در یک PCB چندلایه صلب متداول، هسته یک لمینیت پخت‌شده است که معمولاً با روکش مسی در یک یا هر دو طرف عرضه می‌شود. پری‌پرگ ماده تقویت‌کننده‌ای است که به رزین نیمه‌پخت آغشته شده است. طی لمینیشن، پری‌پرگ لایه‌های مجاور را به هم می‌چسباند و به بخشی از عایق نهایی تبدیل می‌شود. این دو ماده در کنار هم عمل می‌کنند؛ انتخاب یکی از آن‌ها نیاز به طراحی کل ساختار لایه‌ها را از بین نمی‌برد.
این تفاوت زمانی در عمل اهمیت پیدا می‌کند که در نقشه، فاصله دی‌الکتریک، ضخامت نهایی یا امپدانس مشخصی خواسته شده باشد. ضخامت یک ورق پری‌پرگ پیش از پرس، لزوماً با ضخامت لایه دی‌الکتریک نهایی آن برابر نیست. ساختار پیشنهادی پس از پرس را درخواست کنید و سپس آن را با الزامات الکتریکی، مکانیکی و تأمین برد تطبیق دهید.
برای آشنایی گسترده‌تر با خانواده‌های لمینیت، به مقاله لمینیت با روکش مسی چیست مراجعه کنید. مقاله طراحی ساختار لایه‌های PCB به مسئله گسترده‌تر ترتیب لایه‌ها و طراحی می‌پردازد. تمرکز این مقاله بر مواد میان آن لایه‌ها و مواردی است که باید پیش از تأیید و ارسال طرح برای ساخت بررسی شوند.
این مقطع، نمایی مفهومی از ساختار مبتنی بر فویل است و نه نقشه ساخت است و نه تصویری ترسیم‌شده بر اساس مقیاس. لایه‌های مسی بیرونی 1 و 7، نواحی پری‌پرگ 2 و 6، لایه‌های مسی داخلی 3 و 5 و هسته مرکزی پخت‌شده 4 هستند. خواص نهایی به مواد و فرایند واقعی بستگی دارند.
تفاوت پیش از پرس چیست؟
در یک ساختار رایج برد صلب، هسته در ابتدا یک لمینیت دی‌الکتریک پخت‌شده با مس متصل به آن است. سازنده می‌تواند پیش از قرار دادن هسته در مجموعه چندلایه، روی آن مس تصویرسازی و اچ انجام دهد تا مدارهای لایه داخلی شکل بگیرند. اصطلاح «هسته» نقش آن را در ساختار توصیف می‌کند؛ این اصطلاح سامانه رزینی را مشخص نمی‌کند، ضخامت معینی را تضمین نمی‌کند و به این معنا نیست که همه بردها از تعداد یکسانی هسته استفاده می‌کنند.
پری‌پرگ به معنای ماده تقویت‌کننده ازپیش‌آغشته‌شده است. در مواد گرماسخت تقویت‌شده با شیشه که در اینجا بررسی می‌شوند، پارچه حامل رزینی است که به‌طور جزئی پخت شده است. این ماده میان سطوح مجاور قرار می‌گیرد و تحت حرارت و فشار فرایند می‌شود. هم‌زمان با اتصال مجموعه لایه‌ها، رزین جریان می‌یابد و پخت می‌شود. راهنمای فرایند Isola 370HR، پری‌پرگ در وضعیت تحویلی و لمینیت کاملاً پخت‌شده را برای همان خانواده خاص مواد شرح می‌دهد؛ سایر مواد و سامانه‌های اتصال به مستندات ویژه خود نیاز دارند.
