Каковы преимущества и недостатки более тонкой толщины печатной платы (<1,6 мм или 0,063 '')?

26

Каковы преимущества и недостатки более тонкой платы (<1,6 мм)?

Мой подход:

  • Лучшая емкость межплоскостного соединения и лучшая развязка по мощности.
  • Лучшее сцепление между гусеницами и плоскостями.
  • Проблемы с процессом сборки с тяжелыми компонентами
  • Проблемы с поворотом печатной платы
  • Дополнительная стоимость. Нет стандартной толщины.

Когда вы используете это?

Каковы технические ограничения для сборки тонких печатных плат (т. Е. 0,5 мм)? Я знаю, что это зависит от размера печатной платы. Может ли кто-нибудь рассказать об этих пределах?

pcb Иисус Кастан
источник
Также мне было бы интересно, как повышенная емкость влияет на высокоскоростные сигналы.
Фил Фрост
@PhilFrost - я отвечал на ваш вопрос, но он был удален, поэтому я добавил его сюда, поскольку он имеет отношение к обоим. Вы могли бы найти упомянутую книгу отличным для чтения, это единственная книга, которую я знаю, которая подробно описывает такие вопросы.
Оли Глейзер
@OliGlaser да, я был убежден, что лучше не разделять дискуссию. Спасибо за ответ, хорошая информация.
Фил Фрост
Первые две точки относятся к толщине диэлектрика / препрега, а не толщины печатной платы. Пример: в 24-слойной доске даже при толщине слоя в 0,1 мм она будет составлять 2,5 мм или более.
Рольф Остергаард
@RolfOstergaard Я полагаю, что толщина prepeg увеличивается при увеличении PCB, если количество слоев не меняется.
Иисус Кастан

Ответы:

16

Чтобы решить проблему с сигналом, лучше приблизиться к плоскости (есть критическая высота, где индуктивность / сопротивление становятся равными, а снижение еще больше увеличивает сопротивление, но это сложный, длительный и плохо изученный предмет - подробности см. В книге ниже). )

По словам Генри Отта (« Инженер электромагнитной совместимости - действительно превосходная книга»), основными задачами по сборке печатных плат являются:

1. A signal layer should always be adjacent to a plane.
2. Signal layers should be tightly coupled (close) to their adjacent planes.
3. Power and ground planes should be closely coupled together.*
4. High-speed signals should be routed on buried layers located between
planes. The planes can then act as shields and contain the radiation from
the high-speed traces.
5. Multiple-ground planes are very advantageous, because they will lower
the ground (reference plane) impedance of the board and reduce the
common-mode radiation.
6. When critical signals are routed on more than one layer, they should be
confined to two layers adjacent to the same plane. As discussed, this
objective has usually been ignored.

Далее он говорит, что, как правило, все эти цели не могут быть достигнуты (из-за стоимости дополнительных слоев и т. Д.), Наиболее важными являются две первые (обратите внимание, что преимущество от того, что сигнал находится ближе к плоскости, перевешивает недостаток более низкой связи мощность / земля, как отмечено в задаче 3) Минимизация высоты трассы над плоскостью минимизирует размер контура сигнала, уменьшает индуктивность, а также уменьшает разброс обратного тока на плоскости. Диаграмма ниже демонстрирует идею:

Stackup

Вопросы сборки для тонких досок

Я не эксперт по сборочным вопросам, связанным с этой тонкой платой, поэтому я могу только догадываться о потенциальных проблемах. Я только когда-либо работал с> 0,8 мм досками. Тем не менее, я провел быстрый поиск и обнаружил несколько ссылок, которые, по-видимому, противоречат повышенной усталости паяного соединения, рассмотренной ниже в моем комментарии. Упоминается разница в 2 раза в усталостном сроке службы на 0,8 мм по сравнению с 1,6 мм, но это только для CSP (наборы микросхем), поэтому сравнение этого компонента со сквозным отверстием потребует изучения. Размышляя об этом, это имеет некоторый смысл, поскольку, если печатная плата может слегка изгибаться при движении, которое создает усилие на компоненте, это может снять нагрузку на паяное соединение. Также обсуждаются такие вещи, как размер пэда и деформация:

