10-слойная печатная плата: основное руководство по проектированию и применению стека печатных плат

Печатные платы становятся все более сложными для размещения компонентов с более высокой плотностью и более сложной функциональностью. Десятислойная печатная плата является ярким примером этой эволюции. Разработанный для решения более сложных электронных задач, он объединяет десять отдельных слоев, каждый из которых служит уникальной цели, в единый эффективный блок. В этой статье мы рассмотрим сложный мир 10-слойных печатных плат, углубимся в их конструкцию, преимущества и проблемы. Идеально подходит для тех, кто интересуется технологическими достижениями в области электронных схем, он обеспечивает четкое и детальное понимание этих сложных компонентов.

Что такое двухслойная печатная плата

10-слойная печатная плата — это электронная плата с десятью слоями проводящего материала для маршрутизации сигналов. Эта многослойная структура позволяет создавать сложные схемы, обеспечивая более плотное расположение электронных компонентов. Вы используете 10-слойные печатные платы в приложениях, требующих надлежащей электромагнитной проводимости.

Толщина стандартных 10-слойных печатных плат может варьироваться, обычно от 1.33 мм до 3.0 мм. Такое изменение обусловлено несколькими факторами, такими как толщина меди, препрег (предварительно пропитанные композитные волокна) и материалы сердцевины, используемые в печатной плате. Например, печатные платы, требующие высокой изоляции, могут использовать двойные слои препрегов. В ситуациях, когда печатная плата должна выдерживать большие токи, не повреждая сигнальные дорожки, толщина медного материала может достигать 105 мкм (3 унции) или даже больше. Эти аспекты имеют решающее значение при определении общей толщины 10-слойной печатной платы, обеспечивая ее соответствие конкретным потребностям ее применения.

Стандартная конструкция и конструкция 10-слойной печатной платы

Стандартная конструкция 10-слойной печатной платы представляет собой хорошо продуманную конструкцию, которая обеспечивает баланс между целостностью сигнала, распределением мощности и потребностями в заземлении. В этом стеке обычно чередуются сигнальные уровни и уровни питания/земли, обеспечивая эффективную работу схемы и сводя к минимуму такие проблемы, как шум и помехи.

Типичная конфигурация 10-слойной печатной платы включает в себя несколько сигнальных слоев, чередующихся с уровнями земли и питания.

• Верхний и нижний слои: Они обычно используются для маршрутизации сигналов и легко доступны для размещения и подключения компонентов.

• Земляной слой: Расположенный чуть ниже верхнего слоя, он помогает экранировать и уменьшать электромагнитные помехи (EMI).

• Чередование слоев: Печатная плата включает в себя несколько сигнальных слоев, чередующихся с уровнями земли и питания, что имеет решающее значение для поддержания целостности сигнала, особенно в высокоскоростных конструкциях.

• Пара центральной панели питания/земли: Его часто включают в середину стека для лучшей привязки сигнала, уменьшения перекрестных помех и повышения производительности.

• Дополнительные сигнальные уровни: Размещен стратегически для маршрутизации сложных цепей, которые невозможно разместить на внешних уровнях. Они расположены с учетом типов сигналов и восприимчивости к шуму.

• Выбор материала: Каждый слой и материал препрега (пропитанного смолой волокна) выбираются с учетом электрических и тепловых требований печатной платы.

• Материал препрега: Обеспечивает физическую стабильность и электрическую изоляцию между слоями.

При проектировании 10-слойных печатных плат следует учитывать следующие ключевые моменты:

• Толщина ламината FR-4: Для печатных плат с более чем 6–8 слоями рекомендуются более тонкие ламинаты FR-4, обычно от 0.8 до 1.2 мм, по сравнению со стандартными 1.6 мм. Это помогает управлять общей толщиной платы для установки в электронные устройства.

• Материал для высоких частот: Для более высокочастотных применений следует использовать материалы с низкой диэлектрической проницаемостью (Dk), отличной от стандартного FR-4. Эти материалы улучшают целостность сигнала на высоких частотах.

• Температура стеклования (Tg): Tg должна быть выше 170°C, особенно для бессвинцовой пайки и приложений с высокой надежностью. Это гарантирует, что материал выдерживает высокие температуры без разрушения.

• Стили стеклянного переплетения: Использование стекол с плотным переплетением в ламинатах обеспечивает более однородные диэлектрические свойства, что важно для стабильных электрических характеристик, особенно в высокоскоростных приложениях.

Преимущества 10-слойных печатных плат

10-слойная печатная плата предлагает значительные преимущества, особенно для сложных электронных устройств. Его многослойная структура позволяет создавать более эффективные и сложные конструкции. Вот некоторые ключевые преимущества:

• Дополнительные каналы маршрутизации: Десять уровней значительно уменьшают перегрузку маршрутизации, что особенно полезно для интеграции сложных интегральных схем (ИС) с большим количеством выводов. Это упрощает проектирование сложных схем, не требуя места для соединений.

• Высокоскоростной дизайн: Тщательное расположение 10 слоев имеет решающее значение для поддержания контролируемого импеданса в линиях, особенно на внутренних слоях. Это важно для высокоскоростных электронных устройств, обеспечивая целостность сигнала и уменьшая задержки.

• Меньшие размеры досок: Многоуровневый подход обеспечивает более компактную компоновку, позволяя размещать печатную плату в корпусах меньшего размера. Это важнейшее преимущество в современной электронике, где постоянно стремятся к миниатюризации без ущерба для производительности.

