Главная > Ресурсы > Блоги > Внутренняя архитектура многослойных печатных плат: изучение увлекательного мира проектирования печатных плат

<font dir="auto" style="vertical-align: inherit;"><font dir="auto" style="vertical-align: inherit;">Внутренняя архитектура многослойных печатных плат: изучение увлекательного мира проектирования печатных плат

2023-08-02Репортер: SprintPCB

Когда инженеры-электронщики впервые сталкиваются с многослойными печатными платами, они могут почувствовать себя немного растерянными. Глядя на десяти- или восьмислойные платы с плотной, запутанной сетью проводников, напоминающей паутину, можно растеряться. Однако проектирование многослойных печатных плат является неотъемлемой частью современных электронных устройств. Внутреннюю структуру многослойных печатных плат можно представить с помощью трёхмерной графики, что позволяет более наглядно понять конструкцию печатной платы.

Ядро ИРЧП

Технология межсоединений высокой плотности (Hi-Density Interconnect, HDI) — это базовая технология для многослойных печатных плат, отличающаяся главным образом технологией межсоединений. Процесс изготовления схем в многослойных печатных платах аналогичен процессу изготовления одно- и двухслойных печатных плат, но наиболее существенное отличие заключается в технологии межсоединений. Схемы изготавливаются методом травления, а межсоединений — методом сверления и гальванического осаждения меди.

Типы многослойных печатных плат

Многослойные печатные платы — распространённые и важнейшие компоненты современных электронных устройств. Их проектирование и производство предполагают выбор различного количества слоёв и технологий в зависимости от сложности и требований к производительности изделий. Ниже перечислены несколько распространённых типов многослойных печатных плат и их типичные области применения:

Печатная плата со сквозными отверстиями

Печатная плата со сквозными выводами (through-hole PCB) — простейший тип многослойной печатной платы, обычно состоящей из двух слоёв, соединённых между собой через сквозные отверстия. Этот тип платы подходит для некоторых простых 8-битных микроконтроллеров, предлагая относительно низкую стоимость. Однако из-за возможных помех сигнала и конструктивных ограничений, связанных со сквозными соединениями, он постепенно вытесняется другими типами плат для устройств с более высокими требованиями к производительности.

Доска первого порядка

Плата первого порядка — это распространённая 4-6-слойная плата со сквозными выводами, подходящая для 32-битного интеллектуального оборудования уровня микроконтроллера. Она обеспечивает больше пространства для межслойных соединений и гибкость проектирования, помогая снизить помехи сигналов, обеспечивая лучшие электрические характеристики и помехоустойчивость. При этом процесс производства относительно прост, а стоимость относительно невысока, что делает её предпочтительным выбором для многих устройств средней сложности.

Совет второго порядка

Плата второго порядка — это более продвинутый тип многослойной печатной платы, обычно содержащий от 6 до 8 слоёв. Конструкция такой платы более сложная и подходит для интеллектуального оборудования уровня Linux и Android. В этих продуктах компоновка интерфейсов связи, высокоскоростных сигналов, питания и заземления требует большей точности, и использование платы второго порядка позволяет лучше удовлетворить эти требования.

Стекирование второго порядка через печатную плату

Печатная плата со стекированными переходными отверстиями второго порядка — это сложный тип, используемый в восьми и более слоях плат. Она сочетает в себе особенности плат первого и второго порядка, позволяя размещать несколько переходных отверстий в одном месте, обеспечивая более высокую плотность соединений и улучшенную целостность сигнала. Однако из-за сложности конструкции и сложности производства её применение ограничено и применяется, в основном, в сложных изделиях высокого класса.

Платы третьего порядка и платы высшего порядка

Платы третьего и более высокого порядка обычно используются в высокопроизводительных приложениях, таких как серверы, высокопроизводительные компьютеры и т. д., из-за сложности конструкции и производства. Эти платы имеют больше слоёв сигнальных и силовых плоскостей, что позволяет им удовлетворять требованиям к передаче сигналов и управлению питанием. Из-за высокой цены они обычно используются в приложениях, требующих исключительно высокой производительности и надёжности. В смартфонах и других компактных устройствах обычно используются 8-10-слойные платы первого и второго порядка. В связи с необходимостью размещения множества функций и сложных схем в ограниченном пространстве, использование большего количества слоёв и более высоких уровней печатных плат позволяет улучшить целостность сигнала, управление питанием и теплоотвод. В целом, выбор подходящего типа многослойной печатной платы зависит от требований к производительности изделия, целостности сигнала, электрических характеристик, сложности компоновки и бюджетных ограничений. С непрерывным развитием технологий всё большее число устройств будет использовать платы более высокого уровня для удовлетворения постоянно растущих требований к функциональности и производительности.

