Лучший дизайн печатных плат: субтрактивные методы изготовления против методов mSAP

Предполагаемое время чтения: 15 минут

Выбор оптимального метода проектирования печатных плат зависит от целей вашего проекта. Этими целями могут быть стоимость, производительность или сложность проекта. Инженеры должны учитывать технические различия между субтрактивным и mSAP-процессами. Они должны выбрать то, что лучше всего соответствует их потребностям. Затраты включают не только материалы и рабочую силу.

• Место изготовления доски и используемая технология могут повлиять на цену.
• Элементы высокой плотности, такие как те, что на Платы с высокой плотностью соединений (HDI), может увеличить начальные затраты. Но они могут снизить общие затраты за счет использования меньшего количества слоев и изготовления большего количества качественных плат.
• Важны индивидуальный подход и надежность. Даже такие мелочи, как изменение размера печатной платы в Ultiboard, может повлиять на долгосрочную стоимость.
• PCBA проекты могут быть более успешными с использованием методов, которые помогают создавать более компактные платы и более качественные трассы для сигналов.

Лучший выбор — это баланс между первоначальными затратами и долгосрочной выгодой.

Ключевые выводы

• Субтрактивное изготовление печатных плат удаляет медь для изготовления схем. Лучше всего подходит для простых и недорогих проектов. Также хорошо подходит для изготовления большого количества плат за один раз.
• mSAP помещает медь только там, где это необходимо. Это позволяет изготавливать очень мелкие детали. Кроме того, это обеспечивает лучшее качество сигнала для сложных плат с большим количеством деталей.
• Субтрактивный метод дешевле и быстрее для простых конструкций. Но он создает больше отходов и не подходит для очень мелких деталей.
• mSAP более точен, производит меньше отходов и дает более сильные сигналы. Но он стоит дороже и требует специальных инструментов и навыков.
• Лучший метод зависит от потребностей вашего проекта. Вам следует подумать о сложности, стоимости, количестве необходимых устройств и требуемом уровне их эффективности.

Лучшие факторы проектирования печатных плат

Стоимость

Стоимость является серьезной проблемой в проектах по производству печатных плат. Многие факторы могут повлиять на сумму ваших расходов. К ним относятся способ сборки платы, сроки изготовления, количество изготавливаемых плат и сложность конструкции. Также имеют значение трудозатраты, размер платы, количество слоев и точность работы. Компании учитывают все эти факторы, чтобы выбрать оптимальную конструкцию печатной платы с учетом своих финансовых возможностей и потребностей.

Категория факторов	Измеримые факторы	Влияние на проектирование печатных плат
Стоимость	Процесс сборки, время выполнения, количество, сложность, трудозатраты, размер, количество слоев, точность	Изменения общей стоимости, стоимости каждой платы и способа использования ресурсов

Примечание: если вы хотите, чтобы ваша доска была изготовлена быстрее или с большей тщательностью, это может стоить дороже. Но это может помочь изготовить больше хороших досок и продлить их срок службы.

Производительность

Производительность и надежность показывают, хорошо ли работает печатная плата в реальных условиях. Важно проверить конструкцию, выбрать правильные материалы и тщательно изготовить плату. Строгие испытания, такие как нагревание и встряхивание платы, гарантируют ее соответствие стандартам ISO 9001 и IPC. Изготовление каждой партии одинаковых плат помогает продлить срок их службы.

• ИИ может помочь в улучшении сигналов и теплоотвода в конструкциях печатных плат 15-30%.
• В некоторых отчетах говорится, что качество сигнала может быть на 30% лучше, и вам потребуется на 25% меньше тестовых плат в телекоммуникационных проектах.

Сложность

Проектирование печатных плат становится все сложнее когда есть много деталей и мало места. Интеллектуальные инструменты, такие как ИИ, помогают в таких сложных проектах. Они могут размещать детали быстрее и делать платы меньше. Но для решения специальных задач и сборки систем по-прежнему нужны люди.

Применение

То, что вам нужно от платы, поможет вам выбрать, как ее спроектировать и изготовить. Плата, которая может расти, меняться или использовать новые детали, легче модернизировать. Автомобильные и домашние технологические компании предпочитают платы, которые предотвращают проблемы с сигналом и реже ломаются. Лучший дизайн печатной платы соответствует требованиям задачи и служит долго.

