un neieteikumi 4 slāņu PCB izkārtojumam

Faktori, kas ietekmē 4 slāņu PCB izmaksas

Izmaksu kontrole ir centrālais jautājums katram inženiermenedžerim, dizainerim un iepirkumu speciālistam, kas strādā ar 4 slāņu PCB . Lai pieņemtu gudrus un izmaksu ziņā efektīvus lēmumus, nepazeminot signāla kvalitāti, uzticamību vai produkta funkcijas, ir svarīgi saprast mainīgos lielumus, kas ietekmē daudzslāņu izgatavošanas cenu.

1. Materiāla izvēle

• Kerma un starpslāņu tipi:  
  • Standarta FR-4: Visizdevīgākais, piemērots vairumam komerciālo un rūpniecisku pielietojumu.
  • Augsta TG, zemas zuduma vai RF materiāli: Rogers, Teflons un citi specializēti pamatnes materiāli ir būtiski augstfrekvences, augsta uzticamības vai termiski kritiskiem dizainiem, taču var palielināt pamatnes izmaksas 2–4 reizes.
• Vara svars:  
  • 1 oz (35 µm) ir standarts; pāreja uz 2 oz vai vairāk enerģijas plānēm vai termoizturībai palielina gan materiālu, gan apstrādes izmaksas.
• Virsmas apdare:  
  • ENIG (Bezstrāvas nikelēts iemēršanas zelts): Augstāka cena, bet nepieciešams smalkiem kontaktligzdu soliem, augstu uzticamību vai vada savienošanu.
  • OSP, HASL, iemēršanas sudrabs/cīnis: Lētāki, bet var būt kompromisi saistībā ar derīguma termiņu vai plakanumu.

2. Platītes biezums un izmēri

• Standarta biezums (1,6 mm) ir visekonomiskākais, optimizē paneļa izmantošanu un minimizē speciālas apstrādes posmus.
• Pielāgoti biezumi, ļoti tievi (<1,0 mm) vai biezi (>2,5 mm) platītes prasa speciālu apiešanos un var ierobežot ražotāju iespējas.

Tabula: Parauga platīšu biezumi un tipiskas lietojumprogrammas

3. Izstrādājumu sarežģītība

• Vadiņu/attālumu platums: ≤4 milimetri palielina izmaksas, jo pieaug atteikumu skaits un samazinās ražošanas efektivitāte.
• Minimālais caurules izmērs: Mikrocaurules, aklo vai iestrādātās caurules, kā arī caurules kontaktlaukumā ievērojami palielina izgatavošanas sarežģītību.
• Slāņu skaits: Četrslāņu PCB ir „bāze“ plašas patēriņa tirgus daudzslāņu plates; papildu slāņu (6, 8, 12 utt.) vai nestandarta slāņojumu pievienošana proporcionāli palielina cenu.

4. Paneļu izkārtojums un izmantošana

• Lielas plates (vairākas platēs vienā panelī) maksimizē caurlaidspēju un materiālu efektivitāti, uzturot zemu maksu par plati.
• Neparastas formas vai lielas plates (kas prasa vairāk atkritumu vai speciālu apstrādi) samazina paneļa blīvumu un izmaksu efektivitāti.

5. Īpaši apstrādes nosacījumi

• Kontrolēta pretestība: Nepieciešama precīzāka vadu platuma, attāluma un dielektriskā slāņa biezuma kontrole — var būt nepieciešami papildu kvalitātes nodrošināšanas/pārbaudes soļi.
• Zelta pirksti, urbšana, iecirtumi, malu pārklāšana: Jebkurš nestandarta mehāniskais vai pabeigšanas process palielina NRE (vienreizējās inženierijas izmaksas) un izmaksas par sastāvdaļu.
• Secīgā laminēšana, aizmugurējā urbtne: Nepieciešams aklajiem/pazeminātajiem caurumiem vai augstas ātrdarbības shēmām, taču pievieno papildu soļus, laiku un sarežģītību.