Самый распространенный тип сквозного отверстия

Существует только один тип переходных отверстий, соединяющих первый и последний слои. Независимо от того, внешняя это дорожка или внутренняя, переходное отверстие просверливается насквозь, что называется печатной платой со сквозными выводами. Количество слоёв не имеет значения для печатных плат со сквозными выводами; даже двухслойные печатные платы, которые обычно используются, имеют сквозные отверстия. Многие переключатели и печатные платы военного назначения, несмотря на 20 слоёв, всё ещё используют сквозные переходные отверстия. Этот процесс включает сверление печатной платы сверлом и последующее нанесение медного покрытия на отверстия для создания электрических соединений.

сквозное отверстие-печатная плата

Следует отметить, что диаметры металлизированных сквозных отверстий обычно составляют 0,2 мм, 0,25 мм и 0,3 мм. Однако сверла диаметром 0,2 мм, как правило, дороже, чем 0,3 мм. Это связано с тем, что более тонкие сверла более подвержены поломке, а сверление занимает больше времени. Дополнительное время и стоимость сверл отражаются на более высокой цене печатной платы.

Лазерные переходные отверстия на платах HDI

На этой диаграмме представлена структура слоёв 6-слойной платы с высокоплотными межсоединениями (HDI) 1-го порядка. Верхняя и нижняя поверхности состоят из двух слоёв с лазерными переходными отверстиями диаметром 0,1 мм каждый. Внутренние слои имеют механические переходные отверстия, создавая структуру, похожую на 4-слойную плату со сквозными выводами, с двумя дополнительными слоями, покрывающими внешнюю сторону.

Лазерные отверстия

Лазерные переходные отверстия могут проникать через стекловолокно, но не через металлическую медь. В результате переходные отверстия на внешних слоях не влияют на внутреннюю разводку. После лазерного сверления отверстия покрываются медью, создавая лазерные микропереходные отверстия.

2-слойная HDI-плата с двухслойным лазером

На изображении выше показана 6-слойная плата с 2-ступенчатым расположением отверстий (HDI). Как правило, 6-слойные платы с 2-ступенчатым расположением отверстий используются реже, и чаще всего предпочтительны 8-слойные платы с 2-ступенчатым расположением отверстий. Однако при работе с большим количеством слоёв принципы те же, что и в случае 6-слойной HDI. Термин «2-ступенчатый» относится к наличию двух слоёв отверстий, просверленных лазером. Термин «со смещением» указывает на то, что два слоя отверстий, просверленных лазером, расположены неровно. Почему отверстия расположены неровно? Это связано с тем, что в процессе меднения отверстия могут быть заполнены не полностью, и внутри них образуются пустоты. Следовательно, невозможно сверлить отверстия непосредственно поверх этих пустот. Вместо этого отверстия должны быть расположены смещенными на определённом расстоянии, а сверху создаётся ещё один слой пустот. 6-слойная двухступенчатая HDI означает, что имеется 4 слоя с одноступенчатой HDI-структурой, а затем добавляются еще 2 слоя снаружи. 8-слойная двухступенчатая HDI означает, что имеется 6 слоев с одноступенчатой HDI-структурой, а затем добавляются еще 2 слоя снаружи. Технология микропереходов (Microvia) требует сложных и дорогостоящих процессов, поскольку два слоя высверленных лазером переходных отверстий перекрываются. Это позволяет создавать более компактные схемы. Переходные отверстия внутреннего слоя необходимо заполнить гальваническим покрытием перед созданием переходных отверстий внешнего слоя. Этот процесс делает его более дорогим по сравнению с традиционными платами со сквозными отверстиями. Для сверхдорогих плат с высокой плотностью межсоединений (HDI): используется несколько слоев высверленных лазером микропереходных отверстий. Каждый слой состоит из высверленных лазером переходных отверстий, что обеспечивает гибкость в трассировке и создании переходных отверстий по мере необходимости. Инженер-тополог чрезвычайно доволен своей работой! Ему больше не нужно беспокоиться о том, что он не сможет создать идеальный дизайн. Однако отдел закупок сталкивается с серьёзным давлением, поскольку стоимость платы Any-Layer HDI (High-Density Interconnect) более чем в 10 раз выше, чем у обычных плат с выводами! Это также объясняет, почему только высококлассные продукты, такие как iPhone, могут позволить себе использовать такие дорогие платы. Похоже, что другие производители мобильных телефонов пока не слышали о внедрении платы Any-Layer HDI.

SprintPCB: ваш надежный поставщик услуг по производству печатных плат. SprintPCB — известная высокотехнологичная компания, предлагающая комплексные услуги по производству печатных плат клиентам по всему миру. Благодаря нашему обширному опыту и экономичным решениям вы сможете уделять первоочередное внимание критически важным требованиям вашей организации, обеспечивая бесперебойный процесс. Свяжитесь с нами сегодня и узнайте, как мы можем вам помочь.