PCB Блог - Что такое ПХБ и процесс проектирования ПХБ

Что такое ПКБ? PCB, полное название печатной платы, является краеугольным камнем и кровяной линией строительства современной электронной продукции, играет незаменимую роль. От ежедневного ношения электронных часов студенты не могут обойтись без калькулятора, до офиса незаменимого компьютера, а затем подключены к миру электронного оборудования связи, и даже символ военной мощи страны системы военного оружия, эти, казалось бы, разные, разные функции электронного оборудования, в их внутренней структуре, неизменно встроены в сложную и сложную плату из печатной платы.

Печатные платы можно разделить на три основные категории: гибкие печатные схемы (FPC), жесткие платы и жесткие гибкие друкованные платы (Rigid-Flex PCB).

FPC, или гибкая печатная схема, широко признана своей высокоплотной проводкой, легким весом, ультратонкостью и отличными свойствами изгиба. Например, один из наших текущих продуктов использует FPC в качестве проводки, которая ценится своим легким весом и легкими характеристиками изгиба.

Rigid-Flex PCB (Rigid-Flex печатные платы) производятся путем сочетания гибкой печатной платы с жесткой платой с помощью ряда процессов, таких как ламинирование. Преимущество этой электронной платы заключается в том, что она сочетает в себе соответствующие преимущества платы FPC и PCB, однако ее недостатки не менее очевидны: сложный производственный процесс, относительно низкий урожай, производственные трудности и относительно длительный производственный цикл.

Классификация PCB

Классификация по количеству слоев и распределению медной фольги

В соответствии с количеством слоев медной фольги, платы схемы могут быть разделены на односторонние, двусторонние и многослойные платы.

Однослойные доски: проводы предоставляются только с одной стороны. Поскольку проводка ограничивается только одной стороной, существует много ограничений конструкции. Эти платы были более распространены в ранних схемах, но теперь в основном используются в продуктах с простыми структурами и строгими требованиями к стоимости.

Двуслойные доски: проводка предоставляется с обеих сторон доски. Благодаря двусторонней проводке можно решить проблемы, вызванные поэтапной проводкой в одной панели, тем самым достигая более оптимального макета. Двустронние платы часто используются в относительно простых схемах, распределение чипов не плотные случаи.

Многослойные доски (многослойные доски): Для расширения площади проводки многослойные доски используют несколько слоев односторонних или двусторонних досок и связаны через изоляционный материал. Часто используемые многослойные доски обычно составляют от 4 до 8 слоев.

Классификация по субстрату

Общие классификации по подложке включают: фенольные бумажные ламинаты, эпоксидные бумажные ламинаты, полиэстерные стеклянные матовые ламинаты и эпоксидные стеклянные ткани ламинаты.

На основе типа проходящих отверстий, плата PCB может быть классифицирована как:

Через отверстие: этот тип отверстия полностью проникает во всю электронную плату, каждый конец расположен в самом внешнем слое платы.

Слепое отверстие: Слепое отверстие начинается на одной из внешних поверхностей электронной платы, но не проникает во всю плату, но заканчивается где-то на внутреннем слое.

Похороненный путь: Похороненный путь расположен полностью внутри электронной платы, ни один конец не касается внешнего слоя платы и используется только для соединения различных слоев внутри платы.

ПХД-доски могут быть классифицированы в зависимости от того, содержит ли проходящее отверстие медь или нет, и разделяются на два типа отверстий: отверстия с медным покрытием и отверстия без меди.

Покрытый проходящий отверстие (PTH): Этот тип проходящего отверстия покрыт медью и служит проводником, и является общим типом отверстия, используемого для маршрутизации печатной платы.

Непокрытый проходящий отверстие (NPTH): NPTH означает, что нет медного соединения внутри отверстия, которое обычно используется для фиксации положения платы PCB.

На практике большинство плат содержат как медные, так и безмедные отверстия.

Классификация по функциям

Импедансные платы имеют стабильные характеристики импеданса, что дает им преимущество в высокоскоростной передаче сигнала и высокочастотных приложениях.