6. Apjoms un piegādes termiņš

• Prototipēšana un mazi sērijas ražojumi: Parasti 10–50 USD/dēlis, atkarībā no funkcijām, jo iekārtu izmaksas tiek sadalītas mazāk vienībās.
• Vidēji līdz lieli apjomi: Vienības cena strauji krītas — īpaši tad, ja jūsu dizains ir optimalizēts paneļa izmantošanai un izmanto plaši izplatītas specifikācijas.
• Ātrais izgatavošanas režīms: Paātrināta ražošana/piegāde (līdz pat 24–48 stundās) pieskaita papildu maksu — iespējami plānojiet iepriekš.

7. Sertifikācijas un kvalitātes nodrošināšana

• UL, ISO9001, ISO13485, vides atbilstība: Sertificētām iekārtām un dokumentācijai ir augstākas izmaksas, bet tās ir nepieciešamas automašīnu, medicīnas un stingriem komercprojektiem.

Izmaksu salīdzinājuma tabula: 4 slāņu PCB piemēra piedāvājumi

Kā iegūt labāko vērtību no 4 slāņu PCB ražošanas

• Iesniedziet pilnu slāņu struktūru un mehāniskos rasējumus jau sākotnēji
• Ātri reaģējiet uz DFM atsauksmēm, pielāgojot ražošanai
• Izvēlieties pārbaudītus un sertificētus Šenzhenas vai globālos piegādātājus
• Optimizējiet masu ražošanai paredzēto matricu/panela dizainu
• Strādājiet ar piegādātājiem, piemēram, Viasion Technology, kuri piedāvā iekšējo izmaksu inženieriju un bezmaksas DFM failu pārbaudes

Pareizā 4 slāņu PCB ražotāja izvēle

Lēmums par to, kur kur jūs saņemat savu 4-slāņu PCB ražošana var būtiski ietekmēt jūsu projekta izmaksas, elektrisko veiktspēju, ražošanas laiku un ilgtermiņa ierīču uzticamību. Lai gan četru slāņu PCB izgatavošana ir nobriedusi tehnoloģija, tikai daļa piegādātāju pastāvīgi nodrošina precizitāti, atkārtojamību un dokumentāciju, ko prasa tirgi, piemēram, automašīnu, rūpniecības, medicīnas un patēriņa elektronikas nozares.

1. Sertifikāti un atbilstība

Meklējiet ražotājus, kuriem ir sertifikāts:

• UL (Underwriters Laboratories): Nodrošina ugunsizturības atbilstību un drošas ekspluatācijas īpašības.
• ISO 9001 (Kvalitātes sistēmas): Indicē izcilu procesu kontroli un dokumentāciju no dizaina līdz piegādei.
• ISO 13485 (Medicīnas): Obligāts medicīniskās klases PCB montāžām un ierīcēm.
• Vides (RoHS, REACH): Norāda uz bīstamo vielu kontroli un atbilstību globālajiem tirgiem.

2. Tehniskās iespējas un pieredze

Augstākās šķiras 4 slāņu PCB ražotājam vajadzētu piedāvāt:

• Precīzs slāņu kontroles process: Spējīgs nodrošināt šauras pieļaujamās novirzes dielektriskā biezumā, vara masā un caurules ģeometrijā.
• Uzlabotās caurules tehnoloģijas: Caurskaramās, aklo un paslēptās caurules, caurules kontaktlapā un aizmugures urbtās caurules augstas frekvences, augstas blīvuma un pielāgotiem slāņu pakalpojumiem.
• Kontrolēta pretestības izgatavošana: Impedances testa kuponji uz vietas, saskaņoti testa stendi un ekspertīze vienvirziena un diferenciālajos dizainos.
• Elastīga paneļa formēšana: Efektīva materiālu izmantošana dažādu izmēru un formas plāksnēm, ar iekšēju konsultāciju palīdzību samazināt jūsu izmaksas par katru plāksni.
• Pilna cikla pakalpojumi: To starp ietver ātru prototipēšanu, pilnmērīgu ražošanu un papildu vērtības piedāvājumus, piemēram, funkcionālo montāžu, konformālo pārklājumu un kastes komplektēšanu.

3. Kommunikācija un atbalsts

Reaģēšanas spējas un skaidrs tehniskais atbalsts izceļ labus PCB piegādātājus:

• Agrīna DFM un slāņu struktūras pārskatīšana: Proaktīvi brīdināt par DFM vai impedances problēmām pirms ražošanas uzsākšanas.
• Inženieru komandas angļu valodā: Starptautiskiem klientiem nodrošina, ka nekas netiek zaudēts tulkojumā.
• Tiešsaistes piedāvājumu iesniegšana un izsekošana: Reāllaika piedāvājumu rīki un pasūtījumu statusa izsekošana palielina pārredzamību un projektēšanas plānošanas precizitāti.

