Apa kelebihan dan kekurangan ketebalan PCB yang lebih tipis (<1,6 mm atau 0,063 '')?

26

Apa kelebihan dan kekurangan ketebalan PCB yang lebih tipis (<1,6 mm)?

Pendekatan saya:

  • Interplane kapasitansi yang lebih baik dan decoupling daya yang lebih baik.
  • Coupling track-plane yang lebih baik.
  • Masalah dengan proses perakitan dengan komponen berat
  • Masalah dengan twist PCB
  • Biaya tambahan. Tidak ada ketebalan standar.

Kapan Anda menggunakannya?

Yang merupakan batas teknis untuk perakitan PCB tipis (yaitu 0,5mm)? Saya tahu bahwa itu tergantung pada ukuran PCB. Bisakah seseorang memberi tahu batasan ini?

pcb Jesus Castane
sumber
Saya juga ingin tahu bagaimana peningkatan kapasitansi memengaruhi sinyal berkecepatan tinggi.
Phil Frost
@ PhilFrost - Saya menjawab pertanyaan Anda tetapi terhapus, jadi saya menambahkannya di sini, karena relevan dengan keduanya. Anda akan menemukan buku yang disebutkan sebagai bacaan yang bagus, itu satu-satunya buku yang saya tahu yang masuk ke detail seperti pada masalah seperti ini.
Oli Glaser
@ OliGlaser ya, saya yakin lebih baik tidak membagi diskusi. Terima kasih atas jawabannya, informasi yang bagus.
Phil Frost
Dua poin pertama terkait dengan ketebalan dielektrik / prepreg - bukan ketebalan PCB. Contoh: Dalam papan 24 lapis bahkan dengan ketebalan 0,1mm lapis-ke-lapisan, papan akan menjadi total 2,5mm atau lebih.
Rolf Ostergaard
@RolfOstergaard Saya kira ketebalan prepeg meningkat ketika PCB meningkat jika jumlah lapisan tidak berubah.
Jesus Castane

Jawaban:

16

Untuk mengatasi masalah sinyal, lebih dekat ke pesawat lebih baik (ada ketinggian kritis di mana induktansi / resistansi menjadi sama, dan menurunkan lagi membuat impedansi lebih tinggi, tapi itu subjek yang kompleks, panjang dan tidak diperiksa dengan baik - lihat buku di bawah ini untuk detailnya )

Menurut Henry Ott ( Rekayasa Kompatibilitas Elektromagnetik - buku yang benar-benar bagus), tujuan utama untuk tumpukan PCB adalah:

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.

Dia melanjutkan dengan mengatakan bahwa, karena biasanya semua tujuan ini tidak dapat dicapai (karena biaya lapisan tambahan, dll) dua yang paling penting adalah dua yang pertama (perhatikan bahwa keuntungan memiliki sinyal yang lebih dekat ke pesawat lebih besar daripada kerugian dari kopling daya / pembumian yang lebih rendah, seperti disebutkan dalam tujuan 3) Meminimalkan ketinggian jejak di atas pesawat meminimalkan ukuran loop sinyal, mengurangi induktansi dan juga mengurangi penyebaran arus balik di pesawat. Diagram di bawah ini menunjukkan gagasan:

Menyimpulkan

Masalah perakitan untuk papan tipis

Saya bukan ahli dalam masalah perakitan yang terlibat dengan papan tipis ini, jadi saya hanya bisa menebak masalah potensial. Saya hanya pernah bekerja dengan papan> 0.8mm. Namun saya melakukan pencarian cepat, dan menemukan beberapa tautan yang tampaknya bertentangan dengan peningkatan kelelahan pada sambungan solder yang dibahas di bawah dalam komentar saya. Hingga 2x perbedaan dalam masa keletihan untuk 0.8mm dibandingkan dengan 1.6mm disebutkan, tetapi ini hanya untuk CSP (Paket Skala Chip) sehingga bagaimana ini akan dibandingkan dengan komponen lubang melalui akan perlu diselidiki. Memikirkannya, ini masuk akal karena jika PCB dapat sedikit melenturkan gerakan yang menghasilkan gaya pada komponen itu dapat menghilangkan tekanan pada sambungan solder. Hal-hal seperti ukuran pad dan warpage juga dibahas:

Tautan 1 (lihat bagian 2.3.4)
Tautan 2 (bagian 2 ke tautan di atas)
Tautan 3 (info serupa dengan dua tautan di atas)
Tautan 4 (Diskusi perakitan PCB 0.4mm)

