Определение количества слоев многослойной печатной платы: пошаговое руководство

Печатная плата или PCB — платы, соединяющие электронные компоненты. Ключевой материал — некондуктивное стекловолокно (субстрат). На одну или обе стороны наносится тонкий слой меди. На медной пластине вытравливают линии, контактные площадки или виа, лишнюю медь удаляют. Хотите увидеть, как выглядит печатная плата?

Откройте списанное или сломанное электронное устройство — ПК или ноутбук. Увидите тонкую зеленую плату с вытравленными линиями, которую, наверное, уже видели. Они выглядят довольно красиво.

Многие не знают много о многослойных печатных платах, но почти в каждом основном электронном устройстве они есть; да, они там. Так что вот всё, что нужно знать о многослойных печатных платах.

1. Что такое многослойная печатная плата?

Печатные платы бывают однослойные, двухслойные и многослойные. Однослойные имеют медное покрытие и травление только на одной стороне. Двухслойные — на обеих. У каждого слоя есть своя печать независимо от многослойности.

Чем многослойная печатная плата отличается от одно- или двухслойной? Это «сэндвич» из стекловолокна между слоями меди. Количество слоев может быть от 4 до 28, толщина 0,4–5 мм в сложных электронных устройствах.

1.1 Где используются многослойные печатные платы?

От мобильных телефонов и ноутбуков до сердечных мониторов — все используют многослойные печатные платы. Почему? Из-за повышения функциональности по сравнению с одно- или двухслойными. Представьте: когда нужны сложные цепевые соединения. Можно сделать это либо несколькими однослойными платами, либо одной многослойной. Это не только повышает функциональность, но и снижает вес. Еще занимает гораздо меньше места. Результат — смартфоны, телевизоры, ноутбуки становятся тоньше.

1.2 Главные преимущества многослойных печатных плат

• Более высокая функциональность и возможности
• Занимает меньше места
• Меньший вес по сравнению с одно- или двухслойными
• Более высокая скорость
• Более высокая плотность компонентов
• Возможно как жесткое, так и гибкое производство

2. Главные вопросы для многослойных печатных плат

Теперь вы знаете, что такое многослойная печатная плата. Погрузимся глубже в технические аспекты. Не волнуйтесь, не скучно, и не уснете.

Вот что нужно помнить при работе с печатными платами.

2.1 Какая рабочая частота вам нужна?

Представьте: нажимаете на приложение в устройстве и ждете открытия. Ждете. Иногда очень медленно. Не в лучшем настроении, правда? Это из-за тактовой частоты или частоты процессора (тоже печатная плата). Одно- или двухслойные печатные платы имеют рабочую частоту около 500 МГц – 1 ГГц.

Многослойные печатные платы — 500 МГц – 2+ ГГц. Если кажется незначительным, вы ошибаетесь — этого достаточно, чтобы приложение открывалось на минуту быстрее. Текущее столетие — о скорости и стриминге, более быстрых устройствах, более быстрой жизни. Все хотят быть быстрее, хоть на несколько секунд или минуту.

2.2 Плотность многослойных печатных плат

Посмотрели внимательно на платы печатных плат? Увидите структуры, похожие на города с разными дорогами. Довольно круто. Компоненты имеют более высокую плотность, чем плата типичного светодиода.

С устройствами, становящимися тоньше, в одной плате больше компонентов. Способ — многослойные печатные платы. Но проектирование платы с более высокой плотностью компонентов — не прогулка в парке. Нужно серьезное напряжение ума и разные соображения. Нужно знать количество заземляющих плоскостей, плоскостей питания и виа.

Будете использовать зарытые или слепые отверстия?

Слепые или зарытые виа

Виа — отверстия на платах, просверленные для соединения компонентов во внутренних или внешних слоях. Слепые виа соединяют внешний слой платы с внутренним. Зарытые виа соединяют внутренние слои, выглядят как пустое место при пристальном взгляде.

Соотношение сторон (Aspect ratio)

Отношение толщины платы к диаметру металлизированного отверстия. Обычно соотношение 6:1 у большинства производителей. Меньшее соотношение дает большую прочность печатной платы. Более высокое соотношение позволяет больше медной металлизации и частоту. Нужен правильный баланс при проектировании.

