Płytki drukowane są używane we wszystkich elektronice i urządzeniach, które używamy jako codzienną rutynę naszego życia. PCB są wykonane z jednej warstwy i lub mogą one być z puli wielowarstwowej.
Jako projektant PCB, musisz mieć wiele pytań na temat różnych warstw, projektowania i potencjalnych zastosowań. Stworzyliśmy ten dogłębny przewodnik po warstwach PCB, aby odpowiedzieć na wszystkie Twoje pytania dotyczące PCB i warstw.
W następnym rozdziale przyjrzymy się warstwom PCB.
1、Co to jest PCB Warstwy
PCB lub płytki drukowane są używane w każdym urządzeniu elektronicznym, które widzisz wokół ciebie. Możesz mieć jedną warstwę PCB lub wielowarstwowe PCB wykonane z wielu warstw przewodzących folii miedzianych.
Kilka warstw dwuwarstwowej płytki drukowanej jest ułożonych razem, tworząc pojedynczą płytkę PCB. Poszczególne warstwy płytki drukowanej nazywane są warstwami PCB. Warstwy PCB są łączone ze sobą za pomocą izolacji odpornej na ciepło pomiędzy nimi. Zewnętrzne warstwy są następnie zgrzewane za pomocą dielektrycznej maski lutowniczej.
Obraz 1: Warstwy PCB
Teraz dowiedzmy się co to jest układ warstw!
2、Układ warstw
Układ warstw izolacyjnych i miedzianych tworzy płytkę PCB przed projektem układu nazywany jest stack-up. Dzięki układaniu warstw można zmieścić więcej obwodów na jednej płytce.
Układ warstw pozwala na zminimalizowanie przesłuchów, szumów zewnętrznych i promieniowania. Możesz uzyskać wysoką integralność sygnału z odpowiednim PCB stack-up, a także może poprawić kompatybilność elektromagnetyczną urządzenia.
Konfiguracja stosu PCB zawsze przynosi korzyści wielopoziomowym płytkom drukowanym.
Układ warstw odnosi się do rozmieszczenia warstw PCB. Warstwy PCB to przewodzące warstwy folii miedzianej, z których zbudowana jest płytka PCB.
Obraz 2: Układ warstw w PCB
Teraz kolej na poznanie różnych typów warstw PCB.
3、Typ warstw PCB
Zastosowanie i przeznaczenie płytki PCB określają liczbę warstw, które powinna ona posiadać. W tym rozdziale przyjrzymy się najczęściej spotykanym typom warstw PCB.
3.1 Warstwowa płytka drukowana
Jednowarstwowa płytka PCB lub jednowarstwowa płytka drukowana jest używana od lat 50-tych XX wieku. XX wieku i nadal jest szeroko stosowana w prostych urządzeniach domowych na całym świecie. Jednowarstwowa płytka drukowana składa się z jednej lutowanej i jednej laminowanej warstwy przewodzącego materiału dielektrycznego.
Dzięki prostej konstrukcji, jednowarstwowe płytki drukowane mogą być produkowane masowo, ponieważ są tanie w produkcji. Ponieważ system jest nieskomplikowany, istnieje mniejsza szansa wystąpienia problemów produkcyjnych. Producenci nie mają problemu ze zrozumieniem konstrukcji, a Ty możesz szybko zamówić wiele sztuk.
Jednowarstwowe płytki PCB można znaleźć w wielu prostych urządzeniach domowych i biurowych, takich jak podstawowe kalkulatory i budziki znalezione w lokalnym sklepie. Można je również zobaczyć w urządzeniach kuchennych, takich jak ekspresy do kawy. Czasami są one również stosowane w drukarkach, lampach LED i kamerach monitorujących.
Jednowarstwowe PCB pochodzi z jednego dielektryka termoprzewodzącego, który jest zwieńczony laminatem miedzi, a następnie wykończone maską lutowniczą. Ogólnie rzecz biorąc, PCB są produkowane z laminatem miedzianym i mają grubość od jednego do 20 uncji.