Субтрактивный метод

Процесс

Субтрактивный метод является наиболее распространенным способом изготовления печатных плат. Он начинается с покрытия платы медью. Производители наносят маску на те части, которые будут составлять схему. Они используют химические вещества, чтобы удалить лишнюю медь. Остается только необходимая медь для создания дорожек. Этот метод подходит для односторонних и многослойных плат. После удаления меди машины проверяют наличие ошибок. Новые системы помогают использовать меньше химических веществ и изготавливать больше качественных плат.

Примечание: Субтрактивная обработка позволяет в обычных случаях создавать трассировки размером до 3 мил. С помощью специальных инструментов, таких как лазеры, этот размер может быть уменьшен до 0,5 мил.

Возможности

Субтрактивное изготовление печатных плат имеет много преимуществ. Это старый и проверенный метод, поэтому он используется для изготовления многих печатных плат в таких устройствах, как телевизоры и телефоны. Он подходит для плат с отверстиями и без них. С помощью этого метода можно изготавливать обычные печатные платы, гибкие печатные платы и некоторые платы HDI. Он стоит дешевле, чем аддитивные методы. Для изготовления больших плат используется до 95% материала, а станки могут обнаружить практически все ошибки.

Метрическая категория	Преимущество / Положительные данные
Точность	Минимальная ширина дорожки: 3 мил (стандартная), 1 мил (усовершенствованная)
Допуск по размерам	±0,1 мм (стандартный), ±0,025 мм (прецизионный)
Использование материалов	Эффективность 85-95% для больших панелей
Стоимость	Стоимость оборудования на 40-60% ниже, чем у аддитивных методов
Улучшения в производстве	Системы с замкнутым циклом сокращают использование химикатов на 40%

Ограничения

Несмотря на свои преимущества, субтрактивный метод имеет ряд недостатков. Химические вещества могут разъедать края, делая линии шире, чем требуется. Это затрудняет создание очень тонких линий и промежутков. В процессе образуется много отходов меди и химических веществ, что вредно для окружающей среды. Отходы содержат много металлов и требуют осторожного обращения. Кроме того, этот метод не подходит для толстой меди или больших отверстий. Для очень маленьких схем лучше подходят другие методы, такие как полуаддитивный, которые позволяют получить более качественные платы.

Метрическая категория	Недостаток / Негативные данные
Подрезание	0,5–1 мил на каждую сторону
Ограничение соотношения сторон	Максимум 8:1 для сквозных отверстий
Растрата материалов	20-30% медные отходы, 5-10% потери субстрата
Химические отходы	5-8 литров на м² печатной платы
Воздействие на окружающую среду	Высокий уровень ХПК (8000–20 000 мг/л), загрязнение тяжелыми металлами
Ограничение тонкой линии	Не подходит для линий шириной/расстоянием менее 2 мил

Совет: когда производители хотят уменьшить размеры элементов, они часто переходят на полуаддитивные методы. Эти методы дают лучшие результаты для новых плат HDI.

Метод mSAP

Процесс

Метод mSAP не похож на субтрактивный процесс. Производители начинают с нанесения тонкого слоя меди на плату. Они наносят специальную маску на те места, где должны быть медные дорожки. Затем они добавляют медь только на эти отмеченные места. На этом этапе дорожки формируются, а не удаляются. После этого маска снимается, а лишняя медь удаляется. Таким образом, используется меньше химического травления. Это помогает сохранить четкость и узкую форму линий.

Примечание: mSAP может создавать очень тонкие линии и промежутки, размером до 15 микрон (около 0,6 мил). Это делает его идеальным для современной электроники.

Возможности

mSAP имеет много преимуществ для новых конструкций печатных плат:

• Ультратонкие особенности: Инженеры могут создавать дорожки и промежутки размером всего 15–30 микрон. Это помогает при изготовлении плат с высокой плотностью соединений (HDI).
• Улучшенные характеристики сигнала: Этот процесс снижает потери сигнала и перекрестные помехи. Благодаря этому такие устройства, как смартфоны и серверы, работают лучше.
• Повышенная надежность: Медные дорожки имеют более гладкие края и равномерную толщину. Это способствует увеличению срока службы платы.
• Экономия материалов: mSAP использует меньше меди и химикатов, поэтому образуется меньше отходов.

Возможности	Типичная ценность/выгода
Минимальное расстояние между линиями/пробелами	15–30 микрон (0,6–1,2 мил)
Количество слоев	До 20+ слоев для HDI
Целостность сигнала	20-30% меньшая потеря сигнала
Доходность	95%+ для сложных конструкций

Ограничения

Несмотря на то, что mSAP является мощным инструментом, у него есть некоторые проблемы:

• Этот процесс обходится дороже, чем субтрактивный метод. Инструменты и материалы стоят дороже.
• Изготовление плат может занимать больше времени, особенно при больших партиях.
• Не все заводы по производству печатных плат имеют необходимые инструменты или навыки для производства mSAP. Это означает, что не каждая компания может изготовить такие платы в любом месте.
• Этот метод лучше всего подходит для тонких медных слоев. Он может не подойти для плат, которые требуют толстой меди для высокой мощности.