نامیدن پری‌پرگ به‌عنوان «چسب» اصطلاحی کوتاه و مفید، اما ناقص است. این ماده همچنین به بخشی از دی‌الکتریک میان لایه‌های رسانا تبدیل می‌شود. ترکیب و هندسه نهایی آن برای طراحی الکتریکی و مکانیکی اهمیت دارند. به همین ترتیب، «هسته» مترادف مس نیست: دی‌الکتریک و روکش مسی آن بخش‌های متفاوتی از لمینیت هستند.
| پرسش | هسته پخت‌شده | پری‌پرگ پیش از لمینیشن |
|---|---|---|
| چه چیزی برای ساخت تحویل می‌شود؟ | لمینیت پخت‌شده، معمولاً با روکش مسی؛ می‌توان مس را برای یک لایه داخلی الگودهی کرد. | ماده تقویت‌کننده حامل رزین نیمه‌پخت که به‌عنوان ماده اتصال عرضه می‌شود. |
| چه نقشی دارد؟ | ساختار لمینیت مشخص و، در صورت داشتن روکش، سطحی برای مدارها فراهم می‌کند. | پس از پرس، اتصال و ماده دی‌الکتریک میان سطوح مجاور را فراهم می‌کند. |
| طراح باید چه چیزی را تأیید کند؟ | مشخصات ماده، ساختار دی‌الکتریک، مس و ضخامت تحویلی. | مشخصات ماده، ساختار لایه‌های پری‌پرگ، ضخامت دی‌الکتریک نهایی و سازگاری با ساخت. |
| نام ماده به‌تنهایی چه چیزی را اثبات می‌کند؟ | نه ضخامت نهایی برد را اثبات می‌کند و نه احراز صلاحیت محصول را. | نه ضخامت پس از پرس، نه امپدانس نهایی و نه نبود حفره‌ها را اثبات می‌کند. |
این توضیحات به بردهای چندلایه صلب متداول با تقویت شیشه‌ای مربوط‌اند. ساختارهای منعطف، بردهای پایه‌فلزی و فیلم‌های اتصال ویژه ممکن است از مواد یا اصطلاحات متفاوتی استفاده کنند. به‌جای گنجاندن اجباری این محصولات در مدل ساده‌شده حاضر، ساختار واقعی آن‌ها را درخواست کنید.
بررسی یک ساختار چهارلایه
در تصویر، لایه‌های 3 و 5 سطوح مسی یک هسته مرکزی هستند. پس از الگودهی مس داخلی، پری‌پرگ در دو طرف بیرونی آن قرار می‌گیرد و به هر طرف یک فویل مسی افزوده می‌شود. سپس مجموعه لایه‌ها به‌صورت یک برد لمینیت می‌شود. بنابراین یک PCB چهارلایه نهایی، چهار لایه رسانا دارد، هرچند در توصیف مواد، هسته‌ها، ورق‌های پری‌پرگ و فویل نیز شمارش می‌شوند.
ممکن است در یک ناحیه دی‌الکتریک بیش از یک ورق پری‌پرگ وجود داشته باشد. نقشه‌ای که «دو ورق» را فهرست می‌کند، یک انتخاب ساختاری را مشخص می‌کند؛ این عبارت به آن معنا نیست که هر یک از ورق‌ها ضخامت اسمی اولیه خود را در برد نهایی حفظ می‌کند. همچنین به این معنا نیست که همه بردهای چهارلایه باید از ساختار نشان‌داده‌شده استفاده کنند. ترتیب لایه‌ها، توزیع مس، دسترس‌پذیری مواد و فرایند سازنده همگی بر ساختار پیشنهادی اثر می‌گذارند.
هنگام بررسی ساختار لایه‌ها، شماره لایه‌های مسی را از بالا به پایین دنبال کنید. دی‌الکتریک میان هر جفت لایه را مشخص کنید و در مواردی که آبکاری یا فرایند ساخت لایه‌های بیرونی را تغییر می‌دهد، ضخامت مس نهایی را از فویل اولیه متمایز کنید. برای ساختارهای کنترل‌شده، لایه واقعی سیگنال و لایه مرجع آن را مشخص کنید. ضخامت کلی به‌تنهایی نمی‌تواند فاصله یک مسیر از صفحه مرجعش را نشان دهد.
چرا ضخامت پس از پرس یک الزام جداگانه است؟
رزین پری‌پرگ باید سطوح مجاور را به هم متصل کند و با عوارض مسی درون مجموعه لایه‌ها تطبیق یابد. دی‌الکتریک نهایی تحت تأثیر ساختار ماده، جریان رزین، الگوی مس مجاور و فرایند لمینیشن انتخاب‌شده قرار می‌گیرد. بنابراین عددی که از فهرست مشخصات یک ورق پرس‌نشده گرفته می‌شود، جایگزین قابل اتکایی برای ساختار لایه‌های توافق‌شده پس از پرس نیست.
