2-Lagen-PCB: Alles, was Sie wissen müssen

Wenn wir über Leiterplatten sprechen, kennen Sie vielleicht einige verschiedene Arten von Leiterplatten. Eine der gebräuchlichsten Leiterplatten ist die 2-Lagen-Leiterplatte. Es besteht aus zwei Lagen Kupferfolie, die durch ein dielektrisches Material getrennt sind. In diesem Beitrag zeigen wir Ihnen alles, was Sie über 2-Lagen-Leiterplatten wissen müssen. Lasst uns gleich eintauchen!

Was ist eine 2-Lagen-Leiterplatte?

2-Lagen-Leiterplatte, auch bekannt als doppelseitige Leiterplatte, ist eine Leiterplatte, die auf beiden Seiten, oben und unten, mit Kupfer beschichtet ist. Auf beiden Seiten befinden sich Schaltkreismuster, die durch die Durchgangslöcher in der Mitte verbunden sind. Vias sind kleine metallisierte Löcher auf der Leiterplatte, die auf beiden Seiten mit Drähten verbunden werden können, sodass die Drähte verschachtelt werden können. Das heißt, dass auf beiden Seiten Verkabelungen vorhanden sind und Bauteile auf der Vorder- oder Rückseite angelötet werden können. 2-Lagen-Leiterplatten sind auch die wirtschaftlichste Art von Leiterplatten in der Herstellung.

Die doppelseitige Leiterplatte löst das Problem der versetzten Verkabelung bei der einseitigen Leiterplatte (sie kann durch das Loch auf die andere Seite geleitet werden) und eignet sich besser für den Einsatz in komplizierteren Schaltkreisen als die einseitige Leiterplatte.

2-Schicht-Leiterplattendicke

Eine zweischichtige Leiterplatte kann zwischen 2 und 0.010 Zoll dick sein. Die Standarddicke der 0.060-lagigen Leiterplatte beträgt 2 mm. Wir gehen davon aus, dass die Leiterplattenfertigung über einige mit Kupfer beschichtete Kerne verfügt und die Gesamtdicke von Kupfer und FR1.6-Material 4 mm beträgt.

Darüber hinaus hängt die Dicke der Platine vom verwendeten dielektrischen Material und der Größe der auf der Platine montierten Komponenten ab. Je dicker die Platine ist, desto besser kann außerdem das Übersprechen zwischen den Signalleiterbahnen reduziert werden.

2-lagiger PCB-Stack-up

Die 2-Schicht PCB-Stackup enthält 1 Oberschicht und 1 Unterschicht.

Die 2-Lagen-Leiterplatte hat eine Innenschicht, die gleichzeitig eine Kupferschicht ist. Und hier befinden sich die meisten Durchkontaktierungen. Außerdem sind Vias die winzigen kleinen Löcher, die die obere und untere Schicht miteinander verbinden. Noch wichtiger ist, dass sie den Fluss elektrischer Signale von einer Schicht zur anderen ermöglichen.

Signalschichten

Auf der Doppelschichtplatine gibt es zwei Signalschichten: die obere Schicht und die untere Schicht. Die Farbe der obersten Ebene ist standardmäßig rot. Man sieht einige Beläge und Spuren darauf. Laienhaft ausgedrückt sind die roten Stellen alle aus Kupfer. An der Stelle, an der sich die Haut befindet, kann das Lot angebracht werden und Strom leiten.

Das Gleiche wie die unterste Schicht. Die Stellen mit blauer Farbe können verzinnt und leitfähig sein.

Leistungsschicht

Die Stromschicht verwenden wir, um Strom auf die verschiedenen Teile der Platine zu verteilen. Sie können es auch als Rückweg für die Erdungssignale verwenden.

Prepreg-Schicht

Die Prepreg-Schicht ist eine dünne Schicht aus dielektrischem Material. Und es kann eine Isolierung zwischen der Kupferschicht bieten. Darüber hinaus kann es auch als Stütze für die Kupferschichten dienen. Die Dielektrizitätskonstante der Prepreg-Schicht beträgt 2 und ist damit niedriger als die Dielektrizitätskonstante von FR-2.

Lötmaskenschicht

Die Lötmaskenschicht wird hauptsächlich zum Platzieren von Druckinformationen wie Umrissen und Anmerkungen von Komponenten, verschiedenen Anmerkungszeichen usw. verwendet.

2-Lagen-PCB-Designregeln

Viele 2-Lagen-PCB-Designplatinen werden mit begrenzter Leistung erstellt. Normalerweise ist es eine Herausforderung, ein BGA-Gehäuse wie einen High-End-Mikroprozessor oder ein FPGA in einer zweischichtigen Leiterplatte zu verlegen. Dabei geht es nicht um hochwertige PCB-Endplatinen, sondern um mehrere Consumer-Mikrocontroller, Produkte und IoT-Anwendungen, die auf einer 2-Lagen-Leiterplatte erstellt werden. Das Gute daran ist, dass das Entwerfen dieser Boards einfach ist, wenn Sie die folgenden Tipps befolgen.

