PCB 101 — как на самом деле делают плату
Печатная плата начинается как лист фольгированного ламината и заканчивается как проверенное межсоединение. Между этими двумя точками плату сверлят, металлизируют, экспонируют, травят, прессуют, наносят маску и покрытие, и каждый из этих этапов имеет допуск, который ограничивает то, что можно спроектировать. Большинство вопросов технологичности решается на первых трёх этапах, задолго до того, как кто-либо взглянет на цвет паяльной маски.
Сначала внутренние слои.На многослойной плате внутренние медные слои экспонируют и травят до того, как что-либо спрессовывают, поэтому их ширина линий и зазор задаются в этот момент и не могут быть исправлены позже. Совмещение — попадают ли элементы 3-го слоя на 5-й — затем зависит от того, насколько точно выровнен пакет при прессовании и насколько смещается prepreg при отверждении. Выше восьми слоёв мы применяем X-ray-наведение сверления после прессования именно потому, что одного механического совмещения уже недостаточно.
Сверление определяет металлизацию.Переход — это отверстие с гальванически нанесённой медью, и покрытие должно достигать середины отверстия. Отношение толщины платы к диаметру сверления — соотношение сторон — определяет, насколько это трудно: при 8:1 это рутина, при 20:1 раствор циркулирует плохо и ствол утончается в центре, а при 25:1 процесс нужно вести намеренно медленно и контролировать по шлифу. Именно поэтому плата 3.2 мм с переходами 0.2 мм стоит существенно дороже платы 1.6 мм с теми же переходами.
Допуск травления — скрытая переменная.Травление удаляет медь не только вниз, но и в стороны. На меди 1 oz это боковое подтравливание мало; на 6 oz — нет, поэтому платы с толстой медью требуют либо более широкой номинальной дорожки, либо ступенчатого травления для удержания ширины. Число, которое мы публикуем,±8 µm точность ширины дорожки, — это значение, которое выдерживается во всём нашем стандартном технологическом окне — это не гарантия для произвольного внутреннего слоя 13 oz.
Материалы подложки
Выбирайте материал по диэлектрической проницаемости, тангенсу потерь, термическому классу и стоимости — именно в этом порядке того, что реально ограничивает проект.
| Материал | Dk | Ключевое свойство | Используйте, когда |
|---|
| Стандартный FR-4 | 4.2–4.5 | Tg 130–140 °C, наименьшая стоимость | Универсальные многослойные платы, потребительская электроника, сборка со свинцом |
| FR-4 с высоким Tg | 4.2–4.6 | Tg 170–180 °C | Бессвинцовый оплав, термоциклирование, более толстые платы |
| Безгалогенный | 4.3–4.7 | Соответствие IEC 61249-2-21 | Регулируемые рынки, электроника ЕС |
| Rogers серии RO4000 | 3.3–3.6 | Малые потери, стабильный Dk по температуре | RF, антенны, всё выше 1 ГГц |
| Taconic | 2.5–3.5 | Очень малые потери | Микроволновые устройства, фильтры с высокой добротностью |
| Panasonic M6 / M7 | 3.3–3.6 | Малые потери, хорошее согласование CTE | Высокоскоростные цифровые линии, каналы 25 – 56 Gbps |
| Полиимид | 3.4–3.8 | Гибкий, термостойкий | FPC, жёстко-гибкие, высокотемпературные циклы |
| Алюминиевое основание | — | 2–12 W/m·K | Светодиодное освещение, драйверы двигателей, дешёвый теплоотвод |
| Медное основание | — | 2–12 W/m·K, большой ток | Силовые модули, где плата несёт ток |
| Керамика Al₂O₃ / AlN | 9–10 / 8–9 | До 170 W/m·K | Мощные RF, силовые модули, где недопустимо газовыделение органики |
Пояснения к процессам
Почему вообще существует предел соотношения сторон?
Металлизация — электрохимический процесс: ионы меди должны достичь середины отверстия и восстановиться на стенке ствола. В глубоком узком отверстии раствор обменивается медленно, поэтому осаждённая медь утончается в центре — иногда до пустоты, которая проходит тест на непрерывность при комнатной температуре и отказывает после термоциклирования. Наше стандартное окно — 8:1, штатно мы работаем до 20:1, а объединительные панели до 25:1 с технологическим контролем и шлифованием. За этими пределами честный ответ таков: проект следует разделить или увеличить переходы.
