Hoe het Aantal Lagen van een Printplaat Precies te Bepalen

Printplaten (PCBs) bestaan uit één tot meerdere lagen van diëlectrische en geleidende materialen. Samen gebonden dragen deze lagen circuits die een enorme reeks huishoudelijke elektronica voeden, zoals wekkers, keukenapparaten, bureaumaterialen, computers en mobiele apparaten.

PCBs worden ook gebruikt in een breed scala aan industriële tools en machines, medische apparaten, overheidscomputers en opslagsystemen, en luchtvaartuitrusting. Het aantal lagen en de afmetingen van een bepaald bord bepalen de stroomverdeling van een PCB.

Wat zijn Multilayer PCBs?

PCB-lagen zijn de bepalende factor in het vermogen en de capaciteit van een printplaat. Men vraagt zich vaak af of een eenlaags-PCB volstaat, of dat een twee- of vierlaags-PCB beter is – hint: een drie-laags-PCB bestaat niet – of iets in het multilayer-bereik.

Hoewel het aantal lagen grotendeels afhangt van uw budget en functionele behoeften, rijst de vraag: wat zijn multilayer PCBs precies? Basis betekent "multilayer" alles met meer dan twee lagen, zoals een 4-laags PCB of iets in het 6-laags tot 12+-bereik.

5 Vragen om het Aantal Lagen in Multilayer PCBs te Bepalen

Bij het overwegen hoeveel lagen ideaal zijn in een PCB-bestelling, moet u de factoren overwegen die een multilayer gunstig maken ten opzichte van een enkele of dubbele laag, en vice versa.

1. Hoe zal mijn printplaat worden gebruikt?

Bij het berekenen van de behoeften van een printplaat, overweeg de typen machines en apparaten waar uw PCBs in zullen worden gebruikt en de eisen die deze machines/apparaten aan de bordcircuitry stellen. Zullen deze PCBs worden gebruikt in high-tech, complexe elektronica of in eenvoudigere items met minimale functies?

2. Welke bedrijsfrequentie is nodig?

Overweeg wat u nodig heeft in termen van bedrijsfrequentie. De parameters ervan bepalen de functies en capaciteit van een PCB. Voor hogere snelheid en bedrijfscapaciteit zijn multilayer PCBs essentieel.

3. Wat is mijn budget voor het project?

Overweeg de fabricagekosten van enkele- en dubbele-laags PCBs versus multilayers. Als u de hoogst mogelijke capaciteit in de huidige printplattechnologie wilt, moet u betalen voor de hoge fabricagekosten.

4. Hoe snel heb ik de PCBs nodig?

Leidtijd – de tijd die het kost om een set PCBs van enkele vs. meerdere lagen te produceren – is ook een overweging bij het bestellen van een grote partita. De leidtijd voor een- en tweelaagsborden kan 8 tot 14 dagen bedragen, afhankelijk van de bordgrootte. Als u bereid bent meer of minder te betalen, kan de leidtijd zo kort zijn als vijf dagen of zo lang als een maand.

De leidtijd neemt toe, per bordgrootte, met elke laag die u toevoegt. PCBs in het 4- tot 20-laagsbereik kunnen een leidtijd hebben van 12 tot 32 dagen, afhankelijk van of u kleine of grote afmetingen wilt.

5. Welke dichtheid en signaallagen zijn nodig?

Het aantal PCB-lagen hangt ook af van pin-dichtheid en signaallagen. Zoals de onderstaande tabel aangeeft, vereist een pin-dichtheid van 1,0 twee signaallagen, en het aantal benodigde lagen neemt toe naarmate de pin-dichtheid daalt. Bij een pin-dichtheid van 0,2 of lager hebt u PCBs nodig met minstens 10 lagen.

Eénlaags PCBs

Een éénlaags PCB bestaat uit één gelamineerde en gesoldeerde laag van diëlectrisch, geleidend materiaal. Als vroege component van elektronische apparatuur is de éénlaags PCB sinds de late jaren '50 in gebruik. Vandaag de dag, ondanks zijn relatieve primitiviteit naar moderne standaarden in huishoudelijke elektronica, blijft de éénlaags PCB wereldwijd gemeenschappelijk.

De constructie is eenvoudig: één thermisch geleidend diëlectrisch materiaal bedekt met een koperlaminaat en afgetopt met een soldeermasker. Illustraties tonen doorgaans drie kleurstroken: grijs voor het diëlectrische, bruin voor het koperlaminaat en groen voor het soldeermasker.