Ссылка 1 (см. Раздел 2.3.4)
Ссылка 2 (часть 2 с вышеуказанной ссылкой)
Ссылка 3 (информация, аналогичная приведенной выше двум ссылкам)
Ссылка 4 (обсуждение сборки 0,4 мм платы)

Как уже упоминалось, что бы вы ни обнаружили в другом месте, обязательно поговорите со своими печатными платами и сборочными цехами, чтобы узнать, что они думают, на что они способны и что вы можете сделать, чтобы продумать дизайн, чтобы добиться оптимальной производительности.
Если случится так, что вы не сможете найти удовлетворительных данных, было бы неплохо сделать несколько прототипов и провести собственные стресс-тесты на них (или найти подходящее место, чтобы сделать это для вас). На самом деле делать это независимо от ИМО.

Оли Глейзер
источник
Учитывая эти проблемы с целостностью сигнала, кажется, что всегда тоньше печатная плата лучше, но что случилось с проблемами изготовления / сборки? Смогу ли я собрать конденсатор THT на печатной плате толщиной 0,5 мм?
Иисус Кастане
1
@ JesúsCastañé - извините, я сосредоточился только на одной проблеме (см. Комментарии выше, она была начата в качестве ответа на связанный, но теперь удаленный вопрос) Что касается сборки конденсаторов со сквозным отверстием на плате с общей толщиной например, 0,5 мм, я не эксперт - я уверен, что это возможно при размере меньше определенного размера, но вам придется обсудить детали с вашим сборочным цехом. У меня никогда не было этой конкретной проблемы - я использовал нижний набор, как показано выше, но общая толщина была одинаковой, что делает сборку такой же, как обычно.
Оли Глейзер
1
Я думаю, что, как и проблемы со сборкой, плата, менее жесткая, как упомянуто @vicatcu, была бы самой большой потенциальной проблемой (например, вес гибкой платы компонентов при движении и паяные соединения со временем теряются)
Оли Глейзер,
Спасибо за ваш ответ. Очевидно, что более тонкая печатная плата менее жесткая, но я ищу какое-то практическое правило по этому поводу. Есть ли ориентиры для работы с этими толщинами?
Иисус Кастан
1
Я добавил небольшой раздел о проблемах с более тонкими досками на основе краткого поиска. Извините, я не могу дать никакого личного опыта в этой области.
Оли Глейзер
8

Одно из преимуществ, не упомянутое до сих пор, состоит в том, что вы можете делать меньшие отверстия в более тонкой доске. Существует максимальное соотношение сторон (соотношение между глубиной сверления и диаметром сверла) для механического сверла (фактически также для лазерного сверла, но это другая история).

Таким образом, более тонкая плата может иметь меньшие переходные отверстия - которые будут иметь меньшую емкость (при прочих равных условиях).

Рольф Остергаард
источник
4

Самая большая проблема - хрупкость. В частности, если вы выполняете их в процессе сборки, то машина для захвата и размещения будет изгибать плату, когда она толкает компоненты на свое место, и может вызвать «отскок», который может встряхнуть ранее размещенные компоненты из положения. Доски также могут с большей вероятностью деформироваться со временем, но я не уверен в этом.

vicatcu
источник
Кроме того, могу поспорить, что существуют нормативные требования, чтобы плата имела минимальную толщину для цепей, питающих сетевое питание.
Фил Фрост
@PhilFrost, помните, что напряжение пробоя в воздухе ниже, чем в типичных диэлектрических материалах, поэтому минимальная толщина для переноса сети не будет почти такой же, как минимальное расстояние между медью (что я не помню из головы) что мы сталкиваемся чаще. Тем не менее, должен быть какой-то предел.
Фотон
@vicatcu Я хотел бы узнать о технических ограничениях таким образом. Является ли печатная плата толщиной 0,5 мм действительно проблемой для сборки? Насколько большой это может быть?
Иисус Кастан
4

И очевидный: меньший конечный продукт! Если вы делаете цифровые часы, то 1,6 мм - это огромный! MP3-плееры, носимая электроника, возможно, камеры, телефоны и т. Д. При таких размерах платы хлипкость не является проблемой.