Jednowarstwowe PCB mają funkcjonować w temperaturze od 130 do 230 stopni C.
Obraz 3: Jednowarstwowa płytka drukowana
3.2 Dwuwarstwowa płytka drukowana
Dwuwarstwowa płytka PCB lub dwuwarstwowa płytka PCB jest kolejnym krokiem technologicznym po jednowarstwowej płytce PCB. Jest to najczęstszy typ PCB używany na całym świecie ze względu na jego większą pojemność. Są one stosowane w szerokiej gamie urządzeń elektronicznych i są mniej skomplikowane w produkcji niż różne wielowarstwowe PCB dostępne na rynku.
Istnieje wiele korzyści z dwuwarstwowej PCB. Ma wyższe ślady routingu ze względu na dopasowanie dolnej i górnej stronie. Nadaje się do szerokiego zakresu zastosowań z powodu swojej elastyczności. Można go używać w nowoczesnych urządzeń i urządzeń, jak to ma wysoką gęstość i niski koszt produkcji. Dwuwarstwowe PCB można znaleźć w systemach HVAC w budynkach mieszkalnych różnych firm.
Dwuwarstwowe PCB są również stosowane we wzmacniaczach używanych w przemyśle muzycznym i szerokiej gamie drukarek komputerowych.
Dwuwarstwowa płytka drukowana przypomina jednowarstwową płytkę drukowaną, ale w jej dolnej części znajduje się odwrócone lustrzane odbicie. Warstwa dielektryczna jest również grubsza w dwuwarstwowej PCB i pochodzi laminowane z miedzi na dolnej i górnej stronie. Następnie maska lutownicza jest używana do pokrycia miedzi po obu stronach.
3.3 Czterowarstwowa płytka drukowana
Czterowarstwowa płytka drukowana ma bardziej rozbudowaną konstrukcję w porównaniu z płytkami jedno- i dwuwarstwowymi. Posiada kilka rzędów materiału dielektrycznego, podczas gdy jedno- lub dwuwarstwowa płytka ma tylko jeden. Czterowarstwowy PCB jest wyposażony w wiele warstw miedzi i materiału przewodzącego pomiędzy dolną i górną maską lutowniczą, tak jak każdy wielopoziomowy PCB.
Korzyści z 4 warstw PC obejmują trwałość, i jest to bardziej wydajne niż zarówno jedno-i dwuwarstwowe PCB. Jest również niewielkich rozmiarów i może być stosowany w szerokiej gamie urządzeń elektronicznych. Elastyczność komponentu sprawia, że nadaje się on zarówno do prostych, jak i skomplikowanych narzędzi.
Jest również bezpieczny i zapobiega interferencjom elektromagnetycznym. Można go również używać w skomplikowanych urządzeniach, ponieważ waży mniej.
Cztery warstwy PCB są używane w różnych obsługiwanych urządzeń, takich jak tablety i smartfony. Można je również znaleźć w systemach satelitarnych, które orbitują na planetach. Są one również wykorzystywane w urządzeniach sond kosmicznych używanych do dogłębnej eksploracji kosmosu.
Cztery warstwy PCB składa się z czterech warstw miedzi przewodzącej i trzech wewnętrznych warstw dielektrycznych składających się z jednego rdzenia i dwóch prepregów. Na koniec nakładane są podwójne dielektryczne warstwy maski lutowniczej na dole i na górze.
Obraz 4: Wielowarstwowy basen
3.4 Sześciowarstwowa płytka PCB
Sześć warstw PCB zalicza się do zaawansowanych wielowarstwowych obwodów drukowanych i zasila szeroką gamę urządzeń elektronicznych, aplikacji przemysłowych i urządzeń technologicznych.