Что на самом деле означает допуск импеданса ±8%?
Импеданс готовой дорожки зависит от пяти вещей: ширины дорожки, высоты диэлектрика, толщины меди, диэлектрической проницаемости и наличия меди рядом. Все пять варьируются в производстве. ±8% — это окно, которое мы держим, когда плата заявлена как с контролируемым импедансом и мы изготавливаем и измеряем тестовый образец на панели. Это не утверждение о какой-либо неизмеренной дорожке и не утверждение, что плата без образцов имеет ±8%. Если импеданс критичен, задайте образцы — отчёт отгружается вместе с платами.
Почему толстая медь настолько дороже?
Три причины. Травление меди 6 oz без бокового подтравливания требует более медленного травления и более широкой номинальной дорожки. Толстая медь плохо заполняет мелкие элементы, поэтому внутренним слоям часто нужна заливка медью или ступенчатое травление, чтобы удержать толщину диэлектрика в диапазоне, что добавляет технологические операции. И плата с медью 10 oz физически жёстче, поэтому меняется всё — от давления прессования до фрезерования. Разница в цене — это процесс, а не маржа.
Когда панелирование — решение проекта, а не производства?
Чаще, чем ожидает большинство проектировщиков. Заполнение панели определяет, сколько ламината расходуется на плату, а на маленькой плате это может сдвинуть цену за штуку на 20–30%. Поворот проекта на 90°, общая технологическая полоса или чуть иной контур — всё это может изменить цену, не меняя плату. Если проект чувствителен к цене, пришлите контур заранее и спросите, какое панелирование будет лучшим — до того, как трассировка зафиксирована.
Меняет ли DFM-проверка цену или срок?
Цену — нет — DFM-проверка включена в каждый заказ. Срок она может изменить, потому что проверка, нашедшая реальную проблему, добавляет день, пока вы решаете. Проверка, не нашедшая ничего, не стоит вам ничего. Эта асимметрия намеренная: изменить файл Gerber гораздо дешевле, чем выбросить панель.
Инженерный гид · Покрытие поверхности
Выбор покрытия поверхности без домыслов
Каждое покрытие — компромисс между паяемостью, плоскостностью, сроком хранения, способностью к проволочному монтажу и ценой. «Лучшего» не существует — есть то, которое соответствует вашему сборочному процессу, шагу компонентов и логистике хранения. Вот как мы объясняем это клиентам:
ENIG — выбор по умолчанию для мелкого шага
Плоское, коррозионностойкое, подходит для BGA и QFP с шагом 0.3 мм, хранится год. Стоит дороже HASL и имеет один известный режим отказа:black pad, когда никель корродирует до нанесения золота и соединение позже трескается. Мы контролируем это мониторингом химии ванны и проверкой содержания фосфора; если ваша плата для высокой надёжности, запросите отчёт по тестовым образцам.
HASL — всё ещё самый дешёвый хороший вариант
Бессвинцовый HASL прочен, ремонтопригоден и снисходителен. Его слабость — плоскостность: мениск оставляет куполообразные площадки, непригодные для компонентов с шагом 0.4 мм и для любых запрессовываемых выводов. Для монтажа в отверстия и грубого шага это по-прежнему выгодный выбор.
OSP — плоское, дешёвое и на часах
OSP — самое плоское и дешёвое покрытие, с двумя ограничениями: срок хранения измеряется месяцами, и оно выдерживает ограниченное число проходов оплава. Идеально для крупносерийного одностороннего SMT, который идёт прямо на вашу линию; не подходит для плат, лежащих в ящике.
Иммерсионное серебро и иммерсионное олово
Серебро превосходно паяется и остаётся плоским, оно дружелюбнее к скин-эффекту на высоких частотах, чем покрытия с никелем — платой за это является борьба с потускнением при упаковке. Олово плоское и удобно для запрессовки; следите за риском усов в чисто оловянных системах в приложениях с мелким шагом и долгим хранением.