Совет: компаниям следует выбирать mSAP, если им нужны очень небольшие функции и максимальная производительность, даже если это стоит дороже.

Субтрактивный метод против mSAP

Размер элемента

Размер элементов очень важен при изготовлении современных печатных плат. Субтрактивные методы позволяют создавать более крупные элементы. Минимальная ширина дорожки обычно составляет более 75 микрон. Этот метод начинается с полного слоя меди. Производители удаляют ненужную медь. Это затрудняет получение очень мелких дорожек. Травление может привести к увеличению ширины нижней части медных линий. Поэтому сложно получить мелкие детали.

mSAP использует другой подход. Инженеры начинают с тонкого слоя меди. Они добавляют медь только там, где это необходимо. Это позволяет им создавать гораздо более мелкие детали. Иногда, следы могут быть размером всего 25 микрон или даже 5 микрон. Это помогает создавать лучшие печатные платы для таких устройств, как смартфоны и медицинское оборудование.

mSAP помогает создавать очень тонкие линии и промежутки. Это необходимо для миниатюрной электроники и быстрых схем.

Метод	Типичный минимальный размер элемента
Субтрактивный	>75 микрон
mSAP	5–25 микрон

Точность

Точность — это показатель качества работы печатной платы, особенно на высоких скоростях. Субтрактивное травление создает дорожки с наклонными сторонами. В результате химического процесса стороны дорожек наклоняются. Это может вызвать проблемы с потерей сигнала. Это является более серьезной проблемой в проектах 5G и аэрокосмической отрасли.

mSAP лучше справляется с задачей точности. Он использует специальные инструменты для размещения меди в нужных местах. Это позволяет создавать дорожки с прямыми сторонами и прямоугольной формой. Такая форма помогает контролировать сигналы и предотвращает их потерю. Инженеры могут положиться на mSAP при создании сложных конструкций.

• Субтрактивный: наклонные трассировки, менее точные, большая потеря сигнала.
• mSAP: Трассировки в форме прямоугольника, очень точные, лучшие сигналы.

Коробчатая форма трактов mSAP позволяет размещать схемы ближе друг к другу и обеспечивает их более эффективную работу. Именно поэтому она выбирается для сложных задач.

Масштабируемость

Масштабируемость означает, насколько хорошо метод подходит для больших или маленьких заданий. Субтрактивные методы используются уже давно. Они подходят для простых плат и стоят дешевле. Они быстро работают с простыми конструкциями.

mSAP – более новая технология, но она хорошо подходит для сложных и плотно заполненных плат. Начальные затраты выше, но при изготовлении большого количества плат она становится более экономичной. mSAP используется для многих печатных плат HDI в телефонах и медицинских инструментах. Кроме того, она позволяет сократить количество отходов, что экономит средства при изготовлении большого количества плат.

Особенность	Субтрактивный метод	Метод mSAP
Объем производства	Высокая для простых конструкций	Высокий для сложных, плотных конструкций
Эффективность затрат	Лучше всего подходит для низкой сложности	Лучше всего подходит для высокой плотности и большого объема
Образование отходов	Больше отходов материалов	Меньше отходов материала
Подходящее приложение	Потребительская электроника, базовая	HDI, аэрокосмическая промышленность, медицина, 5G

Компании, которые хотят получить лучший дизайн печатных плат для сложных или миниатюрных продуктов, должны использовать mSAP. Он может развиваться, чтобы удовлетворить новые потребности.

Сравнительная таблица

Ключевые показатели

Инженеры используют несколько основных вещей для сравнить субтрактивный и mSAP PCB методы. Эти вещи помогают им выбрать лучший способ для своего проекта. Каждый метод хорош в одних вещах и не так хорош в других.

