Дизайн и компоновка многослойной печатной платы

Основы проектирования многослойных печатных плат

В настоящее время не только в нашей стране, но и во всем мире широко распространены многослойные печатные платы (МПП). Крупные производства уже практически полностью отказались от изготовления однослойных и даже двухслойных элементов, так как промышленность не стоит на месте, и с каждым годом выпускаются все более технически сложные приборы, возможностей простых плат для которых недостаточно.Сейчас при производстве многослойных (МПП), однослойных и двухслойных плат используется приблизительно одинаковое количество материалов, поэтому себестоимость таких элементов практически равна. Отличается лишь технология производства, из-за сложности которой МПП дороже в несколько раз. Однако с каждым годом производство все больше автоматизируется, разрабатываются новые методы изготовления элементов, благодаря чему происходит удешевление МПП.

Рекомендации по проектированию МПП

При проектировании многослойных печатных плат необходимо учесть следующие моменты:

• Не стоит выполнять все проводники минимальной толщины, нужно делать это только там, где есть такая необходимость.
• Необходимо контролировать расстояние от отверстия до металла во внутреннем слое.
• Обязательна проверка корректности подсоединения слоев на предмет наличия минимальных зазоров и изолированных областей.
• Необходимо выдержать расстояние от металла до края платы. То есть нужно оставить достаточный зазор с учетом погрешности фрезерования контура.

Особенности производства МПП

Современные МПП создаются путем одновременного нанесения рисунка на обе стороны элемента. Благодаря такой схеме производства значительно сокращается время изготовления, главное – выдерживать симметрию. Кроме того, при изготовлении таких плат необходимо уделить особое внимание следующим параметрам:

Методы изготовления многослойных печатных плат

С каждым годом технология изготовления МПП совершенствуется. Какие-то методы ушли в прошлое, какие-то сильно изменились и вернулись в промышленность. В настоящее время существует несколько методов изготовления, каждый из которых подходит для определенного применения:

Метод металлизации сквозных отверстий.

При использовании данного метода соединение слоев происходит исключительно при помощи металлизации сквозных отверстий. Заключается данный метод в последовательном выполнении трех этапов:

• Производство заготовки (причем внутренние слои – двухсторонние платы, внешние – односторонние).
• Сборка и прессование.
• Нанесение рисунка и металлизация отверстий.

Соединение слоев также происходит при помощи металлизации отверстий. При этом берутся две заготовки, на каждую из которых добавляется по 2-3 слоя. Затем они соединяются между собой путем попарного просверливания и металлизации отверстий.

Метод послойного наращивания.

Главная особенность данного метода – постоянное чередование металлизированного слоя и изоляции. При этом переходы с одного слой на другой могут быть расположены в разных частях платы, что повышает ее прочность и надежность.

Вышеперечисленные методы являются наиболее популярными, однако существуют и другие. Например, метод открытых контактных площадок, когда межслойная связь осуществляется путем пайки или проволочного присоединения к открытым площадкам.

Крепежные отверстия многослойных печатных плат

Все крепежные отверстия должны быть высверлены на специальном оборудовании в соответствии с существующими нормами и правилами. В настоящее время существует следующее деление отверстий:

• Отверстия для закрепления платы на несущей конструкции.
• Отверстия для крепления навесных компонентов.

Кроме того, существуют глухие и скрытые отверстия. Первый тип служит для соединения внешнего слоя печатной платы с одним или несколькими внутренними. Второй – для соединения внутренних слоев между собой.

Достоинства и недостатки многослойных печатных плат

Наибольшее распространение как в России, так и в других странах мира, МПП завоевали благодаря следующим достоинствам:

• Максимальная плотность компонентов и дорожек (в сравнении с однослойными и двухслойными платами). Благодаря данному достоинству возможно достижение минимальных размеров данного элемента, что положительно отражается на габаритах готового устройства.
• Минимальная длина проводников позволяет добиться максимальной скорости обработки данных, отчего готовое устройство работает быстрее и эффективней.
• Сочетание разных материалов в основе МПП позволяет эффективно использовать свойства каждого из них.
• Эффективный отвод тепла от печатной платы.
• Эффективное экранирование цепей переменного тока.
• Высокая надежность и долговечность элемента, достигаемая благодаря особому методу сборки.
• Возможность модернизировать элемент.

Несмотря на обширный перечень достоинств МПП, существует и ряд недостатков:

Пути уменьшения себестоимости многослойных печатных плат

Современное автоматизированное производство позволяет максимально сократить расходы на изготовление МПП, благодаря следующим методам:

• Исключение излишне сложного проекта. Подразумевается избегание большого количества слоев и проводников.
• Не допускается необоснованное применение большого числа разных типов глухих и скрытых отверстий.
• Используется структура с внутренними ядрами (если использовать внешние ядра, количество слоев увеличивается, а значит, растет и стоимость).
• Комбинированная структура используется только при необходимости.

Гибкие многослойные печатные платы

Одна из наиболее популярных разновидностей МПП – гибкие платы. Основной материал для изготовления в данном случае – полимер, который отлично гнется, а значит, его сложнее деформировать, чем стандартный элемент. В большинстве случаев при производстве плат данного типа добавляют специальное вещество, повышающее адгезию (при некоторых обстоятельствах применение таких составов нецелесообразно). Кроме того, на некоторые гибкие элементы наносят защитный слой (как и на стандартные жесткие платы).