بردی فرضی را در نظر بگیرید که الزام ضخامت کلی آن بر اساس محفظه تعیین شده و یک سیگنال کنترل‌شده روی لایه بیرونی دارد. طراح ساختار لایه‌های پیشنهادی را با ضخامت کلی صحیح دریافت می‌کند، اما دی‌الکتریک زیر آن سیگنال از مقدار فرض‌شده در مسیریابی اولیه ضخیم‌تر است. ممکن است در هر دو نقشه «چهار لایه» ذکر شده باشد، اما هندسه سیگنال دیگر یکسان نیست. پاسخ مناسب این است که ساختار واقعی لایه‌ها و محاسبه امپدانس با سازنده بررسی شود، نه اینکه صرفاً به‌دلیل مطابقت ضخامت کلی، برد قابل قبول فرض شود.
حالت برعکس نیز ممکن است: فاصله موضعی می‌تواند الزامات طراحی الکتریکی را برآورده کند، در حالی که مجموع لایه‌های نهایی الزام مکانیکی را برآورده نکند. از سازنده بپرسید کدام مقادیر اسمی هستند، چه تلرانس‌هایی ارائه می‌شوند و چگونه راستی‌آزمایی خواهند شد. ضخامت برد، ضخامت تک‌تک دی‌الکتریک‌ها و امپدانس، موضوعات پذیرش مرتبط اما متمایزی هستند.
لایه نهایی را با جمع کردن مقادیر اسمی ورق‌های پرس‌نشده و تلقی آن مجموع به‌عنوان نتیجه‌ای تضمین‌شده محاسبه نکنید. این محاسبه می‌تواند برآوردی اولیه باشد، اما نمی‌تواند پرس واقعی، میزان پرشدگی مس، جریان رزین و سایر جزئیات ساخت را مدل کند. ساختار لایه‌های تأییدشده برای تولید، مبنای مناسب انتقال اطلاعات برای یک سفارش مشخص است.
انتخاب ماده برای امپدانس و تلفات چه معنایی دارد؟
امپدانس یک مسیر به هندسه آن و دی‌الکتریک اطرافش بستگی دارد؛ از جمله عرض مسیر، ضخامت مس، فاصله تا رساناهای مرجع و خواص دی‌الکتریکی مورد استفاده در محاسبه. برچسب هسته یا پری‌پرگ به‌خودی‌خود هدف امپدانس نیست. پری‌پرگ به‌طور خودکار برای امپدانس کنترل‌شده نامناسب نیست و هسته پخت‌شده نیز آن را به‌طور خودکار تضمین نمی‌کند.
برگه‌های داده مواد ورودی‌های مفیدی هستند، اما مقادیر ثابت دی‌الکتریک و تلفات آن‌ها باید با توجه به فرکانس، روش و ساختار ذکرشده خوانده شوند. برای مثال، برگه داده Isola 370HR، ویرایش E، ثابت دی‌الکتریک معمولی 4.17 at 1 GHz را فهرست می‌کند که با استفاده از IPC-TM-650 2.5.5.9 اندازه‌گیری شده است. این مقدار نمونه‌ای تحت شرایط مشخص برای محصول نام‌برده است، نه مقداری عمومی برای FR-4، نه مقدار طراحی برای هر ساختار لایه‌ای و نه اثبات امپدانس PCB نهایی. داده‌های متناسب با ساختار پیشنهادی و روش محاسبه مورد استفاده برای سفارش را درخواست کنید.
اگر پروژه امپدانس کنترل‌شده را مشخص می‌کند، مسیرها یا نت‌های مربوط، مقدار هدف و تلرانس، لایه‌های مرجع و هر الزام توافق‌شده برای اندازه‌گیری یا کوپن آزمون را مشخص کنید. مقاله PCB با امپدانس کنترل‌شده جزئیات بیشتری درباره انتقال اطلاعات الکتریکی ارائه می‌دهد. قبولی در بررسی توافق‌شده کوپن به ارزیابی ساختار مشخص‌شده کمک می‌کند؛ اما به‌تنهایی هر کانال، کانکتور یا کل سامانه را اعتبارسنجی نمی‌کند.
