מהנדסי חשמל מתמודדים לעתים קרובות עם הדילמה של קביעת מספר השכבות האופטימלי עבור עיצוב PCB.האם עדיף להשתמש ביותר שכבות או פחות שכבות?איך מקבלים את ההחלטה על מספר השכבות עבור PCB?
1. מה המשמעות של שכבת PCB?
השכבות של PCB מתייחסות לשכבות הנחושת המשולבות עם המצע.מלבד PCB חד-שכבתי שיש להם רק שכבת נחושת אחת, לכל PCB עם שתי שכבות או יותר יש מספר זוגי של שכבות.הרכיבים מולחמים על השכבה החיצונית ביותר, בעוד השכבות האחרות משמשות כחיבורי חיווט.עם זאת, כמה PCBs מתקדמים יטמיעו גם רכיבים בתוך השכבות הפנימיות.
PCB משמשים לייצור מכשירים ומכונות אלקטרוניות שונות בתעשיות שונות, כגון מוצרי צריכה אלקטרוניים, רכב, טלקומוניקציה, תעופה וחלל, צבא ורפואה
תעשיות.מספר השכבות והגודל של לוח ספציפי קובעים את ההספק והקיבולת של ה-PCB.ככל שמספר השכבות גדל, כך גם הפונקציונליות עולה.
2. כיצד לקבוע את מספר שכבות ה-PCB?
כאשר מחליטים על מספר השכבות המתאים עבור PCB, חשוב לקחת בחשבון את היתרונות של שימוש במספר שכבות לעומת שכבות בודדות או כפולות.יחד עם זאת, יש גם לשקול את היתרונות של שימוש בעיצוב שכבה אחת לעומת אלו של עיצובים רב שכבתיים.ניתן להעריך גורמים אלה מחמש נקודות המבט הבאות:
2-1.היכן ישמש ה-PCB?
בעת קביעת המפרט של לוח PCB, חשוב לקחת בחשבון את המכונה או הציוד המיועדים שה-PCB ישמש בו, כמו גם את דרישות המעגלים הספציפיות עבור ציוד כזה.זה כולל זיהוי אם לוח ה-PCB ישמש ב- ו
מוצרים אלקטרוניים מורכבים, או במוצרים פשוטים יותר עם פונקציונליות בסיסית.
2-2.איזה תדר עבודה נדרש עבור ה-PCB?
יש לקחת בחשבון את נושא תדירות העבודה בעת תכנון PCB שכן פרמטר זה קובע את הפונקציונליות והקיבולת של ה-PCB.למהירות ויכולות תפעוליות גבוהות יותר, לוחות PCB רב-שכבתיים הם חיוניים.
2-3.מהו תקציב הפרויקט?
גורמים נוספים שיש לקחת בחשבון הם עלויות הייצור של יחיד
ו-PCB שכבה כפולה לעומת PCB רב-שכבתי.אם אתה רוצה PCB עם קיבולת גבוהה ככל האפשר, העלות בהכרח תהיה גבוהה יחסית.
יש אנשים ששואלים על הקשר בין מספר השכבות ב-PCB לבין המחיר שלו.בדרך כלל, ככל שיש ל-PCB יותר שכבות, המחיר שלו גבוה יותר.הסיבה לכך היא שתכנון וייצור של PCB רב שכבתי לוקח יותר זמן ולכן עולה יותר.התרשים שלהלן מציג את העלות הממוצעת של PCBs רב-שכבתיים עבור שלושה יצרנים שונים בתנאים הבאים:
כמות הזמנה של PCB: 100;
גודל PCB: 400 מ"מ x 200 מ"מ;
מספר שכבות: 2, 4, 6, 8, 10.
התרשים מציג את המחיר הממוצע של PCB משלוש חברות שונות, לא כולל עלויות משלוח.ניתן להעריך את העלות של PCB באמצעות אתרי הצעות מחיר של PCB, המאפשרים לבחור פרמטרים שונים כגון סוג מוליך, גודל, כמות ומספר שכבות.תרשים זה מספק רק מושג כללי על מחירי ה-PCB הממוצעים משלושה יצרנים, והמחירים עשויים להשתנות בהתאם למספר השכבות.עלויות משלוח אינן כלולות.מחשבונים יעילים זמינים באינטרנט, מסופקים על ידי היצרנים עצמם כדי לעזור ללקוחות להעריך את עלות המעגלים המודפסים שלהם על סמך פרמטרים שונים כגון סוג מוליך, גודל, כמות, מספר שכבות, חומרי בידוד, עובי וכו'.