Seperti yang disebutkan, apa pun yang Anda temukan di tempat lain, pastikan Anda berbicara dengan PCB dan rumah perakitan untuk melihat apa yang mereka pikirkan, apa yang mampu mereka lakukan, dan apa yang dapat Anda lakukan dengan bijaksana untuk memastikan hasil optimal tercapai.
Jika itu terjadi bahwa Anda tidak dapat menemukan data yang memuaskan, membuat beberapa prototipe dibuat dan melakukan tes stres Anda sendiri pada mereka akan menjadi ide yang baik (atau mendapatkan tempat yang tepat untuk melakukannya untuk Anda). Sebenarnya melakukan hal ini terlepas adalah IMO penting.

Oli Glaser
sumber
Menurut masalah ini tentang integritas sinyal, sepertinya selalu lebih tipis PCB lebih baik, tetapi apa yang terjadi dengan masalah manufaktur / perakitan? Apakah saya dapat memasang kapasitor THT dalam PCB dengan ketebalan 0,5mm?
Jesus Castane
1
@ JesúsCastañé - Maaf saya hanya fokus pada satu masalah (lihat komentar di atas, itu dimulai sebagai jawaban untuk pertanyaan terkait tetapi sekarang dihapus) Sejauh perakitan kapasitor lubang melalui papan dengan ketebalan total mis. 0,5mm, saya bukan ahli - saya cukup yakin kemungkinannya kurang dari ukuran tertentu, tetapi Anda harus mendiskusikan detailnya dengan rumah perakitan Anda. Saya belum pernah mengalami masalah khusus ini - saya telah menggunakan stackup bawah seperti yang ditunjukkan di atas, tetapi ketebalan totalnya sama membuat perakitan sama seperti biasa.
Oli Glaser
1
Saya berpikir bahwa seperti halnya masalah perakitan, papan yang kurang kaku seperti yang disebutkan oleh @vicatcu akan menjadi masalah potensial terbesar (mis., Berat komponen papan fleks pada pergerakan dan sambungan solder bekerja longgar dari waktu ke waktu)
Oli Glaser
Terima kasih untuk balasan Anda. Itu obviuos bahwa PCB yang lebih tipis kurang kaku tapi saya sedang mencari aturan praktis tentang itu. Adakah pedoman untuk bekerja dengan ketebalan ini?
Jesus Castane
1
Saya menambahkan bagian kecil tentang masalah papan lebih tipis berdasarkan pencarian singkat. Maaf saya tidak bisa memberikan pengalaman pribadi di bidang ini.
Oli Glaser
8

Satu keuntungan yang tidak disebutkan sejauh ini adalah Anda dapat membuat lubang yang lebih kecil di papan yang lebih tipis. Ada rasio aspek maks (rasio antara kedalaman bor dan diameter bor) untuk bor mekanis (sebenarnya juga untuk bor laser, tapi itu adalah cerita lain).

Jadi papan yang lebih tipis dapat memiliki vias yang lebih kecil - yang akan memiliki kapasitansi lebih rendah (semuanya sama).

Rolf Ostergaard
sumber
4

Masalah terbesar adalah kelemahan. Khususnya jika Anda menjalankannya melalui proses perakitan, mesin pick-and-place cenderung melenturkan papan ketika mendorong komponen ke tempatnya dan dapat menyebabkan "bouncing" yang dapat membuat komponen yang sebelumnya diletakkan keluar dari posisinya. Papan mungkin juga lebih cenderung melengkung dari waktu ke waktu, tetapi saya tidak yakin tentang itu.

vicatcu
sumber
Saya juga bertaruh ada persyaratan peraturan untuk papan menjadi ketebalan minimum untuk sirkuit yang membawa daya listrik.
Phil Frost
@ PhilFrost, ingat bahwa tegangan tembus melalui udara lebih rendah daripada melalui bahan dielektrik khas, sehingga ketebalan minimum untuk membawa listrik tidak akan hampir setinggi jarak tembaga minimum (yang saya tidak ingat bagian atas kepala saya) yang kita hadapi lebih sering. Yang mengatakan, harus ada beberapa batas.
The Photon
@vicatcu Saya ingin tahu tentang batasan teknis dengan cara ini. Apakah ketebalan PCB 0,5mm benar-benar pembuat onar? Seberapa besar itu?
Jesus Castane
4

Dan yang jelas: produk akhir yang lebih kecil! Jika Anda membuat jam tangan digital, 1.6mm sangat besar! Pemutar MP3, perangkat elektronik yang dapat dipakai, mungkin kamera, telepon, dan lain-lain yang serupa. Pada ukuran papan ini, kelembutan tidak menjadi masalah.