4. Pievienota vērtība

• PCB dizaina un izkārtojuma palīdzība: Daži piegādātāji var pārskatīt vai kopīgi izstrādāt izkārtojumus, lai optimizētu ražošanas iespējas vai signāla integritāti.
• Komponentu iegāde un montāža: Gatavas montāžas risinājums ievērojami saīsina piegādes laikus un vienkāršo loģistiku prototipiem vai mēģinājuma sērijām.
• No prototipa līdz masveida ražošanai: Izvēlieties uzņēmumu, kas spēj mainīt ražošanas apjomus atbilstoši jūsu vajadzībām, nodrošinot stabili procesu kontroli no pirmās plates līdz miljonītajam izstrādājumam.

5. Atrašanās vieta un loģistika

• Šenzhenas/Guandžou reģions: Globāls centrs augstas kvalitātes, ātrai daudzslāņu PCB ražošanai ar nobriedušu piegādes ķēdi, bagātīgu materiālu krājumu un efektīvu eksporta infrastruktūru.
• Rietumu opcijas: Ziemeļamerika vai Eiropa piedāvā UL/ISO sertificētu izgatavošanu ar augstākām darba izmaksām—piemērotāk zemiem līdz vidējiem apjomiem, ja nepieciešamas īsas piegādes laiks vai specifiskas regulatīvās atbilstības.

Kā atlasīt savu četru slāņu PCB ražotāju

Četrslāņu PCB pielietojums mūsdienu elektronikā

Daudzveidība, uzticamība un veiktspējas priekšrocības 4 slāņu PCB ir padarījušas tās par iecienītāko izvēli plašā mūsdienu elektronisko lietojumu spektrā. Optimālais signāla integritātes, EMI samazināšanas, maršrutēšanas blīvuma un barošanas nodrošinājuma kombinācijas dēļ četru slāņu drukātās platītes ir pamattehnoloģija gandrīz katrā tirgus segmentā, kur svarīga ir sarežģītība, izmērs vai elektriskā veiktspēja.

1. Patēriņa elektronika

• Vilkenes ierīces un gudrās ierīces Kompakti fitnesa trakeri, gudrie pulksteņi un portatīvie veselības monitori balstās uz četru slāņu PCB konfigurācijām, lai ietilpinātu modernus mikrokontrolierus, bezvadu raidierīces un sensoru masīvus ļoti mazos izmēros.
• Maršrutētāji un piekļuves punkti Augstsātura datortīklu ierīces izmanto četru slāņu PCB ražošanas procesus precīzai kontrolētai pretestībai, nodrošinot signāla kvalitāti USB 3.x, Wi-Fi un Ethernet saskarnēm.
• Spēļu konsoles un mājas centrales Blīvas PC plates, kontrolieri un augstas ātrdarbības datu ierīces izmanto daudzslāņu konstrukcijas, lai samazinātu troksni, uzlabotu siltuma pārvaldību un atbalstītu modernas CPU un diskrētās grafikas.

2. Automobiļu elektronika

• Elektroniskie vadības bloki (ECU) Mūsdienu transportlīdzekļos tiek izmantoti desmitiem ECU, kuriem visiem nepieciešamas izturīgas, EMI imūnas daudzslāņu PCB plates, lai kontrolētu piedziņas sistēmas, airbagus, bremžu sistēmu un informācijas izklaides sistēmas.
• Pazīstamo vadītāju palīdzības sistēmas (ADAS) četru slāņu PCB dizains nodrošina pamatu radaram, LIDAR un augstas ātrdarbības kameru interfeisiem, kur noturīga signālu pārraide un termiskais veiktspēja ir kritiski svarīgi.
• Baterijas pārvaldība un enerģijas vadība Elektromobiļos un hibrīdos četru slāņu konstrukcijas nodrošina liela stipruma strāvas sadali, kļūdu izolāciju un uzticamu sakaru starp bateriju moduļiem.

