Как определить количество слоев в печатных платах

Печатные платы (PCBs) состоят из всего от одного слоя до нескольких слоев диэлектрических и проводящих материалов. Соединенные в платы, эти слои несут цепи, которые питают широкий спектр бытовой электроники, такой как будильники, кухонные приборы, настольные принадлежности, компьютеры и мобильные устройства.

ПХБ также используются в широком спектре промышленных инструментов и машин, а также в медицинских устройствах, правительственных компьютерах и системах хранения данных, а также в аэрокосмическом оборудовании. Количество слоев и размеры конкретной платы определяют распределение мощности на печатной плате.

Что такое многослойные печатные платы?

Слои печатной платы являются определяющим фактором мощности и емкости печатной платы. Люди часто задаются вопросом, будет ли достаточно однослойной печатной платы, или лучше использовать двух- или четырехслойную печатную плату — подсказка:не существует такой вещи, как трехслойная печатная плата — или что-то в многослойном диапазоне.

Хотя количество слоев в значительной степени зависит от вашего бюджета и функциональных потребностей в печатной плате, возникает вопрос:что же такое многослойные печатные платы? По сути, «многослойный» относится ко всему, что имеет более двух слоев, например, 4-слойная печатная плата или что-то в диапазоне от 6 до 12 и более слоев.

5 вопросов для определения количества слоев в многослойных печатных платах

Когда вы решаете, сколько слоев было бы идеальным в порядке печатных плат, вам необходимо учитывать факторы, которые делают многослойность более предпочтительной по сравнению с однослойной или двухслойной, и наоборот.

1. Как будет использоваться моя печатная плата?

При расчете потребности в печатной плате учитывайте типы машин и устройств, в которых будут использоваться ваши печатные платы, и требования, которые эти машины/устройства будут предъявлять к схемам платы. Будут ли эти печатные платы использоваться в высокотехнологичной, сложной электронике или в более простых элементах с минимальным набором функций?

2. Какая необходима рабочая частота?

Приняв во внимание эти вопросы, подумайте, что вам потребуется с точки зрения частоты операций. Его параметры определяют функции и возможности печатной платы. Для более высокой скорости и производительности необходимы многослойные печатные платы.

3. Каков мой бюджет для проекта?

Также следует учитывать затраты на производство однослойных и двухслойных печатных плат по сравнению с многослойными. Если вы хотите иметь максимально возможную емкость в современной технологии печатных плат, вам придется платить за высокие производственные затраты.

4. Как быстро мне понадобятся печатные платы?

Время выполнения заказа — время, необходимое для изготовления комплекта печатных плат из одного или нескольких слоев, — также следует учитывать при заказе большой партии печатных плат. Срок изготовления однослойных и двухслойных плат может составлять от 8 до 14 дней, в зависимости от площади плиты. Опять же, если вы готовы платить больше или меньше, время выполнения заказа может составлять от пяти дней до месяца.

Время выполнения заказа будет увеличиваться в зависимости от размера доски с каждым слоем, который вы добавляете в заказ. Срок изготовления печатных плат в диапазоне от 4 до 20 слоев может составлять от 12 до 32 дней, в зависимости от того, хотите ли вы, чтобы платы имели малые или большие размеры.

5. Какие уровни плотности и сигнала необходимы?

Количество слоев печатной платы также зависит от плотности выводов и сигнальных слоев. Как показано на приведенной ниже диаграмме, плотность выводов 1,0 потребует 2 сигнальных слоев, и количество необходимых слоев увеличивается по мере снижения плотности выводов. При плотности выводов 0,2 или меньше вам потребуются печатные платы с не менее чем 10 слоями.

Плотность контактов	Количество сигнальных слоев	Номер слоя многослойной печатной платы
>1.0	2	2
0,6–1,0	2	4
0,4–0,6	4	6
0,3–0,4	6	8
0,2–0,3	8	12
<0.2	10	>14

Однослойные печатные платы

Однослойная печатная плата состоит из одного ламинированного и припаянного слоя диэлектрического проводящего материала. Как ранний компонент электронного оборудования, однослойная печатная плата используется с конца 1950-х годов. Даже сегодня, несмотря на относительную примитивность по современным меркам бытовой электроники, однослойная печатная плата остается распространенной во всем мире.

Конструкция однослойной печатной платы проста, так как она состоит из одной теплопроводной диалектики, которая сначала покрыта медным ламинатом, а сверху покрыта паяльной маской. На иллюстрациях однослойной печатной платы обычно показаны три цветные полосы, представляющие слой и две его крышки:серый для самого диэлектрического слоя, коричневый для медного ламината и зеленый для паяльной маски.

