Im heutigen elektronischen Produktdesign sind 4-lagige 1,6-mm-Leiterplatten für viele Ingenieure die bevorzugte Lösung geworden. Diese Struktur bietet ein perfektes Gleichgewicht zwischen Komplexität, Kosten und Leistung und eignet sich daher besonders für Schaltkreisdesigns mittlerer Komplexität.
Standard-Stapelstruktur einer 4-lagigen 1,6-mm-Leiterplatte
Die standardmäßige 4-lagige 1,6-mm-Leiterplatte ist in der Regel klassisch aufgebaut: Signallage/Masselage/Stromversorgungslage/Signallage mit folgender Anordnung
- Oberste Schicht (L1): Signalebene (außen), für die Platzierung von Komponenten und die Hochgeschwindigkeitssignalführung
- Innere Schicht 1 (L2): Massefläche (GND), die für niederohmige Rückleitungen sorgt
- Innere Schicht 2 (L3): Stromversorgungsebene (VCC), für die Stromverteilung
- Unterste Schicht (L4): Signalebene (außen), für Hilfsrouting und Komponentenplatzierung
Bei dieser Struktur wird Prepreg (PP, typischerweise Typ 2116, etwa 0,12 mm dick) verwendet, um die Schichten miteinander zu laminieren, so dass eine fertige Platte mit einer Gesamtdicke von 1,6 mm entsteht.Ein typisches Beispiel für die Verteilung der Materialstärke ist wie folgt:
| Ebene | Material/Beschreibung | Dicke (Beispiel) |
|---|
| Oberste Schicht | Signalschicht (1 Unze Kupfer) | 0,035 mm |
| Prepreg | Dielektrikum (FR-4) | 0,2 mm |
| Innere Schicht 1 | Massefläche (1oz Kupfer) | 0,035 mm |
| Kern | Dielektrikum (FR-4) | 0,8 mm |
| Innere Schicht 2 | Leistungsebene (1oz Kupfer) | 0,035 mm |
| Prepreg | Dielektrikum (FR-4) | 0,2 mm |
| Unterste Schicht | Signalschicht (1 Unze Kupfer) | 0,035 mm |
Historische Ursprünge der 1,6-mm-Dicke als Industriestandard
Dass die Dicke von 1,6 mm (ca. 63 mil) zum Industriestandard für Leiterplatten wurde, ist kein Zufall, sondern hat tiefe historische Wurzeln. Während der Vakuumröhren-Ära wurden Phenolharz-Laminate in der Regel mit einer Dicke von 1/16 Zoll (ca. 1,6 mm) hergestellt, und passende Steckverbinder und andere Komponenten wurden für diese Spezifikation entwickelt, so dass sich allmählich ein vollständiger industrieller Kettenstandard entwickelte.
Mit dem technologischen Fortschritt haben sich die Leiterplattendicken zwar auf 0,4 bis 3,0 mm oder sogar noch weiter ausgedehnt, aber 1,6 mm bleibt aufgrund seiner guten mechanischen Festigkeit, der einfachen Herstellung und der Kosteneffizienz die Standardwahl für die meisten elektronischen Produkte.Vor allem bei 4-Lagen-Leiterplatten bietet die Dicke von 1,6 mm eine ideale Isolierung zwischen den Lagen und strukturelle Stabilität.
Wichtige Designüberlegungen für 4-Lagen 1,6mm PCB
Impedanzkontrolle und Signalintegrität
Beim Entwurf von Hochgeschwindigkeitsschaltungen ist die Impedanzkontrolle von entscheidender Bedeutung.Die 4-lagige 1,6-mm-Leiterplatte bietet klare Bezugsebenen für Signale durch spezielle Masse- und Stromversorgungslagen, was das Design der Impedanzanpassung erheblich vereinfacht. Typische Designwerte umfassen:
- Single-ended signals: 50Ω±10%
- Differential pairs: 100Ω±10%
Durch die präzise Steuerung der Leiterbahnbreite (z. B. 0,195 mm), des Abstands und der dielektrischen Dicke können Ingenieure problemlos die Zielimpedanzwerte erreichen.Das Technikteam von Topfast verfügt über umfangreiche Erfahrungen mit der Impedanzkontrolle und kann Sie bei Ihrem Design professionell beraten.
Stromverteilung und Entkopplungsdesign
Zu den Vorteilen dedizierter Versorgungsschichten gehören:
- Niedrigere Leistungsimpedanz reduziert den Spannungsabfall
- Gleichmäßige Stromverteilung
- Erleichterung der Platzierung von Entkopplungskondensatoren
Es wird empfohlen, Entkopplungskondensatoren mit angemessenen Werten in der Nähe der Stromversorgungspins zu platzieren, um ein niederohmiges Stromverteilungsnetz (PDN) zu bilden.
