مهندسان برق اغلب با معضل تعیین تعداد بهینه لایه ها برای طراحی PCB روبرو هستند.استفاده از لایه های بیشتر بهتر است یا لایه های کمتر؟چگونه در مورد تعداد لایه های PCB تصمیم می گیرید؟
1. لایه PCB به چه معناست؟
لایه های PCB به لایه های مسی اطلاق می شود که با زیرلایه لمینت شده اند.به جز PCBهای تک لایه که فقط یک لایه مسی دارند، تمام مدار چاپی با دو یا چند لایه دارای تعداد لایه زوج هستند.اجزا بر روی خارجی ترین لایه لحیم می شوند، در حالی که لایه های دیگر به عنوان اتصالات سیم کشی عمل می کنند.با این حال، برخی از PCB های سطح بالا نیز اجزایی را در لایه های داخلی تعبیه می کنند.
PCB ها برای ساخت دستگاه ها و ماشین آلات الکترونیکی مختلف در صنایع مختلف مانند لوازم الکترونیکی مصرفی، خودروسازی، مخابرات، هوافضا، نظامی و پزشکی استفاده می شوند.
صنایعتعداد لایه ها و اندازه یک برد خاص قدرت و ظرفیت PCB را تعیین می کند.با افزایش تعداد لایه ها، عملکرد نیز افزایش می یابد.
2. چگونه تعداد لایه های PCB را تعیین کنیم؟
هنگام تصمیم گیری در مورد تعداد لایه های مناسب برای PCB، مهم است که مزایای استفاده از چند لایه در مقابل لایه های تک یا دو لایه را در نظر بگیرید.در عین حال، باید مزایای استفاده از طرح تک لایه در مقابل طرح های چند لایه را نیز در نظر گرفت.این عوامل را می توان از پنج منظر زیر ارزیابی کرد:
2-1.PCB کجا استفاده خواهد شد؟
هنگام تعیین مشخصات یک برد PCB، مهم است که ماشین یا تجهیزات مورد نظری که PCB در آن استفاده می شود و همچنین الزامات برد مدار خاص برای چنین تجهیزاتی در نظر گرفته شود.این شامل تشخیص اینکه آیا برد PCB در موارد پیچیده و پیچیده استفاده خواهد شد یا خیر
محصولات الکترونیکی پیچیده، یا در محصولات ساده تر با عملکرد اولیه.
2-2.چه فرکانس کاری برای PCB مورد نیاز است؟
موضوع فرکانس کاری باید هنگام طراحی PCB در نظر گرفته شود زیرا این پارامتر عملکرد و ظرفیت PCB را تعیین می کند.برای سرعت بیشتر و قابلیت های عملیاتی، PCB های چند لایه ضروری هستند.
2-3. بودجه پروژه چقدر است؟
عوامل دیگری که باید در نظر گرفته شوند هزینه های ساخت تک هستند
و PCBهای دو لایه در مقابل PCBهای چند لایه.اگر یک PCB با حداکثر ظرفیت ممکن می خواهید، هزینه آن به ناچار نسبتاً بالا خواهد بود.
برخی از افراد در مورد رابطه بین تعداد لایه های PCB و قیمت آن می پرسند.به طور کلی، هرچه یک PCB لایه های بیشتری داشته باشد، قیمت آن بالاتر است.دلیل این امر این است که طراحی و ساخت PCB چند لایه طول می کشد و در نتیجه هزینه بیشتری نیز دارد.نمودار زیر میانگین هزینه PCB های چند لایه را برای سه سازنده مختلف در شرایط زیر نشان می دهد:
مقدار سفارش PCB: 100;
اندازه PCB: 400mm x 200mm;
تعداد لایه ها: 2، 4، 6، 8، 10.
نمودار میانگین قیمت PCBهای سه شرکت مختلف را بدون احتساب هزینه حمل و نقل نشان می دهد.هزینه PCB را می توان با استفاده از وب سایت های نقل قول PCB ارزیابی کرد که به شما امکان می دهد پارامترهای مختلفی مانند نوع هادی، اندازه، کمیت و تعداد لایه ها را انتخاب کنید.این نمودار فقط یک ایده کلی از میانگین قیمت PCB از سه سازنده ارائه می دهد و قیمت ها ممکن است بسته به تعداد لایه ها متفاوت باشد.هزینه حمل و نقل شامل نمی شود.ماشین‌حساب‌های موثر به‌صورت آنلاین در دسترس هستند که توسط خود تولیدکنندگان ارائه می‌شوند تا به مشتریان کمک کنند تا هزینه مدارهای چاپی خود را بر اساس پارامترهای مختلف مانند نوع هادی، اندازه، مقدار، تعداد لایه‌ها، مواد عایق، ضخامت و غیره ارزیابی کنند.