Vanwege hun eenvoudige ontwerp zijn éénlaags PCBs gemakkelijk in grote hoeveelheden te produceren en daarom de meest kosteneffectieve. Hoewel technologisch beperkt, bieden ze:

• Een eenvoudig ontwerp dat de meeste fabricanten begrijpen
• Ongecompliceerd, dus weinig productieproblemen
• Betaalbaar en handig voor massaproductie

Vandaag worden éénlaags PCBs geproduceerd met een koperlaminaat-dikte van 1 tot 20 oz. Ze zijn ontworpen voor een temperatuurbereik van 130 tot 230 °C.

In eerdere decennia werden éénlaags PCBs in de meeste elektrische apparaten gebruikt. Vandaag hebben de meeste high-tech huishoudelijke elektronica multilayer PCBs overgestapt. Toch is de éénlaags PCB nog steeds gebruikelijk in eenvoudigere apparaten in woonkamers, keukens en kantoren, zoals:

• Rekenmachines – Sommige basale rekenmachines werken met éénlaags PCBs.
• Radio's – Sommige radio's, zoals goedkope radioweckers, gebruiken vaak éénlaags PCBs.
• Koffiezetapparaten – Koffiezetapparaten gebruiken vaak éénlaags PCBs.

De éénlaags PCB is ook veelvoorkomend in sensoren, LED-verlichting, printers, bewakingscamera's en timing-circuits.

Tweelaags PCBs

De tweelaags PCB is de volgende stap in printplattechnologie. Met hogere capaciteit kan de tweelaags PCB – afwisselend dubbellaags PCB genoemd – een breder scala aan hedendaagse elektronica ondersteunen dan de eenlaags PCB. Tegelijkertijd zijn tweelaags PCBs veel minder complex vanuit productie-oogpunt dan de diverse multilevel printplaten. Als zodanig is de tweelaags de meest gebruikte PCB-optie.

Een tweelaags PCB lijkt op een eenlaags PCB, maar met een geïnverteerde, spiegelsymmetrische onderhelft. Het diëlectrische is dikker en aan beide kanten met koper gelamineerd. De laminatie is aan beide kanten met soldeermasker bedekt.

Illustraties lijken op een driedubbele sandwich: een dikke grijze middenlaag (diëlectrisch), twee bruine strepen (koper) en dunne groene strepen (soldeermasker).

Dankzij gelijke boven- en onderkant staan meer routing-sporen toe. Voordelen:

• Ontwerpflexibiliteit voor een breed apparaatsbereik
• Dichte circuitry voor moderne toepassingen
• Lage bouwkosten, handig voor massaproductie
• Eenvoudig ontwerp, wereldwijd begrijpelijk
• Kleine afmetingen, past in diverse apparaten

Toepassingen: HVAC-installaties, versterkers, printers, besturingrelais, voedingen, LED-verlichting, lijnreactoren, testapparatuur, automaatjes.

Vierlaags PCBs

Een vierlaags bord heeft een complexere laagset dan een- of tweelaags. Waar een- en tweelaags één rij diëlectrisch materiaal hebben, bevat de vierlaags PCB er meerdere. De vierlaags stack-up bestaat uit:

• Vier kopergeleidende lagen
• Drie binnen-diëlectrische lagen – twee prepreg en één kern
• Twee diëlectrische soldeermaskerlagen boven en onder

De 4 koperlagen worden intern gescheiden door 3 binnen-diëlectrieken en boven/onder afgedicht door soldeermasker. Illustraties tonen 9 stroken en 3 kleuren: bruin (koper), grijs (kern/prepreg), groen (soldeermasker). Prepreg is niet volledig uitgehard en zachter dan kern. Tijdens fabricage zorgen hitte en druk dat prepreg en kern smelten en lagen binden.

Voordelen van vierlaags PCBs:

• Duurzaamheid – sterker dan een- en tweelaags
• Compacte formaat – past in veel apparaten
• Flexibiliteit – werkt in eenvoudige en complexe elektronica
• Veilig – met juiste uitlijning van power/ground lagen schermt tegen EMI
• Lichtgewicht – minder interne bedrading nodig

Hoewel productie meer expertise vereist, wordt de extra kosten tienvoudig terugverdiend door hogere productwaarde. Toepassingen: satellietsystemen, handheld apparaten (telefoons/tablets), ruimtesonde-uitrusting, Röntgenapparatuur, file servers, atoomversnellers, CAT-scan, nucleaire detectiesystemen. Vierlaags PCBs helpen ook bij crosstalk-problemen.