Благодаря простой конструкции однослойные печатные платы легко производить в больших количествах, и поэтому они являются наиболее рентабельными из всех печатных плат. Хотя по современным стандартам однослойный технологический компонент является ограниченным, он по-прежнему дает производителям следующие преимущества:
• Простая конструкция, понятная большинству производителей
• Несложная и, следовательно, вряд ли создающая какие-либо производственные проблемы.
• Доступно и удобно для производства в больших количествах

Сегодня однослойные печатные платы производятся с толщиной медного ламината от одной до 20 унций. Однослойные печатные платы предназначены для работы в диапазоне температур от 130 до 230 градусов Цельсия.

В предыдущие десятилетия однослойные печатные платы использовались в большинстве электрических устройств. Сегодня большая часть высокотехнологичной бытовой электроники перешла на многослойные печатные платы, которые оптимизированы для более сложного диапазона требований. Тем не менее, однослойная печатная плата по-прежнему используется в некоторых более простых устройствах в жилых комнатах, на кухнях и в офисах, в том числе:
• Калькуляторы. Некоторые из самых простых калькуляторов работают с однослойными печатными платами.
• Радиоприемники. В некоторых радиоприемниках, таких как недорогие радиобудильники из универсальных магазинов, часто используются однослойные печатные платы.
• Кофеварки. В кофеварках часто используются однослойные печатные платы.

Однослойная печатная плата также широко используется в датчиках, светодиодных фонарях, принтерах, камерах наблюдения и схемах синхронизации.

Двухслойные печатные платы

Двухслойная печатная плата — это следующий шаг в технологии печатных плат. Благодаря более высокой емкости двухслойная печатная плата, также называемая двухслойной печатной платой, может поддерживать более широкий спектр современных электронных устройств, чем однослойная печатная плата. В то же время двухслойные печатные платы гораздо менее сложны с точки зрения изготовления, чем различные многоуровневые печатные платы, представленные на современном рынке. Таким образом, двухслойная печатная плата является наиболее широко используемым вариантом печатной платы.

Двухслойная печатная плата очень похожа на однослойную печатную плату, но с перевернутой зеркальной нижней половиной. В двухслойной печатной плате диэлектрический слой толще, чем в однослойной. Кроме того, диэлектрик ламинирован медью как с верхней, так и с нижней стороны. Причем ламинация покрыта паяльной маской как сверху, так и снизу.

Иллюстрации двухслойной печатной платы обычно выглядят как трехслойный сэндвич с толстым серым слоем в середине, который представляет собой диэлектрик, двойными коричневыми полосками сверху и снизу, которые представляют собой медь, и тонкими зелеными полосками сверху и снизу, которые представляют собой медь. паяльная маска.

Благодаря одинаковой верхней и нижней сторонам двухслойная печатная плата позволяет прокладывать больше дорожек. К преимуществам двухслойной печатной платы относятся следующие:
• Гибкость конструкции, которая делает ее пригодной для широкого спектра устройств.
• Плотная схема, которая делает ее пригодной для целого ряда современных приложений.
• Недорогая конструкция, что делает ее удобной для массового производства
• Простая конструкция, облегчающая понимание производителями по всему миру
• Небольшой размер, позволяющий вписаться в различные устройства

Двухслойные печатные платы применимы к широкому спектру простых и более сложных электронных устройств. Примеры устройств массового производства, содержащих двухслойные печатные платы, включают следующее:
• Блоки ОВКВ — бытовые системы отопления и охлаждения различных марок содержат двухслойные печатные платы.
• Усилители — двухслойной печатной платой оборудованы усилители, используемые многочисленными музыкантами.
• Принтеры. Различные компьютерные периферийные устройства основаны на двухслойных печатных платах.

Двухслойная печатная плата также используется в реле управления, источниках питания, светодиодном освещении, сетевых дросселях, испытательном оборудовании и торговых автоматах.

Четырехслойные печатные платы

Четырехслойная плата состоит из более сложного набора слоев, чем одно- или двухслойная печатная плата. В то время как однослойная и двухслойная печатная плата содержат один ряд диэлектрического материала, четырехслойная печатная плата содержит несколько рядов. Как и все многоуровневые печатные платы, четырехслойная печатная плата включает несколько слоев проводящего материала и меди между верхней и нижней паяльной маской.

Четырехслойная печатная плата состоит из следующих слоев:
• Четыре полоски из проводящей меди
• Три внутренних диэлектрических слоя — два препрега и один сердечник
• Два слоя диэлектрической паяльной маски сверху и снизу

В 4-слойной печатной плате 4 медные полосы разделены внутри 3 внутренними диэлектриками и запечатаны сверху и снизу паяльной маской. Как правило, правила проектирования 4-слойных печатных плат иллюстрируются 9 полосками и 3 цветами:коричневым для меди, серым для сердцевины и препрегов и зеленым для паяльной маски.

