< img src="https://mc.yandex.ru/watch/96881261" style="position:absolute; left:-9999px;" альт="" />
Логотип globalwellpcba
26 апреля 2024 г.

Что такое двухслойные печатные платы?

Введение

Добро пожаловать в постоянно развивающийся мир технологии печатных плат (PCB) — области, которая лежит в основе современной электроники. С самых первых дней электрического проектирования до сегодняшних высокотехнологичных устройств печатные платы значительно трансформировались, став более сложными и неотъемлемой частью электронных инноваций.

Среди различных типов печатных плат, разработанных на протяжении многих лет, двухслойные печатные платы представляют собой значительный прогресс. Они предлагают баланс между простотой и сложностью, который произвел революцию в подходе инженеров к проектированию схем.

Структура двухслойных печатных плат

Двухслойные печатные платы, важнейшая инновация в проектировании электронных схем, имеют особую структуру, которая обеспечивает расширенную функциональность без сложностей и затрат, связанных с более совершенными типами печатных плат. 

Понимание компонентов и состава этих печатных плат позволяет понять, почему они так широко используются в различных отраслях.

Что такое двухслойные печатные платы?

Двухслойная печатная плата состоит из двух слоев проводящего материала, обычно меди, которые разделены изолирующим слоем подложки. Такая конструкция позволяет прокладывать схемы как на верхней, так и на нижней стороне печатной платы, соединяя их переходными отверстиями — небольшими сквозными отверстиями, покрытыми медью для проведения электрического сигнала между двумя слоями.

Эта конфигурация значительно увеличивает площадь, доступную для проводки, по сравнению с однослойными печатными платами без необходимости использования нескольких слоев, которые могут быть более дорогими и сложными в изготовлении.

Общие используемые материалы

  • Проводящие слои: Медь является предпочтительным материалом для проводящих слоев двухслойной печатной платы из-за ее превосходных свойств электропроводности. Медные слои достаточно тонкие, чтобы обеспечить точную гравировку деталей схемы, но достаточно толстые, чтобы обеспечить адекватную проводимость без чрезмерного сопротивления. Толщина меди может варьироваться в зависимости от текущих требований применения, обычно от одной до трех унций на квадратный фут.
  • Субстрат: Наиболее часто используемым материалом для подложки в двухслойных печатных платах является FR-4, армированный стекловолокном эпоксидный ламинат. FR-4 пользуется популярностью из-за своей долговечности, огнестойкости и относительно низкой стоимости. Он также обеспечивает отличную основу для медных слоев, предлагая стабильную и надежную основу, устойчивую к деформации, влаге и тепловому расширению. Другие материалы, такие как CEM-1 и CEM-3, также используются, особенно в тех случаях, когда требуются другие механические или термические свойства.
  • Паяльная маска и шелкография: Поверх слоев меди на обе стороны печатной платы наносится паяльная маска для защиты меди от окисления и предотвращения образования припоя в процессе сборки. Этот слой обычно зеленого цвета, но может иметь различные цвета в зависимости от производственных потребностей или эстетических предпочтений. Слой шелкографии добавляется поверх паяльной маски, обеспечивая метки для размещения компонентов, что облегчает ручную сборку и проверку.

Производство двухслойных печатных плат

Производство двухслойных печатных плат включает в себя ряд точных и тщательно контролируемых этапов, которые основаны на основе производства однослойных печатных плат, но включают дополнительные процессы для размещения дополнительного слоя.

Понимание этих шагов подчеркивает сложную природу изготовления двухслойных печатных плат.

