Wanneer u een printplaat moet kiezen, hebt u veel opties. Van eenvoudige stijve borden tot geavanceerde flexibele borden, van eenvoudige enkellaagse borden tot ingewikkelde meerlaagse borden. Weet u hoe u de beste kiest? Ongeacht welk type PCB u kiest, ze bestaan uit verschillende aantallen PCB-lagen en elke PCB-laag heeft zijn specifieke functie. U vindt een uitgebreide gids voor printplaatlagen in deze blog. Laten we samen de rol van elke PCB-laag verkennen.
Wat zijn PCB-lagen?
PCB-lagen verwijzen naar de geleidende lagen en isolerende lagen waaruit de PCB bestaat. Deze lagen omvatten doorgaans een geleidende koperlaag, een geïsoleerde substraatlaag, een beschermende soldeermaskerlaag en een labelzeefdruklaag, onder andere. Meerlaagse PCB's maken veel complexere schakelingen mogelijk door deze printplaatlagen eenvoudigweg samen te voegen. Door het aantal lagen te vergroten, kan de PCB complexere elektrische verbindingen en hogere functies bieden. Er passen meer componenten in een kleiner formaat, waardoor de dichtheid en de algehele prestaties van de printplaat worden verbeterd.
Types van PCB-laags
In deze sectie leggen we elke PCB-laag in detail uit. U krijgt een grondig begrip van hun functie.
Substraatlaag
Het kernsubstraat vervult voornamelijk twee functies: elektrische isolatie en mechanische ondersteuning. Het bestaat meestal uit een niet-geleidend materiaal, een basis waarop de geleidende lagen en andere componenten kunnen worden gebouwd. Materialen die vaak worden gebruikt voor substraten zijn: FR-4, polyimide, een glasvezelversterkt epoxylaminaat, een metalen kern, een keramische kern, enz. FR-4 wordt veel gebruikt in verschillende printplaten vanwege de superieure mechanische eigenschappen, elektrische eigenschappen, thermische stabiliteit, enz. Polyimide wordt vaak gebruikt in printplaten die buig- en hogetemperatuurbestendigheid vereisen vanwege de flexibiliteit en uitstekende thermische stabiliteit.
Koperen laag
De geleidende laag is meestal een dunne koperlaag die op het substraat is gelamineerd om een kanaal te bieden voor de stroom van elektrische signalen. Het wordt geëtst om de ongewenste delen te verwijderen en uiteindelijk het gewenste circuitpatroon te vormen. We verwijzen meestal naar het aantal koperlagen wanneer we het aantal lagen in een PCB bespreken. Enkelzijdige PCB's hebben alleen een geleidende koperlaag, terwijl dubbelzijdige PCB's twee koperlagen hebben. De dikte van de koperlaag is afhankelijk van de vermogens- en prestatiebehoeften. Dikkere koperlagen bieden een betere stroomdoorvoercapaciteit, lagere weerstand en verbeterde warmteafvoer, maar verhogen ook de moeilijkheidsgraad van het ontwerp en de productie van fijne spoedsporen.
Soldeermaskerlaag
Het soldeermasker, dat vaak groen is, is een beschermende polymeer PCB-laag die het koperoppervlak bedekt. Het primaire doel van deze coating is om de kopersporen te beschermen tegen oxidatie en corrosie. Om kortsluitingen tussen sporen te voorkomen, biedt het ook elektrische isolatie. Tijdens het PCB-assemblageproces helpt deze coating om soldeerpunten nauwkeurig te lokaliseren en vermindert het het risico op soldeerbruggen, waardoor componenten correct kunnen worden geïnstalleerd. Deze PCB-laag kan de aanpassingsvermogen van de printplaat aan het milieu verbeteren en bestand zijn tegen erosie door vocht en verontreinigende stoffen, waardoor de levensduur van de PCB wordt verlengd.
Zeefdruk laag
De zeefdruklaag is de PCB-laag met tekstidentificatie op de printplaat. Deze wordt meestal in het wit op het oppervlak van de printplaat gedrukt, wat contrasteert met de groene soldeermaskerlaag. De belangrijkste functie van deze PCB-laag is om ingenieurs en technici te helpen snel de locatie, functie en pindefinitie van elk onderdeel op de plaat te identificeren door verschillende woorden, nummers en symbolen te markeren, wat de montage, het testen en het latere onderhoud van de printplaat vergemakkelijkt.
prepreg
Prepreg is een semi-uitgehard diëlektrisch materiaal gemaakt van glasvezeldoek geïmpregneerd met epoxyhars. In het PCB-productieproces wordt prepreg voornamelijk gebruikt om de lagen (zoals koperfolie en kernsubstraat) aan elkaar te binden en de nodige elektrische isolatie tussen hen te bieden. Na de warmte- en drukbehandeling is de prepreg volledig uitgehard.