Брайан Драммонд
источник
Вы должны также думать о весе, хотя это не большая проблема в большинстве приложений. Почему они делают пластики разной толщины? Таким образом, вы можете сделать что-то более крепкое, дешевле, меньше, легче и т. Д.
Anonymous Penguin
2
Вес был бы проблемой в игрушечном вертолете, хотя!
Брайан Драммонд
3

Я рассмотрю ваши идеи, но не в порядке:

  • Проблемы с процессом сборки с тяжелыми компонентами
  • Проблемы с поворотом печатной платы

Это определенно проблема. Только что сделанный дизайн с толщиной 1 мм и размерами, возможно, 3 "x 6", плата заметно более гибкая, чем доска 1,6 мм. Я могу представить, что со временем это приведет к проблемам с поврежденными деталями, особенно если при нормальном использовании плата должна быть физически нагружена (например, в разъем концевой карты).

Моя организация также производит плиты меньшего размера (0,5 "x 1,5") при толщине 1 мм в объемах производства, и при таких размерах проблем нет.

  • Лучшая емкость межплоскостного соединения и лучшая развязка по мощности.
  • Лучшее сцепление между гусеницами и плоскостями.

Для этих целей, многослойная доска является лучшим решением. С многослойной доской вы можете легко уменьшить расстояние между плоскостями до 0,1 мм. Для двухслойных досок я не думаю, что вы захотите опуститься ниже 0,8 мм, даже для очень маленьких досок.

  • Дополнительная стоимость. Нет стандартной толщины.

Я не считаю это серьезной проблемой. В цехах по производству досок имеется много материалов различной толщины, чтобы можно было изготавливать многослойные плиты в соответствии с требованиями клиентов. Из этого материала может быть легко изготовлен запрос на двухслойную доску толщиной не более 1,6 мм, но уточните у своего поставщика, какую толщину он имеет в наличии или может получить быстро, прежде чем переходить на конкретный дизайн. ,

Фотон
источник
Не могли бы вы дать нам какое-нибудь практическое правило для процесса сборки более тонких печатных плат? Какой самый большой компонент, который я могу собрать в 1-мм печатной плате?
Иисус Кастан
1
Самый большой компонент зависит не только от толщины доски. Это также зависит от того, как поддерживается плата и какие другие тяжелые компоненты находятся на плате. Если есть только один тяжелый компонент, вы можете просто использовать этот компонент для поддержки платы - если на плате не действуют другие силы, то нет проблем, если плата достаточно толстая, чтобы выдержать собственный вес.
Фотон
1
Если вы хотите поэкспериментировать, вы можете просто купить лист из стекловолокна «G10» (в основном такой же, как у FR4) любой толщины и приклеить ваши компоненты, чтобы увидеть, насколько они нагружают плату. Я вижу, что G10 доступен в Интернете с толщиной до 0,005 дюйма. Вы можете купить один большой лист тонкого материала и ламинировать до разной толщины, чтобы увидеть, какая толщина вам нужна для вашей ситуации.
Photon
2

Если говорить о радиочастотных платах, то самая простая линия передачи - это микрополосковая линия. Для данного характеристического импеданса Z0 ширина микрополоски уменьшается с уменьшением толщины печатной платы. Пример: если f = 1 ГГц, а диэлектрик имеет Er = 4,5, то для микрополоски необходимо, чтобы микрополоска составляла 50 Ом, чтобы иметь ширину 2,97288 мм на печатной плате толщиной 1,6 мм, тогда как те же 50 Ом могут быть достигнуты с помощью Микрошип шириной 1,47403 мм на печатной плате 0,8 мм (другие параметры не указаны).

Лео Ботлер
источник