Показатели изготовления

• Каков размер платы и сколько их помещается на панели
• Сколько слоев имеет печатная плата
• Какой материал используется для изготовления доски
• Самый маленький след и пространство, которое можно создать
• Сколько отверстий и насколько они могут быть маленькими
• Маска для пайки и слова или символы на плате
• Покрытие поверхности, как позолота
• Особые характеристики, такие как край электрические разъемы

Показатели сборки

• Тип сборки, например, однопроходная или двухпроходная пайка
• Если детали устанавливаются вручную или с помощью машины
• Форма и качество каждой детали
• Где на плате размещены разъемы
• Какая часть платы тестируется и насколько легко найти проблемы
• Если плата тестируется на нагрузку во время сборки
• Если плата работает с инструментами для ремонта

Инспекция и испытания

• Изучение платы и использование рентгеновских лучей для обнаружения проблем
• Проведите тест на отслоение, чтобы проверить, хорошо ли слои прилипают друг к другу.
• Испытания паяльной ванны и поплавка для проверки прочности пайки и термостойкости
• AOI проверяет наличие проблем с пайкой и соединениями
• Электрические испытания для обнаружения неисправностей и проблем с сигналами

Метрическая система	Субтрактивный метод	Метод mSAP
Минимальное расстояние между линиями/пробелами	75+ микрон	5–25 микрон
Количество слоев	До 12	До 20+
Растрата материалов	Выше	Нижний
Целостность сигнала	Стандартный	Превосходный
Совместимость с ассамблеем	Высокий	Высокий (для сложных конструкций)
Методы проверки	Визуальный, AOI, электрический	Визуальный, AOI, рентген, электрический
Стоимость за доску	Нижний	Выше
Масштабируемость	Лучше всего подходит для простых дизайнов	Лучше всего подходит для сложных, плотных печатных плат

Инженеры должны учитывать эти факторы перед выбором метода изготовления печатных плат. Оптимальный вариант зависит от требований проекта к размеру, принципу работы и стоимости.

Выбор правильного метода

Выбор правильного способа изготовления печатной платы зависит от требований проекта. Инженеры и компании должны учитывать такие факторы, как количество функций, стоимость и количество необходимых плат. В приведенном ниже руководстве показано, какой метод лучше всего подходит для различных задач.

Конструкции высокой плотности

Некоторые проекты требуют использования множества мелких деталей, расположенных близко друг к другу. К ним относятся смартфоны, умные часы или специальные медицинские инструменты. Для таких проектов лучше всего подходит метод mSAP. Этот метод позволяет инженерам создавать очень тонкие линии и промежутки. Он помогает создавать сложные конструкции с множеством слоев. mSAP также улучшает работу сигналов и обеспечивает прочность платы. Это важно для быстрой и малогабаритной электроники.

• Компании, имеющие сертификаты ISO 9001 и AS9100, гарантируют качество и безопасность плат.
• Эксперты в области HDI и жестко-гибких печатных плат могут быстро справиться с новыми изменениями в конструкции.
• Правильный выбор материалов и отделки помогает доскам хорошо работать и не стоить слишком дорого.
• Для продажи продукции по всему миру необходимо соблюдать такие правила, как RoHS и REACH.

Проекты, чувствительные к затратам

Если сэкономить деньги является наиболее важным, то субтрактивный метод, как правило, является самым дешевым. Этот старый способ хорошо работает для обычной электроники, простых машин и школьных наборов. Компании могут сэкономить больше, упростив конструкцию и заказав больше сразу.

• Ранняя беседа с производителем помогает найти способы сократить расходы.
• Использование одних и тех же деталей во многих платах упрощает и удешевляет закупки.
• Изготовление образца доски позволяет обнаружить ошибки до изготовления большого количества досок, что позволяет сократить количество отходов.
• Хорошее планирование и обсуждение с командой позволяют избежать неожиданных затрат.

Примечание: Jinxinyang Tech помогает клиентам сэкономить деньги, подбирая подходящие материалы и планируя процесс изготовления досок, так что вы платите меньше, но при этом получаете хорошее качество.

Массовое производство

Для одновременного изготовления большого количества плат нужен быстрый, качественный и масштабируемый способ. Для крупных заказов подходят как субтрактивный, так и mSAP-метод. Выбор оптимального метода зависит от сложности конструкции. Субтрактивный метод отлично подходит для простых плат, изготавливаемых в больших количествах. mSAP-метод лучше подходит для сложных плат с большим количеством компонентов.

• Изготовление большего количества досок за один раз снижает стоимость каждой из них.
• Использование таких машин, как SMT, делает строительство быстрее и точнее.
• Четкие метки и этикетки помогают машинам проверять доски и предотвращать ошибки.
• Работа с квалифицированными производителями означает, что вы получаете детали вовремя и платите меньше.

Jinxinyang Tech использует машины для проверять и тестировать множество плат, поэтому крупные заказы всегда хороши и поступают вовремя.

