Ett dubbelsidiga kretskort (Double-Sided PCB) är ett kretskort där båda sidorna av substratet är täckta med ett ledande kopparskikt och där ledande mönster kan placeras på båda sidorna. Dess struktur består av ett isolerande substrat i mitten samt kopparskikt på båda sidorna av substratet, och den elektriska anslutningen mellan båda sidorna åstadkoms genom metalliserade genomgående hål (Plated Through Hole, förkortat PTH).
Tillverknings processen för metalliserade genomgående hål går till så att man först borrar hålen och sedan, genom kemisk kopparavsättning och elektrolytisk kopparplätering, bildar ett ledande skikt på hålväggarna, vilket möjliggör en pålitlig och stabil förbindelse mellan skikten. Jämfört med enkelsidiga kretskort är det mest utmärkande draget hos dubbelsidiga kretskort att ledningarna kan placeras på båda sidorna av substratet och anslutas med hjälp av genomgående hål. När det gäller tillverkningsprocessen har dubbelsidiga kort ett extra, avgörande steg jämfört med enkelsidiga: kopparplätering (dvs. metallisering av hålen).
Detaljerad beskrivning av tillverknings processen för double sided pcb (PCB), som täcker de viktigaste stegen:
1.Konstruktionsdesign och dokumentförberedelse
Kretsritningsdesign: Användning av EDA-programvara (Electronic Design Automation), såsom Altium eller KiCad, för att rita kretsritningar.
Layout och ledningsdragning: Placera komponenterna på ett lämpligt sätt på båda sidorna av det dubbelsidiga kort och anslut ledningarna (som ligger på respektive topp- och bottenlager).
Generering av tillverkningsfiler:
Gerber-filer: Innehåller grafisk information om kopparfolie, silkscreen och maskeringslager för varje lager.
Borrfiler: Används för att bestämma hålplacering och hålstorlek, i Excellon-format.
IPC-nätverkslista: Används för att verifiera elektriska anslutningar.
2.Förberedelse av substrat
Val av substrat: Vanligtvis väljs FR-4 (epoxiglasfiberplatta) med kopparfolie på båda sidor.
Skärning: Skär substratet enligt de dimensioner som anges i konstruktionen.
3.Överföring av mönster till inre lager (utförs samtidigt på båda sidor)
Rengöring av kopparytan: Oxidskikt och föroreningar såsom olja avlägsnas från kopparytan.
Beläggning med fotoresist: Fotoresist (finns i både torr- och våtfilm) sprutas eller rullas på jämnt på båda sidor.
Belysningsprocess:
Den designade filmnegativen läggs över kopparfolien på båda sidor och bestrålas sedan med UV-ljus.
I negativprocessen härdar fotoresisten i de exponerade områdena.
Framkallning: Använd en alkalisk lösning för att lösa upp den ohärdade fotoresisten och därmed frilägga de kopparområden som ska etsas.
4.Etsningsprocessen
Syraetsning: Lös upp den exponerade kopparfolien genom att spruta på järnklorid eller en etsningslösning av ammoniakkoppar.
Avdragning av fotoresist: Den härdade fotoresisten avlägsnas, vilket lämnar kvar det designade kopparmönstret.
5.Laminering och borrningsprocess
Oxidbehandling (detta är ett valfritt steg): Förbättrar vidhäftningen mellan kopparytan och hartset.
Mekanisk borrning:
Genomgående hål och monteringshål borras med en CNC-styrd borrmaskin.
Kontroll av nyckelparametrar: Borrhastigheten och matningshastigheten ställs in på lämpliga värden för att förhindra att grader uppstår.
Kopparplätering (PTH):
Kemisk kopparplätering: Deponering av ett mikrometer-tjockt ledande skikt på hålväggarna för metallisering av hålen.
Förtjockning av kopparpläteringen: Förtjockning av kopparskiktet på hålväggarna till 20–25 μm för att säkerställa god elektrisk ledningsförmåga.
6.Överföring av yttre mönster och galvaniseringssteg
Exponering och framkallning av tryckfilm: Upprepa steg 3 för att framställa det yttre kretsmönstret.
Galvaniseringsprocess för mönster:
Kopparplätering: Kopparskiktet på kretsarna och hålväggarna förtjockas ytterligare så att tjockleken uppnår minst 35 μm.
Tennplätering: Ett tennskikt appliceras som ett etsningsskydd.