1. Verwenden Sie 20 mil breite Stromleiterbahnen, 6 mil breite Signalleiterbahnen und einen Bohrdurchmesser von 13 mils

Jeder Designer möchte kleine Features ohne zusätzliche Kosten einsetzen, um ein Routing mit höchster Dichte zu erreichen. Möglicherweise empfinden Sie die Signalspur mit einer Breite von 6 Mil als zu klein. Es hält jedoch 1A Gleichstrom. Es besitzt außerdem 80 Milliohm/Zoll in etwa 1 Unze Kupfer. Für 20 mil breite Stromleiterbahnen können 3 A Gleichstrom verwendet werden. Es verfügt außerdem über 25 mOhm/Zoll.

2. Strom- und Signalpfade auf der ersten Schicht, Routenkomponenten und Erdungsrückführung auf der zweiten Schicht

Falls im Trace ein progressiver Rückweg vorhanden ist, kann dieser ohne Beeinträchtigung der Leistung verlängert werden. Der Trick besteht darin, den Rückweg unter einer Zeile zu verwenden. Die einfache Methode besteht darin, eine starke Grundplatte unter der Platine zu verwenden.

3. Komponentenanpassung für weniger überfülltes Routing und beabstandete Signalspuren

Wenn Sie über die Elementplatzierung verfügen, können Sie erwägen, Signale zu verlegen, um die Überkreuzung von Leitungen zu minimieren. Die Leiterbahnen verfügen über eine hohe Merkmalsimpedanz und da sie weit von der Rücklaufebene entfernt sind, wird die Kreuzung aufgezeichnet. Wenn die Abstände zwischen den Signalen enger sind, kommt es zu einer größeren Kreuzung.

4. Erstellen Sie eine kurze Route auf der untersten Ebene. Wenn es schwierig ist, die Strecke kurz zu halten, fügen Sie einen Rückholgurt hinzu

Die Gesamtidee besteht darin, ein ideales Design zu finden und einen Rückweg mit niedriger Impedanz in allen Signalleitungen anzubieten. Dadurch soll sichergestellt werden, dass die Gegeninduktivität im Signalrückweg niedrig gehalten wird.

5. Entkopplungskondensatoren sollten in der Nähe des IC-Stromanschlusses platziert werden

Nutzen Sie den riesigen Kondensator in einem kleinen Gehäuse mit einer Nennspannung von bis zum Zweifachen der erforderlichen Schienenanwendung. Normalerweise wird ein MLCC-Kondensator mit 2 uF verwendet. Die Kapazitätsgröße hängt von der Stromaufnahme der Elemente ab, die Sie entkoppeln. Falls Sie nicht recherchieren, ziehen Sie 22 uF in Betracht.

6. Wenn möglich, erstellen Sie für jedes digitale Signal an allen Anschlüssen eine Rückleitung

Schaltrauschen oder Masseprellen werden in großem Maße dadurch verursacht, dass mehrere Signale ähnliche Rückleitungspins belegen. Bei mehreren Steckverbindern können ein oder zwei Return-Pins mit mehreren Signalumschaltungen verwendet werden. Dies gilt vor allem für den Bodensprung.

Vor- und Nachteile der 2-Lagen-Leiterplatte

Vorteile

• Kosteneinsparungen: Doppelseitige Leiterplatten sind günstiger als 4-Lagen-Designs. Dadurch können Sie Geld sparen, insbesondere wenn Sie eine große Menge bestellen.

• Einfacheres Design und Produktion: Einfache Designs lassen sich schneller erstellen, sodass Sie Ihre Leiterplatten schneller erhalten. Außerdem ist die Wahrscheinlichkeit kostspieliger Fehler während des Design- oder Herstellungsprozesses geringer. Wenn Sie Ihre Leiterplatte später reparieren müssen, sind doppelseitige Leiterplatten einfacher zu reparieren als komplexe 4-Lagen-Leiterplatten.

• Gut für große Bestellungen: Wenn Sie viele Leiterplatten benötigen, ist es besser, 2-Lagen-Platinen zu verwenden. Sie tragen zu einer schnelleren und kostengünstigeren Fertigung bei.

• Schnell umdrehen: Unabhängig davon, ob Sie ein großes oder kleines Projekt haben, benötigen Sie möglicherweise einen schnellen Prototyp. 2-Lagen-Leiterplatten lassen sich im Vergleich zu anderen Leiterplattenarten sehr schnell herstellen.

Nachteile

• Einfaches Design: Doppelseitige Leiterplatten haben weniger ausgefallene Funktionen. 4-lagige Leiterplatten können über mehr Komponenten und Routing-Optionen verfügen, während 2-Lagen-Leiterplatten normalerweise ein einfacheres Design haben.

• Langsamere Geschwindigkeit und geringere Kapazität: Wenn Geschwindigkeit wichtig ist, sind mehr Schichten besser. Abhängig von Ihrem Projekt reichen 2 Schichten möglicherweise nicht für die benötigte Geschwindigkeit und Kapazität aus. Durch das Hinzufügen weiterer Ebenen, z. B. von 2 auf 4, können Sie die Geschwindigkeit und Kapazität steigern.

