Wenn Sie eine Leiterplatte auswählen müssen, haben Sie viele Möglichkeiten. Von einfachen starren Leiterplatten bis hin zu anspruchsvollen flexiblen Leiterplatten, von einfachen einschichtigen Leiterplatten bis hin zu komplexen mehrschichtigen Leiterplatten. Wissen Sie, wie Sie die beste auswählen? Egal, für welchen Leiterplattentyp Sie sich entscheiden, sie bestehen aus unterschiedlich vielen Leiterplattenschichten und jede Leiterplattenschicht hat ihre spezifische Funktion. In diesem Blog finden Sie einen umfassenden Leitfaden zu Leiterplattenschichten. Lassen Sie uns gemeinsam die Rolle jeder Leiterplattenschicht untersuchen.
Was sind PCB-Schichten?
PCB-Schichten beziehen sich auf die leitenden Schichten und Isolierschichten, aus denen die Leiterplatte besteht. Diese Schichten umfassen typischerweise unter anderem eine leitende Kupferschicht, eine isolierte Substratschicht, eine schützende Lötstopplackschicht und eine Siebdruckschicht für Beschriftungen. Mehrschichtige PCBs ermöglichen viel komplexere Schaltkreise, indem diese Leiterplattenschichten einfach zusammengefügt werden. Durch die Erhöhung der Anzahl der Schichten kann die Leiterplatte komplexere elektrische Verbindungen und höhere Funktionen bieten. Sie kann mehr Komponenten auf kleinerer Fläche unterbringen und so die Dichte und Gesamtleistung der Leiterplatte verbessern.
Arten von Leiterplattenschichts
In diesem Abschnitt erklären wir jede PCB-Schicht im Detail. Sie erhalten einen umfassenden Überblick über ihre Funktion.
Substratschicht
Das Kernsubstrat dient hauptsächlich zwei Aufgaben: elektrische Isolierung und mechanische Unterstützung. Es besteht normalerweise aus einem nichtleitenden Material, einer Basis, auf der die leitenden Schichten und andere Komponenten aufgebaut werden können. Die für Substrate üblicherweise verwendeten Materialien sind: FR-4, Polyimid, ein glasfaserverstärktes Epoxidlaminat, Metallkern, Keramikkern usw. FR-4 wird aufgrund seiner hervorragenden mechanischen und elektrischen Eigenschaften, seiner Wärmestabilität usw. häufig in verschiedenen Leiterplatten verwendet. Polyimid wird aufgrund seiner Flexibilität und hervorragenden Wärmestabilität häufig in Leiterplatten verwendet, die Biegung und Hochtemperaturbeständigkeit erfordern.
Kupferschicht
Die leitfähige Schicht ist normalerweise eine dünne Kupferschicht, die auf das Substrat laminiert wird, um einen Kanal für den Fluss elektrischer Signale bereitzustellen. Sie wird geätzt, um die unerwünschten Teile zu entfernen und schließlich das gewünschte Schaltungsmuster zu bilden. Wir beziehen uns normalerweise auf die Anzahl der Kupferschichten, wenn wir über die Anzahl der Schichten in einer Leiterplatte sprechen. Einseitige Leiterplatten haben nur eine leitfähige Kupferschicht, während doppelseitige Leiterplatten zwei Kupferschichten haben. Die Dicke der Kupferschicht hängt von den Anforderungen an Leistung und Leistung ab. Dickere Kupferschichten bieten eine bessere Strombelastbarkeit, einen geringeren Widerstand und eine verbesserte Wärmeableitung, erhöhen jedoch auch die Schwierigkeit der Entwicklung und Herstellung feiner Leiterbahnen.
