Что нужно знать о слоях при проектировании печатных плат?

Печатная плата – это плоская пластина, на которой размещаются электронные компоненты.  Для того, чтобы они образовывали рабочую электрическую цепь, их выводы соединяются между собой токопроводящими дорожками. В связи с повышением сложности электронных устройств и требований к их миниатюризации современные печатные платы имеют сложную структуру, состоящую из токопроводящих и диэлектрических материалов.

Виды слоев в печатной плате

Печатная плата состоит из нескольких слоев, имеющих различное назначение:

• Механические. В печатной плате может быть один и более механических слоев. Их основные функции – это обеспечение механических характеристик ПП (прочности, жесткости/гибкости), изолирование токопроводящих слоев друг от друга, а также надежная фиксация электронных компонентов (при сквозном и смешанном монтаже). Механические слои выполняются, как правило, из жестких или гибких диэлектрических материалов, таких как стеклотекстолит, гетинакс, фторопласт, армированный стекловолокном, керамика (для изделий, работающих при повышенной температуре), каптон. Также в качестве основы печатной платы может выступать металл (например, алюминий или медь), покрытый диэлектриком и токопроводящей фольгой. Такие платы используются в том случае, когда нужно эффективно отвести тепло от электронных компонентов за счет высокой теплопроводности металла.
• Токопроводящие. По сути, это слои, состоящие из тонкой (18 и 35 мкм) медной фольги. Их назначение – передача сигнала между выводами компонентов и соединение их друг с другом в работающую электрическую цепь. Токопроводящая фольга наклеивается на диэлектрическую основу с одной или двух сторон. Затем в этом слое субтрактивным (вычитающим) методом выполняется проводящий контур – проще говоря, его создают, удаляя излишки фольги с помощью химического травления, механической или лазерной гравировки.
• Защитные. Такие слои еще называются паяльными масками. Они изготавливаются путем нанесения диэлектрического лака на слой медной фольги. Их основная задача – защищать металл проводника от коррозии и механических повреждений, а также предотвращать образование спаек и «мостов» припоя между токопроводящими путями в тем местах, где они не нужны. На платах защитные слои обычно имеют зеленую или коричневую окраску, они могут быть прозрачными или нет.

Помимо этих слоев печатная плата может иметь дополнительные. Например, покрытия из токопроводящего лака используются для улучшения контактов разъемов и мембранных клавиатур, создания дополнительного проводящего слоя и т. д. Декоративно-информационные слои предназначены для маркировки изделий, размещения на них рисунка электрической схемы, логотипов, технических обозначений.

Типы плат по количеству токопроводящих слоев

В зависимости от того, сколько токопроводящих слоев имеет печатная плата, она может принадлежать к одному из следующих типов:

• Однослойные. Такие платы имеют один механический слой, на который с одной стороны нанесена медная фольга. Это самые простые и недорогие в изготовлении ПП, но из-за наличия всего одного токопроводящего слоя на них невозможно создавать сложные схемы без значительного увеличения размера.
• Двухслойные. Платы этого типа представляют собой диэлектрическую подложку, на которую с обоих сторон нанесена металлическая фольга. Благодаря этому становится возможным двухсторонний монтаж компонентов, что позволяет создавать на таких ПП более сложные схемы без увеличения размеров конечного изделия. Для передачи электрических сигналов между компонентами, расположенными на разных сторонах платы в заранее определенных местах просверливаются или прожигаются переходные отверстия, внутренние края которых покрываются медью.
• Многослойные. Это самые сложные и дорогие в проектировании и производстве печатные платы, представляющие собой склейку из нескольких одно- или двухсторонних ПП. Их структура образуется чередующимися слоями металла и диэлектрика, что позволяет создавать очень сложные схемы на небольшой площади. Чтобы внутренние токопроводящие слои имели необходимый рисунок, их обрабатывают еще до этапа склейки. Также заранее в них проделываются переходные отверстия, из-за чего после склеивания некоторые из них остаются глухими, то есть закрытыми с одной или обеих сторон слоями диэлектрика.

Для проектирования современных печатных плат используются специализированные САПР, такие как PADS Professional, Xpedition, Altium Designer, P-CAD, OrCAD и т. д. При изготовлении многослойных ПП проектируются сначала отдельные платы из склейки, из которых затем создается общая схема разводки. Это сложный процесс, требующий профессионального владения программным обеспечением.