PCB دو طرفه چگونه کار می کند؟ ساختار، ویا و برنامه های کاربردی

PCB دو طرفه چیست و چگونه کار می کند؟

A PCB دو طرفه یک برد مدار چاپی با یک لایه مس رسانا در بالا و پایین یک بستر عایق است. از طریق سوراخ ها آبکاری شده است اتصال الکتریکی دو طرف برخلاف تخته های یک طرفه که تمام آثار و اجزای آن روی یک سطح قرار می گیرند، یک تخته دو طرفه اجازه می دهد تا سیگنال ها و قدرت از یک لایه به لایه دیگر از طریق ویزهای آبکاری شده منتقل شوند. لحظه ای که میپرسی PCB دو طرفه چگونه کار می کند شما واقعاً می‌پرسید که چگونه آن vias مسیریابی مدار پیچیده را در یک فضای فشرده ممکن می‌سازد. هر یک از آنها یک بشکه با روکش مسی است که دو لایه مس را پل می‌کند، و آنچه را که پیچ و خم سیم‌های جامپر غیرقابل مسیریابی است به یک اتصال تمیز و حرفه‌ای تبدیل می‌کند.

هسته عملکردی هیئت مدیره است PCB دو طرفه via connection . بدون گذرگاه، دو طرف مسی از نظر الکتریکی از یکدیگر جدا می‌مانند و هر اثری که برای عبور از دیگری لازم باشد به بن‌بست می‌رسد. طراح می‌تواند با سوراخ‌هایی که از میان سوراخ‌ها پوشانده شده‌اند، سیگنالی را از لایه بالایی به لایه پایینی از طریق یک Via رها کند، آن را در زیر موانع قرار داده و آن را در جایی که لازم است بازگرداند. این تراکم مسیریابی را به طور چشمگیری آزاد می کند. یک تخته دو طرفه می تواند تقریباً میزبان باشد دو برابر پیچیدگی مدار از یک تخته یک طرفه با همان ابعاد، که آن را به عنوان پایه برای اکثر لوازم الکترونیکی مصرفی، صنعتی و خودرو تبدیل می کند.

ساختار PCB دو طرفه: لایه ها، مس و بستر

را PCB دو طرفه structure از پنج لایه مجزا تشکیل شده است: فویل مسی بالایی، یک بستر دی الکتریک، فویل مسی پایینی، و دو لایه ماسک لحیم خارجی. بستر تقریباً همیشه FR-4 - یک کامپوزیت اپوکسی شیشه ای مقاوم در برابر شعله - با ضخامت معمولی است. 1.6 میلی متر برای تخته های استاندارد، اگرچه از هسته های نازک تر 0.8 میلی متر یا 1.0 میلی متر در جاهایی که فضا کم است استفاده می شود. فویل مسی در دو طرف این هسته تحت حرارت و فشار لمینت می شود. یک پارامتر کلیدی طراحی است PCB دو طرفه copper thickness معمولاً به صورت 1 اونس / فوت مربع (تقریباً 35 میکرومتر ضخامت) مشخص می شود. برای کنترل‌کننده‌های الکترونیکی قدرت یا موتور، 2 اونس (70 میکرومتر) یا حتی 3 اونس (105 میکرومتر) مس برای کنترل جریان‌های بالاتر بدون عرض ردیابی بیش از حد استفاده می‌شود.

را plated through holes that define a PCB دو طرفه with plated through holes لوله های ساده ای نیستند هر سوراخ از طریق زیرلایه و فویل مسی حفر می شود، سپس مس الکترولس به صورت شیمیایی روی دیواره سوراخ رسوب می کند تا یک لایه بذر رسانا ایجاد کند. آبکاری مس الکترولیتی ضخامت بشکه را به طور معمول ایجاد می کند 20-25 میکرومتر . این بشکه باید در چرخه حرارتی بدون ترک دوام بیاورد. ضریب عدم تطابق انبساط حرارتی بین FR-4 (حدود 14-17 ppm/°C در محور Z) و مس (17ppm/°C) هر بار که برد لحیم کاری مجدد انجام می‌شود، فشار وارد می‌کند. یک سوراخ از طریق آبکاری شده به خوبی ساخته شده است بیش از 500 سیکل حرارتی قبل از اینکه مقاومت بیش از 10% افزایش یابد، طبق استانداردهای پذیرش کلاس 2 IPC-6012.

فرآیند تولید PCB دو طرفه: از لمینت لخت تا تخته تمام شده

را PCB دو طرفه manufacturing process دنباله ای را دنبال می کند که برای تولید تخته های قابل اعتماد در مقیاس پالایش شده است. این کار با یک لمینت دو طرفه با روکش مسی برش به اندازه پانل آغاز می شود. اولین عملیات مهم حفاری است - مته های مکانیکی با کنترل کامپیوتر سوراخ هایی را ایجاد می کنند 0.2 میلی متر تا 6.35 میلی متر رایج ترین آنها از طریق قطر بین 0.3 میلی متر تا 0.5 میلی متر است. کیفیت دیوار سوراخ پس از حفاری بسیار مهم است. لکه گیری از مته می تواند لبه های مسی داخلی را بپوشاند و از چسبندگی مناسب آبکاری جلوگیری کند. یک فرآیند سم زدایی با استفاده از پلاسما یا شیمی پرمنگنات، این باقیمانده را حذف می کند.