Lötmaskenschicht
Die Lötmaske, die oft grün ist, ist eine schützende Polymer-Leiterplattenschicht, die die Kupferoberfläche bedeckt. Der Hauptzweck dieser Beschichtung besteht darin, die Kupferspuren vor Oxidation und Korrosion zu schützen. Um Kurzschlüsse zwischen den Spuren zu vermeiden, bietet sie auch elektrische Isolierung. Während des Leiterplattenmontageprozesses hilft diese Beschichtung dabei, Lötstellen genau zu lokalisieren und das Risiko von Lötbrücken zu verringern, wodurch sichergestellt wird, dass Komponenten korrekt installiert werden können. Diese Leiterplattenschicht kann die Umweltanpassungsfähigkeit der Leiterplatte verbessern und der Erosion durch Feuchtigkeit und Schadstoffe widerstehen, wodurch die Lebensdauer der Leiterplatte verlängert wird.
Siebdruckschicht
Die Siebdruckschicht ist die Textidentifizierungsschicht auf der Leiterplatte. Sie wird normalerweise in Weiß auf die Oberfläche der Leiterplatte gedruckt, was einen Kontrast zur grünen Lötmaskenschicht bildet. Die Hauptfunktion dieser Leiterplattenschicht besteht darin, Ingenieuren und Technikern dabei zu helfen, den Standort, die Funktion und die Pindefinition jedes Bauteils auf der Platine schnell zu identifizieren, indem verschiedene Wörter, Zahlen und Symbole markiert werden, was die Montage, Prüfung und spätere Wartung der Leiterplatte erleichtert.
Prepreg
Prepreg ist ein halbgehärtetes dielektrisches Material aus Glasfasergewebe, das mit Epoxidharz imprägniert ist. Im PCB-Herstellungsprozess wird Prepreg hauptsächlich verwendet, um die Schichten (wie Kupferfolie und Kernsubstrat) miteinander zu verbinden und die notwendige elektrische Isolierung zwischen ihnen bereitzustellen. Nach der Wärme- und Druckbehandlung ist das Prepreg vollständig ausgehärtet.
Verschiedene PCB-Typen basierend auf der Lagenanzahl
Einschichtige Leiterplatten
Bei diesem Design sind nur auf einer Seite Leiterbahnen vorhanden, die andere Seite dient zur Installation elektronischer Komponenten. Bei der Verdrahtung ist darauf zu achten, dass sich die Drähte nicht kreuzen. Dies kann bei Bedarf durch Jumper oder 0-Ohm-Widerstände. Aufgrund seiner einfachen strukturellen Eigenschaften eignet es sich besonders für große und einfache elektronische Produkte.
Hier die herausragenden Vorteile:
- Einfachere Konstruktion und Produktion
- Günstige Alternative
- Anwendbar auf Produkte mit geringer Komplexität
Doppellagige Leiterplatten
Einschichtige Leiterplatten unterliegen noch einigen Einschränkungen, und Sie können sich derzeit für doppelschichtige Leiterplatten entscheiden. Doppelschichtige Leiterplatten sind auf beiden Seiten des Substrats mit leitfähigen Kupferschichten bedeckt. Diese Struktur ermöglicht die Montage elektronischer Komponenten auf beiden Seiten, wodurch eine höhere Schaltungsdichte und komplexere Designs erreicht werden können. Doppelschichtige Leiterplatten bieten ein gutes Verhältnis zwischen Kosten und Leistung und eignen sich für komplexere, flexiblere und kleinere Produktanforderungen.
Hier die herausragenden Vorteile:
- Hohe Schaltungsdichte
- Kleine Boardgröße und geringes Gewicht
- Verbesserte Signalintegrität und EMI-Abschirmung
Komplexe Multilayer Leiterplatten
Mehrschichtige Leiterplatten bestehen aus mehr als zwei Kupferschichten. Die Kupferschichten sind durch Isoliermaterialien getrennt und werden in einem Heißpressverfahren zusammengepresst. Das Design der Mehrschichtstruktur ermöglicht kompliziertere Leiterplattenlayouts auf kleinem Raum. Obwohl der Herstellungsprozess dieser fortschrittlichen Leiterplatte komplexer ist, ist sie zu einem unverzichtbaren Bestandteil heutiger High-End-Elektronikprodukte geworden.