Основная сфера применения таких плат – устройства, в которых требуется соединить большое количество элементов на ограниченном пространстве (или в неудобном месте). В сравнении с жесткими платами гибкие обладают рядом преимуществ:

• Малые габариты (достигаются путем использования специальных материалов и технологии производства).
• Небольшой вес (жесткая конструкция всегда тяжелее гибкой).
• Максимально возможная эффективность сборки устройства.
• Минимальная стоимость материалов и компонентов.
• Высокая надежность, достигаемая благодаря уменьшению количества соединений в сравнении с жесткими платами.
• Высокая устойчивость к воздействию высокой температуры.
• Возможность поверхностного монтажа.

Дефекты МПП

В настоящее время в соответствии с ГОСТом все дефекты МПП делятся на две большие группы: визуально наблюдаемые и ненаблюдаемые. К первой группе относятся следующие дефекты:

• Заметные недостатки на поверхности платы (например, царапины, пустоты, выемки).
• Недостатки под внешним слоем (например, пятна).
• Проблемы с отверстиями (например, трещины или царапины).
• Несоответствие размеров печатной платы.

К визуально ненаблюдаемым относятся:

• Инородные тела под поверхностью платы.
• Недостатки в скрытых отверстиях.
• Проблемы с внутренними проводниками (например, неравномерное оксидирование).
• Проблемы с микрошлифами.

Некоторые дефекты могут существенно отразиться на работоспособности и долговечности готового устройства. Поэтому по завершению производства МПП обязательна тщательная проверка изделия на предмет наличия дефектов.

Монтаж печатных плат

В зависимости от особенностей места установки и необходимого количества печатных плат выбирается ручной или автоматический монтаж. При этом сроки и стоимость установки зависит от нескольких факторов:

• Количество элементов одного типа.

От данного параметра зависит сложность монтажа, так как гораздо проще настроить установку 100 одинаковых элементов, чем 30 различных.

• Имеется ли в наличие полный комплект изделий и приспособлений для монтажа.

В случае неполноты комплекта необходим дозаказ нужных элементов. Данный производственный процесс является довольно специфичным, поэтому нужные изделия возможно придется ждать довольно долго.

• Наличие полного комплекта документации.

Ручной монтаж

При монтаже небольшого количества элементов нецелесообразно применять автоматические линии. Поэтому в данной ситуации установка осуществляется ручным способом. Кроме того, иногда ручной монтаж является подготовительным этапом перед автоматическим. При этом происходит пайка элементов с использованием современного оборудования.

Чтобы монтаж был произведен максимально быстро и качественно, необходима подготовка следующих документов:

• Полный перечень компонентов и спецификация на все элементы.
• Подробный чертеж с указанием всех требований.
• Схема на изделия и комплектующие (в случае необходимости).

Главное – ответственно подойти к выбору исполнителя, так как от его профессионализма зависит надежность и долговечность изделия.

Автоматический монтаж

При автоматическом монтаже используется полностью автоматизированная линия поверхностного монтажа, которая включает следующие элементы:

1. Автоматическая установка (позволяет монтировать компоненты любой формы и размеров).
2. Конвекционная печь со встроенной системой управления (осуществляет пайку элементов).
3. Принтер для трафаретной печати.
4. Ручной манипулятор (сокращает сроки выполнения небольших заказов).

Вышеперечисленный список является приблизительным, все зависит от особенностей монтажа и фирмы, которая его осуществляет.

При заказе автоматического монтажа на производстве необходимо представить следующие документы:

1. Проект изделия в формате, который укажет исполнитель.
2. Спецификацию компонентов.
3. Подробный чертеж.

Вывод

В настоящее время наибольшей популярностью пользуются именно многослойные печатные платы. Они способны не только соединить все компоненты и обеспечить высокое качество передачи сигнала, но и создать максимально компактное устройство. А благодаря современным технологиям производства, стоимость таких плат ненамного выше простых однослойных или двухслойных элементов. Подходящих альтернатив печатным платам нет, поэтому они вытеснили кабельные соединения в приборостроении, создавая при этом идеальные условия как для заказчиков, так и для исполнителей.

В отличие от однослойных и двухслойных элементов многослойные платы открывают гораздо больше возможностей для проектирования, поэтому их активно используют при конструировании сложных электрических устройств.

Что предлагает ИнПромСинтез

Быстрое выполнение работ

• У нас очень быстрое время обработки запросов от клиентов - от проектирование до изготовления прототипа или рабочего образца платы.
• Широкий выбор параметров
• Для изготовления плат ИнПромСинтез использует широкий выбор различных параметров. Он включает в себя тип материала печатной платы, который Вы хотите использовать, отделку поверхности. А также опции для добавления уникальных идентификаторов для ваших плат.
• Наше производство также может производить платы до 32 слоев.

Система онлайн заказа

Наконец, сайт ИнПромСинтез позволяет вести заказ платы полностью в онлайн режиме, где производится подгрузка файлов проекта, согласование замены компонентов, а также автоматический расчёт цены Вашей печатной платы. Это происходит после того, как Вы загрузите файлы Gerber и введете необходимые данные.

Наше производство печатных плат предлагает идеальный баланс между ценой и качеством и множеством вариантов изготовления, которые могут подходить для высоковольтных плат.