یک PCB چهارلایه معمولاً چهار لایهٔ مس دارد، نه در مجموع چهار لایه از مواد. مادهٔ عایق، لایه‌های مس را از هم جدا می‌کند و برد نهایی ممکن است ماسک لحیم، علائم چاپی و پرداخت سطحی نیز داشته باشد. این مواد فیزیکی مهم‌اند، اما به‌عنوان لایه‌های مس اضافی شمرده نمی‌شوند.
فایل طراحی PCB ممکن است «لایه‌های» بیشتری داشته باشد: گرافیک مس، بازشدگی‌های ماسک لحیم، روزنه‌های خمیر، خط پیرامونی برد و دستورهای دیگر. بعضی از این لایه‌ها موادی را توصیف می‌کنند که روی برد باقی می‌مانند؛ برخی دیگر به شریک ساخت یا مونتاژ می‌گویند محصول را چگونه پردازش کند.
برای آشنایی مقدماتی با خود برد، PCB چیست؟ را ببینید. هنگام سفارش برد چندلایه، این تفاوت اهمیت دارد؛ زیرا تعداد درست لایه‌ها به‌تنهایی مشخص نمی‌کند هر فایل مربوط به کدام جایگاه است، هر لایهٔ مس چه کاری انجام می‌دهد یا لایه‌ها چگونه به هم متصل‌اند.
تعداد لایه‌های مس در برابر ساختار فیزیکی
لایه‌های مس ویژگی‌های الکتریکی برد را در خود دارند: مسیرها، پدهای قطعه، صفحات و نواحی مسی دیگر. یک لایه ممکن است مسیر سیگنال، صفحهٔ زمین، توزیع برق یا ترکیبی از آن‌ها داشته باشد. تعداد، به سطوح متمایز مس در برد اشاره دارد، نه به تعداد نت‌ها یا شکل‌های منفرد مس.
عایق میان لایه‌های مس از مادهٔ دی‌الکتریک تشکیل می‌شود. ساختار PCB سخت می‌تواند شامل این موارد باشد:
- هسته (Core): مادهٔ عایق پخت‌شده که معمولاً با فویل مسی چسبیده به یک یا هر دو سمت عرضه می‌شود.
- پری‌پرگ (Prepreg): مادهٔ تقویت‌شده با رزینِ نیمه‌پخت که می‌تواند هنگام لمینیت چندلایه، لایه‌ها را به هم متصل کند.
- فویل مس و مس آبکاری‌شده: مادهٔ رسانایی که برای تشکیل مدار الگودهی می‌شود.
- ماسک لحیم و راهنما: پوشش‌هایی که در صورت مشخص‌شدن، روی سطح برد اعمال می‌شوند.
یک برد سخت معمولی با دو لایهٔ مس می‌تواند از هستهٔ مس‌پوش آغاز شود: در هر طرف هستهٔ عایق، مس قرار دارد. چنین بردی الزاماً به لایهٔ جداگانه‌ای از پری‌پرگ میان هر فویل و هسته نیاز ندارد. ساختارهای چندلایه ممکن است برای اتصال هسته‌ها و لایه‌های دیگر از پری‌پرگ استفاده کنند. چیدمان واقعی مواد به استک‌آپ توافق‌شده و فرایند ساخت بستگی دارد.
به همین ترتیب، بردی با چهار لایهٔ مس بیش از چهار ناحیهٔ فیزیکی مواد دارد. «چهارلایه» خلاصه‌ای کاربردی برای تعداد لایه‌های مس است، اما مشخصات کامل ساختار نیست.
