Ako funguje obojstranná doska plošných spojov? Štruktúra, priechody a aplikácie

Čo je to obojstranná doska plošných spojov a ako to funguje?

A obojstranná DPS je doska s plošnými spojmi s vodivou medenou vrstvou na vrchnej aj spodnej strane izolačného substrátu, s pokovované cez otvory elektrické spojenie oboch strán. Na rozdiel od jednostrannej dosky, kde všetky stopy a komponenty sedia na jednom povrchu, obojstranná doska umožňuje signálom a napájaniu prechádzať z jednej vrstvy do druhej cez pokovované priechody. Vo chvíli, keď sa pýtaš ako funguje obojstranná doska plošných spojov , naozaj sa pýtate, ako tie priechody umožňujú viesť zložitý okruh v kompaktnom priestore. Každý priechod je pomedený valec, ktorý premosťuje dve medené vrstvy, čím sa z nepresmerovateľného bludiska prepojovacích káblov stáva čisté, profesionálne prepojenie.

Funkčným jadrom dosky je obojstranná DPS via connection . Bez priechodov by obe medené strany zostali navzájom elektricky izolované a akákoľvek stopa, ktorá by potrebovala prejsť cez druhú, by bola slepá. S pokovovanými priechodnými otvormi môže dizajnér preniesť signál z hornej vrstvy do spodnej vrstvy cez priechod, smerovať ho pod prekážky a priviesť ho späť tam, kde je to potrebné. Tým sa dramaticky uvoľní hustota smerovania. Obojstranná doska môže hostiť zhruba dvojnásobná zložitosť obvodu jednostrannej dosky rovnakých rozmerov, čo z nej robí základ pre väčšinu spotrebnej, priemyselnej a automobilovej elektroniky.

Štruktúra obojstrannej dosky plošných spojov: vrstvy, meď a substrát

The obojstranná DPS structure pozostáva z piatich odlišných vrstiev: vrchnej medenej fólie, dielektrického substrátu, spodnej medenej fólie a dvoch vonkajších vrstiev spájkovacej masky. Substrát je takmer vždy FR-4 – nehorľavý kompozit epoxidového skla – s typickou hrúbkou 1,6 mm pre štandardné dosky, hoci tam, kde je málo miesta, sa používajú tenšie jadrá 0,8 mm alebo 1,0 mm. Medená fólia je za tepla a tlaku nalaminovaná na obe strany tohto jadra. Kľúčovým parametrom dizajnu je obojstranná DPS copper thickness , najčastejšie špecifikované ako 1 oz/ft² (približne 35 µm hrúbka). Pre výkonovú elektroniku alebo ovládače motora sa používa 2 oz (70 µm) alebo dokonca 3 oz (105 µm) medi na zvládnutie vyšších prúdov bez nadmernej šírky stopy.

Pokovované priechodné otvory, ktoré definujú a obojstranná DPS with plated through holes nie sú jednoduché rúrky. Každý otvor sa vyvŕta cez substrát a medenú fóliu, potom sa na stenu otvoru chemicky nanesie bezprúdová meď, aby sa vytvorila vodivá vrstva zárodkov. Elektrolytické pokovovanie medi vytvára hrúbku hlavne 20-25 µm . Táto hlaveň musí prežiť tepelné cyklovanie bez prasknutia; nesúlad koeficientu tepelnej rozťažnosti medzi FR-4 (približne 14–17 ppm/°C v osi Z) a meďou (17 ppm/°C) zaťažuje priechodový valec zakaždým, keď doska prechádza spájkovaním pretavením. Dobre vyrobený pokovený priechodný otvor vydrží viac ako 500 tepelných cyklov pred zvýšením odolnosti o viac ako 10%, podľa akceptačných noriem IPC-6012 triedy 2.

Výrobný proces obojstrannej dosky plošných spojov: Od holého laminátu po hotovú dosku

The obojstranná DPS manufacturing process nasleduje sekvenciu, ktorá bola vylepšená tak, aby vyrábala spoľahlivé dosky v mierke. Začína sa obojstranným meďou plátovaným laminátom narezaným na veľkosť panelu. Prvou hlavnou operáciou je vŕtanie – počítačom riadené mechanické vŕtačky vytvárajú diery od 0,2 mm až 6,35 mm , pričom najbežnejšie priemery priechodov spadajú medzi 0,3 mm a 0,5 mm. Kvalita steny otvoru po vŕtaní je kritická; šmuhy z vrtáku môžu pokryť vnútorné medené okraje a zabrániť správnej priľnavosti pokovovania. Odmazávací proces využívajúci plazmu alebo manganistanovú chémiu odstraňuje tento zvyšok.