Vierschichtige Leiterplatten
Eine 4-lagige Leiterplatte enthält 4 leitfähige Schichten. Die inneren beiden Kupferschichten werden häufig als Strom- und Erdungsschichten verwendet, und die oberen und unteren Schichten dienen zur Montage von Komponenten und zur Signalführung. Die mehrlagige Konstruktion bietet eine Möglichkeit zur elektrischen Verbindung zwischen Schichten mit Durchkontaktierungen, die die Signalintegrität und Wärmeableitung verbessern. Tatsächlich kann der Aufbau von vierlagigen Leiterplatten für spezielle Designanforderungen flexibel geändert werden.
Sechsschichtige Leiterplatten
Eine 6-lagige Leiterplatte würde im Vergleich zu einer 4-lagigen Leiterplatte zwei zusätzliche Signalschichten hinzufügen. Im Leiterplattenaufbau gibt es vier Routing-Schichten mit zwei internen Schichten, von denen eine für die Massefläche und die andere für die Stromversorgungsfläche vorgesehen ist. Diese Struktur würde EMI stark managen, indem sie einfach Hoch- und Niedriggeschwindigkeitssignale gut zwischen den verschiedenen Schichten der Leiterplatte verteilt. Dies kann die Routing-Effizienz optimieren und das Signal-Übersprechen bei komplexen Schaltungsdesigns reduzieren.
Hier die herausragenden Vorteile:
- Bessere EMI-Abschirmung und Minimierung von Übersprechproblemen
- Höhere Schaltungsdichte und kompakteres Design
- Verbessertes Wärmemanagement
- Reduziertes Netzteilrauschen
Warum werden Multilayer-Leiterplatten mit gleichmäßigen Schichten entworfen?
Nach dem Lesen der obigen Einführung haben Sie möglicherweise eine bessere Vorstellung von mehrschichtigen Leiterplatten. Ist Ihnen aufgefallen, dass die von uns vorgestellten Leiterplatten alle Leiterplatten mit geraden Lagenzahlen sind? Hier sind drei Gründe, warum sich die meisten Leiterplattenhersteller dafür entscheiden, mehrschichtige Leiterplatten mit einer geraden Leiterplattenlage zu entwerfen und herzustellen.
Kostengünstiges Design
Odd-Layer-Leiterplatten haben weniger Kupfer- und Isolierschichten, aber ihre Gesamtkosten für die Herstellung sind viel höher als bei Even-Layer-Leiterplatten. Odd-Layer-Leiterplatten erfordern nicht-traditionelle Laminierungskern-Verbindungstechniken. Die Außenschicht erfordert eine zusätzliche Behandlung, die zu Kratzern und Ätzfehlern führen kann, während die Innenschicht die gleiche Behandlung erhält. Für die meisten Hersteller sind Odd-Layer ein spezieller Herstellungsprozess. Aufgrund des spezifischen Produktionsprozesses dieser Leiterplatte erfordert ihr Behandlungsprozess professionelle Ingenieure, was zu höheren Arbeitskosten, geringer Produktivität und einer erhöhten Anzahl von Versuch-und-Irrtum-Kosten führt.
Ausgewogene Struktur für Verzugsbeständigkeit
Beim Abkühlen nach der Laminierung von mehrschichtigen Leiterplatten verzieht sich die Leiterplatte aufgrund unterschiedlicher Schichtspannungen. Bei ungeradzahligen Leiterplatten gibt es zwei zusammengesetzte Leiterplatten mit unterschiedlichen Strukturen, die das Biegepotenzial erhöhen. Das Risiko kann durch einen ausgewogenen Stapel einer Leiterplatte vermieden werden. In bestimmten Fällen liegt der Verformungsgrad innerhalb einer akzeptablen Spezifikation, führt jedoch sicherlich zu Ineffizienz bei der nachfolgenden Verarbeitung und erhöht dadurch die Gesamtkosten.