3. Rupjniecība un automatizācija

• Vārti un sakaru moduļi Rūpniecisko vadības tīklu (Ethernet, Profibus, Modbus) izmanto četru slāņu drukātās platēs izturīgiem interfeisiem un uzticamai barošanai.
• PLC un robotu kontrolieri Blīvas izkārtojumi, jauktu signālu dizains un barošanas atdalīšana tiek efektīvi sasniegti ar daudzslāņu struktūrām, uzlabojot mašīnas darbalaiku un samazinot troksni.
• Testēšanas un mērīšanas instrumenti Precīzi analogie un augstas ātrdarbības digitālie ķēdes prasa vadu pretestības regulēšanu, krustvadītspējas samazināšanu un rūpīgu PDN inženieriju — visi četrslāņu PCB stiprie punkti.

4. Medicīnas ierīces

• Portatīvie diagnostikas līdzekļi un monitori No pulsa oksimetriem līdz mobīlajiem EKG, četru slāņu PCB izgatavošana atbalsta miniatūrizāciju, jauktu signālu dizainu un uzticamu darbību drošībai kritiskos veselības aprūpes produktos.
• Iegultie un ķermenī nēsājamie instrumenti Augsta bioloģiskā saderība, uzticamība un zems EMI tiek nodrošināti ar rūpīgi izstrādātām slāņu struktūrām, kas sertificētas atbilstoši ISO13485 un IPC-A-610 Class 3 standartiem.

5. IoT, telekomunikācijas un datu infrastruktūra

• Vārti, sensori un malas ierīces Zemas jaudas, bet augstas blīvuma IoT produkti sasniedz uzticamību un veiktspēju, izmantojot mūsdienu daudzslāņu struktūras, bieži integrējot bezvadu, analogo un augstas ātrdarbības digitālo tehnoloģiju vienā kompaktā plāksnē.
• Augstas ātrdarbības aizmugurplātnes un moduļi Maršrutētāji, slēdži un serveri balstās uz 4 slāņu un sarežģītākām plāksnēm, lai nodrošinātu ātru, trokšņizturīgu signālu pārraidi un stabila barošanas avota arhitektūru.

Tabula: Piemēra lietojumprogrammas un slāņu struktūras priekšrocības

Dažkārt uzdots jautājumi

1. Kā 4-slāņu PCB uzlabo EMI veiktspēju?

A 4-slāņu PCB nodrošina cietu zemes plakni tieši zem signālu slāņiem, radot ļoti efektīvas atgriezes takas augstfrekvences strāvām. Tas minimizē cilpas laukumu, ievērojami samazina EMI emisiju un aizsargā jutīgos signālus no traucējumiem. Atšķirībā no 2-slāņu platēm, četru slāņu konstrukcijās iekšējās plaknes absorbē un novirza izstaroto troksni, palīdzot ierīcēm pirmajā reizē iziet EMC atbilstības pārbaudi.

2. Kad jāpāriet no 2 slāņu uz 4 slāņu PCB?

Pāreja uz 4-slāņu PCB ja:

• Jums jāvada augstas ātrdarbības digitālie magistrāli (USB, HDMI, PCIe, DDR utt).
• Jūsu dizains neiztur izstarotās/vadītās EMI atbilstības pārbaudes.
• Jūs saskaraties ar grūtībām, mēģinot ievietot blīvas modernas sastāvdaļas bez pārmērīgiem caurumiem vai 'peles tīkla' maršrutēšanas.
• Stabila barošanas sadale un zema zemes lēciena līmenis ir būtisks.

3. Kādu vara biezumu jānorāda manai 4 slāņu PCB?

• 1 uncija (35 µm) katrā slānī ir standarta — pietiekams vairumam digitālo un kombinēto signālu dizainu.
• 2 uncijas vai vairāk ieteicams augsta strāvas ceļiem vai stingrām termiskajām prasībām (piemēram, barošanas avoti, LED vadītāji).
• Vienmēr atsevišķi norādiet vara biezumu gan signāla, gan plakņu slāņiem savā kārtu struktūrā.

4. Vai 4-slāņu PCB var nodrošināt kontrolētu pretestību augstas ātrdarbības signāliem?

Jā! Ar pareizu kārtu struktūras dizainu un dielektriskā biezuma rūpīgu kontroli 4-slāņu PCB ir ideālas 50Ω vienvadi un 90–100Ω diferenciālajiem pāriem . Mūsdienu plates ražotnes izgatavos testa etalonus, lai izmērītu un sertificētu pretestību ar precizitāti ±10% (saskaņā ar IPC-2141A).