Твёрдое золото и ENEPIG — специальные инструменты
Твёрдое золото поверх никеля уместно на краевых разъёмах и контактных площадках, где доминируют переходное сопротивление и число циклов вставки. ENEPIG добавляет палладий и решает проблему black pad, оставаясь пригодным для проволочного монтажа — премиальный ответ для сборок с золотой проволокой. Ни то, ни другое не является универсальным покрытием; оба соответственно стоят.
Быстрый выбор:BGA или шаг <0.5 мм → ENIG. Грубый шаг, по цене → бессвинцовый HASL. Крупносерийный SMT, быстрый расход → OSP. RF-фронтенд → иммерсионное серебро. Краевой разъём → твёрдое золото. Приваривание золотой проволокой → ENEPIG.
Инженерный гид · DFM
Чек-лист DFM, который мы прогоняем до изготовления вашей платы
DFM-проверка включена в каждый заказ, и это не формальность — это фиксированный чек-лист режимов отказа, которые реально выбраковывают панели. Вот этот список, чтобы вы могли проверить заранее, до отправки Gerber:
- Кольцевой поясокотносительно числа слоёв и допуска сверления — самая частая причина отказа первого образца.
- Дорожка/зазор против толщины меди— 2/2 mil это значение для 1 oz; боковое подтравливание расширяет правило на 3 oz и выше.
- Соотношение сторон— толщина платы, делённая на наименьшее сверло; 8:1 стандарт, 20:1 с технологическим контролем, 25:1 класс объединительной панели.
- Зазор от меди до края— минимум 0.30 мм, если не задана металлизация кромки.
- Спицы теплового облегченияна соединениях полигонов с переходами и площадками — сплошные соединения на больших полигонах делают ручную пайку невозможной, а профили оплава ненадёжными.
- Барьеры паяльной маскимежду площадками мелкого шага — ниже определённого шага барьер не удержать, и площадки должны быть без маски по проекту.
- Шелкография поверх площадок и переходов— классический дефект сборки, созданный собственными руками; мы проверяем это даже когда производственный чертёж не указывает.
- Панелирование и разделение— фрезерование перемычек против V-скоринга против краевой рейки; ширина, реперы и то, разделяет ли это 5-осевой фрезер или линия V-скоринга.
- Опорные слои импеданса— каждой контролируемой дорожке нужен непрерывный опорный слой под ней; мы проверяем разрывы слоёв до расчёта допуска.
- Via-in-pad— помечается для заливки и закрытия, если только закрытые переходы явно недопустимы под компонентом.
- Слой пасты против посадочного места— апертурное соотношение и корректировки home-plate для выхода оплава, проверяются при передаче в сборку.
- Сбалансированное распределение медипо панели — асимметричная медь коробит платы при оплаве; мы можем добавить технологическую медь или попросить изменить структуру слоёв.
Что DFM вам стоит:ничего, если проходит, день, если помечает реальную проблему. Что стоит пропустить её: выбракованная панель и сорванный срок. Вся суть в этой асимметрии.
Инженерный гид · Стоимость
Платить меньше за ту же плату
Цена платы определяется в основном расходом ламината и технологическими операциями, а не только числом слоёв. Три рычага влияют на неё сильнее, чем ожидает большинство покупателей:
- Заполнение панели.Плата 105 × 85 мм на нашей панели 610 × 1100 мм расходует меньше материала, чем плата 110 × 90 мм, потому что меняется арифметика панели. На маленьких платах уже это одно может сдвинуть цену за штуку на 20–30%. Присылайте контур заранее.
- Стандартизируйте то, что не имеет значения.Зелёная маска отгружается быстрее всего; экзотические толщины и не складские толщины меди добавляют технологические операции. Каждое «специальное» решение, дожившее до спецификации, должно иметь причину.
- Количественные скидки реальны, но не линейны.Кривая цены за штуку круто падает от 1 до 100 штук, затем выполаживается. Если 60 штук покрывают год, заказать 60 лучше, чем дважды по 30 — одна настройка, одно оснащение, одна отгрузка.
Попробуйтемгновенный расчётс разными количествами и размерами — разбивка затрат показывает вклад каждого фактора, поэтому компромиссы видны до того, как вы зафиксируете трассировку.