سپس رسوب مس الکترولس است که دیواره سوراخ ها را رسانا می کند و به دنبال آن آبکاری پانل که بشکه مسی را می سازد و ضخامت مس سطح را به طور یکنواخت افزایش می دهد. فرآیند تصویربرداری از یک لایه مقاوم در برابر نور خشک برای هر دو طرف استفاده می کند، اثر هنری بالا و پایین را با استفاده از پین های ثبت تراز می کند، و مقاومت را با نور UV در معرض دید قرار می دهد. پس از توسعه و حکاکی مس ناخواسته، لایه داخلی ردپاها، پدها و از طریق زمین ها باقی می ماند. سپس برد یک ماسک لحیم قابل تصویربرداری مایع دریافت می کند - معمولاً سبز، اما هر رنگی - که فقط لنت ها و مجراها را در معرض دید قرار می دهد. مرحله نهایی یک سطح را اعمال می کند: HASL (سطح لحیم کاری با هوای گرم)، ENIG (طلای غوطه ور در نیکل بدون الکترو)، یا OSP (نگهدارنده لحیم کاری ارگانیک)، بسته به زمان ماندگاری مورد نیاز و فرآیند لحیم کاری. کل PCB دو طرفه manufacturing process از لمینت خالی تا تخته تمام شده را می توان در آن تکمیل کرد 24 الی 72 ساعت در یک مرکز مدرن، با بازدهی بالای 98 درصد برای طرح‌های پیچیدگی استاندارد.

طراحی PCB دو طرفه: Vias، Trace Routing و Copper Thickness Selection

موثر PCB دو طرفه design با انتساب لایه شروع می شود. یک استراتژی رایج، لایه بالایی را در درجه اول به اجزا و اتصالات کوتاه اختصاص می دهد، در حالی که لایه پایین به عنوان صفحه زمین و کانال مسیریابی برای سیگنال های طولانی تر عمل می کند. را PCB دو طرفه via connection به ابزار طراح برای حرکت سیگنال ها بین این هواپیماها تبدیل می شود. ویاها باید در نزدیکی لنتی قرار گیرند که در خدمت آنها هستند، طول و اندوکتانس را به حداقل برسانند، اما نه آنقدر نزدیک که لحیم کاری در هنگام مونتاژ پایین بیاید. یک قانون سرانگشتی خوب، حداقل لبه سرپایی را قرار می دهد 0.25 میلی متر از لبه پد برای طرح های چگالی استاندارد.

انتخاب مناسب PCB دو طرفه copper thickness یک تصمیم حرارتی و الکتریکی است، نه یک انتخاب خودسرانه. جدول زیر ظرفیت‌های جریان عملی را برای وزن‌های مس معمولی در افزایش دمای 10 درجه سانتی‌گراد، بر اساس دستورالعمل‌های IPC-2221 برای لایه‌های خارجی، خلاصه می‌کند.

هنگام مشخص کردن PCB دو طرفه design پارامترها، نسبت ابعاد سوراخ از طریق آبکاری - ضخامت تخته تقسیم بر قطر سوراخ حفر شده - نباید بیشتر از 8:1 برای تولید استاندارد . یک تخته با ضخامت 1.6 میلی‌متر با ویزای 0.3 میلی‌متری، نسبت 5.3:1 را به راحتی در پنجره آبکاری قابل اعتماد ایجاد می‌کند. فشار بیش از 10:1 خطر ایجاد فضای خالی در بشکه آبکاری را افزایش می دهد و هزینه را افزایش می دهد، زیرا حمام های مخصوص آبکاری و زمان های طولانی تر فرآیند مورد نیاز است.

کاربردهای PCB دو طرفه در لوازم الکترونیکی مصرفی، صنعتی و خودرو

برنامه های PCB دو طرفه تقریباً هر محصول الکترونیکی را در بر می گیرد که در آن تراکم اجزا از آن چیزی بیشتر است که یک لایه می تواند تحمل کند، اما بودجه یا فضا هنوز یک برد چند لایه را توجیه نمی کند. در لوازم الکترونیکی مصرفی، بردهای دو طرفه پایه آداپتورهای برق، منابع تغذیه تلویزیون، ماژول های کنترل ماشین لباسشویی و کنترل کننده های اجاق مایکروویو هستند. یک کنترل کننده معمولی لوازم خانگی از یک برد دو طرفه استفاده می کند 1.6 میلی متر FR-4, 1 oz copper, and ENIG finish ، میزبان میکروکنترلرها، رله‌ها و پایانه‌های رابط در سمت بالا در حالی که ردیابی ولتاژ بالا را در سمت پایین با شکاف‌های جداسازی مسیریابی می‌کند.

در بخش خودرو، PCB های دو طرفه در ماژول های کنترل درب، درایورهای روشنایی LED و رابط های حسگر یافت می شوند. این تخته ها باید تست شوک حرارتی را از -40 درجه سانتیگراد تا 125 درجه سانتیگراد پشت سر بگذارند PCB دو طرفه with plated through holes باید یکپارچگی بشکه را در هزاران سیکل حرارتی حفظ کند. طرح های خودرو اغلب مشخص می کنند 2 اونس مس بر روی ردپای قدرت و نیاز به پوشش منسجم روی برد مونتاژ شده دارد. درایوهای موتورهای صنعتی، PLCها و ماژول های ابزار دقیق به طور مشابه به تخته های دو طرفه با مس ضخیم و سدهای ماسک لحیم کاری سنگین برای مدیریت فواصل خزش ولتاژ بالا متکی هستند. سادگی و قابلیت اطمینان ثابت شده PCB دو طرفه structure حتی زمانی که فناوری‌های HDI و چند لایه پیشرفت می‌کنند، آن را مرتبط نگه دارید - برای هر مداری که به دو لایه سیگنال نیاز دارد و نه چیزی بیشتر، گزینه بهینه‌سازی هزینه باقی می‌ماند.