2-4.מהו זמן האספקה הנדרש עבור ה-PCB?
זמן אספקה מתייחס לזמן הדרוש לייצור ואספקת PCB יחיד/כפול/רב שכבתי.כאשר אתה צריך לייצר כמות גדולה של PCBs, יש לקחת בחשבון את זמן האספקה.זמן האספקה של PCB יחיד/כפול/רב שכבתי משתנה ותלוי בגודל אזור ה-PCB.כמובן שאם אתם מוכנים להוציא יותר כסף, זמן האספקה עלול להתקצר.
2-5.איזו צפיפות ושכבת אות דורש ה-PCB?
מספר השכבות ב-PCB תלוי בצפיפות הפינים ובשכבות האות.לדוגמה, צפיפות פינים של 1.0 דורשת 2 שכבות אות, וככל שצפיפות הפינים יורדת, מספר השכבות הנדרשות יגדל.אם צפיפות הפינים היא 0.2 או פחות, נדרשות לפחות 10 שכבות של PCB.
3.יתרונות של שכבות PCB שונות - חד-שכבתי/כפול-שכבתי/רב-שכבתי.
3-1.PCB חד-שכבתי
הבנייה של PCB חד-שכבתי היא פשוטה, המורכבת משכבה אחת של שכבות דחוסות ומרותכות של חומר מוליך חשמלי.השכבה הראשונה מכוסה בצלחת מצופה נחושת, ולאחר מכן מוחלת שכבת עמידות בפני הלחמה.הדיאגרמה של PCB חד-שכבתי מציגה בדרך כלל שלושה רצועות צבעוניות המייצגות את השכבה ושתי שכבות הכיסוי שלה - אפור עבור השכבה הדיאלקטרית עצמה, חום עבור הלוח המצופה נחושת, וירוק עבור שכבת ההתנגדות להלחמה.
יתרונות:
● עלות ייצור נמוכה, במיוחד לייצור מוצרי צריכה אלקטרוניים, בעלי יעילות גבוהה יותר.
● הרכבה של רכיבים, קידוח, הלחמה והתקנה פשוטים יחסית, ותהליך הייצור פחות יתקל בבעיות.
● חסכוני ומתאים לייצור המוני.
●בחירה אידיאלית עבור עיצובים בצפיפות נמוכה.
יישומים:
● מחשבונים בסיסיים משתמשים ב-PCB חד-שכבתי.
● מכשירי רדיו, כגון שעוני רדיו מעוררים במחיר נמוך בחנויות סחורה כלליות, משתמשים בדרך כלל ב-PCB חד-שכבתי.
● מכונות קפה משתמשות לרוב ב-PCB חד-שכבתי.
● מכשירי חשמל ביתיים מסוימים משתמשים ב-PCB חד-שכבתי.
3-2.PCB דו-שכבתי
PCB דו-שכבתי בעל שתי שכבות של ציפוי נחושת עם שכבת בידוד ביניהן.רכיבים ממוקמים משני צידי הלוח, וזו הסיבה שהוא נקרא גם PCB דו צדדי.הם מיוצרים על ידי חיבור שתי שכבות של נחושת יחד עם חומר דיאלקטרי ביניהן, וכל צד של הנחושת יכול לשדר אותות חשמליים שונים.הם מתאימים ליישומים הדורשים מהירות גבוהה ואריזה קומפקטית.
אותות חשמליים מנותבים בין שתי שכבות הנחושת, והחומר הדיאלקטרי ביניהן עוזר למנוע מאותות אלה להפריע זה לזה.ה-PCB הדו-שכבתי הוא לוח המעגלים הנפוץ והחסכוני ביותר לייצור.
