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Multilayer-PCB-Design-Leitfaden für Einsteiger: Aktualisiert (2023)

Views: 602 Autor: Site-Editor Veröffentlichungszeit: 2023-04-27 Herkunft: Site

Mehrschichtige Leiterplatten (PCBs) sind komplizierte elektronische Schaltkreise, die aus zahlreichen Schichten leitender Bahnen und isolierender Substrate bestehen. Sie finden Anwendung in verschiedenen elektronischen Geräten, von Konsumgütern bis hin zu Luft- und Raumfahrtsystemen.

Diese Entwicklung wurde durch die zahlreichen Vorteile vorangetrieben, die mehrschichtige Leiterplatten bieten. Der vorliegende Artikel bietet eine ausführliche Darstellung des Designs von mehrschichtige Leiterplatten (PCBs) und umfasst grundlegende Aspekte des Herstellungsprozesses sowie anspruchsvolle Designtechniken.

Mehrschichtige Leiterplatten sind komplizierte elektronische Schaltkreise, die aus zahlreichen Schichten leitender Bahnen und isolierender Substrate bestehen. Sie finden Anwendung in verschiedenen elektronischen Geräten, von Konsumgütern bis hin zu Luft- und Raumfahrtsystemen. Der folgende Abschnitt bietet ein umfassendes Handbuch für den Prozess der Herstellung von Multilayer-Leiterplatten.

Das Konzept des Layer-Stackings

In der Anfangsphase des Produktionsprozesses für mehrschichtige Leiterplatten (PCB) wird ein Schichtstapel erstellt, der die Menge und Konfiguration der auf der Leiterplatte vorhandenen Schichten beschreibt.

Mehrschichtiges PCB-Design

Die Schichtungsanordnung spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der endgültigen Leistung der Leiterplatte.

Bezieht sich auf den Prozess der Materialauswahl

Die Auswahl der Materialien für einzelne Schichten ist ein entscheidender Aspekt, der die Betriebseffizienz der endgültigen Leiterplatte erheblich beeinflusst. Kupferkaschierte Laminate, Prepregs und Lötmasken sind die vorherrschenden Materialien, die bei der Herstellung mehrschichtiger Leiterplatten verwendet werden.

Als leitfähige Schichten werden kupferkaschierte Laminate in Verbindung mit Prepreg verwendet, das als Isoliermaterial dient und die Schichten voneinander trennt. Das Aufbringen einer Lötmaske auf eine Leiterplatte dient dazu, diese vor äußeren Einflüssen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Feuchtigkeit und Staub, zu schützen.

Bohrvorgang

Nach der Platzierung der Schicht und der Identifizierung der Materialien umfasst der nächste Schritt im Herstellungsprozess das Perforieren der erforderlichen Öffnungen in der Leiterplatte. Die Öffnungen erleichtern die Verbindung zwischen den verschiedenen Schichten der Leiterplatte und ermöglichen den Zugang zu den einzelnen Modulen. Zum Bohren von Löchern werden üblicherweise computergesteuerte Bohrmaschinen eingesetzt.

Visualisierung

Nach dem Perforieren der Öffnungen besteht die nächste Maßnahme darin, die leitfähigen Schichten der Leiterplatte vorzusehen. Bei diesem Verfahren wird durch Drucken ein leitfähiges Muster auf ein kupferkaschiertes Laminat aufgebracht. Typischerweise werden bei der Herstellung von Leiterbahnen Fotolack- und Fotolithografietechniken eingesetzt.

Prozess der Beschichtung

Im Anschluss an die Bildung der leitenden Bahnen auf dem kupferkaschierten Laminat umfasst der nächste Schritt das Aufbringen einer Kupferbeschichtung auf die oben genannten Bahnen. Bei diesem Verfahren wird die Leiterplatte (PCB) in eine Galvanisierungslösung getaucht, wodurch eine dünne Kupferbeschichtung auf den Leiterbahnen abgeschieden wird.