Verschillende soorten PCB's op basis van het aantal lagen
Enkellaagse PCB's
Dit ontwerp heeft alleen sporen aan één kant, en de andere kant wordt gebruikt om elektronische componenten te installeren. Bij het bedraden is het noodzakelijk om kruisende draden te voorkomen. Indien nodig kan dit worden opgelost door jumpers of 0-ohm weerstandenDoor de eenvoudige structurele eigenschappen is het bijzonder geschikt voor grootschalige en eenvoudige elektronische producten.
Dit zijn de belangrijkste voordelen:
- Eenvoudiger ontwerp en productie
- Goedkoop alternatief
- Toepasbaar op producten met een lage complexiteit
Dubbellaagse PCB's
Enkellaags PCB's hebben nog steeds enkele beperkingen en u kunt op dit moment kiezen voor dubbellaags PCB's. Dubbellaags PCB's zijn bedekt met geleidende koperlagen aan beide zijden van het substraat. Deze structuur maakt het mogelijk om elektronische componenten aan beide zijden te monteren, wat een hogere circuitdichtheid en complexere ontwerpen kan bereiken. Dubbellaags PCB heeft een goede balans tussen kosten en prestaties en is geschikt voor complexere, flexibelere en kleinere productvereisten.
Dit zijn de belangrijkste voordelen:
- Hoge circuitdichtheid
- Klein bordformaat en laag gewicht
- Verbeterde signaalintegriteit en EMI-afscherming
Complexe multilayer-PCB's
Mmulti-layer PCB's hebben meer dan 2 koperlagen. De koperlagen worden gescheiden door isolatiematerialen en samengeperst door middel van een warmpersingsproces. Het ontwerp van de multilayerstructuur zal in staat zijn om complexere PCB-lay-outs te leveren binnen de kleine ruimte. Hoewel het proces van het maken van deze geavanceerde PCB complexer is, is het uitgegroeid tot een onmisbaar onderdeel van de high-end elektronische producten van vandaag.
Vierlaagse PCB's
Een 4-laags PCB bevat 4 geleidende lagen. De binnenste twee koperlagen worden vaak gebruikt als stroom- en grondlagen, en de bovenste en onderste lagen worden gebruikt voor het monteren van componenten en signaalroutering. De meerlaagse constructie introduceert een manier om elektrisch verbinding te maken tussen lagen met via's die de signaalintegriteit en warmteafvoer verbeteren. In feite zou de stapeling van vierlaags PCB's flexibel kunnen veranderen voor speciale ontwerpvereisten.
Zeslaags PCB's
Een 6-laags PCB zou twee extra signaallagen toevoegen in vergelijking met een 4-laags PCB. In de PCB-stack-up zijn er vier routinglagen met twee interne lagen toegewezen aan één voor het grondvlak en de andere voor het voedingsvlak. Deze structuur zou EMI zwaar beheren door eenvoudigweg hoge- en lagesnelheidssignalen goed toe te wijzen tussen verschillende lagen van de PCB. Dit kan de routingefficiëntie optimaliseren en de signaaloverspraak verminderen voor complexe circuitontwerpen.
Dit zijn de belangrijkste voordelen:
- Betere EMI-afscherming en minimale overspraakproblemen
- Hogere circuitdichtheid en compacter ontwerp
- Verbeterd thermisch beheer
- Verminderde ruis van de voeding
Waarom worden meerlaagse PCB's ontworpen met gelijkmatige lagen?
U heeft misschien een beter idee van meerlaagse PCB's na het lezen van de introductie hierboven. Merkt u op dat de PCB's die wij introduceren allemaal even-genummerde-laag PCB's zijn? Hier volgen 3 redenen waarom de meeste PCB-fabrikanten ervoor kiezen om meerlaagse PCB's te ontwerpen en produceren met een even PCB-laag.
