多基板的設(shè)計性能要求有哪些?
多基板的設(shè)計性能大多數(shù)與單基板或雙基板類似,那就是注意避免使太多的電路塞滿太小的空間,從而造成不切實際的公差、高的內(nèi)層容量、甚至可能危及產(chǎn)品質(zhì)量的安全。因此,性能規(guī)范應(yīng)該考慮內(nèi)層線路的熱沖擊、絕緣電阻、焊接電阻等的完整的評估。以下內(nèi)容敘述了多基板設(shè)計中應(yīng)考慮的重要因素。
一, 機械設(shè)計因素
機械設(shè)計包括選擇合適的板尺寸、板的厚度、板的層疊、內(nèi)層銅筒、縱橫比等。
1 板尺寸
板尺寸應(yīng)根據(jù)應(yīng)用需求、系統(tǒng)箱尺寸、電路板制造者的局限性和制造能力進行最優(yōu)化選擇。大電路板有許多優(yōu)點,例如較少的基板、許多元器件之間較短的電路路徑,這樣就可以有更高的操作速度,井且每塊板子可以具有更多的輸入輸出連接,所以在許多應(yīng)用中應(yīng)首選大電路板,例如在個人計算機中,看到的都是較大的母板。然而,設(shè)計大板子上的信號線布局是比較困難的,需要更多的信號層或內(nèi)部連線或空間,熱處理的難度也較大。因此,設(shè)計者一定要考慮各種因素,例如標準板尺寸、制作設(shè)備的尺寸和制作過程的局限性。在1PC-D-322 中給出了關(guān)于選擇標準的印制電路/板尺寸的一些指導(dǎo)原則。
2 板厚度
多基板的厚度是由多種因素決定的,例如信號層的數(shù)目、電源板的數(shù)量和厚度、優(yōu)質(zhì)打孔和電鍍所需的孔徑和厚度的縱橫比、自動插入需要的元器件引腳長度和使用的連接類型。整個電路板的厚度由板子兩面的導(dǎo)電層、銅層、基板厚度和預(yù)浸材料厚度組成。在合成的多基板上獲得嚴格的公差是困難的,大約10% 的公差標準被認為是合理的。
3 板的層疊
為了將板子扭曲的幾率減到最小,得到平坦的完成板,多基板的分層應(yīng)保持對稱。即具有偶數(shù)銅層,并確保銅的厚度和板層的銅箔圖形密度對稱。通常層壓桓使用的構(gòu)造材料的徑向(例如,玻璃纖維布)應(yīng)該與層壓板的邊平行。因為粘接后層壓板沿徑向收縮,這會使電路板的布局發(fā)生扭曲,表現(xiàn)出易變的和低的空間穩(wěn)定性。
然而,通過改善設(shè)計可以使多基板的翹曲和扭曲達到最小。通過整個層面上銅箔的平均分布和確保多基板的結(jié)構(gòu)對稱,也就是保證預(yù)浸材料相同的分布和厚度,可達到減小翹曲和扭曲的目的。銅和碾壓層應(yīng)該從多基板的中心層開始制作,直到最外面的兩層。規(guī)定在兩個銅層之間的最小的距離(電介質(zhì)厚度)是0.080mm 。
由經(jīng)驗可知,兩個銅層之間的最小距離,也就是粘接之后預(yù)浸材料的最小厚度必須至少是被嵌入的銅層厚度的兩倍。換一句話說,兩個鄰近的銅層,如果每一層厚度是30μm ,則預(yù)浸材料的厚度至少是2 (2 x 30μm) =120μm ,這可通過使用兩層預(yù)浸材料實現(xiàn)(玻璃纖維織布的典型值是1080) 。
4 內(nèi)層銅箔
最常使用的銅箔是1oz (每平方英尺表面區(qū)域的銅箔為1oz) 。然而,對于密集的板子,其厚度是極其重要的,需要嚴格的阻抗控制,這種板子需要使用
0.50z 的銅箔。對于電源層和接地層,最好選用2oz 或更重一點的銅箔。然而,蝕刻較重的銅箔會導(dǎo)致可控性降低,不容易實現(xiàn)所期望的線寬和間距公差的圖樣。因而,需要特殊的處理技術(shù)。
5 孔
根據(jù)元器件引腳直徑或?qū)蔷€的尺寸,鍍通孔的直徑通常保持在0.028 0.010in之間,這樣可以確保足夠的體積,以便進行更好的焊接。
6 縱橫比
"縱橫比"是板的厚度與鉆孔直徑的比值。一般認為3: 1 是標準的縱橫比,雖然像5: 1 的高縱橫比也是常用的。縱橫比可通過鉆孔、除膠渣或回蝕和電鍍等因素確定。當(dāng)在可生產(chǎn)的范圍內(nèi)保持縱橫比時,過孔要盡可能的小。
二,電氣設(shè)計因素
多基板是高性能、高速度的系統(tǒng)。對于較高的頻率,信號的上升時間減少,因而信號反射和線長的控制變得至關(guān)重要。多基板系統(tǒng)中,對于電子元器件可控阻抗性能的要求很嚴格,設(shè)計要滿足以上要求。決定阻抗的因素是基板和預(yù)浸材料的介電常數(shù)、同一層面上的導(dǎo)線間距、層間介質(zhì)厚度和銅導(dǎo)體厚度。在高速應(yīng)用中,多基板中導(dǎo)體的層壓順序和信號網(wǎng)的連接順序也是至關(guān)重要的。介電常數(shù):基板材料的介電常數(shù)是確定阻抗、傳播延遲和電容的重要因素。使用環(huán)氧玻璃的基板和預(yù)浸材料的介電常數(shù)可通過改變樹脂含量的百分比進行控制。
環(huán)氧樹脂的介電常數(shù)為3.45 ,玻璃的介電常數(shù)為6.2。通過控制這些材料的百分率,環(huán)氧玻璃的介電常數(shù)可能達到4.2 - 5.3 。基板的厚度對于確定和控制介電常數(shù)就是一個很好的說明。
介電常數(shù)相對較低的預(yù)浸材料適合應(yīng)用于射頻和微波電路中。在射頻和微波頻率中,較低的介電常數(shù)造成的信號延遲較低。在基板中,低損耗因素可使電損失達到最小。
預(yù)浸材料ROR 4403 是ROGERS 公司生產(chǎn)的一種新型材料。這種材料和在標準多基板( FR -4材料)結(jié)構(gòu)中使用的其他基板(例如,微波板使用的RO 4003 或RO 4350) 相互兼容。