Kuinka kaksipuolinen piirilevy toimii? Rakenne, kulkuyhteydet ja sovellukset

Mikä on kaksipuolinen piirilevy ja miten se toimii?

A kaksipuolinen piirilevy on painettu piirilevy, jossa on johtava kuparikerros eristävän alustan päällä ja pohjassa, pinnoitettu reikien läpi yhdistää sähköisesti molemmat puolet. Toisin kuin yksipuolisessa levyssä, jossa kaikki jäljet ​​ja komponentit sijaitsevat yhdellä pinnalla, kaksipuolinen kortti sallii signaalin ja tehon siirtyä kerroksesta toiseen pinnoitettujen läpivientien kautta. Sillä hetkellä kun kysyt miten kaksipuolinen piirilevy toimii , kysyt todella, kuinka nämä viat mahdollistavat monimutkaisen piirin reitittämisen kompaktissa tilassa. Jokainen läpivienti on kuparipinnoitettu piippu, joka yhdistää kaksi kuparikerrosta ja muuttaa hyppyjohtimien reitittävän sokkelon puhtaaksi, ammattimaiseksi liitäntäksi.

Levyn toiminnallinen ydin on kaksipuolinen piirilevy via connection . Ilman läpivientejä kaksi kuparipuolta pysyisivät sähköisesti eristettyinä toisistaan, ja kaikki jäljet, jotka tarvitsisivat ylittää toisen, umpikuivat. Pinnoitettujen läpimenevien reikien avulla suunnittelija voi pudottaa signaalin yläkerroksesta alempaan kerrokseen läpiviennin kautta, reitittää sen esteiden alle ja tuoda sen takaisin tarvittaessa. Tämä vapauttaa reititystiheyttä dramaattisesti. Kaksipuolinen lauta voi isännöidä karkeasti kaksinkertainen piirin monimutkaisuus yksipuolisesta samankokoisesta levystä, mikä tekee siitä perustan useimmille kuluttaja-, teollisuus- ja autoelektroniikolle.

Kaksipuolinen piirilevyrakenne: kerrokset, kupari ja alusta

The kaksipuolinen piirilevy structure koostuu viidestä erillisestä kerroksesta: ylempi kuparikalvo, dielektrinen alusta, alempi kuparikalvo ja kaksi ulompaa juotosmaskikerrosta. Substraatti on lähes aina FR-4 – palamista hidastavaa epoksilasikomposiittia – jonka tyypillinen paksuus on n. 1,6 mm tavallisille levyille, vaikka tiukassa tilassa käytetään ohuempia 0,8 mm tai 1,0 mm hylsyjä. Kuparifolio laminoidaan tämän ytimen molemmille puolille lämmön ja paineen alaisena. Keskeinen suunnitteluparametri on kaksipuolinen piirilevy copper thickness , yleisimmin määritelty 1 oz/ft² (noin 35 µm paksu). Tehoelektroniikassa tai moottorisäätimissä käytetään 2 unssia (70 µm) tai jopa 3 unssia (105 µm) kuparia käsittelemään suurempia virtoja ilman liiallista jälkileveyttä.

Pinnoitetut läpimenevät reiät, jotka määrittävät a kaksipuolinen piirilevy with plated through holes eivät ole yksinkertaisia putkia. Jokainen reikä porataan alustan ja kuparikalvon läpi, minkä jälkeen kemiallisesti kerrostetaan kemiallisesti reiän seinämään johtavan siemenkerroksen muodostamiseksi. Elektrolyyttinen kuparipinnoitus rakentaa tynnyrin paksuuden tyypilliseen 20-25 µm . Tämän tynnyrin täytyy kestää lämpökierto ilman halkeilua; lämpölaajenemiskerroin epäsopivuus FR-4:n (noin 14–17 ppm/°C Z-akselilla) ja kuparin (17 ppm/°C) välillä rasittaa läpivientipiippua aina, kun levy käy läpi sulatusjuottamisen. Hyvin tehty pinnoitettu läpireikä kestää yli 500 lämpösykliä ennen kuin vastus kasvaa yli 10 % IPC-6012 Class 2 hyväksymisstandardien mukaisesti.

Kaksipuolinen piirilevyn valmistusprosessi: Paljasta laminaatista valmiiksi levyksi

The kaksipuolinen piirilevy manufacturing process seuraa sarjaa, joka on jalostettu tuottamaan luotettavia levyjä mittakaavassa. Se alkaa kaksipuolisella kuparipäällysteisellä laminaatilla, joka on leikattu paneelin kokoon. Ensimmäinen suuri toimenpide on poraus – tietokoneohjatut mekaaniset porat luovat reikiä, jotka vaihtelevat 0,2 mm - 6,35 mm , jossa yleisimmät läpivientien halkaisijat ovat 0,3–0,5 mm. Reiän seinämän laatu porauksen jälkeen on kriittinen; poranterästä jäänyt tahra voi peittää kuparin sisäreunat ja estää pinnoitteen oikean kiinnittymisen. Plasma- tai permanganaattikemiaa käyttävä rasvanpoistoprosessi poistaa tämän jäännöksen.