تصویر مفهومی است، در مقیاس نیست و مشخصات یک برد واقعی محسوب نمی‌شود. برچسب‌های انگلیسی SVG مقطع را توضیح می‌دهند: “Top solder mask” یعنی ماسک لحیم بالایی، “Surface coating” یعنی پوشش سطحی، “L1 copper” تا “L4 copper” یعنی چهار لایهٔ مس، و “Insulating material” یعنی مادهٔ عایق میان آن‌ها. برچسب‌های پایین توضیح می‌دهند که ماسک، راهنما و فایل‌های طراحی لایهٔ مس اضافی نیستند، راهنما علامت‌گذاری جداگانه است و بازشدگی‌های ماسک نمایش داده نشده‌اند. تعداد لایه‌های مس، مادهٔ عایق و فایل‌های خروجی طراحی مفاهیم متفاوتی را توصیف می‌کنند.
نمونهٔ فرضی چهار لایهٔ مس
فرض کنید یک برد سخت چهار لایهٔ مس دارد که از بالا به پایین شماره‌گذاری شده‌اند:
| شناسهٔ مس | عملکرد فرضی | مواردی که هنوز باید تأیید شوند |
|---|---|---|
| L1 | سیگنال‌ها و پدهای قطعه در سمت بالا | اتصالات، ویژگی‌های مس و الزامات مرجع برای طراحی واقعی |
| L2 | صفحهٔ زمین | پیوستگی صفحه، فاصله‌ها و نت‌های متصل به آن |
| L3 | توزیع برق، مسیرهای سیگنال یا هر دو | تخصیص واقعی نت‌ها و مناسب‌بودن مس به‌عنوان مرجع در صورت نیاز |
| L4 | سیگنال‌ها و پدهای قطعه در سمت پایین | اتصالات، مسیرکشی و الزامات مرجع برای طراحی واقعی |
این نمونه‌ای فرضی برای مرجع است، نه دستورالعملی عمومی برای استک‌آپ. برد چهارلایهٔ دیگری ممکن است این عملکردها را به شکل دیگری تخصیص دهد. نام‌ها در طراحی، ترتیب فیزیکی آن‌ها و اتصال‌های موردنظر باید برای برد مشخص تأیید شوند.
چیدمان چهارلایه در مقایسه با چیدمان دولایه می‌تواند فضای مسیرکشی بیشتر و فرصت‌های بیشتری برای قرار دادن مس مرجع نزدیک لایه‌های سیگنال فراهم کند. اما به‌تنهایی پذیرش تداخل الکترومغناطیسی، یکپارچگی سیگنال یا امپدانس را اثبات نمی‌کند. این نتایج به عواملی مانند هندسه، خواص دی‌الکتریک، مسیرهای برگشت، ناپیوستگی‌ها و ساختار نهایی بستگی دارند. صفحهٔ نزدیک فقط زمانی مفید است که از مسیر برگشت موردنظر پشتیبانی کند.
برای کار با امپدانس کنترل‌شده، مسیرهای مربوط، مقادیر هدف و تلرانس‌ها را همراه با استک‌آپ توافق‌شده ارائه دهید؛ از عبارت «چهارلایه» تضمینی استنباط نکنید. مقالهٔ طراحی استک‌آپ PCB انتخاب‌های ساختاری را با جزئیات بیشتری بررسی می‌کند.
ارتباط ویاها با لایه‌ها
ویا‌ی آبکاری‌شدهٔ سرتاسری می‌تواند از برد عبور کند، اما عبور از یک لایهٔ مس به معنای اتصال الکتریکی به آن نیست. طراحی برای هر لایه تعیین می‌کند که ویا به پد یا ناحیهٔ مس متصل باشد یا با فاصله از آن جدا بماند.
در نمونهٔ فرضی، یک ویا ممکن است سیگنال L1 را به سیگنال L4 وصل کند و در عین حال از L2 و L3 فاصله داشته باشد. ویا‌ی دیگری ممکن است در صورت نیاز طراحی به مس زمین متصل شود. نت و هندسهٔ واقعی لایه‌ها را بررسی کنید و فرض نکنید هر ویا هر چهار لایه را به هم وصل می‌کند.