تلفات موضوع متمایز دیگری است. دو ماده با ثابت دی‌الکتریک مشابه ممکن است رفتار تلفات متفاوتی داشته باشند و فویل مسی و هندسه رسانا نیز اهمیت دارند. اگر یک کانال بودجه تلفات دارد، با تیم‌های طراحی و ساخت درباره داده‌های قابل اعمال ماده، ساختار و روش اعتبارسنجی توافق کنید. صرفاً به این دلیل که رزین هسته زودتر پخت شده است، فرض نکنید تلفات آن همیشه کمتر از پری‌پرگ است.
آیا هسته و پری‌پرگ باید از یک ماده باشند؟
آن‌ها باید در کنار هم ساختاری مناسب و قابل ساخت ایجاد کنند؛ اما این به آن معنا نیست که می‌توان با اطمینان نام هر دو محصولی را در نقشه آورد و سازگاری آن‌ها را مفروض دانست. یک خانواده مواد ممکن است هم لمینیت و هم پری‌پرگی ارائه دهد که برای کار با یکدیگر در نظر گرفته شده‌اند. برخی طرح‌ها سامانه‌های مواد متفاوت را ترکیب می‌کنند، اما ترکیب پیشنهادی و فرایند آن باید برای ساخت موردنظر بررسی شوند.
از خواصی شروع کنید که محصول واقعاً به آن‌ها نیاز دارد. مقاله خواص ماده FR-4 توضیح می‌دهد که چرا Tg، رفتار تجزیه، خواص دی‌الکتریکی و سایر داده‌ها را نمی‌توان به یک نام گرید واحد تقلیل داد. در یک ساختار ترکیبی، همچنین بپرسید کدام دی‌الکتریک در مجاورت هر سیگنال بحرانی قرار می‌گیرد، چه فویل مسی پیشنهاد شده و آیا ترکیب مواد بر توالی ساخت یا برنامه احراز صلاحیت اثر می‌گذارد یا خیر.
معادل پیشنهادی یک تأمین‌کننده یک درخواست تغییر است، نه صرفاً تغییری در نحوه نوشتن نام. لمینیت و مواد اتصال دقیق، برگه‌های داده مرتبط با آن‌ها، ساختار لایه‌های بازنگری‌شده و اثر آن بر ویژگی‌های کنترل‌شده را مقایسه کنید. مرجع مسئول طراحی باید تصمیم بگیرد که آیا تحلیل اضافی، نمونه یا آزمون محصول لازم است یا خیر. مقادیر Tg مشابه به‌تنهایی معادل بودن را اثبات نمی‌کنند و جایگزینی که برای یک محصول تأیید شده است، به‌طور خودکار برای محصولی دیگر تأییدشده نیست.
بررسی عملی پیش از تأیید ساختار لایه‌ها
فرض کنید مهندسی یک برد چهارلایه نازک برای یک کانکتور درخواست می‌کند و برای نت‌های منتخب به امپدانس کنترل‌شده نیاز دارد. مسئول خرید دو پیشنهاد با ضخامت نهایی یکسان برای برد دریافت می‌کند. یکی هسته، نواحی دی‌الکتریک و ساختارهای امپدانس را مشخص می‌کند؛ دیگری فقط می‌گوید «FR-4، چهار لایه». این‌ها هنوز توصیف‌های معادلی از ساخت نیستند.
ابتدا ضخامت برد و تلرانس آن را با نقشه‌های کانکتور و محفظه تطبیق دهید. سپس جدول مواد و لایه‌ها را با طرح مقایسه کنید: کدام لایه‌های مسی سیگنال هستند، کدام مرجع‌اند و برای هر ساختار کنترل‌شده چه فاصله دی‌الکتریک نهایی پیشنهاد شده است؟ بررسی کنید که آیا مقدار هدف امپدانس، تلرانس و راستی‌آزمایی توافق‌شده در هر دو پیشنهاد قیمت آمده‌اند یا خیر. در نهایت، مشخص کنید که آیا ماده جایگزین یا تغییر در ساختار ورق‌ها پیش از تولید به تأیید کتبی نیاز دارد یا خیر.