Микроволновые платы, с другой стороны, выделяются своими отличными микроволновыми характеристиками, что делает их особенно подходящими для RF и микроволновых приложений связи.

Flex PCB, с их отличными свойствами изгиба и устойчивостью к усталости, идеально подходят для оборудования, которое подвергается нагрузкам на изгиб и растяжение.

Классификация по поверхностной обработке

Поскольку медь склонна к окислению в естественной среде, что может привести к плохим результатам пайки, на поверхность меди обычно наносится защитное покрытие. Ниже приведены несколько типов поверхностной обработки:

Свинцевая (HASL: Hot Air Level Welding): Медная поверхность консервируется в свинцовой среде с использованием технологии выравнивания горячего воздуха.

Безсвинцовая пайка (HASL/LF: Hot Air Level Soldering Lead Free): Используется та же технология выравнивания горячего воздуха, но в безсвинцовой среде.

Погрузительное золото (ENIG: Electroless Nickel/Immersion Gold): На поверхность меди осаждается слой безэлектрического никеля, который затем покрывается золотом.

Погрузка олова / химического Sn: Слой олова химически осаждается на поверхности меди.

Погрузка Серебро/Химическое Ag: Слой серебра химически осаждается на медной поверхности.

Защита от окисления (OSP: Органические консерванты для пайки / Entek / Пассивированная медь): Покрытие органической защитной пленки на поверхности меди для предотвращения окисления.

Золотое покрытие/вспышка золота: покрытие слоя золота на поверхности меди галваническим покрытием.

Углеродное масло: слой углеродного масла, покрытый на поверхности платы PCB для конкретных приложений.

Обойруемая пайная маска: Обойруемая пайная маска, используемая для защиты определенных областей платы ПХД от пайки.

Покрытие золотого пальца / краевого контакта / соединительного пальца: слой золота, покрытый на краях или конкретных областях платы PCB для повышения проводимости и коррозионной устойчивости. Согласно стандарту IPC-6012 CLASS 2, минимальная толщина золотого пальца составляет 0,80UM (30U"), а минимальная толщина никеля (NI) составляет 2UM.

Функции платы PCB

Электрическое взаимосоединение

Медные следы на плате PCB тщательно размещены для соединения различных электронных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы и интегральные схемы, вместе для создания полной системы схем. Этот тип соединения не только упрощает процесс проектирования схемы, но и значительно улучшает надежность схемы.

Поддержка компонентов

ПХД обеспечивают прочную платформу поддержки электронных компонентов, обеспечивая, что они расположены плотно и упорядоченно. Благодаря пачке и другим процессам компоненты могут быть прочно закреплены на ПХД, тем самым повышая конструктивную стабильность и переносимость оборудования.

Защита схемы

Изоляционный материал, используемый на платах ПХД, эффективно защищает схемы от электромагнитных помех и защищает их от внешних факторов, таких как влага и пыль. Эта защита имеет решающее значение для продления срока службы электронных устройств, особенно в суровых промышленных условиях.

Термическая производительность

В высокопроизводительной, энергоемкой электронике, где рассеивание тепла является особой проблемой, металлические слои на плате PCB, особенно медные фольги, тщательно разработаны для того, чтобы действовать в качестве эффективных теплоотводников. Они быстро поглощают и рассеивают тепло, генерируемое схемой, и предотвращают повреждение компонентов в результате перегрева. Эффективность рассеивания тепла плат ПХД может быть еще больше улучшена за счет увеличения толщины медных фольг, оптимизации макета и других средств конструкции.

Кроме того, инновационные теплорассеивающие конструкции, такие как теплоотводники и теплоотводники, также широко используются в конструкции платы PCB. Эти конструкции повышают эффект рассеивания тепла, сохраняя при этом компактность и эстетику плат PCB, обеспечивая надежную техническую поддержку для строительства высокопроизводительных и долговечных электронных устройств.