Prozess der Laminierung

Nach dem Aufbringen der leitfähigen Schichten erfolgt im nächsten Schritt die Laminierung dieser Schichten unter Verwendung von Prepregs. Nach dem Stapeln der Schichten wird zwischen jede Schicht ein Prepreg eingefügt. Anschließend wird der Stapel auf einer Laminierpresse positioniert, wo die Schichten durch Anwendung von Hitze und Druck miteinander verschmolzen werden.

Der Prozess der Radierung

Nach dem Laminieren der Schichten erfolgt im nächsten Schritt die Entfernung von überflüssigem Kupfer mit dem Ziel, die endgültigen Leiterbahnen herzustellen. Bei diesem Verfahren wird eine Säure auf die Leiterplatte aufgetragen, die das Auflösen von überschüssigem Kupfer erleichtert.

Die Behandlung von Oberflächen

 Die letzte Phase des Herstellungsprozesses umfasst die Oberflächenbehandlung, bei der eine Schutzschicht auf die Leiterplatte aufgebracht wird. Die Beschichtung kann in Form einer Lötmaske oder einer Oberflächenveredelung wie Gold oder Silber erfolgen. Das Aufbringen der Oberflächenveredelung erfolgt im Siebdruckverfahren, das auch den Einsatz einer Schablonenbeschichtung umfasst.

Konfiguration einer mehrschichtigen Leiterplatte

Das Konzept des Layer-Stackings

 Der Schichtungsprozess spielt eine entscheidende Rolle bei der Beeinflussung der Wirksamkeit der endgültigen mehrschichtigen Leiterplatte. Der Schichtstapel ist ein entscheidender Aspekt einer Leiterplatte (PCB), da er die Anzahl und Konfiguration der Schichten, die Abmessungen jeder Schicht und die Zusammensetzung der für jede Schicht verwendeten Materialien angibt.

 Mehrschichtiges PCB-Design

Der Prozess des Schichtenstapelns erfordert eine sorgfältige Prüfung der PCB-Spezifikationen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Signalintegrität, Stromverteilung und Wärmemanagement.

Im zweiten Abschnitt konzentriert sich das Diskussionsthema auf Strom- und Masseebenen. Mehrschichtige Leiterplatten erfordern das Vorhandensein von Strom- und Masseebenen.

Die Leistungsschichten dienen dazu, eine konstante Spannungsquelle für die auf der Leiterplatte vorhandenen Komponenten bereitzustellen, während die Erdungsschichten für die Bereitstellung eines Stromrückwegs mit niedriger Impedanz auf der gesamten Leiterplatte verantwortlich sind.

Die strategische Anordnung und Konfiguration der Strom- und Masseebenen erfordert sorgfältige Überlegungen, um die Auswirkungen von Rauschen und Interferenzen auf die Leiterplatte zu verringern.

Signalintegrität

 Die Berücksichtigung der Signalintegrität ist beim Design mehrschichtiger Leiterplatten von großer Bedeutung.

Management thermischer Energie

Das Wärmemanagement mehrschichtiger Leiterplatten ist ein kritischer Aspekt, der sich auf die Betriebseffizienz und Zuverlässigkeit der Leiterplatte auswirken kann.

Das Wärmemanagement einer mehrschichtigen Leiterplatte erfordert den Einsatz von Techniken zur Regulierung der von den Komponenten auf der Platine erzeugten Wärme. Diese Techniken können den Einsatz von Kühlkörpern, Wärmeleitpads und anderen ähnlichen Maßnahmen umfassen.

Platzierung von Bauteilen

 Die strategische Anordnung der Komponenten auf einer mehrschichtigen Leiterplatte (PCB) erfordert sorgfältige Überlegungen, um die Effizienz und Zuverlässigkeit der Leiterplatte zu verbessern. Die Anordnung der Komponenten auf einer Leiterplatte kann sich auf verschiedene Aspekte ihrer Leistung auswirken, darunter Signalintegrität, Wärmemanagement und Stromverteilung.