ویاهای کور یا مدفون در لایه‌های متفاوتی آغاز و پایان می‌یابند. اگر طراحی از آن‌ها استفاده می‌کند، لایه‌های ابتدا و انتها و الزامات را صریح اعلام کنید؛ چهار لایهٔ مس به‌طور خودکار به معنای وجود یا توافق بر سر چنین ویاهایی نیست.
ماسک، راهنما و خمیر: کارکردهای متفاوت
ماسک لحیم یک پوشش فیزیکی است که معمولاً روی سطوح بیرونی برد اعمال می‌شود. بازشدگی‌های آن ویژگی‌های مسی منتخب، مانند پدها، را برای پردازش و مونتاژ بعدی نمایان می‌کنند. ممکن است روی مس نمایان‌شده پرداخت سطحی مشخصی اعمال شود؛ نباید بازشدگی را به‌عنوان الزامِ برهنه‌ماندن مس تفسیر کرد.
ماسک جایگزین نقشهٔ مس نیست. بازشدگی ماسک مشخص می‌کند پوشش کجا نباشد؛ داده‌های مس ویژگی رسانا را تعریف می‌کنند. بازشدگی ناخواسته ممکن است مسی را نمایان کند که باید پوشیده می‌ماند، و نبود بازشدگی می‌تواند پدی را بپوشاند که برای لحیم‌کاری در نظر گرفته شده است. برای اطلاعات بیشتر، ماسک لحیم چیست؟ را ببینید.
راهنما که اغلب سیلک‌اسکرین نامیده می‌شود، اگر اعمال شود یک علامت فیزیکی نیز هست. ممکن است شناسهٔ قطعات، نشانگرهای قطبیت یا اطلاعات شناسایی دیگر را نشان دهد. این یک لایهٔ مسی الکتریکی نیست. اگر علامتی با پد یا بازشدگی تداخل دارد، پیش از تأیید نهایی نحوهٔ برخورد را مشخص کنید و فرض نکنید بخشی از آن حذف خواهد شد.
لایهٔ خمیر معمولاً اطلاعات روزنه‌های شابلون خمیر لحیم را توصیف می‌کند. این لایه عمدتاً خروجی مونتاژ است، نه لایه‌ای دائمی روی برد خام. هنگام مونتاژ، خمیر از روزنه‌های شابلون رسوب می‌کند و سپس بازروانی می‌شود؛ داده‌های خمیر پوششی نیستند که داخل PCB لمینیت شده باشند. ممکن است سمت بردی که الزامات نصب‌سطحی مربوطی ندارد به فایل خمیر نیاز نداشته باشد، اما باید این موضوع را برای دریافت‌کنندهٔ داده‌های مونتاژ روشن کنید.
مستندات KiCad با عنوان Pcbnew Layers نیز این تفاوت را با تفکیک کارکرد لایه‌های مس، ماسک، خمیر، راهنما و دیگر لایه‌های طراحی نشان می‌دهد.
هر فایل را به دریافت‌کنندهٔ مربوط اختصاص دهید
جدول زیر نمونه‌ای از نقشهٔ انتقال فایل برای برد فرضی چهارلایهٔ بالاست. نام فایل‌ها نمونه‌های توصیفی‌اند، نه قراردادهای اجباری نام‌گذاری. نام و قالب واقعی را با هر دریافت‌کننده تأیید کنید.