7.Ätsning av ytskiktet och avtinning
Alkalisk etsning: Avlägsnar oskyddad kopparfolie som inte ingår i kretsmönstret.
Avtinning: Avlägsnar tennskiktet så att de underliggande kopparledningarna blottas.
8.Behandling av maskeringsskikt (grönt maskeringsskikt)
Påföring av maskeringsfärg: Flytande, ljuskänsligt maskeringsskikt (vanligtvis grönt) appliceras på kortet genom silkscreen eller sprutning.
Belysning och framkallning: Öppningsområdena bestäms med hjälp av en negativfilm (så att paddar och testpunkter exponeras).
Härdning: Färgen härdas genom upphettning i hög temperatur.
9.Ytbehandlingsprocesser
Valbara processer:
HASL (Hot Air Solder Leveling): Ett skikt av tenn-blylegering pläteras på lödplattorna för att förbättra lödbarheten.
ENIG (Electrolitisk nickel-guldplätering): Först läggs ett skikt av nickel som underlag, därefter pläteras ett skikt av guld. Detta har antioxidativa egenskaper och är lämpligt för fina ben.
OSP (Organisk lödskyddsbeläggning): En organisk lödskyddsfilm appliceras. Kostnaden är lägre, men lödning måste utföras så snart som möjligt.
10.Silkscreen-märkning
Texttryck: Använd vit färg för att silkscreen-trycka komponentnummer, logotyp och annan information på topp- och bottenlagret.
Härdning: Textlagret härdas genom UV-bestrålning eller värmebehandling.
11.Formning och testning
V-skärning eller kantfräsning: Skär panelen till enskilda kretskort.
Elektrisk testning (E-Test):
Flygande stift-test: Använd rörliga prober för att kontrollera om det finns öppna kretsar eller kortslutningar (lämpligt för små serier).
Testbäddstest: Användning av specialanpassade fixturer för serietestning (med hög täckningsgrad).
AOI-kontroll: Användning av automatisk optisk inspektionsteknik för att kontrollera om det finns defekter i kretsarna.
12.Slutkontroll och förpackning
Visuell kontroll/stickprovskontroll enligt IPC-standard: Verifiering av produktens mått, utseende och funktion.
Vakuumförpackning med antistatisk skydd: Förhindrar skador och oxidation under transport.
Viktiga anmärkningar
Krav på positioneringsnoggrannhet: dubbelsidiga kort måste vara exakt inriktade, vilket uppnås med hjälp av positioneringshål eller riktmärken.
Säkerhet för hålplätering: Kvaliteten på hålpläteringen har stor inverkan på livslängden för ledningsförbindelserna mellan skikten.
Viktiga punkter för impedanskontroll: För högfrekventa signalledningar krävs noggranna beräkningar av ledningsbredd och dielektriskt skikts tjocklek.
Förslag till DFM-optimering: Tillverkningsprocessen måste beaktas redan i designfasen, till exempel genom att undvika skarpa vinklar i ledningsdragningen.
De viktigaste användningsområdena för dubbelsidiga kort
Konsumentelektronik: en obestridlig ”jätte” när det gäller efterfrågan
Bland alla branscher är efterfrågan inom konsumentelektronik den absolut största.
Smartphones och surfplattor
Även om moderkorten i dessa enheter oftast består av flerskiktskort, används dubbelsidiga kretskort i stor utsträckning för de många interna hjälpmodulerna och anslutningskort, såsom kameramodulkort, fingeravtrycksläsarkort, olika sensorkort, knappkort, batterihanteringskort, hörlursanslutningskort samt vissa interna kort i laddare.
Datorer och tillbehör
Inuti stationära och bärbara datorer är dubbelsidiga kort ett vanligt val för till exempel expansionskort, ljudkort, vissa nätverkskort, strömförsörjningskort (sekundärsidan), tangentbords- och muskort, bildskärmsdrivkort samt styrkort för skrivare och skannrar.
Hushållsapparater
Dubbelsidiga kort spelar en viktig roll i vissa funktionsmoduler på TV-logikkort samt i strömförsörjningskort, styrkort för luftkonditionering, tvättmaskiner, mikrovågsugnar, riskokare, induktionshällar, elektriska fläktar och drivkort för smarta belysningsenheter.
Området ljud- och videoutrustning
Dubbelsidiga kretskort är också mycket vanliga i ljudförstärkarkort, moderkort för Bluetooth-högtalare, digitalboxar, vissa DVD-spelare samt handkontroller till spelkonsoler.