 Beim Entwurf einer mehrschichtigen Leiterplatte (PCB) empfiehlt es sich, Maßnahmen zu ergreifen, die darauf abzielen, den Abstand zwischen den Komponenten zu minimieren und die Länge der Signalwege zu verkürzen.

Die Optimierung der Leistung und Zuverlässigkeit einer Leiterplatte mit mehreren Schichten erfordert eine sorgfältige Gestaltung ihrer Leitungsführung.

Das Routing von Leiterplatten hat Auswirkungen auf verschiedene Aspekte wie Signalintegrität, Stromverteilung und Wärmemanagement der Leiterplatte.

Die Entwicklung einer mehrschichtigen Leiterplatte erfordert die Umsetzung von Strategien, die darauf abzielen, die Länge der Signalspuren zu minimieren, die Anzahl der Spuren zu verringern und die Hochgeschwindigkeitssignalführung zu optimieren.

Einhaltung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) und elektromagnetischen Störungen (EMI)

Die Einhaltung der Vorschriften zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) und elektromagnetischen Störungen (EMI) ist ein entscheidender Aspekt beim Design mehrschichtiger Leiterplatten.

 Die Compliance-Standards für elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und elektromagnetische Interferenz (EMI) sind vorhanden, um sicherzustellen, dass elektronische Geräte in der vorgesehenen Umgebung störungsfrei und mit zuverlässiger Leistung funktionieren.

Die Entwicklung einer mehrschichtigen Leiterplatte erfordert die Einbeziehung von Strategien, die darauf abzielen, die Emission elektromagnetischer Strahlung und die Anfälligkeit gegenüber externen Störungen zu verringern.

Überlegungen zur Herstellung

Der Herstellungsprozess einer mehrschichtigen Leiterplatte erfordert eine sorgfältige Abwägung der Fähigkeiten und Einschränkungen des Leiterplattenherstellers.

Strategien zur Effizienzsteigerung von Multilayer-Leiterplatten.

Methoden zum Routing mit hohen Geschwindigkeiten Die Implementierung von Hochgeschwindigkeits-Routing-Techniken garantiert die effiziente Übertragung von Signalen zwischen verschiedenen Komponenten einer Leiterplatte und minimiert gleichzeitig das Auftreten von Verzerrungen und Interferenzen. Die oben genannten Techniken umfassen:

Unter Differential Pair Routing versteht man die Übertragung von Hochgeschwindigkeitssignalen zwischen zwei Pfaden, die gleiche und entgegengesetzte Signalspannungen aufweisen. Die Implementierung dieser speziellen Methodik führt zu einer Verringerung des Auftretens von Übersprechen und elektromagnetischen Störungen (EMI) innerhalb des Signals.

Bei der Längenaushandlung handelt es sich um einen Prozess, der die Einheitlichkeit der Streckenlängen für die Übertragung von Hochgeschwindigkeitssignalen gewährleistet. Die Implementierung dieser Technik führt zu einer Verringerung der Signalverzerrung und einer Verbesserung der Signalintegrität.

Bei der Via-Seam-Technik werden mehrere Vias in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet, wodurch eine zusammenhängende Grundebene entsteht. Die Implementierung dieser Technik führt zu einer Verringerung unerwünschter Geräusche und erhöht die Zuverlässigkeit des Signals.

Techniken für das Wärmemanagement

Um sicherzustellen, dass die Temperatur der Leiterplatte innerhalb akzeptabler Grenzwerte bleibt, werden Methoden des Wärmemanagements eingesetzt. Die oben genannten Techniken umfassen:

Heizkörper sind Geräte, die zur Beheizung eines Raumes oder Gebäudes dienen. Kühlkörper werden zum Zweck des Wärmemanagements eingesetzt, insbesondere um die Ableitung der Wärme zu erleichtern, die von den verschiedenen Komponenten auf einer Leiterplatte (PCB) erzeugt wird.