| خروجی یا اطلاعات | کاربرد در این نمونه | دریافت‌کننده و شرط بازبینی |
|---|---|---|
| L1 top copper | پدهای بالایی و مس سیگنال | سازندهٔ برد؛ تأیید کند نخستین لایهٔ مس است و با نمای سمت بالا تطابق دارد. |
| L2 copper | مس زمین | سازندهٔ برد؛ موقعیت لایه، تخصیص نت و فاصلهٔ ویاها را تأیید کند. |
| L3 copper | مس برق و/یا سیگنال | سازندهٔ برد؛ عملکرد واقعی را مشخص کند و مطمئن شود با L2 اشتباه نمی‌شود. |
| L4 bottom copper | پدهای زیرین و مس سیگنال | سازندهٔ برد؛ موقعیت و جهت را نسبت به فایل‌های دیگر تأیید کند. |
| Top and bottom mask | مناطقی که ماسک لحیم باید در آن‌ها باز شود | سازندهٔ برد؛ تطبیق فایل‌ها با سمت‌های درست و ویژگی‌های موردنظر برای نمایان‌شدن را بررسی کند. |
| Top and bottom legend | شناسهٔ قطعات و دیگر علامت‌های چاپی | سازندهٔ برد؛ سمت بدون راهنما را مشخص و تداخل با بازشدگی‌ها را بررسی کند. |
| Top and/or bottom paste | اطلاعات پیشنهادی روزنه‌های شابلون | دریافت‌کنندهٔ مونتاژ یا شابلون؛ سمت‌های مربوط را مشخص و الزامات روزنه را بررسی کند. این لایهٔ مس اضافی نیست. |
| Board outline | محیط نهایی و ویژگی‌های فرزکاری‌شدهٔ مربوط | سازندهٔ برد؛ محیط را بدون ابهام تعریف و از خط‌های مکانیکی دیگر جدا کند. |
| Drill and slot information | محل سوراخ‌ها و انواع مربوط آن‌ها | سازندهٔ برد؛ نیازهای سوراخ آبکاری‌شده و بدون آبکاری و انتهای ویژهٔ ویاها را مشخص کند. |
| Stackup and fabrication drawing | ترتیب مس، الزامات ساخت و یادداشت‌های تکمیلی | سازندهٔ برد؛ این اسناد را با گرافیک و الزامات امپدانس کنترل‌شده تطبیق دهد. |
این جدول جایگزین بستهٔ کامل ساخت یا مونتاژ نیست. برای نمونه، خط پیرامونی شکل را تعیین می‌کند، اما تلرانس سوراخ، ضخامت نهایی، پرداخت سطح و الزامات دیگر ممکن است به مشخصات جداگانه نیاز داشته باشند. مقالهٔ مبانی نقشهٔ ساخت نقطهٔ شروعی برای این تحویل است.
مقطع عرضی چه چیزی را می‌تواند نشان دهد و چه چیزی را نمی‌تواند؟
مقطع میکروگرافی سوراخ سرتاسری کوپن NASA/GSFC، اثر Charles E. Powers، سال 2009. پیکان‌های اصلی حلقه‌های حلقویِ مفقود را نشان می‌دهند. مقیاسی ارائه نشده است؛ این تصویر تعداد کل لایه‌های برد، وضعیت پذیرش یا هیچ کار APTPCB را اثبات نمی‌کند. اعتبار تصویر و سابقهٔ منبع.
میکروگراف مقطعی از ناحیه‌ای مشخص در برد یا کوپن را نشان می‌دهد. این تصویر می‌تواند به بازرس برای بررسی ویژگی‌های قابل مشاهده در همان نقطه کمک کند، اما نمودار عمومی تعداد لایه‌ها نیست. به‌ویژه، نبود ویژگی قابل مشاهده در محل یک برش نباید برای بازسازی کل برد یا تعیین پذیرش بدون معیارهای طراحی و بازرسی مربوط استفاده شود.
مثال: بستهٔ لایه‌های وارونه یا با نام‌گذاری اشتباه
سناریوی بازبینی فرضی: خریدار بسته‌ای چهارلایه با فایل‌هایی به نام L1-top، L2-ground، L3-power و L4-bottom دریافت می‌کند. نقشه نیز چهار لایهٔ مس را نشان می‌دهد، اما بررسی حاکی است که فایل L1-top الگویی را دارد که در سمت پایین انتظار می‌رود.
