Два материала, две задачи
Жёсткая многослойная плата состоит из двух компонентов: сердечников и препрега.
- Сердечник — это полностью отверждённый ламинат — стекловолокно в отверждённой эпоксидной смоле (стадия С) с медной фольгой, приклеенной к обеим сторонам. Он поддерживает толщину и механическую стабильность платы, а также содержит внутренние схемы, которые были нанесены методом фотопечати и травления перед ламинированием.
- Препрег — это стекловолокно, пропитанное частично отверждённой смолой (стадия В), поставляемое без меди. Он не обладает собственной структурной жёсткостью. Его задача — растекаться под воздействием тепла и давления, заполнять пространство вокруг медного рисунка и соединять сердечники в одну плату.
Четырехслойная плата в простейшем виде состоит из двух сердечников и одного слоя препрега — или одного сердечника и двух слоев препрега, в зависимости от структуры.
Что происходит во время ламинирования
Столбец спрессовывается при определённой температуре. Препрег размягчается, растекается по вытравленной медной структуре и вокруг дорожек, а затем затвердевает. В этот момент определяются два параметра:
- Конечная толщина диэлектрика. Смола должна заполнить медный слой, поэтому диэлектрическая прослойка между двумя слоями зависит от содержания препрега и веса меди, а не только от его номинальной толщины.
- Целостность соединения. Слишком слабый растекание приводит к образованию пустот; слишком сильный выдавливает смолу и истончает диэлектрик, что затем проявляется в виде сдвига импеданса.
Почему это важно для разработчика
Разница в материалах приводит к трем последствиям.
Импеданс. Расчет импеданса для структуры с контролируемым импедансом производится на основе диэлектрика между дорожкой и ее опорным слоем. Обычно это препрег. Если на чертеже структуры указано «диэлектрик 0,1 мм» без указания толщины препрега, изготовителю приходится делать предположение, и допуск ±10 % находится под угрозой еще до начала травления платы.
Толщина. Конечная толщина платы — это сумма толщины сердечников, препрега после оплавления и меди. Тяжелая медь и многослойный препрег взаимодействуют: чем больше меди, тем больше смолы требуется для заполнения зазоров, поэтому многослойные структуры с большим количеством меди — это не просто стандартная структура с более толстой фольгой.
Симметрия. Сердечники и препрег имеют различное поведение при расширении. Многослойная структура, сбалансированная относительно своей центральной линии, меньше изгибается во время ламинирования и оплавления; несбалансированная проявляется в виде изгиба и скручивания, при этом допустимый предел составляет 0,7 %.
Чтение чертежа многослойной структуры
На удобном чертеже для каждого слоя указаны: вес меди, материал и толщина, а также тип диэлектрика — сердечник или препрег. Это различие не является чисто теоретическим — оно указывает производителю, какие слои следует приобрести, а проектировщику, каким будет конечный диэлектрик.
В тех случаях, когда в конструкции сочетаются толстый силовой слой и тонкий сигнальный слой, структура слоев согласовывается в рамках проектирования для производства (DFM), а не предполагается. Пределы возможностей указаны на странице возможностей, а варианты платы — на странице производства печатных плат.