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【核心技術】平衡PCB疊層設計的方法
2022-03-16
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設計師可能會設計層數為奇數的印刷電路板 (PCB)。如果佈線不需要額外的層,為什麼還要使用額外的層呢?減少層數豈不是能讓電路板更薄?如果電路板少一層,成本豈不是會更低?然而,在某些情況下,增加額外的層實際上可以降低成本。
電路板結構
電路板有兩種不同的結構:芯材結構和箔材結構。
在芯材結構中,電路板上的所有導電層都塗在芯材上;在箔材結構中,只有電路板的內層導電層塗在芯材上,外層導電層為覆箔介質板。所有導電層均通過介質層,並採用多層層壓製程黏合在一起。
工廠裡使用的核子材料是雙面覆膜電路板。由於每個磁芯都有兩面,當充分利用時,PCB的導電層數為偶數。為什麼不在一面使用覆膜,其餘面則使用磁芯結構?主要原因在於:PCB的成本和PCB的曲率。
均勻層電路板的成本優勢
由於奇數層PCB板的介質層和箔層數量較少,其原料成本略低於偶數層PCB板。然而,奇數層PCB板的加工成本卻顯著高於偶數層PCB板。內層的加工成本相同,但箔/芯結構顯著增加了外層的加工成本。
奇數層PCB需要採用基於芯材結構製程的非標準層壓芯材層黏合製程。與僅使用芯材結構相比,在芯材結構外部添加箔材的工廠生產效率會降低。外層芯材在層壓黏合前需要額外的處理,這會增加外層出現刮痕和蝕刻錯誤的風險。
平衡結構避免彎曲
不建議設計奇數層PCB的最佳理由是:奇數層電路板容易彎曲。多層電路鍵結製程完成後,PCB冷卻時,芯材和箔材結構的層壓張力不同,會導致PCB翹曲。隨著電路板厚度的增加,由兩種不同結構組成的複合PCB的彎曲風險也會增加。消除電路板彎曲的關鍵在於採用平衡的疊層結構。
雖然一定程度的彎曲可以滿足規格要求,但後續加工效率會降低,導致成本增加。由於組裝需要特殊的設備和工藝,元件貼裝精度會降低,進而影響產品品質。
使用偶數層PCB板
當設計中出現奇數層PCB時,可採用以下方法實現均衡堆疊,降低PCB生產成本,並避免PCB彎曲。以下方法按優先順序排列。
增加一個訊號層並加以利用。若PCB設計中電源層數為偶數,訊號層數為奇數,則可使用此方法。增加的層數不會增加成本,但可以縮短交貨時間並提高PCB品質。
添加額外的電源層。若PCB設計中電源層數為奇數,訊號層數為偶數,則可使用此方法。一種簡單的方法是,在堆疊層的中間添加一個接地層,而無需更改其他設定。首先在PCB上佈局奇數層,然後複製中間的接地層並標記剩餘層。這與加厚箔片的電氣特性相同。
在PCB疊層中心附近新增一個空白訊號層。這種方法可以最大限度地減少疊層不平衡,並提高PCB品質。先佈線奇數層,然後加入空白訊號層並標記剩餘層。此方法適用於微波電路和混合介質(介電常數不同的介質)電路。
平衡堆疊式PCB的優勢
成本低,不易彎曲,縮短交貨時間,保證品質。
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