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【核心技术】平衡PCB叠层设计的方法
2022-03-16
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设计师可能会设计层数为奇数的印刷电路板 (PCB)。如果布线不需要额外的层,为什么还要使用额外的层呢?减少层数岂不是能让电路板更薄?如果电路板少一层,成本岂不是会更低?然而,在某些情况下,增加额外的层实际上可以降低成本。
电路板结构
电路板有两种不同的结构:芯材结构和箔材结构。
在芯材结构中,电路板上的所有导电层都涂覆在芯材上;在箔材结构中,只有电路板的内层导电层涂覆在芯材上,外层导电层为覆箔介质板。所有导电层均通过介质层,采用多层层压工艺粘合在一起。
工厂里使用的核材料是双面覆膜电路板。由于每个磁芯都有两面,当充分利用时,PCB的导电层数为偶数。为什么不在一面使用覆膜,其余面使用磁芯结构呢?主要原因在于:PCB的成本和PCB的曲率。
均匀层电路板的成本优势
由于奇数层PCB板的介质层和箔层数量较少,其原材料成本略低于偶数层PCB板。然而,奇数层PCB板的加工成本却显著高于偶数层PCB板。内层的加工成本相同,但箔/芯结构显著增加了外层的加工成本。
奇数层PCB需要采用基于芯材结构工艺的非标准层压芯材层粘合工艺。与仅使用芯材结构相比,在芯材结构外部添加箔材的工厂生产效率会降低。外层芯材在层压粘合前需要额外的处理,这会增加外层出现划痕和蚀刻错误的风险。
平衡结构避免弯曲
不建议设计奇数层PCB的最佳理由是:奇数层电路板容易弯曲。多层电路键合工艺完成后,PCB冷却时,芯材和箔材结构的层压张力不同,会导致PCB翘曲。随着电路板厚度的增加,由两种不同结构组成的复合PCB的弯曲风险也会增加。消除电路板弯曲的关键在于采用平衡的叠层结构。
虽然一定程度的弯曲可以满足规格要求,但后续加工效率会降低,导致成本增加。由于组装需要特殊的设备和工艺,元件贴装精度会降低,从而影响产品质量。
使用偶数层PCB板
当设计中出现奇数层PCB时,可采用以下方法实现均衡堆叠,降低PCB生产成本,并避免PCB弯曲。以下方法按优先顺序排列。
增加一个信号层并加以利用。如果PCB设计中电源层数为偶数,信号层数为奇数,则可以使用此方法。增加的层数不会增加成本,但可以缩短交货时间并提高PCB质量。
添加额外的电源层。如果PCB设计中电源层数为奇数,信号层数为偶数,则可以使用此方法。一种简便的方法是,在堆叠层的中间添加一个接地层,而无需更改其他设置。首先在PCB上布局奇数层,然后复制中间的接地层并标记剩余层。这与加厚箔片的电气特性相同。
在PCB叠层中心附近添加一个空白信号层。这种方法可以最大限度地减少叠层不平衡,并提高PCB质量。先布线奇数层,然后添加空白信号层并标记剩余层。此方法适用于微波电路和混合介质(介电常数不同的介质)电路。
平衡堆叠式PCB的优势
成本低,不易弯曲,缩短交货时间,保证质量。
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