Пошаговый процесс изготовления

  1. Подготовка субстрата: Процесс начинается с подготовки основания, обычно изготовленного из прочного материала FR-4, обеспечивающего звукоизоляцию между слоями. Подложка предварительно покрыта медью с обеих сторон и готова к следующим шагам.
  2. Передача шаблона схемы: Светочувствительный фоторезист переносит желаемые рисунки схемы на обе стороны подложки с медным покрытием. Он подвергается воздействию ультрафиолетового света через шаблонную маску, которая укрепляет фоторезист там, где должна оставаться медь.
  3. Офорт: Затем незатвердевший фоторезист смывают, обнажая ненужную медь. Раствор для травления, часто раствор хлорида железа, применяется для удаления обнаженной меди, оставляя после себя узоры схем, определенные затвердевшим фоторезистом.
  4. Бурение: После завершения травления в подложке в обозначенных точках просверливаются отверстия (переходные отверстия) для электрического соединения между верхним и нижним слоями. Точность сверления имеет решающее значение, поскольку она влияет на функциональность переходных отверстий.
  5. Покрытие: Затем просверленные отверстия покрываются медью, образуя проводящие отверстия, которые электрически соединяют верхний и нижний слои. Этот шаг важен для функциональности двухслойной печатной платы.
  6. Нанесение паяльной маски: После нанесения покрытия на обе стороны платы наносится паяльная маска. Этот слой защищает медные цепи и предотвращает случайные перемычки во время пайки компонентов.
  7. Шелкография: Последний шаг включает в себя печать слоя шелкографии, который добавляет на печатную плату метки и другую важную маркировку. Эти маркировки помогают в процессе сборки, помогая точно размещать компоненты для пайки.

Контраст с производством однослойных печатных плат

  • Сложность и возможности: Хотя основные этапы, такие как подготовка подложки, перенос рисунка, травление и отделка, аналогичны при производстве однослойных и двухслойных печатных плат, ключевые различия заключаются в процессах сверления и нанесения покрытия. Однослойные печатные платы обычно не требуют сквозных отверстий, поскольку соединение нескольких проводящих слоев не требуется. Это упрощает производственный процесс и сокращает время и затраты, связанные с производством.
  • Увеличение этапов производства: Двухслойные печатные платы включают в себя дополнительные этапы, в частности сверление переходных отверстий и их последующее покрытие, которые имеют решающее значение для функциональности печатной платы, но также увеличивают сложность и стоимость производства.

Применение в различных отраслях промышленности

Благодаря повышенной сложности по сравнению с однослойными печатными платами, двухслойные печатные платы находят применение в широком спектре отраслей. Их способность вмещать больше схем без занимаемой площади и затрат на многослойные платы делает их особенно полезными в различных условиях.

Давайте рассмотрим, как эти универсальные доски используются в разных секторах.

Бытовая электроника

На рынке бытовой электроники широко используются двухслойные печатные платы, поскольку они поддерживают схемы средней сложности, сохраняя при этом низкие затраты. Они идеально подходят для устройств средней плотности, где однослойные печатные платы не справляются со сложностью схемы, но где многослойные платы будут излишне сложными и дорогими.

  • Умные домашние устройства: Многие технологии умного дома, включая термостаты и камеры видеонаблюдения, используют двухслойные печатные платы для управления множеством функций и вариантов подключения.
  • Портативная электроника: В таких устройствах, как GPS-трекеры и портативные медиаплееры, часто используются двухслойные печатные платы для размещения необходимых компонентов в компактном пространстве.

Автоматизированная индустрия

Автомобильный сектор получает большую выгоду от прочности и надежности двухслойных печатных плат, особенно в средах, где требуются прочные и долговечные компоненты.

  • Системы контроля: Двухслойные печатные платы используются в автомобильных системах управления, включая электронные блоки управления (ЭБУ), которые управляют различными функциями автомобиля, от управления подачей топлива до автоматического торможения.
  • Электроника приборной панели: Приборные панели и информационно-развлекательные системы основаны на двухслойных печатных платах для поддержки повышенной сложности электронной техники, включая функции подключения и технологии отображения.

Промышленные системы

Промышленное применение двухслойных печатных плат обусловлено необходимостью долговечности и способностью выдерживать большую мощность и возможности подключения, чем могут предложить однослойные печатные платы.