Таблица руководства по принятию решений

Потребность проекта	Рекомендуемый метод	Ключевые соображения
Конструкции высокой плотности	mSAP	Ультратонкие элементы, целостность сигнала, надежность
Проекты, чувствительные к затратам	Субтрактивный	Более низкая стоимость, стандартные функции, упрощение конструкции
Массовое производство	Оба (в зависимости от конструкции)	Масштабируемость, автоматизация, экономия за счет масштаба

Инженеры должны выбирать способ изготовления печатных плат в зависимости от того, сколько функций им нужно, сколько денег у них есть и сколько плат они хотят. Обратившись к экспертам, таким как Jinxinyang Tech, вы сможете получить лучший дизайн печатной платы для любой задачи.

Тенденции в отрасли

Внедрение технологий

Индустрия печатных плат быстро меняется. Компании используют новые способы производства печатных плат для новых рынков. Многие тенденции влияют на то, как инженеры и производители создают печатные платы в настоящее время.

• Подключенные автомобили требуют больше печатных плат для удаленного использования.
• Телефоны и умные гаджеты повышают спрос на печатные платы.
• 3D-печать меняет способ изготовления печатных плат.
• COVID-19 показал, что производство печатных плат в одном месте сопряжено с риском.
• Крупные компании, такие как Apple и Intel, пробуют новые идеи и строят больше объектов.
• Северная Америка остается сильной, потому что у нее есть потребности в высоких технологиях и квалифицированных работниках.

При более внимательном рассмотрении мы видим, как растут различные сегменты рынка:

Сегмент	Ключевые доказательства	Последствия для внедрения технологий и перспективы на будущее
Типы печатных плат	Сегмент HDI/Micro-via/Build-up с самым быстрым среднегодовым темпом роста	Передовые конструкции поддерживают миниатюризацию и высокую плотность схем
Материалы	Полиимид с самым быстрым среднегодовым темпом роста	Гибкие высокоэффективные материалы набирают популярность
Субстраты	Жесткие печатные платы с наибольшей долей выручки (46,51 ТП3Т) в 2024 году	Прочные печатные платы по-прежнему важны, но гибкие типы набирают популярность
Будущие возможности	Носимые устройства и Интернет вещей стимулируют спрос на компактные и гибкие печатные платы	Расширение сферы применения в новых технологических секторах

Перспективы на будущее

Эксперты считают, что Изготовление печатных плат будет продолжать расти. В 2021 году мировой рынок составлял $75 миллиардов. К 2030 году он может достичь $120 миллиардов. К 2030 году гибкие печатные платы могут стоить $41 миллиард, растущий более чем на 10% каждый год. Автоматизация и искусственный интеллект помогут фабрикам работать быстрее и лучше. До 64% заводских рабочих мест могут быть выполнены машинами. ИИ может сделать работу на 50% более продуктивной. Экологичность также становится все более важной. Новые правила сокращают количество опасных веществ на 67%.

В таблице ниже представлены дополнительные прогнозы на будущее:

Аспект	Прогноз / Тенденция	Подтверждающие данные
Рост рынка печатных плат	Среднегодовой темп роста 3,31 ТП3Т до 5,31 ТП3Т (2025-2032)	Многослойные печатные платы HDI стимулируют рост в ключевых отраслях промышленности
Многослойный сегмент печатных плат	Самый быстрый рост на уровне 7,11 TP3T CAGR	Улучшенная защита и автоматизация проектирования способствуют более широкому внедрению
Экологические правила	Более строгие ограничения на опасные материалы	Стремление к более экологичному производству и новым материалам
Региональный рост	Азиатско-Тихоокеанский регион лидирует, Северная Америка демонстрирует высокие показатели	Растет спрос на двухсторонние и усовершенствованные печатные платы

Будущее проектирования печатных плат будет более интеллектуальным, экологичным и гибким для многих применений.

Выбор оптимального метода проектирования печатных плат зависит от требований каждого конкретного проекта. Инженеры должны учитывать стоимость, эффективность работы и функции платы. Необходимо помнить о следующих важных моментах: сложность проекта, точность работы, количество необходимых плат и бюджет — все это помогает выбрать оптимальный способ изготовления печатной платы. Субтрактивные методы подходят для простых плат и небольших партий. mSAP лучше подходит для плат, которые имеют сложную конструкцию, требуют использования мелких деталей и сильных сигналов. Если вы хотите выбрать оптимальный вариант для своего проекта, обратитесь за помощью к экспертам, таким как Jinxinyang Tech.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