PCB דו-שכבתי דומים ל-PCB חד-שכבתי, אך יש להם חצי תחתון הפוך.בעת שימוש ב-PCB דו-שכבתי, השכבה הדיאלקטרית עבה יותר מזו של PCBs חד-שכבתיים.בנוסף, יש ציפוי נחושת הן בצד העליון והן בצד התחתון של החומר הדיאלקטרי.יתר על כן, החלק העליון והתחתון של לוח למינציה מכוסים בשכבת התנגדות להלחמה.
הדיאגרמה של PCB דו-שכבתי נראה בדרך כלל כמו כריך תלת-שכבתי, כאשר באמצע שכבה אפורה עבה המייצגת את הדיאלקטרי, פסים חומים בשכבה העליונה והתחתון המייצגים את הנחושת, ופסים ירוקים דקים בחלק העליון והתחתון. מייצג את שכבת התנגדות ההלחמה.
יתרונות:
● עיצוב גמיש הופך אותו למתאים למגוון מכשירים.
● מבנה בעלות נמוכה מה שהופך אותו נוח לייצור המוני.
● עיצוב פשוט.
● גודל קטן מתאים לציוד מגוון.
יישומים:
לוחות PCB דו-שכבתיים מתאימים למגוון רחב של מכשירים אלקטרוניים פשוטים ומורכבים.דוגמאות לציוד בייצור המוני הכוללים PCB דו-שכבתי כוללות:
● יחידות HVAC, מערכות חימום וקירור למגורים של מותגים שונים, כולם כוללים מעגלים מודפסים דו-שכבתיים.
● מגברים, לוחות PCB דו-שכבתיים מצוידים ביחידות מגבר המשמשות מוזיקאים רבים.
● מדפסות, ציוד היקפי למחשבים שונים מסתמכים על PCB דו-שכבתי.
3-3.PCB ארבע שכבות
PCB בן 4 שכבות הוא לוח מעגלים מודפס עם ארבע שכבות מוליכות: עליונה, שתי שכבות פנימיות ותחתית.שתי השכבות הפנימיות הן הליבה, המשמשות בדרך כלל כמישור חשמל או הארקה, בעוד השכבות העליונות והתחתונות החיצוניות משמשות להצבת רכיבים ולניתוב אותות.
השכבות החיצוניות מכוסות בדרך כלל בשכבת התנגדות להלחמה עם רפידות חשופות כדי לספק נקודות מיקום לחיבור התקנים צמודי משטח ורכיבים דרך חורים.חורים דרך משמשים בדרך כלל כדי לספק חיבורים בין ארבע השכבות, אשר משולבות יחד ליצירת לוח.
להלן פירוט השכבות הללו:
- שכבה 1: שכבה תחתונה, עשויה בדרך כלל מנחושת.הוא משמש כבסיס לכל לוח המעגלים, ומספק תמיכה לשכבות האחרות.
- שכבה 2: שכבת כוח.זה נקרא כך מכיוון שהוא מספק כוח נקי ויציב לכל הרכיבים בלוח המעגלים.
- שכבה 3: שכבת מישור הארקה, המשמשת כמקור הקרקע לכל הרכיבים בלוח המעגלים.
- שכבה 4: שכבה עליונה המשמשת לניתוב אותות ומתן נקודות חיבור לרכיבים.
בעיצוב 4 שכבות PCB, 4 עקבות נחושת מופרדות על ידי 3 שכבות של דיאלקטרי פנימי ואטומות בחלק העליון והתחתון בשכבות התנגדות להלחמה.בדרך כלל, כללי העיצוב עבור PCB 4-שכבתיים מוצגים באמצעות 9 עקבות ו-3 צבעים - חום עבור נחושת, אפור עבור core ו-prepreg, וירוק עבור הלחמה התנגדות.
יתרונות:
● עמידות - לוחות ארבע-שכבתיים חזקים יותר מלוחות חד-שכבתיים ודו-שכבתיים.
● גודל קומפקטי - העיצוב הקטן של לוחות ארבע שכבות יכול להתאים למגוון רחב של מכשירים.
●גמישות - לוחות ארבע שכבות יכולים לעבוד במספר סוגים של מכשירים אלקטרוניים, כולל פשוטים ומורכבים.
● בטיחות - על ידי יישור נכון של שכבות החשמל והקרקע, לוחות ארבע שכבות יכולים להגן מפני הפרעות אלקטרומגנטיות.