2-4.زمان تحویل مورد نیاز PCB چقدر است؟
زمان تحویل به زمان تولید و تحویل PCBهای تک / دو / چند لایه اشاره دارد.هنگامی که شما نیاز به تولید مقدار زیادی PCB دارید، زمان تحویل باید در نظر گرفته شود.زمان تحویل PCBهای تک / دو / چند لایه متفاوت است و به اندازه منطقه PCB بستگی دارد.البته اگر مایل به صرف هزینه بیشتر هستید، ممکن است زمان تحویل کوتاه شود.
2-5.PCB به چه تراکم و لایه سیگنال نیاز دارد؟
تعداد لایه ها در PCB به چگالی پین و لایه های سیگنال بستگی دارد.برای مثال، تراکم پین 1.0 به 2 لایه سیگنال نیاز دارد و با کاهش تراکم پین، تعداد لایه های مورد نیاز افزایش می یابد.اگر چگالی پین 0.2 یا کمتر باشد، حداقل 10 لایه PCB مورد نیاز است.
3. مزایای لایه های مختلف PCB - تک لایه / دو لایه / چند لایه.
3-1.PCB تک لایه
ساخت یک PCB تک لایه ساده است و از یک لایه لایه فشرده و جوش داده شده از مواد رسانای الکتریکی تشکیل شده است.لایه اول با یک صفحه مسی پوشانده شده است و سپس یک لایه مقاوم در برابر لحیم کاری اعمال می شود.نمودار یک PCB تک لایه معمولاً سه نوار رنگی را نشان می دهد که لایه و دو لایه پوشش دهنده آن را نشان می دهد - خاکستری برای خود لایه دی الکتریک، قهوه ای برای صفحه مسی و سبز برای لایه مقاوم در برابر لحیم کاری.
مزایای:
● هزینه ساخت پایین به ویژه برای تولید لوازم الکترونیکی مصرفی که از بازدهی هزینه بالاتری برخوردار است.
● مونتاژ قطعات، سوراخ کاری، لحیم کاری و نصب نسبتا ساده است و فرآیند تولید کمتر با مشکل مواجه می شود.
● اقتصادی و مناسب برای تولید انبوه.
●انتخاب ایده آل برای طرح های کم تراکم.
برنامه های کاربردی:
● ماشین حساب های اصلی از PCB های تک لایه استفاده می کنند.
● رادیوها، مانند ساعت های زنگ دار رادیویی ارزان قیمت در فروشگاه های کالاهای عمومی، معمولاً از PCB های تک لایه استفاده می کنند.
● دستگاه های قهوه ساز اغلب از PCB های تک لایه استفاده می کنند.
● برخی از لوازم خانگی از PCBهای تک لایه استفاده می کنند.
3-2.PCB دو لایه
مدار چاپی دو لایه دارای دو لایه آبکاری مس است که در بین آنها یک لایه عایق قرار دارد.قطعات در دو طرف برد قرار می گیرند و به همین دلیل به آن PCB دو طرفه نیز می گویند.آنها با اتصال دو لایه مس با یک ماده دی الکتریک در بین آنها ساخته می شوند و هر طرف مس می تواند سیگنال های الکتریکی مختلفی را منتقل کند.آنها برای کاربردهایی که به سرعت بالا و بسته بندی فشرده نیاز دارند مناسب هستند.
سیگنال های الکتریکی بین دو لایه مس هدایت می شوند و مواد دی الکتریک بین آنها به جلوگیری از تداخل این سیگنال ها با یکدیگر کمک می کند.PCB دو لایه رایج ترین و مقرون به صرفه ترین برد مدار برای تولید است.
PCB های دو لایه شبیه PCB های تک لایه هستند، اما نیمه پایینی آینه ای معکوس دارند.هنگام استفاده از PCB های دو لایه، لایه دی الکتریک ضخیم تر از PCB های تک لایه است.علاوه بر این، آبکاری مس در دو طرف بالا و پایین مواد دی الکتریک وجود دارد.علاوه بر این، بالا و پایین تخته لمینت شده با یک لایه مقاوم در برابر لحیم پوشانده شده است.