Несмотря на то, что общие иллюстрации четырехслойной конструкции печатной платы, казалось бы, указывают на то, что слои препрега и сердцевины состоят из одного и того же материала, первый не полностью отвержден и, следовательно, мягче, чем сердцевина. В процессе производства к четырехслойному пакету применяются тепло и давление, в результате чего препрег и сердцевина расплавляются и соединяют слои вместе.

Четырехслойные печатные платы выгодны производителям во многих отношениях, поскольку эти и другие многослойные печатные платы обеспечивают следующие преимущества:
• Долговечность — четырехслойная печатная плата прочнее, чем одно- и двухслойные платы.
• Компактный размер. Небольшой дизайн четырехслойной печатной платы подходит для широкого спектра устройств.
• Гибкость. Четырехслойная печатная плата может работать со многими типами электроники, как простыми, так и сложными.
• Безопасность — при правильном выравнивании слоев питания и заземления четырехслойная печатная плата защищает от электромагнитных помех.
• Малый вес — устройства, оснащенные четырехслойными печатными платами, меньше нуждаются во внутренней проводке и поэтому часто весят больше. меньше.

Хотя производство многоуровневых плат требует большего опыта, любые дополнительные затраты на четырехслойную печатную плату окупаются в десятикратном размере за счет более дорогих продуктов, которые четырехслойные платы могут механически поддерживать. Некоторые из наиболее важных современных устройств с четырехслойными печатными платами включают следующее:
• Спутниковые системы. Многоуровневые печатные платы оборудовали орбитальные спутники, которые обеспечивают связь в глобальном масштабе.
• Портативные устройства. – Телефоны и планшеты часто оснащены четырехслойными печатными платами.
• Оборудование для космических зондов. Многослойные печатные платы питают устройства для исследования космоса, которые позволяют нам заглянуть далеко в галактику.

Четырехслойные печатные платы также распространены в рентгеновском оборудовании, файловых серверах, атомных ускорителях, технологиях компьютерной томографии и системах обнаружения ядерных материалов. Четырехслойные печатные платы могут быть более полезными, чем одно- и двухслойные печатные платы, в тех процессах, где возникают перекрестные помехи.

Шестислойные печатные платы

Шестислойная печатная плата — это место, где технология печатных плат действительно начинает проникать в более продвинутые аспекты современной электроники. Благодаря шестислойной печатной плате производители могут питать ряд коммерческих технических продуктов, медицинских устройств и промышленного оборудования.

Шестислойная структура печатной платы аналогична четырехслойной, но с двумя дополнительными медными слоями и двумя дополнительными рядами диэлектрического материала. В шестислойном стеке второй и четвертый диэлектрические ряды помечены как «сердцевина», а первый, третий и пятый — препрег. Из шести токопроводящих медных рядов второй и пятый — плоские, а остальные — сигнальные.

С момента своего появления шестислойные печатные платы стали благом для электронной промышленности. Обладая огромным технологическим превосходством над однослойными и двухслойными платами, они позволили производителям представить публике целый ряд инновационных устройств. Вот некоторые из основных преимуществ шестислойных печатных плат:
• Прочность. Шестислойная печатная плата толще и, следовательно, прочнее, чем ее более тонкослойные предшественники.
• Компактность. имеют большую технологическую мощность и, следовательно, могут потреблять меньшую ширину.
• Высокая емкость — печатные платы с шестью и более слоями обеспечивают оптимальную мощность электронных устройств и значительно снижают вероятность перекрестных помех и электромагнитных помех.

Многоуровневые печатные платы из шести и более слоев позволили компьютерным технологиям стремительно развиваться за последние два десятилетия. Печатные платы этого уровня улучшили следующую электронику:
• Компьютеры — 6-слойные печатные платы способствовали быстрой эволюции персональных компьютеров, которые стали более компактными, легкими и быстрыми.
• Хранение данных — высокая емкость шестислойных печатных плат сделала устройства хранения данных более изобретательными за последнее десятилетие.
• Системы пожарной сигнализации. С печатными платами из 6 и более слоев системы сигнализации стали еще более точными при обнаружении реальной опасности. в момент его возникновения.

Шестислойные печатные платы также использовались в сотовых телефонах, волоконно-оптических приемниках, кардиомониторах, промышленных элементах управления и технологии GPS.

Сложные многослойные печатные платы

По мере того, как количество слоев многослойных печатных плат превышает четыре и шесть, к стеку добавляются дополнительные слои проводящей меди и диэлектрического материала.