Området smarta hem-enheter
Dubbelsidiga kort är det idealiska valet för många produkter tack vare sina fördelar, till exempel i olika typer av sensorer såsom temperatur- och fuktighetssensorer, magnetiska dörr- och fönstersensorer samt rörelsesensorer, samt i smarta strömbrytare, smarta eluttag och submoduler till gateways.
Industriell styrning och automatisering
Styrkort för fabriksautomationsutrustning, sensoranslutningskort, vissa motordrivkort, människa-maskin-gränssnitt, interna kort i mätinstrument (t.ex. multimeter, oscilloskopprober, strömmätare) samt I/O-moduler för PLC. I industriella sammanhang ställs höga krav på både tillförlitlighet och kostnad, och dubbelsidiga kretskort har i många fall blivit det prisvärda valet som balanserar prestanda och kostnad.
Bilelektronik
Även om bilens centrala elektroniska styrenhet (ECU) vanligtvis använder flerlagerskort, finns det en enorm mängd karossstyrningsmoduler i bilen, såsom styrkort för belysning (för ljusstyrning), fönsterhissar, dörrlås, vindrutetorkare, luftkonditionering, sätesjustering, samt enkla sensoranslutningskort (t.ex. interna kort i däcktrycksövervakningssändare) och hjälpkort för underhållningssystem. I takt med att elektroniseringen av bilarna ständigt ökar är användningen av dubbelsidiga kretskort inom fordonselektronikområdet extremt omfattande.
LED-belysningsområdet
Inom området för LED-belysning, oavsett om det gäller glödlampor, lysrör, panelbelysning eller gatubelysning, använder drivkretskorten nästan utan undantag dubbelsidiga kretskort. Detta har blivit den dominerande och standardkonfigurationen inom detta område, och efterfrågan är mycket stor.
Kommunikationsutrustningsområdet
I nätverksutrustning som routrar, switchar och optiska modems krävs det ofta flerskiktskort för att tillgodose behoven hos de högpresterande huvudkretsarna. Dessutom används ofta dubbelsidiga kort för kringutrustning som strömförsörjningsmoduler, gränssnittskonverteringskort, indikatorlampkort och fläktstyrkort.
Området medicinsk elektronik (utrustning med låg till medel komplexitet)
I blodtrycksmätare, blodsockermätare, fysioterapiutrustning samt vissa funktionsmoduler i övervakningsutrustning, såsom sensorkort, displaydrivkort, knappsatser och strömadaptrar, är dubbelsidiga kretskort också ett vanligt val.
Varför är användningen av dubbelsidiga kort så enorm på marknaden?
Enastående kostnadseffektivitet
Jämfört med enkelsidiga kretskort har dubbelsidiga kretskort kraftfullare funktioner. De möjliggör ledningsdragning på båda sidor, vilket avsevärt ökar utrymmet och flexibiliteten för ledningsdragningen. Jämfört med fyrskiktiga eller flerlagriga kretskort har de betydande kostnadsfördelar tack vare den relativt enkla tillverkningsprocessen, vilket effektivt sänker tillverkningskostnaderna.
Mogen, stabil och pålitlig
Tillverkningsprocessen för dubbelsidiga kretskort har genomgått långvarig utveckling och förfining och är nu mycket mogen. Under tillverkningen uppnås en hög andel felfria produkter, och tillförlitligheten har bevisats genom långvarig marknadsanvändning. De presterar utmärkt i praktiken och ger en solid garanti för produktens stabila drift.
Passar ett brett spektrum av behov
Bland de många elektroniska produkterna finns ett stort antal med medelhög funktionskomplexitet, där kraven på signalhastighet inte är extremt höga men en viss integrationsgrad krävs. För denna typ av produkter utgör dubbelsidiga kretskort en idealisk balans mellan prestanda och kostnad. De uppfyller produktens funktionskrav utan att medföra alltför hög kostnadsbelastning.
Stor designfrihet
Genom noggrann planering av layout och ledningsdragning samt rationell användning av via-teknik kan dubbelsidiga kretskort enkelt lösa de flesta anslutningsproblem i kretsar med medelhög densitet. Detta ger stor frihet vid kretsdesign och gör det möjligt för konstruktörer att på ett mer flexibelt sätt realisera olika kretsfunktioner.