● קל משקל - מכשירים המצוידים ב-PCB בני ארבע שכבות דורשים פחות חיווט פנימי, ולכן הם בדרך כלל קלים יותר במשקל.
יישומים:
● מערכות לווין - לוחות PCB רב שכבתיים מצוידים בלוויינים המקיפים אותם.
● מכשירי כף יד - סמארטפונים וטאבלטים מצוידים בדרך כלל במחשבי PCB בני ארבע שכבות.
● ציוד לחקר החלל - מעגלים מודפסים רב-שכבתיים מספקים כוח לציוד לחקר החלל.
3-4.6 שכבות PCB
PCB בן 6 שכבות הוא בעצם לוח בן 4 שכבות עם שתי שכבות אות נוספות בין המישורים.מחסנית PCB סטנדרטית בת 6 שכבות כוללת 4 שכבות ניתוב (שניים חיצוניים ושניים פנימיים) ו-2 מישורים פנימיים (אחד להארקה ואחד להספק).
מתן 2 שכבות פנימיות לאותות במהירות גבוהה ו-2 שכבות חיצוניות לאותות במהירות נמוכה מגבירה משמעותית את ה-EMI (הפרעות אלקטרומגנטיות).EMI היא האנרגיה של אותות בתוך מכשירים אלקטרוניים המופרעים על ידי קרינה או אינדוקציה.
ישנם סידורים שונים להערמה של PCB בן 6 שכבות, אך מספר שכבות הכוח, האות והקרקע בשימוש תלוי בדרישות היישום.
סטאקאפ סטנדרטי של 6 שכבות PCB כולל שכבה עליונה - prepreg - שכבת קרקע פנימית - ליבה - שכבת ניתוב פנימית - prepreg - שכבת ניתוב פנימית - ליבה - שכבת חשמל פנימית - prepreg - שכבה תחתונה.
למרות שזו תצורה סטנדרטית, ייתכן שהיא לא תתאים לכל עיצובי ה-PCB, וייתכן שיהיה צורך למקם מחדש את השכבות או לקבל שכבות ספציפיות יותר.עם זאת, יש לקחת בחשבון את יעילות החיווט ומזעור ההצלבה בעת הצבתם.
יתרונות:
● חוזק - לוחות PCB בשש שכבות עבים יותר מקודמיהם הדקים ולכן חזקים יותר.
● קומפקטיות - לוחות עם שש שכבות בעובי זה הם בעלי יכולות טכניות גדולות יותר ויכולים לצרוך פחות רוחב.
● קיבולת גבוהה - PCB עם שש שכבות ומעלה מספקים הספק אופטימלי למכשירים אלקטרוניים ומפחיתים מאוד את האפשרות להצלבה והפרעות אלקטרומגנטיות.
יישומים:
● מחשבים - 6-שכבות PCB עזרו להניע את הפיתוח המהיר של מחשבים אישיים, והפכו אותם לקומפקטיים יותר, קלים ומהירים יותר.
● אחסון נתונים - הקיבולת הגבוהה של PCBs בני שש שכבות הפכה את התקני אחסון הנתונים לשופעים יותר ויותר בעשור האחרון.
● מערכות אזעקה אש - באמצעות 6 מעגלים או יותר, מערכות האזעקה הופכות מדויקות יותר ברגע של זיהוי סכנה ממשית.
ככל שמספר השכבות במעגל מודפס גדל מעבר לשכבה הרביעית והשישית, נוספים שכבות נחושת מוליכות ושכבות חומר דיאלקטרי למחסנית.
לדוגמה, PCB בעל שמונה שכבות מכיל ארבעה מישורים וארבע שכבות נחושת אות - שמונה בסך הכל - המחוברות בשבע שורות של חומר דיאלקטרי.המחסנית בעלת שמונה השכבות אטומה בשכבות מסכת הלחמה דיאלקטרית בחלק העליון והתחתון.בעיקרו של דבר, ערימת ה-PCB שמונה השכבות דומה לשש השכבות, אך עם צמד נוסף של עמודת נחושת ו-prepreg.
שנזן ANKE PCB Co., Ltd
2023-6-17
זמן פרסום: 26 ביוני 2023
