Hogyan működik a kétoldalas PCB? Struktúra, Vias és Alkalmazások

Mi az a kétoldalas PCB és hogyan működik?

A kétoldalas PCB egy nyomtatott áramköri lap, amely vezetőképes rézréteggel van ellátva a szigetelő hordozó tetején és alján is, lyukakon keresztül bevonva elektromosan összeköti a két oldalt. Ellentétben az egyoldalas kártyákkal, ahol minden nyom és alkatrész egy felületen helyezkedik el, a kétoldalas kártya lehetővé teszi, hogy a jelek és a teljesítmény átjusson az egyik rétegből a másikba a bevonatos átmeneteken keresztül. Abban a pillanatban, amikor megkérdezed hogyan működik a kétoldalas PCB , valójában azt kérdezi, hogy ezek a via-ok hogyan teszik lehetővé egy összetett áramkör irányítását egy kompakt térben. Mindegyik átmenő egy rézbevonatú henger, amely áthidalja a két rézréteget, tiszta, professzionális összeköttetéssé változtatva az áthidaló vezetékek irányíthatatlan labirintusát.

A tábla funkcionális magja a kétoldalas PCB via connection . Átmenetek nélkül a két rézoldal elektromosan elszigetelve maradna egymástól, és minden nyom, aminek át kell jutnia egy másikon, zsákutcába kerülne. A bevonatos átmenő lyukakkal a tervező a jelet a felső rétegből az alsó rétegbe ejtheti egy átmenőn keresztül, átvezetheti az akadályok alá, és visszahozhatja, ahol szükséges. Ez drámaian felszabadítja az útválasztási sűrűséget. Egy kétoldalas tábla nagyjából elfér kétszerese az áramkör bonyolultságának azonos méretű egyoldalas tábla, így ez a legtöbb fogyasztói, ipari és autóipari elektronikai cikk alapvonala.

Kétoldalas PCB szerkezet: rétegek, réz és szubsztrátum

A kétoldalas PCB structure öt különálló rétegből áll: felső rézfólia, egy dielektromos hordozó, alsó rézfólia és két külső forrasztómaszk réteg. Az aljzat szinte mindig FR-4 – égésgátló epoxi-üveg kompozit – tipikus vastagsága kb. 1,6 mm szabványos táblákhoz, bár szűk helyeken vékonyabb, 0,8 mm-es vagy 1,0 mm-es magokat használnak. A rézfóliát a mag mindkét oldalára laminálják hő és nyomás hatására. Kulcsfontosságú tervezési paraméter a kétoldalas PCB copper thickness , leggyakrabban 1 oz/ft²-ként határozzák meg (körülbelül 35 µm vastagság). Erőteljesítmény-elektronikánál vagy motorvezérlőknél 2 uncia (70 µm) vagy akár 3 oz (105 µm) rezet használnak a nagyobb áramok kezelésére, túlzott nyomszélesség nélkül.

A plated through holes that define a kétoldalas PCB with plated through holes nem egyszerű csövek. Minden lyukat átfúrnak a szubsztrátumon és a rézfólián, majd a lyuk falára kémiailag lerakják az elektromágneses rezet, hogy vezetőképes magréteget hozzanak létre. Az elektrolitikus rézbevonat általában a hordóvastagságot növeli 20-25 µm . Ennek a hordónak repedés nélkül túl kell élnie a termikus ciklust; az FR-4 (körülbelül 14-17 ppm/°C a Z-tengelyen) és a réz (17 ppm/°C) közötti hőtágulási együtthatója minden alkalommal megterheli az átmenő hengert, amikor a tábla újrafolyós forrasztáson megy keresztül. A jól kidolgozott lemezelt átmenő furat ellenáll több mint 500 termikus ciklus mielőtt az ellenállás több mint 10%-kal nő az IPC-6012 Class 2 elfogadási szabványoknak megfelelően.

Kétoldalas PCB gyártási folyamat: a csupasz laminálttól a kész lapig

A kétoldalas PCB manufacturing process olyan sorrendet követ, amelyet úgy finomítottak, hogy megbízható táblákat állítsanak elő nagy méretekben. Kétoldalas, rézbevonatú laminált lemezzel kezdődik. Az első nagy művelet a fúrás – a számítógép által vezérelt mechanikus fúrók lyukakat hoznak létre 0,2 mm és 6,35 mm között , ahol a leggyakoribb átmérők 0,3 mm és 0,5 mm közé esnek. A furatfal minősége fúrás után kritikus; a fúrószár szennyeződése bevonhatja a belső rézéleket, és megakadályozhatja a bevonat megfelelő tapadását. A plazma vagy permanganát kémiával végzett kenetmentesítési eljárás eltávolítja ezt a maradékot.

