Слои и медь

Время: ~30 мин

Цели урока

переводить толщину меди из унций (oz/ft²) в микрометры и обратно
отличать ядро (core) от препрега (prepreg) и понимать, как собирается многослойная плата
знать стандартные толщины плат и понимать, почему стек делают симметричным

Что нужно знать заранее

4.2 Материалы

Толщина меди: почему в унциях

Толщину медной фольги по исторической причине указывают не в микрометрах, а в унциях на квадратный фут (oz/ft²): сколько весит медь, размазанная ровным слоем по квадрату 30×30 см. Обычно пишут просто «1 oz».

Вес меди	Толщина, мкм	Толщина, mil	Где используют
0,5 oz	≈ 17,5	≈ 0,7	внутренние слои, тонкие дорожки
1 oz	≈ 35	≈ 1,4	стандарт для наружных слоёв
2 oz	≈ 70	≈ 2,8	силовые цепи, большие токи
3 oz и больше	≈ 105 и больше	≈ 4,1 и больше	силовая электроника

Точный пересчёт: 1 oz/ft² ≈ 34,8 мкм, на практике округляют до 35. Есть важная тонкость: на наружных слоях к фольге добавляется медь гальванического наращивания при металлизации отверстий (урок 4.6), поэтому итоговая толщина там обычно больше заказанной. Уточняй у производителя, что именно он гарантирует — базовую фольгу или готовую медь.

Почему толщина важна: сопротивление дорожки обратно пропорционально площади её сечения (урок 1.2). Медь вдвое толще — дорожка того же тока может быть почти вдвое уже. Но у толстой меди есть цена: её сложнее травить, поэтому минимальные ширина дорожки и зазор для 2 oz больше, чем для 1 oz.

Ядро и препрег

Многослойная плата собирается из двух видов изолятора:

Ядро (core) — уже готовый, затвердевший ламинат FR-4 с медью с одной или двух сторон. На ядрах вытравливают внутренние слои.
Препрег (prepreg, от pre-impregnated) — стеклоткань, пропитанная не до конца затвердевшей смолой. При нагреве под прессом смола размягчается, растекается, склеивает пакет и окончательно твердеет.

Рис. 4.3. Четырёхслойная плата собирается как бутерброд: в центре ядро (готовый ламинат с медью с двух сторон, на нём уже вытравлены внутренние слои L2 и L3), по бокам листы препрега, снаружи медная фольга. Под давлением и нагревом препрег плавится, склеивает пакет и затвердевает. Наружные слои L1 и L4 травят уже после прессования.

Аналогия: ядра — это коржи торта, препрег — крем между ними. Только «крем» после выпекания становится таким же твёрдым, как коржи.

Двухсторонняя плата проще: это одно ядро нужной толщины с медью с обеих сторон, без препрега.

Стек слоёв

Стек (stack-up) — полное описание платы по толщине: какие слои меди, какие диэлектрики между ними, их материалы и толщины. Посмотри на типовые варианты и кликни на слой, чтобы увидеть, как он называется в Altium:

Стек слоёв печатной платы

2 слоя, 1,6 мм4 слоя, 1,6 мм

Показать переходное отверстие

Нажми на слой, чтобы узнать о нём.

Общая толщина: ≈ 1,6 мм. Рисунок не в масштабе.

Нажми на слой, чтобы узнать о нём.

Общая толщина: ≈ 1,6 мм. Рисунок не в масштабе.

Типовые значения для ориентира. Точный стек (толщины препрегов, ядра, меди) берётся из технологических норм производителя. Стандарт материалов — IPC-4101.

Важные правила:

Стандартная толщина платы — 1,6 мм. Производители предлагают и другие (например, 0,4–2,0 мм), но 1,6 мм дешевле всего и подходит под большинство разъёмов.
Симметрия. Слои выше и ниже середины делают одинаковыми по толщине и количеству меди. Несимметричный стек при нагреве изгибается, как биметаллическая пластинка в термостате, и плату «ведёт пропеллером».
Чётное число слоёв меди. 2, 4, 6 — так легче сделать симметричный стек из ядер, у которых медь с двух сторон. Нечётное число слоёв технически возможно, но дороже и не даёт выигрыша.

Слой меди — не только дорожки

Медный слой может быть:

сигнальным — дорожки и площадки;
плоскостью (plane) — почти сплошная медь, подключённая к земле или питанию. Плоскость земли рядом с сигнальным слоем делает дорожки линиями передачи с предсказуемыми свойствами (модуль 9);
смешанным — дорожки плюс заливки свободных мест медью (полигоны, copper pour), обычно землёй. На двухсторонней плате один слой часто почти целиком занят полигоном земли (урок 5.6).

Практика

Переведи: 2 oz → мкм; 18 мкм → oz. (≈ 70 мкм; ≈ 0,5 oz.)
Дорожка 1 oz шириной 1 мм. Какой ширины должна быть дорожка из 2 oz с тем же сечением? (≈ 0,5 мм.)
Переключи виджет стека на 4 слоя. Найди препрег и ядро, назови слой, который обычно отдают под землю. (L2, сразу под верхним сигнальным слоем.)
Открой страницу технологических возможностей любого производителя и выпиши доступные толщины платы и меди для 2 и 4 слоёв.

🧯 Типичные ошибки

В заказе указали 2 oz, а дорожки по 0,1 мм не вытравились

Почему Толстую медь травят дольше, края подтравливаются сильнее, поэтому минимальные ширина и зазор для 2 oz больше.

Как исправить Сверяй правила ширины и зазора с нормами производителя именно для выбранной толщины меди.

Плату с несимметричным стеком «повело» после пайки

Почему Разное количество меди и диэлектрика сверху и снизу при нагреве даёт изгиб.

Как исправить Держи стек симметричным, а медь на слоях распределяй по возможности равномерно (заливки полигонами помогают).

Перепутали толщину платы и толщину меди

Почему 1,6 мм — толщина всей платы, 35 мкм — толщина одного слоя меди. Разница почти в 50 раз.

Как исправить В заказе это два разных поля: Thickness (толщина платы) и Copper weight (вес или толщина меди).

Проверь себя

1. Какой толщине примерно соответствует медь 1 oz?≈ 3,5 мкм≈ 35 мкм≈ 0,35 мм≈ 1 мм
2. Чем препрег отличается от ядра?Препрег — стеклоткань с не до конца затвердевшей смолой, при прессовании склеивает слоиПрепрег — это медь, ядро — изоляторНичем, это синонимы
3. Зачем стек делают симметричным?Так красивееЧтобы плату не выгибало при нагревеЧтобы уменьшить толщину
4. Какая толщина платы считается стандартной и самой дешёвой?0,4 мм1,0 мм1,6 мм3,2 мм

Практическое задание~20 мин

Нарисуй на бумаге стек четырёхслойной платы толщиной 1,6 мм: L1 (сигналы), L2 (земля), L3 (питание), L4 (сигналы). Подпиши толщину меди каждого слоя и примерные толщины препрегов и ядра так, чтобы в сумме вышло около 1,6 мм. Проверь себя: стек симметричен? Потом сравни свой вариант со стандартным четырёхслойным стеком из каталога любого производителя.