Wir können auch verstehen, dass sich die Verformung von 4-lagigen Leiterplatten leichter kontrollieren lässt als die von 3-lagigen Leiterplatten, und die Verformung kann auf unter 0.7 % kontrolliert werden (IPC 600-Standard). In tatsächlichen Prozessen neigen Designer auch dazu, ungerade nummerierte Leiterplatten als gerade nummerierte Leiterplatten zu entwerfen.
Gleichmäßige Schichten für bessere Störfestigkeit
Mehrschichtplatten bestehen aus abwechselnd gestapelter Kupferfolie und Substrat. Der Abstand zwischen jeder Schicht Kupferfolie und dem Substrat kann relativ gleichmäßig und stabil gehalten werden. Dadurch können Verzögerungen und Störungen bei der Signalübertragung minimiert werden. Das Design mit ungeraden Schichten vergrößert den Abstand zwischen einigen Schichten und beeinträchtigt die Signalübertragung. Aus diesem Grund wird häufig ein Design mit geraden Schichten verwendet.
So ermitteln Sie die Anzahl der Leiterplattenschichts?
Berücksichtigen Sie beim Berechnen der Anzahl der PCB-Schichten diese vier Schlüsselfaktoren.
- Budgetüberlegung: Berücksichtigen Sie zunächst Ihr Projektbudget. Die Herstellung von Leiterplatten mit einer oder zwei Seiten ist kostengünstiger. Leiterplatten mit vielen Schichten kosten jedoch etwas mehr.
- Leistungsanforderung: Wird Ihre Leiterplatte für ein anspruchsvolles oder einfaches Produkt verwendet? Wenn es sich nur um eine einfache Funktion handelt, kann problemlos eine ein- oder zweilagige Leiterplatte verwendet werden. Bei höheren Leistungsanforderungen sind mehrlagige Leiterplatten eine ideale Alternative. Die Anzahl der Leiterplattenlagen kann letztendlich je nach Komplexität des Projekts festgelegt werden.
- Weltraum Begrenzt: Schätzen Sie den für die Leiterplatte verfügbaren Platz ab. Wenn dieser klein ist, benötigen Sie eine Leiterplatte mit einer höheren Lagenanzahl, auf der Komponenten und Routing-Anforderungen Platz finden.
- Akzeptable Vorlaufzeit: Wenn Sie eine große Anzahl von Leiterplatten bestellen, entspricht die Lieferzeit Ihren Erwartungen? Im Vergleich zu mehrschichtigen Leiterplatten haben einschichtige und zweischichtige Leiterplatten einfachere Strukturen, die viel kürzere Fertigungszeiten benötigen. Mehrschichtige Leiterplatten erfordern aufgrund ihrer komplexen Strukturen längere Produktionszeiten.
Takeaways
Mit einem tiefen Verständnis des spezifischen Zwecks jeder PCB-Schicht können Sie komplexe PCB-Strukturen problemlos meistern. Dies kann Ihnen dabei helfen, die perfekte PCB entsprechend den Anforderungen Ihres Projekts auszuwählen und das beste Gleichgewicht zwischen Produktleistung und Kosten zu erreichen. Bitte wenden Sie sich an das Expertenteam von UnityPCB, wenn Sie Fragen zur PCB-Schicht haben.
UnityPCB verfügt über fast 20 Jahre Erfahrung in der Leiterplattenherstellung und kann Ihnen Mehrschicht-Leiterplatten mit bis zu 18 Schichten liefern. Wir sind bestrebt, qualitativ hochwertige Leiterplattenherstellungsdienste anzubieten, und jede Leiterplatte wird strengen Tests unterzogen, um erstklassige Qualität sicherzustellen.