نمودار یک PCB دو لایه معمولاً شبیه یک ساندویچ سه لایه است، با یک لایه خاکستری ضخیم در وسط نشان دهنده دی الکتریک، نوارهای قهوه ای در لایه های بالایی و پایینی نشان دهنده مس، و نوارهای سبز نازک در بالا و پایین است. نشان دهنده لایه مقاومت لحیم کاری است.
مزایای:
● طراحی انعطاف پذیر آن را برای انواع دستگاه ها مناسب می کند.
● ساختار کم هزینه که آن را برای تولید انبوه راحت می کند.
● طراحی ساده.
● اندازه کوچک مناسب برای تجهیزات مختلف.
برنامه های کاربردی:
PCB های دو لایه برای طیف وسیعی از دستگاه های الکترونیکی ساده و پیچیده مناسب هستند.نمونه هایی از تجهیزات تولید انبوه که دارای PCB دو لایه هستند عبارتند از:
● واحدهای تهویه مطبوع، سیستم های گرمایشی و سرمایشی منازل مسکونی از برندهای مختلف همگی شامل بردهای مدار چاپی دولایه هستند.
● آمپلی فایرها، PCBهای دو لایه مجهز به واحدهای تقویت کننده هستند که توسط بسیاری از نوازندگان استفاده می شود.
● چاپگرها، تجهیزات جانبی رایانه های مختلف به PCB های دو لایه متکی هستند.
3-3.PCB چهار لایه
PCB 4 لایه یک برد مدار چاپی با چهار لایه رسانا است: بالا، دو لایه داخلی و پایین.هر دو لایه داخلی هسته هستند که معمولاً به عنوان صفحه قدرت یا زمین استفاده می‌شوند، در حالی که لایه‌های بیرونی بالا و پایین برای قرار دادن اجزا و سیگنال‌های مسیریابی استفاده می‌شوند.
لایه‌های بیرونی معمولاً با یک لایه مقاوم در برابر لحیم کاری با لنت‌های آشکار پوشانده می‌شوند تا نقاط قرارگیری را برای اتصال دستگاه‌های نصب‌شده روی سطح و اجزای سوراخ‌دار فراهم کنند.سوراخ‌های عبوری معمولاً برای ایجاد اتصالات بین چهار لایه استفاده می‌شوند که با هم لمینت شده و یک تخته را تشکیل می‌دهند.
در اینجا به تفکیک این لایه ها می پردازیم:
- لایه 1: لایه زیرین معمولاً از مس ساخته شده است.این به عنوان پایه و اساس کل برد مدار عمل می کند و برای لایه های دیگر پشتیبانی می کند.
- لایه 2: لایه قدرت.این نامگذاری به این دلیل است که برق تمیز و پایداری را برای تمام قطعات روی برد مدار فراهم می کند.
- لایه 3: لایه سطح زمین، به عنوان منبع زمین برای تمام اجزای روی برد مدار عمل می کند.
- لایه 4: لایه بالایی برای مسیریابی سیگنال ها و ارائه نقاط اتصال برای قطعات استفاده می شود.
در طرح 4 لایه PCB، 4 رد مس توسط 3 لایه دی الکتریک داخلی از هم جدا شده و در بالا و پایین با لایه های مقاوم لحیم مهر و موم شده اند.به طور معمول، قوانین طراحی برای PCB های 4 لایه با استفاده از 9 اثر و 3 رنگ - قهوه ای برای مس، خاکستری برای هسته و پیش آماده سازی، و سبز برای مقاومت لحیم کاری نشان داده می شود.
مزایای:
● دوام - PCBهای چهار لایه نسبت به بردهای تک لایه و دو لایه مقاوم تر هستند.
● اندازه جمع و جور - طراحی کوچک PCB های چهار لایه می تواند برای طیف وسیعی از دستگاه ها مناسب باشد.
●انعطاف پذیری - PCB های چهار لایه می توانند در انواع مختلف دستگاه های الکترونیکی، از جمله دستگاه های ساده و پیچیده، کار کنند.
● ایمنی - با همسویی مناسب لایه های برق و زمین، PCB های چهار لایه می توانند در برابر تداخل الکترومغناطیسی محافظت کنند.