• Более высокая плотность компонентов: Конструкция обеспечивает минимальное расстояние между компонентами и уменьшает занимаемую площадь, позволяя размещать на плате больше компонентов. Такое размещение компонентов с высокой плотностью имеет важное значение для современных сложных электронных устройств.

• RF/высокочастотный дизайн: Дополнительные слои в печатной плате помогают контролировать потери, паразитные помехи и обеспечивать лучшее экранирование, что имеет решающее значение для проектирования радиочастотных (РЧ) и высокочастотных схем.

• Разделение смешанного сигнала: В 10-слойной печатной плате цифровые и аналоговые сигналы могут быть изолированы на отдельных слоях. Такое разделение имеет решающее значение для предотвращения помех между этими двумя типами сигналов, обеспечивая целостность и точность обрабатываемых данных.

Минусы использования 10-слойной печатной платы

Хотя 10-слойные печатные платы предлагают ряд преимуществ в производстве электроники, они также имеют ряд недостатков, особенно по сравнению с более простыми конструкциями печатных плат. Вот некоторые из основных недостатков, связанных с 10-слойными печатными платами:

• Высокая стоимость: Многослойные печатные платы, такие как 10-слойный вариант, более дороги в проектировании, производстве и потенциальной доработке. Они требуют больше времени и труда на сборку, да и сложны.

• Устранение неполадок и проблемы с ремонтом: Ремонт многослойной печатной платы, такой как 10-слойная плата, является более сложной задачей, чем Плата 2 Layer or Уровень 4 pcb.

• Более длительное время производства: Это может быть существенным фактором в проектах со сжатыми сроками или когда требуется быстрое выполнение работ.

• Ограниченная доступность: Не все Производители печатных плат иметь возможность или оборудование для производства многослойных печатных плат.

Применение 10-слойной печатной платы

10-слойные печатные платы используются в различных передовых электронных приложениях, где решающее значение имеют сложность, производительность и оптимизация пространства. Их многоуровневая структура предлагает расширенные возможности, которые особенно полезны в следующих областях:

Бытовая электроника

В таких гаджетах, как смартфоны, планшеты и ноутбуки, пространство ограничено, но требования к функциональности высоки. 10-слойные печатные платы позволяют этим устройствам размещать больше компонентов на меньшей площади, что делает их мощными и при этом компактными.

Автомобильная электроника

Современные автомобили оснащены передовыми системами навигации, информационно-развлекательной системы и помощи водителю. В этих системах используются 10-слойные печатные платы из-за их способности работать со сложными цепями и выдерживать различные условия окружающей среды внутри автомобиля.

Медицинские приборы

В медицинском оборудовании, таком как аппараты МРТ, системы мониторинга пациентов и диагностические инструменты, точность и надежность имеют первостепенное значение. 10-слойные печатные платы обеспечивают необходимую сложность и высокую плотность размещения компонентов, необходимые для этих чувствительных и важных устройств.

Индустриальная автоматизация

В автоматизированных системах производства и управления 10-слойные печатные платы используются из-за их способности поддерживать сложные схемы, необходимые для датчиков, контроллеров и исполнительных механизмов. Их надежность и эффективность необходимы для бесперебойной работы автоматизированных процессов.

Примеры того, что мы сделали для 10-слойных печатных плат

10-слойная печатная плата с иммерсионным золотом с толщиной меди 1 унции

• Слой: 10 слоя

• Материал: ФР4 ТГ170

• Размер: 325.48mm * 180.15mm

• Толщина готовой доски: 2.4 мм

• Внешний слой Толщина готовой меди: 1 унций

• Толщина меди основания внутреннего слоя: 1 унций

• Поверхностная обработка: Иммерсионное Золото;

10-слойная печатная плата с иммерсионным золотом с толщиной меди 1.5 унции

• Слой: 10 слоя

• Материал: ФР4 ТГ180

• Размер: 325.48mm * 180.15mm

• Толщина готовой доски: 2.0 мм

• Внешний слой Толщина готовой меди: 1.5 унций

• Толщина меди основания внутреннего слоя: 1 унций

• Минимальная ширина трассы/пространство: 3.5 мил

• Минимальный размер отверстия: 0.2 мм

• Мин. медь стены отверстия: ≥25UM

• Цвет паяльной маски: глянцевый зеленый

• Отделка поверхности: иммерсионное золото

Выбор подходящего производителя 10-слойной печатной платы

Выбор подходящего производителя 10-слойной печатной платы имеет решающее значение для обеспечения качества и надежности ваших электронных продуктов. Вот некоторые ключевые факторы, которые следует учитывать:

• Опыт и знания: ищите производителя с солидным опытом производства многослойных печатных плат.

• Производственные возможности: убедитесь, что у производителя есть необходимое оборудование и технологии для производства 10-слойных печатных плат.

• Процессы контроля качества: Надежный производитель должен иметь строгие меры контроля качества. Сюда входят такие процессы проверки, как автоматический оптический контроль (AOI) и рентгеновский контроль для обнаружения любых потенциальных проблем со слоями или отверстиями в печатной плате. Узнать больше о Инспекция печатных плат.

• Сертификаты. Ищите производителей, имеющих соответствующие отраслевые сертификаты, такие как ISO 9001 или соответствие IPC.

• Экономическая эффективность. Хотя стоимость не должна быть единственным решающим фактором, важно обеспечить конкурентоспособность и прозрачность цен.

Если вы заинтригованы расширенными возможностями 10-слойных печатных плат и рассматриваете их для своего следующего проекта, Связаться с нами и обсудить ваши конкретные потребности.