Например, восьмислойная печатная плата содержит четыре плоских и четыре сигнальных медных слоя — всего восемь — соединенных семью внутренними рядами диэлектрического материала. Восьмислойный стек герметизирован сверху и снизу диэлектрической паяльной маской. По сути, восьмислойный стек печатных плат очень похож на шестислойный, но с дополнительными парами медных и препреговых столбцов.

Тенденция продолжается с 10-слойной печатной платой, которая добавляет еще два медных слоя, что в сумме дает шесть сигнальных и четыре плоских медных слоя — всего 10. Медь в 10-слойной печатной плате соединяют девять столбцов диэлектрического материала — пять препрегов и четыре ядра. Десятислойные стеки печатных плат герметизированы, как и все остальные, диэлектрической паяльной маской сверху и снизу.

К тому времени, когда вы доберетесь до 12-слойного стека печатной платы, у вас будет плата с 4 плоскими и 8 сигнальными проводящими слоями, соединенными 6 сигнальными и 5 стержневыми столбцами диэлектрического материала. 12-слойные печатные платы герметизированы диэлектрической паяльной маской. Как правило, на иллюстрациях многослойных печатных плат слои и связующие материалы показаны следующими цветами:коричневый для сигнальной/плоскостной меди, серый для препрега/диэлектрического материала сердечника и зеленый для верхней/нижней паяльной маски.

Многослойные печатные платы восьми-, 10- и 12-слойных разновидностей находят применение в многочисленных высокотехнологичных устройствах и компьютерных системах. В последние десятилетия разработка многослойных печатных плат привела к быстрому развитию компьютерных технологий — от старых килогерцовых систем до сегодняшних гигагерцовых машин.

Машины и устройства в ряде секторов — коммерческом, промышленном, медицинском, государственном, аэрокосмическом — продолжают расти в скорости, мощности, компактности и простоте использования благодаря быстрому развитию современных все более сложных многослойных печатных плат.

Распределение слоев

Самый простой способ представить себе печатную плату — это представить слои как лазанью, где проводящие и диэлектрические материалы соединяются вместе в маске для пайки. Четырехслойные доски, например, обычно состоят из равномерно расположенных слоев с плоскостями в центре. Хотя из-за этого плата может казаться симметричной, это не всегда дает желаемый эффект, когда речь идет об электромагнитной совместимости.

Другая компоновка, которая может привести к нежелательным эффектам, заключается в тесном соединении двух плоскостей посередине, в то время как сигнальный слой и плоскости располагаются между большими диэлектриками. Несмотря на то, что такое расположение позволяет накапливать электрический заряд на межплоскостном уровне, оно может вызвать нежелательную передачу сигнала и электромагнитные эффекты. По этим причинам современные эксперты в области печатных плат обычно выбирают платы как минимум с четырьмя слоями, а не с двумя.

Чтобы повысить электромагнитную совместимость четырехслойной платы, плоскости и сигнальные слои должны располагаться как можно ближе друг к другу. Кроме того, сердечник между заземлением и питанием должен быть большим. Такое расположение уменьшит возможность нежелательной передачи сигналов между дорожками и удержит противодействие между цепями и токами на приемлемом уровне.

Идеальный диапазон оппозиции между цепью и током должен быть в пределах от 50 до 60 Ом. Помните, что при низком импедансе потребляемый ток резко возрастает, что является нежелательным эффектом. Высокое сопротивление будет генерировать большее количество электромагнитных помех и сделает плату более уязвимой для посторонних помех.

Выберите PCBCart для своих стандартных и многослойных печатных плат

Сегодняшний мир оснащен электронными устройствами всех видов, которые предлагают множество функций, которые технологически невозможно было вообразить даже 50 лет назад. Многие из этих разработок связаны с возможностями, предоставляемыми печатными платами. Печатные платы позволяют компактным устройствам выполнять ряд сложных задач, многие из которых можно выполнять удаленно.

С 2005 года PCBCart производит печатные платы для более чем 10 000 компаний по всему миру. Благодаря более чем 99% удовлетворенности клиентов наши платы широко используются для поддержки широкого спектра продуктов. Чтобы узнать больше о наших вариантах печатных плат, посетите следующие страницы:
• Преимущества и области применения многослойных печатных плат
• Полный спектр услуг по изготовлению печатных плат до 32 слоев
• Усовершенствованные услуги по сборке печатных плат под ключ — множество Дополнительные возможности
• Преимущества выбора PCBCart в качестве партнера по печатным платам

Хотите заказать однослойную или многослойную печатную плату? Получите бесплатную консультацию сегодня!