  • Источники питания: В промышленных источниках питания часто используются двухслойные печатные платы, позволяющие выдерживать более высокие токи и лучше распределять тепло по плате.
  • Панели управления и системы мониторинга: Многим промышленным машинам требуются сложные системы управления и мониторинга, которые выигрывают от дополнительной емкости схемы, обеспечиваемой двухслойными печатными платами.

Медицинское оборудование

В медицинской сфере двухслойные печатные платы используются в устройствах с критической надежностью и компактной конструкцией. Они поддерживают более высокую плотность цепей, необходимую для выполнения сложных функций, не занимая при этом много места, что является значительным преимуществом при проектировании медицинских устройств.

  • Портативные медицинские мониторы: В таких устройствах, как тонометры и портативные диагностические сканеры, часто используются двухслойные печатные платы для эффективного управления электронными компонентами.
  • Носимые трекеры здоровья: Двухслойные печатные платы позволяют интегрировать несколько датчиков и модулей подключения в компактные носимые устройства.

Преимущества двухслойных печатных плат

Двухслойные печатные платы обладают уникальными преимуществами, что делает их привлекательным вариантом для многих производителей и разработчиков электроники. Эти преимущества обусловлены их повышенной сложностью по сравнению с однослойными печатными платами без высоких затрат и производственных проблем, связанных с многослойными платами.

Вот более детальный взгляд на ключевые преимущества двухслойных печатных плат:

Повышенная плотность цепей

Одним из наиболее значительных преимуществ двухслойных печатных плат является их повышенная плотность схемы. Благодаря проводящим слоям на обеих сторонах подложки эти печатные платы могут вмещать больше компонентов и сложных схем, чем однослойные. Это позволяет:

  • Расширенная функциональность: Двухслойные печатные платы могут поддерживать более сложные функции при одном и том же размере платы, что крайне важно для современных электронных устройств, требующих сложных возможностей.
  • Компактные конструкции: Возможность размещения компонентов с обеих сторон печатной платы помогает уменьшить общий размер платы, что важно для миниатюрных устройств.

Улучшенная функциональность

Структурный дизайн двухслойных печатных плат не только обеспечивает более высокую плотность схемы, но и улучшает общую функциональность за счет:

  • Расширенные возможности подключения: Переходные отверстия (сквозные отверстия) в двухслойных печатных платах обеспечивают надежные соединения между слоями, повышая целостность сигнала и надежность электрических путей.
  • Лучшее распределение тепла: Распределение компонентов по обеим сторонам печатной платы позволяет лучше управлять теплом, снижая риск перегрева в плотно упакованных схемах.

Большая гибкость дизайна

Двухслойные печатные платы предлагают разработчикам большую гибкость при разводке схем и размещении компонентов. Эта гибкость имеет решающее значение при работе со сложными электронными сборками, где пространство и возможности подключения имеют большое значение. Дизайнеры могут:

  • Оптимизация макетов: Больше места для схемных путей означает, что проектировщики могут оптимизировать компоновку, чтобы уменьшить длину пути прохождения сигнала и повысить производительность.
  • Избегайте компромиссов в дизайне: Благодаря дополнительному пространству и возможностям подключения дизайнеры с меньшей вероятностью будут идти на компромисс в отношении производительности электронного устройства.

Экономическая эффективность

По сравнению с многослойными печатными платами двухслойные печатные платы более экономичны, но при этом предоставляют множество преимуществ за счет увеличения количества слоев. Такая экономическая эффективность обусловлена:

  • Более простой производственный процесс: Хотя двухслойные печатные платы более сложны, чем однослойные, они требуют меньше производственных этапов, чем многослойные, что снижает производственные затраты.
  • Уменьшенное использование материала: В двухслойных печатных платах используется меньше материалов, чем в многослойных, что позволяет значительно снизить стоимость, особенно при крупносерийном производстве.

