Was ist eine Luftspaltschicht in einer Leiterplatte?

Bei der Arbeit habe ich ein mehrschichtiges PCB-Design geerbt, das ich für ein Angebot und eine eventuelle Fertigung versenden muss. Es enthält zwei innere Schichten, die mit "AIRGAP" gekennzeichnet sind. Welchen Zweck haben diese Luftspaltschichten?

The board stackup is as follows:
 1. Top Silkscreen
 2. Top Soldermask
 3. Top Copper
 4. Ground Layer
 5. Ground Layer Airgap
 6. VCC Layer
 7. VCC Layer Airgap
 8. Bottom Copper
 9. Bottom Solder mask

Die höchste Spannung auf der Platine beträgt etwa 40 Volt, daher würde ich nicht glauben, dass es sich um ein Hochspannungsdesign handelt.

Würde dies als eine vierschichtige Platine oder mehr angesehen werden? Einige der Boardhouses, an die wir es geschickt haben, sind ebenfalls verwirrt.

Ich bin noch nie auf diesen Luftspalt gestoßen. Studieren Sie Ihren Schaltplan und sehen Sie, wo sich dieser Luftspalt befindet. Der Luftspalt könnte in einigen Dingen mit geringer Leckage wie Picoamps liegen. Denken Sie an die Dielektrizitätskonstante von FR4. l Es könnte auch eine verlustarme Sache mit hohem Q sein. Denken Sie an den Verlustfaktor von FR4. Vielleicht könnte es eine Driftsache sein Sie haben die Schaltung gepostet, dann konnte der Grund für den Luftspalt festgestellt werden
Allen, welche Artefakte des PCB-Designs haben Sie geerbt? (Die Artefakte können umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: Gerber-Dateien, Designdateien in den nativen EDA-Softwareformaten, physische Muster der Leiterplatte, lebende Originaldesigner.)
@NickAlexeev Artefakte umfassen Schemata, BOM und Gerbers - aber nicht die nativen Designdateien. Die beiden "Luftspalt"-Layer sind jeweils separate Gerber-Dateien.
@Autistic: Tut mir leid, ich kann die [proprietäre] Schaltung nicht posten. Wie oben erwähnt, ist dieser "Luftspalt" eine ganze physische Schicht im Platinenstapel. Das Board selbst ist im Wesentlichen vollständig digital (bis zu 16 MHz), mit einigen DC-Treibern im Bereich von einem bis fünf Ampere.
@Allen, was haben die Gerbers für diese mysteriösen "Airgap" -Schichten? "Airgap" schlägt vor, dass sie [weitgehend] leer sein sollten.
Haben die Airgap-Gerberschichten Kupfer? Womit verbindet es sich? Sind ihre Vias? Auch dieser Begriff ist mir noch nicht untergekommen.
Ich würde erwarten, dass die Luftspaltschichten Bereiche zeigen, die aus der Platine gefräst werden. Können Sie sich diese Schichten und bekannte Kupfer- und Siebdruckschichten ansehen, um zu sehen, ob es Spuren oder Komponenten in Bereichen gibt, die durch Spuren auf den Luftspaltschichten markiert sind? Können Sie ein Brett bekommen, das diese Gerber darstellen?
In einer etwas verwandten [zu @Peter 's post] Notiz. Verfügt diese Steuerplatine über eine galvanische Trennbarriere? Wenn ja, wie hoch ist die Isolierung? Unter welchen Kontaminationsbedingungen?
@NickAlexeev: Es gibt keine galvanischen Isolationsbarrieren.
Airgap könnte eine Fehlbezeichnung für einfache Isolationsschicht sein. Ich wette 5 Cent, es sind größtenteils leere Balken mit den Durchführungen.
Sind die Schichten 5 und 7 tatsächliche physische Seiten der Leiterplatte oder sind es Merkmale, die auf den Schichten 4 bzw. 6 landen? Zum Beispiel landen die Schichten 1, 2 und 3 alle oben auf der Platine. Könnte es sich um Aussparungen für Durchkontaktierungen handeln, die durch die Platine verlaufen und auf einer separaten Designebene herausgeführt werden, damit sie einfacher zu inspizieren und zu ändern sind?
Woher wissen Sie, dass die höchste Spannung auf der Platine 40 V beträgt? Es könnte einige Verbindungen geben, die einige Spitzen bringen könnten. Und dann machen einige Funken- oder Luftspalte Sinn.
Da es nur auf den Power / Ground-Ebenen ist, wird dort eine andere dünne Isolationsbeschichtung verwendet, die somit als Kapazitätsschicht verwendet wird

Antworten (4)

Wie Peter Bennett sagte, ist die Luftspaltschicht wahrscheinlich ein Gerber, der Bereiche enthält, die aus den Schichten herausgefräst werden müssen, möglicherweise das obere und untere Prepreg, wobei der Kern intakt bleibt. Da es nur 4 Kupferschichten gibt, würde dies wahrscheinlich offene Hohlräume auf der Ober- und Unterseite hinterlassen, wobei Kupfer möglicherweise auf den Strom-/Erdungsschichten freiliegt.

Dies könnte verwendet werden, um Komponenten in die Leiterplatte zu versenken.

In einigen Fällen werden Komponenten vollständig in die Leiterplatte eingebettet.

Ich glaube, bei diesem Prozess würde der (in diesem Fall) Kern normalerweise durch eine Bestückungsmaschine laufen, gelötet, gereinigt und dann laminiert und die Löcher mit dem oberen und unteren Prepreg durchplattiert.