Sześciowarstwowe płytki PCB są grubsze i mocniejsze niż dwu- lub czterowarstwowe. Jest to również kompaktowe i pochodzi z wyższych możliwości technologicznych. Przychodząc w 6 warstw, są one kompetentne i zmniejszyć szanse zakłóceń elektromagnetycznych i cross-talk.
Sześć warstw PCB są używane w zaawansowanych aplikacjach komputerowych, a można je znaleźć na komputerach osobistych i laptopach. Można nawet zobaczyć, że są one wykorzystywane w urządzeniach do przechowywania danych, takich jak dyski twarde. PCB znajdują również zastosowanie w systemach sygnalizacji pożaru, dzięki czemu są one bardziej wydajne.
Dodatkowo, można zobaczyć sześć warstw PCB w odbiornikach światłowodowych, transmisji telefonii komórkowej, urządzeń GPS, przemysłowych urządzeń kontrolnych i urządzeń zdrowotnych, takich jak monitory serca.
Konstrukcja sześciowarstwowej płytki PCB jest podobna do czterowarstwowej, ale posiada dwa dodatkowe rzędy dielektryka oraz dwie warstwy miedzi. W układzie drugi i czwarty rząd materiału dielektrycznego stanowią rdzenie. Z sześciu przewodzących rzędów miedzi, drugi i piąty są oznaczone jako płaszczyzna, podczas gdy pozostałe są sygnałowe.
3.5 Ośmiowarstwowa płytka PCB
Ośmiowarstwowa płytka PCB jest doskonałym zasobem, który wykorzystuje moc obliczeniową i wydajność w urządzeniach elektronicznych. Ośmiowarstwowa płytka drukowana jest podobna do sześciowarstwowej płytki drukowanej, ale posiada cztery miedziane warstwy sygnałowe i cztery warstwy płaskie.
Wiele systemów komputerowych i urządzeń wysokiej technologii wykorzystuje osiem warstw PCB. Ich wprowadzenie umożliwiło nam przejście od częstotliwości komputerowych kHz do szybkich urządzeń współczesnych GHz.
Osiem warstw PCB można znaleźć w różnych systemach opieki zdrowotnej, lotniczej i kosmicznej, systemach rządowych i wielu zastosowaniach komercyjnych.
W sumie, można znaleźć osiem warstw w tym PCB, które są utrzymywane razem przez siedem rzędów wewnętrznego materiału dielektrycznego. Dielektryczna maska lutownicza jest używana do uszczelnienia ośmiu warstw PCB na górnej i dolnej części. Można znaleźć wiele podobieństw pomiędzy sześciowarstwową płytką PCB i ośmiowarstwową płytką PCB, ale ta druga jest wyposażona w dodatkowe pary prepregów i kolumn miedzianych.
3.6 Wielowarstwowe płytki drukowane
Wielowarstwowe płytki drukowane mogą składać się z kilku warstw, takich jak 10 lub 12, a nawet więcej. W takim układzie stosuje się dodatkowe warstwy materiału dielektrycznego i miedzi przewodzącej, a ich liczba rośnie wraz ze wzrostem liczby warstw.
Na przykład, dziesięć warstw PCB zawiera w sumie 4 warstwy miedzi i sześć warstw sygnałowych. Dziewięć warstw materiału dielektrycznego łączy miedź w dziesięciowarstwowej płytce PCB, z czego 4 to rdzeń, a 5 to prepreg. Dielektryczna maska lutownicza jest używana do uszczelnienia stosu na obu końcach.
Można również znaleźć dwanaście warstw PCB na rynku, które mają większe możliwości niż dziesięć warstw PCB. Składa się z ośmiu przewodzących warstw sygnałowych i czterech warstw płaskich. Są one połączone ze sobą przez pięć kolumn materiału dielektrycznego rdzenia i sześć materiałów sygnałowych. Oba końce 12 warstw PCB są uszczelnione za pomocą dielektrycznej maski lutowniczej.