Brian Drummond
sumber
Anda juga harus memikirkan berat badan, meskipun ini bukan masalah besar di sebagian besar aplikasi. Mengapa mereka membuat ketebalan plastik yang berbeda? Jadi Anda dapat membuat sesuatu yang lebih kokoh, lebih murah, lebih kecil, lebih ringan, dll.
Anonymous Penguin
2
Berat akan menjadi masalah di helikopter mainan!
Brian Drummond
3

Saya akan membahas ide-ide Anda, tetapi rusak:

  • Masalah dengan proses perakitan dengan komponen berat
  • Masalah dengan twist PCB

Ini jelas merupakan masalah. Baru saja membuat desain dengan ketebalan 1 mm, dan dimensi mungkin 3 "x 6", papan terasa lebih fleksibel daripada papan 1,6 mm. Saya bisa membayangkan ini mengarah ke masalah dengan bagian yang rusak dari waktu ke waktu, terutama jika papan harus secara fisik dipaksa (seperti ke konektor kartu tepi) dalam penggunaan normal.

Organisasi saya juga membuat papan yang jauh lebih kecil (0,5 "x 1,5") dengan ketebalan 1 mm dalam volume produksi, dan tidak ada masalah pada dimensi ini.

  • Interplane kapasitansi yang lebih baik dan decoupling daya yang lebih baik.
  • Coupling track-plane yang lebih baik.

Untuk tujuan ini, papan multi-layer adalah solusi yang lebih baik. Dengan papan multilayer Anda dapat mengurangi pemisahan pesawat dengan mudah serendah 0,1 mm. Untuk papan 2-layer, saya tidak berpikir Anda ingin pergi di bawah mungkin 0,8 mm, bahkan untuk papan yang sangat kecil.

  • Biaya tambahan. Tidak ada ketebalan standar.

Saya tidak melihat ini sebagai masalah besar. Papan toko menyediakan banyak bahan yang berbeda untuk dapat membuat papan multi-lapis untuk tumpukan apa pun yang diminta oleh pelanggan mereka. Permintaan untuk papan 2 lapis dengan ketebalan berbeda dari 1,6 mm dapat dengan mudah dibuat dari bahan ini --- tetapi tanyakan kepada vendor Anda berapa ketebalan yang mereka miliki, atau dapat dengan cepat, sebelum Anda berkomitmen pada desain tertentu .

Foton
sumber
Bisakah memberi kami aturan praktis untuk proses perakitan PCB yang lebih tipis? Apa komponen terbesar yang bisa saya rakit dalam PCB 1mm?
Jesus Castane
1
Komponen terbesar tidak hanya tergantung pada ketebalan papan. Itu juga tergantung bagaimana papan didukung dan komponen berat apa yang ada di papan tulis. Jika hanya ada satu komponen berat, Anda cukup menggunakan komponen itu untuk mendukung papan --- jika tidak ada kekuatan lain yang bekerja di papan, maka tidak ada masalah selama papan setidaknya cukup tebal untuk menopang beratnya sendiri.
The Photon
1
Jika Anda ingin bereksperimen, Anda bisa membeli selembar fiberglass "G10" (pada dasarnya sama dengan FR4) pada ketebalan apa pun yang Anda inginkan dan merekatkan komponen Anda untuk melihat seberapa besar tekanannya pada papan. Saya melihat G10 tersedia secara online dalam ketebalan hingga 0,005 ". Anda dapat membeli satu lembar besar bahan tipis dan laminasi dengan ketebalan yang berbeda untuk melihat seberapa tebal yang Anda butuhkan untuk situasi Anda.
The Photon
2

Ketika berbicara tentang RF PCB, saluran transmisi paling sederhana adalah jalur microstrip. Untuk Impedansi Karakteristik Z0 yang diberikan, lebar microstrip berkurang seiring dengan menurunnya ketebalan PCB. Contoh: jika f = 1GHz dan dieletric memiliki Er = 4.5, untuk membuat microstrip 50 ohm diperlukan microstrip untuk memiliki lebar 2.97288mm pada PCB tebal 1.6mm sementara 50 ohm yang sama dapat dicapai dengan Microstip lebar 1,47403mm pada PCB 0,8mm (dihilangkan parameter lainnya).

Leo Botler
sumber