Hier ist ein Beispiel für ein Stackup mit vollständig eingebetteten Komponenten von Altium :

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ein Luftspalt ist ein physisch geringer als leitender Abstand zwischen zwei Abschnitten einer elektronischen Schaltung. Es soll einen nichtleitenden Abschnitt zwischen zwei Punkten unter Verwendung von (unter normalen Umständen) nichtleitendem Material erzwingen. Dieser Luftspalt wird basierend auf der typischen Arbeitsspannung der Schaltung gewählt. Ein Netzspannungs-Luftspalt ist beispielsweise kleiner als ein Luftspalt für 1k-Volt- oder höhere Schaltungen. Der Abstand zwischen zwei Multi-Killivolt-Pfade ist viel größer als der Abstand zwischen zwei blanken Netzspannungspfaden.

Der typische Luftspalt wird anhand der Leitfähigkeit der Atmosphäre (eine Mischung aus verschiedenen Gasen) berechnet. Atmosphäre würde bei dieser Spannung in einem gegebenen Abstand leiten, der Luftspalt reicht nicht aus.

Ein Luftspalt dient der Kriechstrecke und der Luftstrecke für Hochspannungen, um die Vorschriften zu erfüllen. Ich wette, die Designer haben eine andere Tiefe auf der Leiterplatte für die Frässpur und sie verwenden diesen Abstand im Stapel, um eine benutzerdefinierte Tiefe zu erreichen. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass die Tiefe im 3D-Design oder bei der Fertigung angezeigt wird und eine Frässpur mit einer benutzerdefinierten Tiefe in der Leiterplatte erstellt werden kann.

Wenn das Design also für eine Stromversorgung oder etwas mit Kriechalterung und Abstand vorgesehen ist, dann ist es das. Wenn es sich tatsächlich um eine Luftspaltschicht handelt, wäre ich schockiert.

Bearbeiten: Eine andere Stelle, an der ich Luftspalte gesehen habe (was wahrscheinlich der Fall ist), sind starre flache Flex-Leiterplatten mit Kapton-Innenschichten und FR4-Außenschichten. Der Luftspalt soll die Flexibilität fördern, wenn Sie mehr als 2 Kapton-Innenschichten haben, wie im 8-Lagen-Aufbau gezeigt.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Das Design ist für eine industrielle Steuerplatine mit einem Mikrocontroller, der verschiedene DC-Lasten schaltet.
Was ist die höchste Spannung auf der Platine?

Als die Frage gestellt wurde, habe ich in WikiPedia nachgesehen und diese Aussage zu AIR GAP gefunden :

Durch Isolieren von Kupferdrähten innerhalb eines Chips mit Vakuumlöchern kann die Kapazität minimiert werden, sodass Chips schneller arbeiten oder weniger Strom verbrauchen. Es wird angenommen, dass ein Vakuum der ultimative Isolator für die sogenannte Verdrahtungskapazität ist, die auftritt, wenn zwei benachbarte Drähte auf einem Chip voneinander elektrische Energie ziehen, unerwünschte Wärme erzeugen und die Geschwindigkeit verlangsamen, mit der sich Daten durch einen Chip bewegen können. IBM schätzt, dass allein diese Technologie zu 35 % höheren Geschwindigkeiten im Stromfluss oder 15 % weniger Stromverbrauch führen kann.

Hier ist auch die Fertigungstechnologie von IBM zu Luftspalten von WikiPedia:

IBM-Forscher haben einen Weg gefunden, diese „Luftspalte“ in großem Maßstab herzustellen, indem sie die Selbstorganisationseigenschaften bestimmter Polymere nutzen und dies dann mit regulären CMOS-Fertigungstechniken kombinieren, wodurch enorme Ressourcen eingespart werden, da sie nicht umgerüstet werden müssen gesamter Prozess. Bei der Herstellung der Chips wird der gesamte Wafer mit einem Polymermaterial präpariert, das, wenn es zu einem späteren Zeitpunkt entfernt wird, Billionen von Löchern mit einem Durchmesser von nur 20 Nanometern in gleichmäßigen Abständen hinterlässt. Obwohl der Name vermuten lässt, dass die Löcher mit Luft gefüllt sind, sind sie tatsächlich mit nichts gefüllt, Vakuum. IBM hat diese Technik bereits in ihren Labors erprobt und wird bereits in ihrer Produktionsstätte in East Fishkill, New York, eingesetzt, wo sie Prototypen von POWER6-Prozessoren mit dieser Technologie hergestellt haben. Vollständige Bereitstellung ist für IBM geplant

Als nachträglicher Gedanke könnte sich die Luftlücke auf die Funkenstrecke beziehen, wenn der Stromkreis den Strom umkehrt, wenn er getroffen wird, um einen Energiestoß wie eine Beleuchtung zu kaufen oder Ihr Gerät zu überladen.

Und nichts davon hat irgendeine Beziehung zu einer Leiterplatte , was gefragt ist.
Airgap wurde in Zusammenarbeit zwischen dem Almaden Research Center und dem TJ Watson Research Center von IBM und der University of Albany, New York, entwickelt.
Ja, es kennt Ihre Herstellungsgeschichte
Als ich das letzte Mal überprüft habe, dass wir keine CMOS-Prozesse zur Herstellung von Leiterplatten verwenden, ist dies eine regulatorische Sache. Ja, es gibt mehrere Definitionen. Bitte lesen Sie die Frage
Was ist eine Luftspaltschicht in einer Leiterplatte?
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