Wielowarstwowe PCB są używane w zaawansowanych komputerach, sprzęcie medycznym i innych zaawansowanych technologicznie aplikacjach. PCB mają dużą pojemność i kompaktowe rozmiary. Charakteryzują się większą łatwością użytkowania i mogą być stosowane w komputerach o dużej pojemności oraz urządzeniach lotniczych i kosmicznych. Wiele typów urządzeń przemysłowych również wykorzystuje wielowarstwowe płytki PCB.
Obraz 5: Wielowarstwowa płytka drukowana
3.7 32-warstwowa płytka drukowana
Trzydziestodwuwarstwowy PCB jest jednym z najbardziej zaawansowanych wielopoziomowych PCB, jakie można znaleźć. W tej płytce 32 warstwy są połączone razem, aby zapewnić funkcjonalność pojedynczej płytki PCB. Produkcja 32-warstwowych płytek PCB wymaga wysokiej precyzji i zastosowania zaawansowanych metod produkcji. Nie można wyprodukować 32 warstw PCB przy użyciu standardowych metod wytrawiania.
Trzydzieści dwie warstwy PCB są wymagane do osadzenia wszystkich niezbędnych układów elektronicznych w kompaktowej płytce PCB. Warstwy pomiędzy układami mogą być również wykonane w celu dostosowania do montażu komponentów, chociaż jest to ograniczone do górnej i dolnej warstwy.
Możesz znaleźć zastosowanie 32 warstw PCB w takich branżach jak lotnictwo i kosmonautyka. Takie aplikacje wymagają niższego poziomu emisji elektromagnetycznych, które można osiągnąć podczas produkcji PCB. Każda warstwa może być dedykowana do konkretnej funkcji i nie powoduje konfliktów z innymi warstwami.
Dwuwarstwowe obwody drukowane są wykorzystywane jako elementy konstrukcyjne każdego wielowarstwowego obwodu drukowanego. Tutaj 32 podwójne warstwy są sklejone razem z materiałem izolacyjnym, takim jak włókno epoksydowe zwane prepregiem. Będziesz także potrzebował zaawansowanych maszyn do obsługi skomplikowanego projektu 32 warstw PCB.
Wielowarstwowe PCB są używane w różnych profesjonalnych i komercyjnych urządzeniach elektronicznych, takich jak komputery i aparatura wojskowa. Płyty PCB oferują dużą pojemność, dużą szybkość i zwiększoną funkcjonalność, mieszcząc się w kompaktowych rozmiarach. Urządzenia stają się z dnia na dzień coraz mniejsze, a jedno- i dwuwarstwowe płytki PCB nie są odpowiednie do spełnienia wymagań wysokiej gęstości.
Do produkcji wielowarstwowych płytek PCB trzeba używać zaawansowanego sprzętu, ponieważ ich projekt jest skomplikowany i wymaga wysokiej precyzji. Z tych samych powodów koszt produkcji jest również wyższy.
Teraz, gdy wiesz, że najczęstsze formy warstw PCB następnie przejdźmy do puli wielowarstwowych.
4、Multilayer Pool
Projektowanie PCB zaczyna się od oprogramowania. Możesz użyć narzędzi i puli wielowarstwowych dostarczonych przez Eagle oprogramowania dla efektywnego i bezbłędnego procesu. Prześledźmy pokrótce poszczególne etapy.
4.1 Tworzenie schematu
Zacznij od schematu, który będzie stanowił podstawę projektu płytki drukowanej. Wejdź do menu Plik i podaj nazwę projektu, a następnie uruchom okno edytora schematów.
Teraz przejrzyj pasek narzędzi i użyj niezbędnych narzędzi do odtworzenia własnoręcznie wykonanego schematu. Możesz dodawać komponenty do obszaru roboczego i tworzyć swój projekt. Szczegóły można przesuwać lub obracać, aby uzyskać zrozumiały rysunek schematu.
Po zakończeniu tworzenia schematu sprawdź, czy wszystko jest zgodne z rzeczywistością.