Zeslaags PCBs

De zeslaags PCB is waar printplattechnologie echt de geavanceerde aspecten van hedendaagse elektronica ingaat. Met zes lagen kunnen fabrikanten commerciele tech-producten, gezondheidszorgapparaten en industriële machines voeden.

De zeslaags stack-up lijkt op de vierlaags, maar met twee extra koperlagen en twee extra diëlectrische rijen. In de stack-up zijn de tweede en vierde diëlectrische rijen "kern", de eerste, derde en vijfde prepreg. Van de zes koperrijen zijn de tweede en vijfde plane, de rest signaal.

Voordelen:

• Sterkte – dicker en sterker dan dunner gelagde voorgangers
• Compactheid – meer technologische capaciteit, minder breedte
• Hoge capaciteit – optimale stroom, vermindert crosstalk en EMI

Multilayer PCBs van zes lagen of meer hebben computertechnologie de afgelopen twee decennia enorm laten groeien. Toepassingen: computers (compacter, lichter, sneller), datastorage, brandaalarmsystemen (preciezer), mobiele transmissie, vezeloptische receptoren, hartsmonitors, industriële besturing, GPS-technologie.

Complexe Multilayer PCBs

Naarmate multilayer PCBs toenemen in laagaantal boven vier en zes, worden verdere lagen geleidend koper en diëlectrisch materiaal aan de stack-up toegevoegd.

Een achtlaags PCB bevat vier plane en vier signaal koperlagen (acht totaal), gebonden door zeven binnenrijen diëlectrisch materiaal. De 10-laags PCB voegt twee koperlagen toe (zes signaal, vier plane). De 12-laags PCB heeft 4 plane en 8 signaal lagen, gebonden door 6 signaal en 5 kern kolommen. Allemaal afgedicht met diëlectrisch soldeermasker.

Multilayer PCBs van acht, tien en twaalf lagen zijn nuttig in high-tech apparaten en computersystemen. De ontwikkeling heeft geleid tot snelle vooruitgang in computertechnologie – van kHz systemen van vroeger tot GHz machines van vandaag. Machines in commerciële, industriële, medische, overheids- en luchtvaartsectoren groeien in snelheid, capaciteit, compactheid en gebruiksgemak dankzij steeds complexere multilayer PCBs.

Laagverdeling

De gemakkelijkste manier om een printplaat te visualiseren is als een lasagna waar geleidende en diëlectrische materialen binnen een soldeermasker samen binden. Vierlaags borden bestaan meestal uit gelijkmatig verdeelde lagen met planes in het midden. Hoewel dit symmetrisch lijkt, heeft het niet noodzakelijk de meest gewenste effecten voor elektromagnetische compatibiliteit.

Een andere indeling die ongewenste effecten kan geven is het nauw koppelen van de twee planes in het midden, terwijl signaallaag en planes grote diëlectrieken insluiten. Dit laat wel elektrische lading opslaan tussen de planes, maar kan ongewenste signaaltransmissie en elektromagnetische effecten veroorzaken. Experts kiezen daarom meestal voor minstens vier lagen.

Om de elektromagnetische compatibiliteit van een vierlaags bord te verbeteren, moeten planes en signaallagen zo dicht mogelijk bij elkaar liggen. Ook moet de kern tussen ground plane en power groot zijn. Dit vermindert ongewenste signaaltransmissies tussen sporen en houdt de oppositie tussen circuits en stromen op acceptabel niveau.

Een ideaal bereik van oppositie (impedantie) ligt rond 50 tot 60 ohm. Onthoud: lage impedantie zorgt voor stroompieken (ongewenst). Hoge impedantie genereert meer EMI en maakt het bord kwetsbaarder voor externe interferentie.

Kies PCBCart voor uw Standaard en Multilayer PCB Behoeftes

Vandaag is de wereld uitgerust met elektronica die functies biedt die 50 jaar geleden niet voorstelbaar waren. Veel ontwikkelingen zijn te danken aan PCB-mogelijkheden. PCBs maken compacte apparaten mogelijk die complexe taken uitvoeren, vaak remote.

Sinds 2005 produceert PCBCart printplaten voor meer dan 10.000 bedrijven wereldwijd. Met meer dan 99% klanttevredenheid zijn onze borden breed gebruikt. Meer over onze opties:

• Multilayer PCB Voordelen en Toepassingen
• Full Service PCB Fabricatie tot 32 Lagen
• Advanced Turnkey PCB Assembly Service – Veel Value-added Opties
• Voordelen van PCBCart als uw PCB Partner

Geïnteresseerd in een eenlaags of multilayer PCB? Vraag vandaag nog een gratis, vrijblijvende offerte aan!