Optimierung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMC)
Die Stapelstruktur von 4-lagigen 1,6-mm-Leiterplatten bietet natürlich gute EMV-Leistungen:
- Erdschichten bieten elektromagnetische Abschirmung
- Verkleinerung der Schleifenfläche senkt die Strahlung
- Eine weitere Optimierung der Abschirmung kann durch die Anpassung der Prepreg-Dicke erreicht werden
Materialauswahl und Leistungsparameter
Kernmaterial-Optionen
- FR-4: Das am häufigsten verwendete Substrat, das eine gute mechanische Festigkeit und elektrische Leistung bei hoher Kosteneffizienz bietet
- Hochfrequenz-Laminate: Geeignet für Hochfrequenzanwendungen im GHz-Bereich mit einer stabileren Dielektrizitätskonstante
- Substrate mit MetallkernHervorragende thermische Leistung, ideal für Anwendungen mit hoher Leistung
- Keramische SubstratePerfekte Wahl für Ultrahochfrequenz- und Hochtemperaturanwendungen
Wichtige Leistungsparameter
- Dichte: 1.05-1.2g/cm³ (240x420mm board weighs about 100g)
- Dicke des Kupfers: Typically 1oz (35μm), can increase to 2-3oz for high-current areas
- Temperaturbeständigkeit: Conventional FR-4 Tg value 130-180°C, high-temperature models can exceed 200°C
- Lötmaske: Liquid epoxy or polymer, typically 15-25μm thick
Vergleich und Anwendungen von 4-Lagen-Leiterplatten mit unterschiedlichen Dicken
1,6 mm ist zwar der Industriestandard, aber auch andere Dicken haben ihre Anwendungsszenarien:
| Dicke | Merkmale | Typische Anwendungen |
|---|
| 0,8 mm | Platzsparend und flexibel | Tragbare Geräte, kleine Unterhaltungselektronik |
| 1,0 mm | Ausgewogene Dicke und Stärke | Industrielle Steuerungsmodule, Kommunikationseinrichtungen |
| 1,2 mm | Mäßige mechanische Festigkeit | Automobilelektronik, medizinische Geräte |
| 1,6 mm | Standardstärke, bestes Preis-Leistungs-Verhältnis | Die meisten Verbraucher- und Industrieelektronikgeräte |
| 2,0mm+ | Ultrahohe mechanische Festigkeit | Leistungsmodule, Schwerlastgeräte |
Es ist erwähnenswert, dass nicht genormte Dicken (wie 0,8 mm oder 2,0 mm) zusätzliche Kosten verursachen können und in der Entwurfsphase umfassend berücksichtigt werden sollten.
Herstellungsverfahren und Qualitätskontrollpunkte
Das Herstellungsverfahren für 4-lagige 1,6-mm-Leiterplatten umfasst:
- Übertragung von Innenschichtmustern und Ätzen
- Lamination (180-200°C, high pressure)
- Bohren (mechanisch oder Laser)
- Metallisierung von Löchern (stromlose Verkupferung)
- Übertragung von Mustern auf die äußere Schicht
- Lötmaske und Oberflächenbehandlung
- Elektrische Prüfung und Endkontrolle
Topfast verwendet fortschrittliche AOI (Automatisierte optische Inspektion) and flying probe testing to ensure the quality of each PCB, with impedance control accuracy reaching ±7%, far exceeding the industry standard of ±10%.
Häufig gestellte Fragen
F: Warum passen sich die meisten Schnittstellennormen an die Dicke von 1,6 mm an?
A: This is an industry standard formed historically, as early connectors were designed for 1/16 inch (≈1.6mm), and the supporting industrial chain developed accordingly.
F: Wie viel teurer ist eine 4-lagige 1,6-mm-Leiterplatte im Vergleich zu einer doppelseitigen Leiterplatte?
A: Normalerweise sind die Kosten 1,5 bis 2 Mal so hoch wie bei doppelseitigen Leiterplatten, aber durch Designoptimierung (z. B. Standard-Stapelung) und Serienproduktion kann Topfast äußerst wettbewerbsfähige Preise anbieten.
F: Wie kann ich feststellen, ob mein Projekt 1,6 mm oder andere Dicken benötigt?
A: Berücksichtigen Sie Faktoren wie: Anforderungen an die mechanische Festigkeit, Kompatibilität der Steckverbinder, thermische Anforderungen und Kostenbudget. Topfast-Ingenieure können kostenlose Bewertungen anbieten.
Empfehlungen für die Auswahl von Fachleuten PCB-Herstellung Dienstleistungen
Achten Sie bei der Auswahl eines Leiterplattenherstellers auf Folgendes:
- Präzision des Laminierungsprozesses (beeinflusst die Impedanzkontrolle)
- Materialzertifizierungen (UL, RoHS, usw.)
- System der Qualitätskontrolle
- Fähigkeiten zur technischen Unterstützung
Als professioneller Leiterplattenhersteller verfügt Topfast über 17 Jahre Erfahrung in der Herstellung von 4-Lagen-Leiterplatten und bietet umfassende Dienstleistungen vom Design-Support bis zur Massenproduktion. Wir haben uns auf die Präzisionsfertigung von 1,6 mm dicken Leiterplatten spezialisiert und bieten eine branchenführende Impedanzkontrollgenauigkeit.
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Ganz gleich, ob Sie standardmäßige 1,6 mm 4-Lagen-Leiterplatten oder kundenspezifische Stärken benötigen, Topfast kann Ihnen qualitativ hochwertige, äußerst zuverlässige Produkte liefern, die Ihnen helfen, Ihre elektronischen Projekte erfolgreich umzusetzen.