4.2 Rozmieszczenie płytek drukowanych
Następnie należy zająć się układem płytki drukowanej, przy czym można skorzystać z dwóch różnych sposobów.
Możesz zacząć od narysowania specyfikacji PCB i ułożenia płytki poprzez rozmieszczenie na niej elementów. Można to zrobić tylko wtedy, gdy zdecydowałeś się na kształt płyty, liczbę warstw i pozycje członków.
Wybierz odpowiednie siatki do projektowania i pracy na poszczególnych warstwach z wieloma opcjami routingu. Możesz również wybierać i odznaczać warstwy za pomocą przycisku ustawiania warstw.
Możesz także użyć opcji puli wielowarstwowej, która automatycznie tworzy projekt PCB. Następnie oceń komponenty, warstwy, specyfikacje i teksty, aby je poprawić. Na koniec możesz skorzystać z funkcji sprawdzania reguł projektowania, aby uzyskać ostateczny układ płytki drukowanej.
Teraz nadeszła kolej, aby sprawdzić wielowarstwową płytkę PCB i dowiedzieć się co nieco o jej zastosowaniach.
Obrazek 6: Wielowarstwowy basen
5、Wielowarstwowa płytka PCB
Do tej pory zyskałeś definitywne pojęcie o wielowarstwowych PCB. Wielowarstwowe PCB są zazwyczaj wykonane z parzystej liczby warstw dwuwarstwowych PCB.
Warstwy są ułożone jedna na drugiej, tworząc płytkę PCB o dużej wytrzymałości i zwartych wymiarach. Istnieją trzy lub więcej warstw przewodzących, z których dwie znajdują się na górnej i dolnej części.
Jedna lub więcej warstw jest ułożona z płytą izolacyjną i zapewnia wysoką funkcjonalność i elastyczność. Wielowarstwowe płytki drukowane są wykorzystywane w wielu zastosowaniach, które wymagają wysokiej mocy obliczeniowej i są używane w urządzeniach przemysłowych. Można je również znaleźć w urządzeniach wojskowych i wyposażeniu sond kosmicznych.
Wielowarstwowe płytki PCB są materiałami o wysokiej precyzji, które wymagają wysokich kosztów produkcji.
Zobaczmy teraz, jak możemy stworzyć projekt wielowarstwowej płytki PCB typu "zrób to sam".
Obraz 7: Wielowarstwowy basen
6、DIY wielowarstwowa płytka PCB
Teraz przyjrzymy się, jak można zaprojektować płytkę PCB. Wykorzystamy do tego program CAD oraz podamy kilka pomocnych wskazówek dotyczących projektowania.
6.1 Dostosowanie biblioteki do wielowarstwowych projektów PCB
Konieczne będzie skonfigurowanie biblioteki CAD do tworzenia projektów wielowarstwowych.
6.2 Negatywne warstwy płaszczyzn
Można użyć warstw płaszczyzny negatywu do utworzenia płaszczyzn uziemienia i zasilania w układzie płytki drukowanej. Może być konieczne zapewnienie odstępów dla niektórych narzędzi występujących w kształtach footprintów i padów dla otworów wywierconych w warstwach ujemnej płaszczyzny. Upewnij się, że warstwy płaszczyzny ujemnej mają odpowiednie uprawnienia do korzystania z kształtów footprintów i padów.
6.3 Kształty padów wewnętrznej warstwy sygnałowej
Twoje pady na warstwie wewnętrznej i zewnętrznej mogą się różnić. Na przykład, pady pin one mają kwadratowe kształty dla łatwego rozpoznania, podczas gdy w warstwach ukrytych mają one okrągłe kształty. Pomocne będzie ustawienie biblioteki tak, aby uzyskać różne kształty klocków.
6.4 Rysowanie elementów
Jeśli do tworzenia projektu używasz rysunków montażowych z narzędzi układu, musisz je zmodyfikować dla projektów wielowarstwowych.