5. Kādi ir galvenie 4-slāņu PCB ražošanas izmaksu faktori?

• Serdes/materiālu veidi (FR-4 pret augstfrekvenču, augstu-TG utt.)
• Plates izmērs, kopējais daudzums un paneļa izmantošana
• Slāņu skaits un vara biezums
• Minimālais vada platums/attālums un caurules diametrs
• Virsmas apstrāde (ENIG, HASL, OSP, iegultais sudrabs/alu)
• Sertifikācijas (UL, ISO, RoHS, automašīnu/medicīnas)

Secinājums un galvenie secinājumi

Opanākot CTE 4-slāņu PCB ražošanas process —no rūpīgas slāņu dizaina līdz rūpīgai izgatavošanai un plašiem testēšanas procesiem—ļauj ar pārliecību, precizitāti un ātrumu veidot mūsdienu elektroniku. četrslāņu PCB joprojām ir „zelta vidusceļš“, balansējot sarežģītību, elektrisko veiktspēju un kopējās uzstādīšanas izmaksas, nodrošinot uzticamus rezultātus visam — sākot no kompaktām patēriņa ierīcēm līdz automašīnu ECU un medicīniskajām diagnostikas iekārtām.

Kopsavilkums: kas padara 4-slāņu PCB par būtiskiem?

• Signāla integritāte un EMI supresija: Atsevišķi iekšējie zemējuma un barošanas plaknes četrslāņu PCB slāņojumā nodrošina stingru signālu atskaiti, samazina kroskoprunu un atbilst mūsdienu stingrajam EMC standartiem.
• Augstāka maršrutēšanas blīvums: Divkāršs vara slāņu skaits salīdzinājumā ar 2-slāņu PCB nozīmīgi palielina komponentu izvēles iespējas un ļauj radīt blīvākas, mazākas preces, neiedaroties maršrutēšanas problēmām.
• Uzticama barošanas sadale: Speciāli plakņu slāņi nodrošina zemu pretestību un zemu induktivitāti katram komponentam—ļaujot stabilus barošanas līnijas un atbalstīt augstas veiktspējas procesorus vai analogos ķēdes.
• Izmaksu efektīva sarežģītība: 4-slāņu izgatavošana un montāža tagad ir nobriedusi, pieejama un globāli pieejama — ļaujot strauju, mērogojamu ražošanu, neatkarīgi no tā, vai jums vajag piecas PCB plates vai piecdesmit tūkstošus.

Zelta noteikumi četru slāņu PCB izcilībai

Vienmēr definējiet savu slāņu kārtību un impedances nepieciešamību jau sākumā. Laicīga plānošana (sadarbībā ar ražotāju) novērš pārsteigumus vēlākā posmā un nodrošina, ka jūsu augsts frekvences vai analogie tīkli darbojas tā, kā paredzēts.

Aizsargājiet plaknes un uzturiet stabīlus atgriezes ceļus. Izvairieties no nevajadzīgiem izgriezumiem / izgriezumiem zemes / barošanas plaknēs. Sekojiet IPC-2221/2222 labākajiem praksi nepārtrauktām plaknēm un pareizajām minimālajām atstarpēm.

Izmantojiet profesionālas PCB CAD rīkus. Izmantojiet Altium, Eagle, KiCad vai citu izvēlēto programmu komplektu un vienmēr divreiz pārbaudiet Gerber / urbumu failu eksportu, lai nodrošinātu skaidrību un pilnīgumu.

Pieprasiet un pārbaudiet kvalitātes kontroli. Izvēlieties piegādātājus ar AOI, ķēžu iekšējās pārbaudes un pretestības testēšanas iespējām, kā arī ISO/UL/IPC sertifikācijām. Augstas uzticamības dizainiem pieprasiet paraugu šķērsgriezumus vai pretestības kuponu.

Optimizējiet paneļa un procesa vajadzībām. Strādājiet ar savu ražotāju, lai pielāgotu izkārtojumu atbilstoši viņu paneļu izmēriem un vēlamiem procesiem—tas bieži samazina jūsu izmaksas par 10–30%, nekompromitējot veiktspēju.