● سبک - دستگاه های مجهز به PCB های چهار لایه به سیم کشی داخلی کمتری نیاز دارند، بنابراین وزن آنها معمولاً سبک تر است.
برنامه های کاربردی:
● سیستم های ماهواره ای - PCB های چند لایه در ماهواره های در حال گردش مجهز شده اند.
● دستگاه های دستی - تلفن های هوشمند و تبلت ها معمولاً به PCB های چهار لایه مجهز هستند.
● تجهیزات اکتشاف فضایی - بردهای مدار چاپی چند لایه، برق تجهیزات اکتشاف فضا را تامین می کنند.
3-4.PCB 6 لایه
یک PCB 6 لایه اساساً یک برد 4 لایه است که دو لایه سیگنال اضافی بین صفحات اضافه شده است.یک انباشته PCB 6 لایه استاندارد شامل 4 لایه مسیریابی (دو لایه بیرونی و دو لایه داخلی) و 2 صفحه داخلی (یکی برای زمین و دیگری برای برق) است.
ارائه 2 لایه داخلی برای سیگنال های پرسرعت و 2 لایه بیرونی برای سیگنال های با سرعت پایین به طور قابل توجهی EMI (تداخل الکترومغناطیسی) را تقویت می کند.EMI انرژی سیگنال های درون دستگاه های الکترونیکی است که توسط تشعشع یا القاء مختل می شوند.
ترتیبات مختلفی برای استک آپ یک PCB 6 لایه وجود دارد، اما تعداد لایه های برق، سیگنال و زمین مورد استفاده بستگی به نیازهای برنامه دارد.
یک انباشته PCB 6 لایه استاندارد شامل لایه بالایی - prepreg - لایه زمین داخلی - هسته - لایه مسیریابی داخلی - prepreg - لایه مسیریابی داخلی - هسته - لایه قدرت داخلی - prepreg - لایه پایین است.
اگرچه این یک پیکربندی استاندارد است، اما ممکن است برای همه طرح‌های PCB مناسب نباشد و ممکن است لازم باشد لایه‌ها تغییر مکان داده یا لایه‌های خاص‌تری داشته باشند.با این حال، راندمان سیم کشی و به حداقل رساندن تداخل در هنگام قرار دادن آنها باید در نظر گرفته شود.
مزایای:
● استحکام - PCB های شش لایه ضخیم تر از پیشینیان نازک تر خود هستند و بنابراین قوی تر هستند.
● فشردگی - تخته هایی با شش لایه به این ضخامت قابلیت فنی بیشتری دارند و می توانند عرض کمتری مصرف کنند.
● ظرفیت بالا - PCB های شش لایه یا بیشتر قدرت بهینه را برای دستگاه های الکترونیکی فراهم می کنند و احتمال تداخل و تداخل الکترومغناطیسی را تا حد زیادی کاهش می دهند.
برنامه های کاربردی:
● رایانه ها - PCB های 6 لایه به توسعه سریع رایانه های شخصی کمک کردند و آنها را فشرده تر، سبک تر و سریع تر کردند.
● ذخیره سازی داده ها - ظرفیت بالای PCB های شش لایه باعث شده است که دستگاه های ذخیره سازی داده ها به طور فزاینده ای در دهه گذشته فراوان شوند.
● سیستم های اعلام حریق - با استفاده از 6 برد مدار یا بیشتر، سیستم های هشدار در لحظه تشخیص خطر واقعی دقیق تر می شوند.
با افزایش تعداد لایه‌ها در برد مدار چاپی از لایه چهارم و ششم، لایه‌های مس رسانا و لایه‌های مواد دی‌الکتریک بیشتری به پشته‌آپ اضافه می‌شوند.
به عنوان مثال، یک PCB هشت لایه شامل چهار صفحه و چهار لایه مس سیگنال - هشت لایه در مجموع - توسط هفت ردیف مواد دی الکتریک متصل شده است.پشته هشت لایه با لایه های ماسک لحیم دی الکتریک در بالا و پایین مهر و موم شده است.اساسا، پشته‌بندی PCB هشت لایه شبیه به شش لایه است، اما با یک جفت ستون مس و پیش‌آغشته اضافه شده است.
شنژن ANKE PCB Co.,LTD
17-6-2023
زمان ارسال: ژوئن-26-2023