Nasleduje bezprúdové nanášanie medi, vďaka ktorému sú steny otvoru vodivé, nasledované pokovovaním panela, ktoré vytvára medený valec a rovnomerne zvyšuje povrchovú hrúbku medi. Proces zobrazovania aplikuje na obe strany fotorezist zo suchého filmu, zarovná hornú a spodnú predlohu pomocou registračných kolíkov a vystaví rezist UV žiareniu. Po vyvolaní a leptaní nežiaducej medi zostanú stopy vnútornej vrstvy, podložky a priechodky. Doska potom dostane tekutú fotozobraziteľnú spájkovaciu masku - zvyčajne zelenú, ale akúkoľvek farbu - ktorá ponecháva odkryté iba podložky a priechody. V záverečnej fáze sa aplikuje povrchová úprava: HASL (teplovzdušná spájkovacia nivelácia), ENIG (bezelektrické niklové imerzné zlato) alebo OSP (organická ochrana spájkovateľnosti), v závislosti od požadovanej trvanlivosti a procesu spájkovania. celý obojstranná DPS manufacturing process od holého laminátu až po hotovú dosku je možné dokončiť v 24 až 72 hodín v modernom zariadení s výťažnosťou nad 98 % pre štandardné komplexné návrhy.

Dizajn obojstrannej dosky plošných spojov: Prechody, Trace Routing a Výber hrúbky medi

Efektívne obojstranná DPS design začína priradením vrstiev. Jedna spoločná stratégia venuje vrchnú vrstvu primárne komponentom a krátkym prepojeniam, zatiaľ čo spodná vrstva slúži ako základná rovina a smerovací kanál pre dlhšie signály. The obojstranná DPS via connection sa stáva nástrojom dizajnéra na presúvanie signálov medzi týmito rovinami. Prechody by mali byť umiestnené blízko podložky, ktorú obsluhujú, čím sa minimalizuje dĺžka výčnelku a indukčnosť, ale nie tak blízko, aby sa spájka počas montáže vzniesla. Dobré pravidlo umiestňuje aspoň prechodovú hranu 0,25 mm od okraja podložky pre vzory so štandardnou hustotou.

Výber vhodného obojstranná DPS copper thickness je tepelné a elektrické rozhodnutie, nie svojvoľná voľba. Nižšie uvedená tabuľka sumarizuje praktické prúdové kapacity pre bežné medené závažia pri zvýšení teploty o 10 °C na základe smerníc IPC-2221 pre vonkajšie vrstvy.

Pri špecifikácii obojstranná DPS design parametre, pomer strán pokoveného priechodného otvoru – hrúbka dosky delená priemerom vyvŕtaného otvoru – by nemal presiahnuť 8:1 pre štandardnú výrobu . 1,6 mm hrubá doska s 0,3 mm priechodkami poskytuje pomer 5,3:1, pohodlne v rámci spoľahlivého pokovovacieho okna. Potlačenie nad 10:1 zvyšuje riziko dutín v pokovovacom valci a zvyšuje náklady, pretože sú potrebné špeciálne pokovovacie kúpele a dlhší procesný čas.

Obojstranné aplikácie PCB v spotrebnej, priemyselnej a automobilovej elektronike

Obojstranné aplikácie PCB pokrýva prakticky každý elektronický produkt, kde hustota komponentov presahuje to, čo môže zvládnuť jedna vrstva, ale rozpočet alebo priestor ešte neospravedlňujú viacvrstvovú dosku. V spotrebnej elektronike sú obojstranné dosky základom napájacích adaptérov, napájacích zdrojov TV, riadiacich modulov práčok a ovládačov mikrovlnnej rúry. Typický ovládač domácich spotrebičov používa obojstrannú dosku s 1,6 mm FR-4, 1 oz copper, and ENIG finish , ktorá na hornej strane obsahuje mikrokontroléry, relé a svorky konektorov, pričom na spodnej strane vedie vysokonapäťové stopy pomocou izolačných slotov.

V automobilovom sektore sa obojstranné dosky plošných spojov nachádzajú v moduloch ovládania dverí, ovládačoch osvetlenia LED a rozhraniach snímačov. Tieto dosky musia prejsť testami tepelného šoku od -40°C do 125°C a obojstranná DPS with plated through holes musí zachovať integritu hlavne počas tisícok tepelných cyklov. Automobilové konštrukcie často špecifikujú 2 oz medi na výkonových trasách a vyžadujú si konformný náter na zostavenú dosku. Priemyselné motorové pohony, PLC a prístrojové moduly sa podobne spoliehajú na obojstranné dosky s hrubými medenými a ťažkými spájkovacími priehradkami, aby zvládli vysokonapäťové povrchové cesty. Jednoduchosť a overená spoľahlivosť obojstranná DPS structure udržujte ho relevantné, aj keď HDI a viacvrstvové technológie napredujú – zostáva cenovo optimalizovanou voľbou pre akýkoľvek obvod, ktorý potrebuje dve vrstvy signálu a nič viac.