Проблемы проектирования и решения

Хотя двухслойные печатные платы обладают многочисленными преимуществами, они также создают уникальные проблемы проектирования, решение которых требует тщательного рассмотрения и стратегического планирования.

Понимание этих проблем и внедрение лучших практик могут значительно повысить производительность и надежность этих печатных плат.

Управление межуровневой связностью

Одной из основных проблем, связанных с двухслойными печатными платами, является обеспечение надежного межслойного соединения. Это имеет решающее значение для поддержания целостности электрических сигналов между верхним и нижним слоями.

  • Испытание: Использование переходных отверстий (проводящих отверстий, просверленных в печатной плате для соединения разных слоев) может вызвать проблемы, если они не реализованы правильно. Неправильная конструкция может привести к более прочным соединениям, увеличению импеданса или проблемам с целостностью сигнала.
  • Решение: Чтобы обеспечить надежное межслоевое соединение, используйте высококачественную технику сверления и тщательно покройте переходные отверстия медью. Очень важно правильно подобрать размеры переходных отверстий и расположить их стратегически, чтобы минимизировать путь критических сигналов и уменьшить потенциальные помехи.

Как избежать помех

Благодаря своей компактной конструкции двухслойные печатные платы более восприимчивы к электромагнитным помехам (EMI) и перекрестным помехам между цепями на разных уровнях.

  • Испытание: Поскольку электронные устройства становятся меньше, а плотность цепей увеличивается, потенциал электромагнитных помех и перекрестных помех также возрастает. Это может ухудшить производительность устройства или вызвать неожиданное поведение.
  • Решение: Чтобы уменьшить электромагнитные помехи и перекрестные помехи, тщательно спланируйте компоновку, чтобы отделить высокочастотные компоненты от чувствительных зон. По возможности используйте методы экранирования и рассмотрите возможность использования заземляющих пластин для поглощения и перенаправления нежелательных сигналов.

Лучшие практики по оптимизации проектирования двухслойных печатных плат

Внедрение лучших практик проектирования двухслойных печатных плат может помочь максимизировать производительность и минимизировать проблемы, связанные с их сложностью.

  • Тщательный обзор дизайна: Используйте передовое программное обеспечение для проектирования печатных плат для моделирования и анализа поведения схемы перед завершением проектирования. Это помогает выявить потенциальные проблемы на ранних этапах процесса проектирования.
  • Эффективное использование пространства: Тщательно расположите компоненты, чтобы сбалансировать нагрузку на обе стороны печатной платы. Это способствует распределению тепла и снижает риск механического воздействия на плату.
  • Контроль качества: Внедряйте строгие меры тестирования и контроля качества на протяжении всего производства, чтобы гарантировать, что каждая печатная плата соответствует требуемым спецификациям и стандартам производительности.

Заключение

Двухслойные печатные платы являются краеугольным камнем в развитии электронных технологий. Они предлагают практическое решение, которое устраняет разрыв между простотой однослойных печатных плат и сложностью многослойных альтернатив. Их разработка знаменует собой значительный шаг на пути к созданию более компактных, эффективных и экономичных электронных устройств.

Готовы ли вы использовать потенциал двухслойных печатных плат в своих проектах в области электроники? Независимо от того, обновляете ли вы существующие конструкции или начинаете новые разработки, двухслойные печатные платы могут стать решением для повышения производительности при сохранении эффективности.

Если вам интересно, как двухслойные печатные платы могут вписаться в ваш проект, или вам нужен совет специалиста по оптимизации конструкции печатных плат, не стесняйтесь обращаться к нам.

Свяжитесь с нами сегодня чтобы узнать больше о наших решениях для двухслойных печатных плат и о том, как мы можем помочь вам расширить границы возможностей ваших электронных продуктов.

Статья написана Элис Ли

Нужна печатная плата/PCBA/OEM?
Получите бесплатное предложение прямо сейчас!

ru_RURussian