Ezután következik az elektromentes rézleválasztás, amely a lyuk falait vezetőképessé teszi, majd a panelbevonat, amely a rézhordót építi fel, és egyenletesen növeli a felületi réz vastagságát. A képalkotási eljárás mindkét oldalára szárazfilmes fotorezisztet alkalmaz, a felső és alsó grafikát rögzítőcsapok segítségével igazítja, és a védőréteget UV-fénynek teszi ki. A nemkívánatos réz előhívása és maratása után a belső réteg nyomai, párnák és átvezető felületek maradnak. A tábla ezután folyékony, fényképezhető forrasztómaszkot kap – jellemzően zöld, de bármilyen színű –, amely csak a párnákat és az átmeneteket hagyja szabadon. Az utolsó szakaszban a felületkezelést alkalmazzák: HASL (forrasztókiegyenlítés forró levegővel), ENIG (elektromos nikkel-immerziós arany) vagy OSP (organikus forrasztásvédő szer), a szükséges eltarthatósági időtől és forrasztási folyamattól függően. Az egész kétoldalas PCB manufacturing process a csupasz laminálttól a kész tábláig be lehet fejezni 24-72 óra modern létesítményben, 98% feletti hozamokkal a standard komplexitású kiviteleknél.

Kétoldalas NYÁK-kialakítás: Vias, nyomkövetési útválasztás és rézvastagság kiválasztása

Hatékony kétoldalas PCB design réteg hozzárendeléssel kezdődik. Az egyik általános stratégia a felső réteget elsősorban az alkatrészeknek és a rövid összeköttetéseknek szenteli, míg az alsó réteg alapsíkként és útválasztó csatornaként szolgál a hosszabb jelek számára. A kétoldalas PCB via connection a tervező eszközévé válik a jelek e síkok közötti mozgatásához. A nyílásokat az általuk kiszolgált alátét közelében kell elhelyezni, minimálisra csökkentve a csonk hosszát és az induktivitást, de nem olyan közel, hogy a forrasztóanyag az összeszerelés során felszívódjon. Egy jó hüvelykujjszabály legalább a via élt helyezi el 0,25 mm a betét szélétől a szabványos sűrűségű kivitelekhez.

A megfelelő kiválasztása kétoldalas PCB copper thickness egy termikus és elektromos döntés, nem pedig önkényes választás. Az alábbi táblázat összefoglalja a gyakorlati áramkapacitásokat általános rézsúlyokhoz 10°C-os hőmérséklet-emelkedés mellett, az IPC-2221 külső rétegekre vonatkozó irányelvei alapján.

Megadáskor kétoldalas PCB design paraméterek esetén a bevont átmenő furat oldalaránya – a lemez vastagsága osztva a furat átmérőjével – nem haladhatja meg 8:1 normál gyártáshoz . Az 1,6 mm vastag tábla 0,3 mm-es átmenőnyílással 5,3:1 arányt biztosít, kényelmesen a megbízható bevonatú ablakon belül. A 10:1 feletti nyomás növeli az üregek kialakulásának kockázatát a bevonathordóban, és növeli a költségeket, mivel speciális bevonófürdőkre és hosszabb feldolgozási időre van szükség.

Kétoldalas NYÁK-alkalmazások a fogyasztói, ipari és autóipari elektronikai iparban

Kétoldalas PCB alkalmazások gyakorlatilag minden elektronikus termékre kiterjed, ahol az alkatrészsűrűség meghaladja azt, amit egyetlen réteg elbír, de a költségvetés vagy a hely még nem indokolja a többrétegű táblát. A fogyasztói elektronikában a kétoldalas lapok képezik a hálózati adapterek, a TV tápegységek, a mosógép-vezérlő modulok és a mikrohullámú sütő vezérlők alapját. Egy tipikus háztartási gép vezérlője kétoldalas táblát használ 1,6 mm FR-4, 1 oz copper, and ENIG finish , a felső oldalon található mikrokontrollerek, relék és csatlakozók kivezetései, míg az alsó oldalon a nagyfeszültségű nyomvonalakat leválasztó nyílásokkal.

Az autóiparban a kétoldalas PCB-k az ajtóvezérlő modulokban, a LED-es világítási meghajtókban és az érzékelő interfészekben találhatók. Ezeknek a lapoknak át kell menniük a hősokk teszteken -40°C és 125°C között, és a kétoldalas PCB with plated through holes meg kell őriznie a hordó integritását több ezer hőcikluson keresztül. Az autóipari tervek gyakran előírják 2 oz réz erőnyomokon, és megfelelő bevonatot igényelnek az összeszerelt tábla felett. Az ipari motoros hajtások, PLC-k és műszermodulok hasonlóképpen kétoldalas lapokra támaszkodnak vastag rézzel és nehéz forrasztómaszkokkal, hogy kezeljék a nagyfeszültségű kúszótávokat. Az egyszerűség és a bizonyított megbízhatóság a kétoldalas PCB structure továbbra is releváns marad a HDI és a többrétegű technológiák fejlődése során is – továbbra is a költségoptimalizált választás minden olyan áramkör számára, amelynek két jelrétegre van szüksége, semmi többre.