Seuraavaksi tulee kemiallinen kuparipinnoitus, joka tekee reikien seinämistä johtavia, ja sitä seuraa paneelipinnoitus, joka rakentaa kupariputken ja lisää kuparin pinnan paksuutta tasaisesti. Kuvausprosessissa käytetään kuivafilmivaloresistiä molemmille puolille, kohdistetaan ylä- ja alaosa kuvien avulla kohdistusnastoilla ja valotetaan esto UV-valolla. Kun ei-toivottu kupari on kehitetty ja syövytetty, sisäkerroksen jäljet, tyynyt ja läpivientialueet jäävät jäljelle. Levy saa sitten nestemäisen valokuvien juotosmaskin – tyypillisesti vihreän, mutta minkä tahansa värin –, joka jättää vain tyynyt ja läpiviennit näkyviin. Viimeisessä vaiheessa käytetään pintakäsittelyä: HASL (kuumailma juotteen tasoitus), ENIG (elektroninen nikkeliimmersiokulta) tai OSP (orgaaninen juotettavuuden suoja-aine) vaaditusta säilyvyydestä ja juotosprosessista riippuen. Koko kaksipuolinen piirilevy manufacturing process paljaasta laminaatista valmiiksi levyksi voidaan viimeistellä 24-72 tuntia nykyaikaisessa laitoksessa yli 98 %:n tuotolla standardin monimutkaisille malleille.

Kaksipuolinen piirilevysuunnittelu: läpiviennit, jäljitysreititys ja kuparin paksuuden valinta

Tehokas kaksipuolinen piirilevy design alkaa tasojen määrittämisellä. Yksi yleinen strategia omistaa ylimmän kerroksen ensisijaisesti komponenteille ja lyhyille yhteyksille, kun taas alin kerros toimii maatasona ja reitityskanavana pidempiä signaaleja varten. The kaksipuolinen piirilevy via connection siitä tulee suunnittelijan työkalu signaalien siirtämiseen näiden tasojen välillä. Läpiviennit tulee sijoittaa lähelle tyynyä, jota ne palvelevat, minimoiden päiden pituus ja induktanssi, mutta ei niin lähelle, että juote imeytyy alas asennuksen aikana. Hyvä nyrkkisääntö sijoittaa ainakin kauttakulkureunan 0,25 mm tyynyn reunasta vakiotiheysmalleille.

Valitse sopiva kaksipuolinen piirilevy copper thickness on lämpö- ja sähköpäätös, ei mielivaltainen valinta. Alla olevassa taulukossa on yhteenveto käytännöllisistä virtakapasiteeteista tavallisille kuparipainoille 10 °C:n lämpötilan nousussa, perustuen IPC-2221-ohjeisiin ulkoisille kerroksille.

Määritettäessä kaksipuolinen piirilevy design parametrien mukaan pinnoitetun läpireiän sivusuhde – levyn paksuus jaettuna poratun reiän halkaisijalla – ei saa ylittää 8:1 vakiovalmistukseen . 1,6 mm paksu levy, jossa on 0,3 mm:n läpivienti, tuottaa 5,3:1-suhteen mukavasti luotettavassa pinnoitusikkunassa. Työntäminen yli 10:1 lisää pinnoitustynnyrissä olevien tyhjien tilanteiden riskiä ja lisää kustannuksia, koska tarvitaan erityisiä pinnoituskylpyjä ja pidempiä prosessiaikoja.

Kaksipuoliset piirilevysovellukset kuluttaja-, teollisuus- ja autoelektroniikassa

Kaksipuoliset piirilevysovellukset kattaa lähes kaikki elektroniikkatuotteet, joissa komponenttien tiheys ylittää sen, mitä yksi kerros pystyy käsittelemään, mutta budjetti tai tila ei vielä oikeuta monikerroslevyä. Kulutuselektroniikassa kaksipuoliset levyt ovat virtalähteiden, television virtalähteiden, pesukoneen ohjausmoduulien ja mikroaaltouunin ohjaimien perusta. Tyypillinen kodinkoneohjain käyttää kaksipuolista levyä 1,6 mm FR-4, 1 oz copper, and ENIG finish , isännöi mikro-ohjaimia, releitä ja liitinliittimiä yläpuolella ja reitittää korkeajännitejäljet alapuolelle eristyspaikoilla.

Autoteollisuudessa kaksipuolisia piirilevyjä löytyy oviohjausmoduuleista, LED-valaistusohjaimista ja anturiliitännöistä. Näiden levyjen on läpäistävä lämpöshokkitestit -40 °C - 125 °C, ja kaksipuolinen piirilevy with plated through holes on säilytettävä piipun eheys tuhansien lämpöjaksojen ajan. Autojen suunnittelussa määritellään usein 2 unssia kuparia tehojäljissä ja vaativat kootun levyn päälle sopivan pinnoitteen. Teollisuuden moottorikäytöt, PLC:t ja instrumentointimoduulit luottavat vastaavasti kaksipuolisiin levyihin, joissa on paksu kupari ja raskaat juotosmaskit, jotka kestävät korkeajännitteisiä virumisetäisyyksiä. Yksinkertaisuus ja todistettu luotettavuus kaksipuolinen piirilevy structure pitää sen ajan tasalla, vaikka HDI- ja monikerroksiset tekniikat kehittyvät – se on edelleen kustannusoptimoitu valinta mille tahansa piirille, joka tarvitsee kaksi signaalikerrosta eikä mitään muuta.