Typischerweise werden diese Komponenten entweder aus Aluminium oder Kupfer hergestellt und mithilfe von Wärmeleitpaste oder Wärmeband auf der Leiterplatte (PCB) befestigt.

Thermonähte erleichtern die Wärmeübertragung von der obersten Schicht der Leiterplatte (PCB) zur untersten Schicht. Typischerweise werden sie in unmittelbarer Nähe von wärmeerzeugenden Bauteilen positioniert.

Kupferleckage bezieht sich auf die Praxis, ungenutzte Bereiche der Leiterplatte (PCB) mit Kupfer zu bestücken. Dieser Ansatz erleichtert die Verteilung der Wärmeenergie über die gesamte Leiterplatte (PCB), was zu einer Reduzierung der Temperatur führt.

Verschiedene Methoden der Stromverteilung

 Die Implementierung von Stromverteilungstechniken zielt darauf ab, Leistungsverluste bei der Stromversorgung verschiedener Komponenten auf einer Leiterplatte zu minimieren. Die oben genannten Techniken umfassen:

Powerplanes werden verwendet, um Strom über die gesamte Leiterplatte (PCB) zu verteilen. Diese Elemente befinden sich normalerweise auf den inneren Schichten der Leiterplatte und können mithilfe von Leitungen mit Komponenten verbunden werden.

Das Diskussionsthema betrifft Entkopplungskondensatoren. Entkopplungskondensatoren dienen zur Abschwächung hochfrequenter Störungen, die von der Stromversorgung ausgehen. Typischerweise werden sie in unmittelbarer Nähe von Elementen positioniert, die eine kontinuierliche Stromversorgung erfordern.

Die Analyse der Machtintegrität

Der Prozess der Stromintegritätsanalyse beinhaltet die Erstellung eines Modells, das die Leistung eines Stromverteilungsnetzes charakterisiert, mit dem Ziel, mögliche Probleme wie Spannungseinbrüche zu erkennen.

Verschiedene Techniken werden beim Entwurf für die Herstellbarkeit eingesetzt

Die Implementierung von Design for Manufacturability (DFM)-Methoden garantiert die effiziente und fehlerarme Herstellung der Leiterplatte (PCB). Die oben genannten Methoden umfassen:

Die Panelisierung ist ein Prozess, der die Fertigungseffizienz optimiert, indem mehrere Leiterplatten (PCBs) auf einem größeren Panel angeordnet werden.

Die Auswahl der minimalen Leiterbahnbreite und des Mindestabstands sollte so erfolgen, dass die Herstellbarkeit der Leiterplatte (PCB) unter Verwendung des gewählten Herstellungsverfahrens gewährleistet ist.

Der Design Rule Check (DRC) ist ein Prozess, bei dem automatisierte Prüfungen eines Entwurfs durchgeführt werden, um dessen Übereinstimmung mit den Anforderungen des Fertigungsprozesses zu überprüfen.

Zusammenfassung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Implementierung dieser Techniken die betriebliche Effizienz verbessern kann Mehrschichtleiterplatten, aus der Sicht der Designer. Es wurde beobachtet, dass die Implementierung von Hochgeschwindigkeits-Routing-Techniken die Signalintegrität verbessert, während sich der Einsatz von Wärmemanagementtechniken als wirksam bei der Temperaturregulierung erwiesen hat. Verringern Sie die Temperatur des Objekts.

Über den Autor

Ich bin seit 2015 als Leiter für Technik und Vertrieb bei Victorypcb tätig. In den letzten Jahren war ich für alle Messen im Ausland verantwortlich, beispielsweise in den USA (IPC Apex Expo), Europa (Munich Electronica) und Japan (Nepcon) usw. Unsere Fabrik wurde 2005 gegründet 1521, jetzt haben wir XNUMX Kunden auf der ganzen Welt und genießen bei ihnen einen sehr guten Ruf.

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