• Größer und schwerer: Obwohl sie aus weniger Schichten bestehen, können doppelseitige Leiterplatten größer und sperriger sein, um alle Komponenten und Leitungen unterzubringen. Wenn Sie nur über begrenzten Platz verfügen, ist das Hinzufügen weiterer Schichten oft die bessere Wahl, um die Leiterplatte auf kleinem Raum unterzubringen.

Doppelschichtige Leiterplatte vs. einschichtige Leiterplatte

Einseitige Leiterplatten

Eine einseitige Platine ist die einfachste Leiterplatte, bei der sich die Teile auf einer Seite und die Drähte auf der anderen Seite konzentrieren. Da die Drähte nur auf einer Seite vorhanden sind, nennen wir diese Art von Leiterplatte einseitig (einseitig). Da es bei der Einzelplatine viele strenge Einschränkungen hinsichtlich des Schaltkreisdesigns gibt (da es nur eine Seite gibt, kann sich die Verkabelung nicht kreuzen und muss um einen separaten Pfad verlaufen), wurde dieser Platinentyp nur in frühen Schaltkreisen verwendet.

Doppelseitige Leiterplatten

Einseitige Leiterplatte Leiterbahnen sind nur auf einer Seite vorhanden, während doppelseitige Leiterplatten Leiterbahnen auf beiden Seiten mit Ober- und Unterschicht aufweisen. Die Komponenten und das leitende Kupfer werden auf beiden Seiten einer doppelseitigen Leiterplatte montiert, was zur Kreuzung oder Überlappung der Leiterbahn führt. Zur Realisierung eignen sich am besten doppelseitige Leiterplatten Schaltkreise mit hoher Dichte die kein Punkt-zu-Punkt-Löten erfordern.

Einseitige Leiterplatten vs. doppelseitige Leiterplatten

Doppelschicht-Leiterplatte im Vergleich zu 4-Schicht-Leiterplatte

Eine 2-Lagen-Leiterplatte besteht aus zwei Kupferschichten und eine 4-Lagen-Leiterplatte aus vier Kupferschichten. Die Schichten werden mit Substraten zusammenlaminiert. Die obere und die untere Schicht sind die Signalschichten. Aber die inneren sind die Boden- und Versorgungsflugzeuge.

4-lagige Leiterplatten sind leistungsstärker als einlagige Leiterplatten und 2-lagige Leiterplatten. Obwohl sie sich hervorragend für komplexe Projekte eignen und sich durch ihre Funktionalität auszeichnen, sind ihre Kosten höher als bei ihren 2-Schicht-Gegenstücken.

Unterschied zwischen 2-Lagen-PCB und 4-Lagen-PCB

Preis

Eine zweischichtige Leiterplatte ist günstiger als eine vierschichtige Leiterplatte. Die Herstellungskosten werden jedoch durch die Anzahl der Einheiten bestimmt, die Sie bestellen möchten.

Design und Produktion

Eine 2-Lagen-Leiterplatte lässt sich einfacher entwerfen und herstellen und außerdem ist es einfacher, eine doppelseitige Leiterplatte zu reparieren als eine Vierlagen-Leiterplatte.

Vorlaufzeit

Doppelseitige Leiterplatten haben gegenüber vierschichtigen und mehrschichtigen Leiterplatten einen Vorteil, wenn es um die Vorlaufzeit geht. Unabhängig davon, ob es sich um ein kleines oder großes Projekt handelt, benötigt 2 Layer PCB eine kürzere Vorlaufzeit für die Herstellung eines Prototyps.

Langlebigkeit

Da die Leiterplatte aus vielen Schichten besteht, ist sie haltbarer als eine Leiterplatte mit zwei Schichten. Auch wenn Four-Layer-Leiterplatten kleiner sind als doppelseitige Leiterplatten, sind sie doch voluminöser.

Anwendungen

Wenn Ihr Projekt komplex ist, sind die zusätzlichen Schichten einer 4-Lagen-Leiterplatte von großem Vorteil. Da es möglich ist, kreativ zu sein und zusätzliche Komponenten hinzuzufügen, können die Leiterplatten für komplizierte Projekte verwendet werden.

Größe Gewicht

4-lagige Leiterplatten sind klein und sehr leicht. Sie sind kleiner und leichter als doppelseitige Leiterplatten, da sie weniger Platz für Verkabelung und Komponenten benötigen.

2-lagige und 4-lagige Leiterplatten bieten unterschiedliche Funktionalitäten, sind aber beide für unterschiedliche Arten von Projekten von Vorteil. Letztendlich hängt die Wahl zwischen einer 4- und 2-Lagen-Platine in erster Linie von den Spezifikationen Ihres Projekts, der Komplexität Ihrer Schaltung und den Budgetanforderungen ab, die Sie für Ihr Projekt haben.

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