Оптимизация пространства и компактная конструкция

Конструкция плат ПХД не только касается реализации функций схемы, но и глубоко влияет на производственные затраты, эффективность производства и последующее обслуживание и замену. При выборе производственного процесса передовые технологии, такие как процесс отверстия в диске, широко используются в производстве платы PCB. Эти процессы позволяют более гибкое расположение компонентов в ограниченном пространстве платы PCB, максимизируя использование пространства. Использование отверстий для смолы + галванических крышок для достижения процесса отверстия в посуде не только оптимизирует макет и проводку, но и избегает таких проблем, как утечка олова, делая внутреннюю структуру электронных устройств более компактной и красивой.

Обычно используемое сырье для платы ПХБ

1.Первоначальный материал платы PCB является медной покрытой подложкой, называемой подложкой. Подложка по существу представляет собой лист смолы с медной фольгой, ламинированной с обеих сторон. Среди многих производителей платы FR-4 стали первым выбором в области высококачественных электронных изделий, таких как компьютеры и оборудование связи, благодаря их отличной производительности.

Для листа FR-4, промышленность имеет три основных требования: первый является огнестойкостью, то есть, доска должна быть в состоянии столкнуться с высокими температурами, чтобы поддерживать негоряемость, только смягчение; за ней следует точка Tg (температура перехода стекла), которая отражает стабильность материала при высоких температурах; и затем диэлектрическая константа, параметр, который напрямую связан с эффективностью и качеством передачи сигнала платы. Короче говоря, платы FR-4, используемые в плате PCB, должны иметь отличную пламеностойкость, чтобы иметь возможность поддерживать форму при определенной температуре без горения, и в то же время иметь подходящую точку Tg и низкую диэлектрическую константу, чтобы удовлетворить строгие требования современных электронных изделий к высокой производительности и высокой стабильности.

Медные пластинговые доски обычно используются в следующих категориях:

FR-1 - фенолическая хлопковая бумага (обычно известная как бакелит, более экономичная, чем FR-2)

FR-2 - фенолическая хлопковая бумага

FR-3 - хлопковая бумага, эпоксидная смола

FR-4 - стеклянная ткань, эпоксидная смола (Шэньчжэнь Циньцзи электронная обычно используемая подложка)

FR-5 - Стеклянная ткань, эпоксидная смола

FR-6 - Сырое стекло, полиэстер

CEM-1 - Хлопковая бумага, эпоксидная смола (противопламенная)

CEM-2 - Хлопковая бумага, эпоксидная смола (не огнезамедлительная)

CEM-3 - Стеклянная ткань, эпоксидная смола

CEM-4 - Стеклянная ткань, эпоксидная смола

CEM-5 - Стеклянная ткань, полиэстер

AIN - нитрид алюминия

SIC - карбид кремния

G-10 - Стеклянная ткань, эпоксидная смола

Медный ламинат (CCL) - это материал, который может быть классифицирован различными способами. В зависимости от изоляционного материала его можно разделить на три основных типа: бумагу, стеклянную ткань и синтетическое волокно. В зависимости от типа используемой связывающей смолы, медными ламинатами можно подразделить на фенольные, эпоксидные, полиэстеровые и ПТФЭ типы. Кроме того, с точки зрения применения, медными ламинатами также можно разделить на две категории: общего назначения и специального назначения, для удовлетворения специфических потребностей различных отраслей промышленности и продуктов.

2. медная фольга

После определенного процесса оставшаяся часть медной фольги способна построить проводы, необходимые для цепи, на подложке. Процесс производства медной фольги в основном включает календирование и электролиз.

3.Полу-вытвержденный лист (PP)

В процессе изготовления электронных плат полувытвержденный лист (ПП) является незаменимым ключевым материалом, который в основном отвечает за задачу связывания между слоями. Короче говоря, полувытвержденный лист представляет собой тонкий лист субстрата на стадии В. Его характеристики определяются его толщиной и количеством смолы (клея), которое он содержит.