Целостность сигнала

Сигнал идет от точки к точке без потерь или искажений. Если целостность сигнала нарушена, печатная плата работает плохо (если вы Шерлок, вы это знаете). Поэтому нужно правильное расположение заземляющих плоскостей, плоскостей питания, материала печатной платы и виа.

3. Правила проектирования многослойных печатных плат

Пролетели технические моменты (фух), поговорим о проектировании. Может быть весело и захватывающе. Если планируете сделать печатную плату, вот что можно сделать.

Шаг 1 — Сделайте схему — черновик для всех компонентов на печатной плате. Можно с помощью ПО или от руки, рекомендую ПО.

Шаг 2 — Нарисуйте топологию платы. Можно с помощью ПО типа KiCad и CircuitMaker. Загуглите, найдете много ПО.

Шаг 3 — Последний шаг — травление на печатной плате. Можно заказать у других, некоторые бизнесы предлагают это. Или сделать самому с паяльником и прочим.

Также нужно убедиться, что схема правильная, а не просто красивая. Проектирование печатной платы — весело. Но не переборщите. И не пытайтесь сделать плату для видеокарты, когда только начинаете.

Рекомендую начать со светодиодов. Выглядят круто. Плюс — неплохое хобби и неплохая работа для свободного времени.

4. Разные типы многослойных печатных плат

Каковы основные типы многослойных печатных плат? Взглянем.

Однослойные печатные платы — медный слой [тонкий] покрытие только на одной стороне платы. С другой стороны — соединения электрических компонентов электрически.

Двухслойные печатные платы — тонкий слой медного покрытия на обеих сторонах. Металлизированные отверстия соединяют цепи обеих сторон.

Многослойные печатные платы — серия из 3 и более двухслойных печатных плат. Изоляция между каждой платой. Держится на сильном клее.

Жесткие печатные платы — используют жесткий субстрат, не скручивается. Бывают однослойные, двухслойные и многослойные.

Гибкие печатные платы — используют гибкий материал субстрата. Также бывают однослойные, двухслойные и многослойные.

Примечание: Можно использовать алюминий как проводящий материал вместо меди.

5. Многослойные печатные платы — области применения

У вас уже хорошее представление о сферах применения печатных плат. Расскажу немного о местах, где их можно встретить.

• Электронные устройства: компьютеры, смартфоны. Почти все электронные устройства используют печатные платы в чистом или сложном виде.
• Медицинские устройства: мониторы сердечного ритма, КТ-сканеры.
• Бытовые приборы: микроволновки, холодильники, кофемашины.
• Светотехника: светодиоды, неоновые вывески.
• Промышленное оборудование: дрели. Или автомобильное: навигационные устройства и системы управления в кабинах.

Эти тонкие платы проникли во все сферы жизни. Они везде вокруг нас.

6. Производитель многослойных печатных плат

Производство многослойных печатных плат может быть хитрым, как вы узнаете из этого видео. Процесс очень интенсивный и требует точности.

• Сэндвич из множества слоев медной фольги, препрега и ядер. Требует очень высокого давления [50 psi] и температуры [350°F].
• При сэндвиче необходима равномерная нагрузка на слои. Несоблюдение приведет к неравномерному давлению или неравномерной толщине в разных позициях.
• Все слои должны быть выровнены.

Если ищете кастомизируемые многослойные печатные платы и не знаете, с чего начать — ищите не дальше. Мы предлагаем кастомизируемые многослойные печатные платы под ваши нужды.

Резюме

Многослойные печатные платы увидели рост использования в 80-х. Сегодня стали неотъемлемой частью наших электронных устройств, которые здесь надолго.

Глобальный рынок печатных плат достигнет около 90 млрд USD к 2024 году, с CAGR 4,3% на 2019–2024. Многослойные печатные платы гораздо полезнее одно- или двухслойных.

Но одновременно они дороже, требуют больших инвестиций в технологии, время и оптимизацию. Так что если планируете проектировать печатную плату — для хобби, проекта или интереса — действуйте. Свяжитесь с нами по поводу ваших нужд в многослойных печатных платах. Мы — производитель печатных плат, которому можно доверять.