این تعارض را با اعتماد به نام فایل، رنگ نمایش یا یک تصویر صفحه حل نکنید. رنگ‌ها و قراردادهای نمایش یکسان نیستند و نمای سمت پایین بسته به شیوهٔ نمایش می‌تواند متفاوت به نظر برسد.
بازبینی عملی شامل این موارد است:
- آزادسازی را متوقف کنید و نمای مرجع را مشخص کنید. از طراح بپرسید کدام سمت، روی برد محسوب می‌شود و گرافیک چگونه باید دیده شود. فقط به‌دلیل اینکه فایلی در نمایشگر وارونه به نظر می‌رسد، فرض نکنید باید آن را آینه‌ای کرد.
- ویژگی‌های متمایز را در خروجی‌ها مقایسه کنید. یک کانکتور مشخص، ویژگی کلیددار یا الگوی پد قطعه را با داده‌های موردنظر مس، ماسک، راهنما و مونتاژ در سمت‌های بالا و پایین تطبیق دهید. هم‌راستایی با محیط و محل سوراخ‌ها را بررسی کنید.
- ترتیب مس داخلی را جداگانه تأیید کنید. درست‌بودن فایل سمت بالا، درستی ترتیب L2 و L3 را ثابت نمی‌کند. فهرست لایه‌ها و استک‌آپ را با محتوای واقعی مس و نت‌های موردنظر مقایسه کنید.
- پیامدهای الکتریکی را رفع کنید. اگر لایهٔ داخلی بدنام‌گذاری‌شده به نظر می‌رسد، اتصال‌ها و فاصله‌های ویا را در برابر هدف طراحی بررسی کنید. تعویض سادهٔ دو نام فایل ممکن است اتصال‌های نادرست ایجاد کند یا آرایش مرجع موردنظر را بی‌اعتبار سازد.
- بستهٔ اصلاح‌شده صادر کنید. از مسئول طراحی بخواهید فایل‌های مرجع و ترتیب لایه‌ها را مشخص کند، خروجی یا سند متعارض را اصلاح و ویرایش جدید را به همهٔ دریافت‌کنندگان اعلام کند. بستهٔ قبلی را حذف کنید یا آشکارا آن را جایگزین‌شده علامت بزنید.
اگر طراح نتواند خروجی مرجع را مشخص کند، پیش از ساخت کار را متوقف و درخواست شفاف‌سازی کنید. ممکن است تعداد لایه‌های مس برد درست باشد، اما به‌دلیل انتقال نادرست گرافیک، ترتیب یا اتصال‌ها، خود برد اشتباه باشد.
پیش از درخواست ساخت
برای بازبینی کارآمد با APTPCB، تعداد لایه‌های مس را مشخص کنید و فایل‌ها را همراه نقشهٔ لایه‌ها، الزامات استک‌آپ و یادداشت‌های ساخت ارائه دهید. ویژگی‌هایی را که نیازمند توافق ویژه‌اند، مانند امپدانس کنترل‌شده یا ویاهای غیرسرتاسری، مشخص کنید. برای مونتاژ، فایل خمیر و دیگر خروجی‌های مونتاژ و دریافت‌کنندگان آن‌ها را جداگانه تعیین کنید.
اگر بسته آماده است، از درخواست قیمت استفاده کنید. اگر نگاشت لایه‌ها یا الزامات روشن نیست، پیش از تلقی فایل‌ها به‌عنوان نسخهٔ تأییدشده، با APTPCB تماس بگیرید.
منابع عمومی
- KiCad، Pcbnew Layers.
- NASA، ارائهٔ ساخت بردهای سیم‌کشی چاپی، رکورد 20190001381 در NASA Technical Reports Server.
- NASA/GSFC، تصویر بازرسی کوپن از Charles E. Powers، سال 2009، رکورد 20090027819 در NASA Technical Reports Server؛ اعتبار تصویر و رکورد منبع پیوندشده در بالا را ببینید.