6.5 Wymagania zakładu produkcyjnego Należy sprawdzić, czy zakład produkcyjny jest w stanie poradzić sobie ze złożonością i precyzją projektu wielowarstwowej płytki drukowanej. W przeciwnym razie można nie uzyskać pożądanych wyników.
6.5 Wskazówki dotyczące projektowania
Aby stworzyć doskonały projekt, należy skorzystać z poniższych wskazówek dotyczących projektowania wielowarstwowego:
- Poprowadź jedną warstwę sygnałową pionowo i poziomo, używając sąsiednich warstw sygnałowych na drugiej i trzeciej warstwie.
- Aby uzyskać większą integralność sygnału oraz równomierne rozłożenie masy i zasilania, należy użyć warstw płaszczyzny bazowej i zasilania.
- Możesz zmniejszyć rozmiary padów, aby uzyskać więcej kanałów trasowania, jeśli Twój warsztat produkcyjny na to pozwala.
Obraz 8: Projekt PCB
Wnioski
Nie ma znaczenia, dlaczego szukasz wielowarstwowej puli PCB; jesteś pewien, że będziesz potrzebował odpowiedniej dla siebie. Teraz, istnieje kilka rzeczy do rozważenia: projekt lub poziomy promieniowania. Wybór odpowiedniego zapewni, że możesz mieć basen PCB, który będzie trwał lata. Jednocześnie, początkowa konfiguracja może być trudna, upewnij się, że postępujesz zgodnie z podstawami, a nasz przewodnik ułatwi Ci zadanie.
Wielowarstwowe płytki drukowane są szeroko stosowane w aplikacjach przemysłowych, mieszkaniowych i komercyjnych. Skontaktuj się z nami, aby stworzyć niestandardowe wielowarstwowe PCB zgodnie z surowymi specyfikacjami. Dostarczamy wysokiej jakości precyzyjne płyty PCB z taką liczbą warstw, jaka jest potrzebna do danego zastosowania.
Mikroprocesor konwencjonalnie jest pojedynczym układem scalonym, który ma wiele połączeń elektrycznych na swoich pinach. Może on wybrać "adres" w pamięci głównej i inny zestaw pinów do odczytu. Zapisać dane przechowywane w tej lokalizacji. W większości przypadków procesor i pamięć mają wspólną charakterystykę sygnalizacji i działają synchronicznie.
Magistrala łącząca CPU i pamięć jest jedną z cech definiujących system i często jest określana tylko jako magistrala systemowa. Jest to możliwe, aby umożliwić peryferiów do komunikowania się z pamięcią w ten sam sposób, dołączając adaptery w postaci kart rozszerzeń bezpośrednio do magistrali systemowej. Jest to powszechnie realizowane za pośrednictwem jakiegoś znormalizowanego złącza elektrycznego, tworzącego magistralę rozszerzeń lub magistralę lokalną.
Jednak różnice w wydajności pomiędzy procesorem a urządzeniami peryferyjnymi są bardzo duże.
Zwykle potrzebne są pewne rozwiązania, aby zapewnić, że urządzenia peryferyjne nie spowalniają ogólnej wydajności systemu i bezpośredniego dostępu do pamięci. Większość nowoczesnych systemów łączy oba rozwiązania, tam gdzie jest to właściwe. W miarę jak rosła liczba potencjalnych urządzeń peryferyjnych, stosowanie karty rozszerzeń dla każdego urządzenia peryferyjnego stawało się coraz bardziej niewykonalne.
Doprowadziło to do wprowadzenia systemów magistralowych zaprojektowanych specjalnie do obsługi wielu urządzeń peryferyjnych. Jednak te wysokowydajne systemy są generalnie zbyt drogie, aby zaimplementować je w urządzeniach klasy low-end, takich jak mysz. Doprowadziło to do równoległego rozwoju niektórych nisko wydajnych systemów magistralowych dla tych rozwiązań. Najbardziej powszechnym przykładem jest standaryzowana uniwersalna magistrala szeregowa (USB).