Kosteneffectief ontwerp
Odd-layer PCB's hebben minder koper- en isolatielagen, maar de totale productiekosten zijn veel hoger dan even-layer PCB's. Odd-layer PCB's vereisen niet-traditionele laminatiekernverbindingstechnieken. De buitenste laag vereist extra behandeling die kan resulteren in krassen en etsfouten, terwijl de binnenste laag dezelfde behandeling krijgt. Voor de meeste fabrikanten zijn oneven lagen een speciaal productieproces. Vanwege het specifieke productieproces van deze PCB zijn er professionele ingenieurs nodig in het behandelingsproces, wat leidt tot hogere arbeidskosten, lage productiviteit en een verhoogd aantal trial-and-error-kosten.
Gebalanceerde structuur voor kromtrekkenbestendigheid
Voor koeling na laminering van meerlaagse printplaten zal de PCB kromtrekken vanwege verschillende laagspanningen. In oneven genummerde PCB's bestaan er twee samengestelde PCB's met verschillende structuren die de kans op buigen vergroten. Het risico kan worden vermeden door een uitgebalanceerde stapeling van een PCB. In bepaalde gevallen valt het binnen een acceptabele specificatie in termen van een mate van kromtrekken, hoewel het zeker inefficiëntie zal veroorzaken tijdens de daaropvolgende verwerking, waardoor de totale kosten toenemen.
We kunnen ook begrijpen dat 4-laags PCB's gemakkelijker kromtrekken kunnen beheersen dan 3-laags PCB's, en dat kromtrekken onder de 0.7% kan worden beheerst (IPC 600-norm). In werkelijke processen zullen ontwerpers ook de neiging hebben om oneven genummerde PCB's te ontwerpen als even genummerde PCB's.
Gelijkmatige lagen voor betere weerstand tegen interferentie
Meerlaagse borden zijn gemaakt van afwisselend gestapelde koperfolie en substraat. De afstand tussen elke laag koperfolie en het substraat kan relatief uniform en stabiel worden gehouden. Het kan vertraging en interferentie in de signaaloverdracht minimaliseren. Het oneven-genummerde laagontwerp zal de afstand tussen sommige lagen vergroten, wat de signaaloverdracht beïnvloedt. Daarom wordt een even-genummerd laagontwerp vaak gebruikt.
Hoe het aantal te bepalen PCB-laags?
Houd bij het bepalen van het PCB-laagnummer rekening met deze vier belangrijke factoren.
- Budgetoverweging: Denk allereerst aan uw projectbudget. PCB's met één of twee zijden zijn goedkoper om te produceren. PCB's met veel lagen kosten echter iets meer.
- Prestatievereiste: Wordt uw PCB gebruikt voor een geavanceerd of eenvoudig product? Als het slechts een eenvoudige functie is, kan een enkellaags of dubbellaags PCB zonder problemen worden gebruikt. In het geval van een hogere prestatie-eis worden meerlaagse PCB's een ideaal alternatief. Het PCB-laagnummer kan uiteindelijk worden bepaald, afhankelijk van de complicatie van het project.
- Tussenruimte Beperkt: Schat de beschikbare ruimte voor de PCB. Als deze klein is, wilt u een PCB met een hoger aantal lagen die componenten en routeringsvereisten kan bevatten.
- Aanvaardbare doorlooptijd: Als u een groot aantal PCB's bestelt, voldoet de levertijd dan aan uw verwachtingen? Vergeleken met meerlaagse PCB's hebben enkellaagse en dubbellaagse PCB's eenvoudigere structuren die veel kortere tijden in de productie nodig hebben. Meerlaagse PCB's vereisen langere productietijden vanwege hun complexe structuren.
Takeaways
Met een diepgaand begrip van het specifieke doel van elke PCB-laag, kunt u eenvoudig complexe PCB-structuren beheersen. Dit kan u helpen de perfecte PCB te kiezen op basis van uw projectbehoeften en de beste balans te bereiken tussen productprestaties en kosten. Neem contact op met het deskundige team van UnityPCB als u vragen hebt over de PCB-laag.
UnityPCB heeft bijna 20 jaar ervaring in PCB-productie en we kunnen u multilayer PCB's van maximaal 18 lagen leveren. We streven ernaar om PCB-productiediensten van hoge kwaliteit te leveren en elke PCB wordt grondig getest om eersteklas kwaliteit te garanderen.