4.Сухая пленка (светочувствительные материалы)

Сухая пленка, также известная просто как фоточувствительная сухая пленка, состоит из специального смолоподобного вещества в его ядре, которое подвергается фотохимической реакции при воздействии определенного спектра. На практике сухая пленка обычно состоит из трех слоев: светочувствительный слой умно помещен между двумя защитными пластиковыми пленками. Исходя из уникальных химических свойств фоточувствительных веществ, сухие пленки можно разделить на две основные категории: фотополимерные и фоторазлагаемые. Фотополимеризированная сухая пленка переходит от водорастворимой к нерастворимой в воде и затверждается при воздействии определенного спектра света, в то время как фоторазлагающаяся сухая пленка реагирует обратным образом.

5.Solder Resist чернила

Solder Resist Ink, по сути профессиональный резистент к пачке, действует как жидкий фотографический материал и не имеет affiнитета к жидкой пачке. Подобно фоточувствительной сухой пленке, резистентное к пачке чернило затверждается при воздействии определенного спектра света. При использовании, припайка устойчивых чернил необходимо хорошо смешать с затвердителем. То, что мы обычно называем чернилами, также известными как soldermask, дает нашим обычным печатным платам их богатые цвета.

6.Image негатив (лист фильма)

Функция негативного изображения здесь похожа на негативную пленку в фотографии, которая использует светочувствительные материалы для захвата и записи изображений. Когда заказчик передает завершенный проект на завод плат, рабочая станция в центре CAM выводит схему в виде отрицательного изображения с помощью светового графика, а не обычного принтера. Негатив изображения играет решающую роль в производстве плат, потому что все узоры или линии, которые должны быть реализованы на подложке с помощью технологии передачи изображения, должны сначала быть преобразованы в негатив.

Процесс проектирования PCB

Процесс проектирования ПХД представляет собой систематический подход к созданию функционально стабильных и надежных печатных плат, где каждый этап имеет решающее значение, от первоначальной концептуализации до окончательного изготовления готового продукта. Процесс состоит из ряда ключевых элементов, каждый из которых играет решающую роль в успехе проекта.

Процесс проектирования ПХД начинается с концептуальной фазы проектирования, где основная задача заключается в определении общих требований и спецификаций электронного продукта. На этом этапе команда электротехники, команда машиностроения и другие соответствующие заинтересованные стороны тесно сотрудничают для определения функциональных особенностей, размеров и критериев производительности, необходимых для ПХД.

После завершения фазы концептуального проектирования последует фаза схематического проектирования. На этом этапе инженеры используют инструменты схематического захвата для точного изображения электрических соединений и компонентов схемы. Схема является краеугольным камнем макета PCB, предоставляя четкое руководство по проектированию электронной платы и демонстрируя электрическую функциональность схемы.

Как только схематическая конструкция завершена, начинается фаза размещения ПХД. На этом этапе инженеры строят физическую форму схемы, тщательно располагая и маршрутизируя компоненты на плате. Во время процесса макета они должны строго придерживаться различных руководящих принципов проектирования, таких как минимальная ширина линии, расстояние и размер проездов, чтобы обеспечить изготовленность и эксплуатационную надежность доски.

На протяжении всего процесса проектирования ПХД важную роль играет синергия между различными командами. Команда электротехники работает в тесном сотрудничестве с командой машиностроения, чтобы гарантировать, что ПХД идеально адаптированы к требуемому корпусу и отвечают всем тепловым и конструктивным требованиям. В то же время производственная команда предоставляет важные руководящие указания по проектированию для производства (DFM), которое предназначено для минимизации проблем во время производственного процесса и повышения производительности.

После завершения макета ПХД конструкция подвергается строгому процессу проверки и валидации, который включает проверку правил конструкции (DRC), проверку электрических правил (ERC) и моделирование целостности сигнала. Эти процессы имеют решающее значение для выявления и решения потенциальных проблем до начала производства. Конец хвоста процесса проектирования ПХД затем генерирует производственные файлы, в частности, такие как файлы Гербера и файлы сверления, которые необходимы производителю ПХД для производства физической платы. Затем изготовленные печатные платы подвергаются строгому испытанию и сборке до окончательной интеграции в электронику.