این یک بررسی فرضی است، نه یک ساخت اندازه‌گیری‌شده یا مورد مربوط به مشتری. هیچ‌یک از دو پیشنهاد را نباید صرفاً بر اساس توضیحات کوتاه پذیرفت یا رد کرد. اطلاعات موجودنشده دلیلی برای طرح پرسش است، نه اثبات نقص یا پیش‌بینی هزینه.
| اگر در پیشنهاد آمده است... | پیش از تأیید و ارسال برای ساخت روشن کنید |
|---|---|
| «FR-4 یا معادل آن» | کدام لمینیت و پری‌پرگ پیشنهاد شده‌اند، کدام خواص اهمیت دارند و چه کسی جایگزینی‌ها را تأیید می‌کند؟ |
| «چهار لایه، ضخامت کلی مشخص‌شده» | ترتیب لایه‌ها، فاصله‌های دی‌الکتریک نهایی، فرض‌های مربوط به مس و تلرانس‌ها چیست؟ |
| «امپدانس کنترل‌شده» | کدام نت‌ها و لایه‌های مرجع، مقدار هدف و تلرانس، کوپن یا روش راستی‌آزمایی توافق‌شده دیگر و دامنه گزارش مدنظر است؟ |
| «دو ورق پری‌پرگ» | برای این الگوی مس، چه ساختاری و چه ضخامت موردانتظاری پس از پرس پیشنهاد شده است؟ |
| «مانند سفارش قبلی» | این عبارت به کدام ویرایش تأییدشده، ساختار مواد و سابقه کنترل تغییر اشاره دارد؟ |
برای دریافت پیشنهاد قیمت یا بررسی ساختار لایه‌ها، ترتیب لایه‌ها، داده‌ها و نقشه ساخت، ضخامت نهایی برد و تلرانس آن، الزامات مس، نت‌های کنترل‌شده و هرگونه محدودیت مربوط به مواد یا تأیید را ارائه دهید. سازنده سپس می‌تواند امکان‌پذیری را بررسی و ساختاری پیشنهاد کند؛ تیم محصول همچنان مسئول احراز صلاحیت در سطح سامانه است. برای اطلاعات مرتبط با تولید از خدمات ساخت PCB استفاده کنید، برای پروژه خود پیشنهاد قیمت بخواهید یا برای روشن شدن اطلاعات موردنیاز برای انتقال به ساخت با تیم تماس بگیرید.
چه چیزهایی باید همراه فایل‌های تأییدشده برای ساخت نگهداری شوند؟
ویرایش تأییدشده ساختار لایه‌ها را همراه نقشه ساخت و فایل‌های طراحی نگه دارید و مشخص کنید در صورت تعارض، کدام سند ملاک است. سوابق باید مشخصات مواد، توالی لایه‌ها، فرض‌های مرتبط با دی‌الکتریک و مس، ضخامت نهایی، الزامات امپدانس کنترل‌شده و جایگزین‌های تأییدشده را نشان دهند. هر جا پروژه نیاز دارد، درباره شواهد بازرسی و نگهداری آن‌ها جداگانه توافق کنید.
اگر طرح یا تأمین تغییر کرد، پیش از ساخت، پیشنهاد جدید را با ویرایش تأییدشده مقایسه کنید. تغییر در ساختار پری‌پرگ ممکن است هم‌زمان بر چند الزام اثر بگذارد: فاصله موضعی، ضخامت کلی، دسترس‌پذیری مواد و تحلیل مورد استفاده برای محاسبه امپدانس. این اثرات را با هم بررسی و تصمیم را ثبت کنید، به‌جای آنکه یک ردیف از صفحه‌گسترده را بدون بررسی بقیه برد تغییر دهید.
برای مواد مورد استفاده، به برگه داده و مستندات فرایند به‌روز تولیدکننده ماده برای محصول دقیق موردنظر مراجعه کنید. ساختار لایه‌های پیشنهادی سازنده و توافق ویژه سفارش، ساختاری را که باید بررسی شود تعریف می‌کنند؛ نه یک مقاله عمومی و نه یک برگه داده به‌تنهایی، برنامه پذیرش برد نهایی نیست.