La necessitat de dispositius d'alt rendiment amb funcionalitat ampliada està augmentant en el camp de l'electrònica en constant canvi. La necessitat de la tecnologia de plaques de circuit imprès (PCB) ha donat lloc a un progrés notable, especialment en el domini de les aplicacions d'alta freqüència. La utilització del disseny de PCB multicapa s'ha convertit en una solució crucial per satisfer les demandes rigoroses d'aquestes aplicacions.

L'arribada dels PCB multicapa

Històricament, les plaques de circuit imprès es caracteritzaven principalment per la seva estructura d'una o doble capa, que imposava restriccions a la seva idoneïtat per a aplicacions d'alta freqüència a causa del deteriorament del senyal i la interferència electromagnètica (EMI). No obstant això, la introducció de plaques de circuits impresos de diverses capes ha donat com a resultat avenços notables en la integritat del senyal, la mitigació d'interferències electromagnètiques (EMI) i el rendiment general.
Les plaques de circuits impresos multicapa (PCB) es distingeixen dels seus homòlegs d'una o doble capa per la presència de tres o més capes conductores que estan separades per un material aïllant, comunament conegut com a capes dielèctriques. La interconnexió d'aquestes capes es facilita mitjançant vies, que són minúsculs passadissos conductors que faciliten la comunicació entre diferents capes. El disseny complicat dels PCB multicapa permet una major concentració de components i circuits complexos, cosa que els fa essencials per a la tecnologia d'última generació.
Els PCB multicapa solen mostrar un alt grau de rigidesa a causa del repte inherent d'aconseguir múltiples capes dins d'una estructura de PCB flexible. Les connexions elèctriques entre capes s'estableixen mitjançant la utilització de diversos tipus de vies, incloses les vies cegues i enterrades.
La configuració implica la col·locació de dues capes a la superfície per establir una connexió entre la placa de circuit imprès (PCB) i l'entorn extern. En general, la densitat de capes a les plaques de circuits impresos (PCB) és uniforme. Això es deu principalment a la susceptibilitat dels nombres senars a problemes com ara la deformació.
El nombre de capes normalment varia segons l'aplicació específica, normalment entre quatre i dotze capes.
Normalment, la majoria d'aplicacions requereixen un mínim de quatre i un màxim de vuit capes. En canvi, les aplicacions com els telèfons intel·ligents utilitzen predominantment un total de dotze capes.

Principals aplicacions

Els PCB multicapa s'utilitzen en una àmplia gamma d'aplicacions electròniques, com ara:
●Electrònica de consum, on les PCB multicapa tenen un paper fonamental proporcionant la potència i els senyals necessaris per a una àmplia gamma de productes com ara telèfons intel·ligents, tauletes, consoles de jocs i dispositius portàtils. L'electrònica elegant i portàtil de la qual depenem diàriament s'atribueix al seu disseny compacte i a la seva alta densitat de components
●En l'àmbit de les telecomunicacions, la utilització de PCB multicapa facilita la transmissió fluida de senyals de veu, dades i vídeo a través de les xarxes, garantint així una comunicació fiable i eficaç.
●Els sistemes de control industrial depenen en gran mesura de les plaques de circuits impresos (PCB) multicapa per la seva capacitat per gestionar eficaçment sistemes de control complexos, mecanismes de monitorització i procediments d'automatització. Els panells de control de màquines, la robòtica i l'automatització industrial es basen en ells com a sistema de suport fonamental
●Les PCB multicapa també són rellevants per als dispositius mèdics, ja que són crucials per garantir la precisió, la fiabilitat i la compacitat. Els equips de diagnòstic, els sistemes de control de pacients i els dispositius mèdics que poden salvar vides estan influenciats significativament pel seu paper important.

Beneficis i avantatges

Els PCB multicapa ofereixen diversos avantatges i avantatges en aplicacions d'alta freqüència, com ara:
●Integritat del senyal millorada: els PCB de diverses capes faciliten l'encaminament d'impedància controlada, minimitzant la distorsió del senyal i assegurant una transmissió fiable de senyals d'alta freqüència. La menor interferència del senyal de les plaques de circuits impresos multicapa millora el rendiment, la velocitat i la fiabilitat.
●EMI reduïda: mitjançant l'ús de plans de terra i d'alimentació dedicats, els PCB de diverses capes suprimeixen eficaçment l'EMI, millorant així la fiabilitat del sistema i minimitzant la interferència amb els circuits veïns.
●Disseny compacte: amb la capacitat d'acomodar més components i esquemes d'encaminament complexos, els PCB de diverses capes permeten dissenys compactes, crucials per a aplicacions amb limitacions d'espai com ara dispositius mòbils i sistemes aeroespacials.
● Gestió tèrmica millorada: els PCB multicapa ofereixen una dissipació de calor eficient mitjançant la integració de vies tèrmiques i capes de coure col·locades estratègicament, millorant la fiabilitat i la vida útil dels components d'alta potència.
●Flexibilitat de disseny: la versatilitat dels PCB multicapa permet una major flexibilitat de disseny, permetent als enginyers optimitzar paràmetres de rendiment com ara la concordança d'impedància, el retard de propagació del senyal i la distribució d'energia.

Inconvenients

Un dels principals inconvenients associats a les plaques de circuits impresos multicapa és el seu cost més elevat en comparació amb les PCB d'una i doble capa en totes les etapes del procés de fabricació. El major cost està associat principalment amb l'equip especialitzat necessari per a la seva producció.
La fabricació també és més complexa, ja que la producció de PCB multicapa requereix un període de disseny significativament més llarg i mètodes de fabricació meticulosos en comparació amb altres tipus de PCB. Complexitat de fabricació: la fabricació de PCB de diverses capes requereix processos de fabricació sofisticats, que inclouen una alineació precisa de les capes, un encaminament d'impedància controlada i mesures de control de qualitat estrictes, la qual cosa comporta un augment dels costos de producció i terminis de lliurament més llargs.
Els PCB multicapa necessiten un disseny previ exhaustiu i, per tant, es necessiten enginyers competents per al seu desenvolupament. La producció de cada tauler requereix una quantitat considerable de temps, la qual cosa comporta un augment de les despeses laborals. A més, pot provocar intervals de temps prolongats entre la realització d'una comanda i la recepció del producte, cosa que pot ser un repte en algunes situacions.
No obstant això, aquestes preocupacions no perjudiquen l'eficàcia de les plaques de circuits impresos (PCB) multicapa. Tot i que els PCB multicapa solen ser més cars que els PCB d'una sola capa, ofereixen nombrosos avantatges en comparació amb aquesta forma particular de placa de circuit imprès.
A mesura que els dispositius electrònics continuen reduint-se en mida i augmentant la densitat de potència, la gestió tèrmica eficaç esdevé crítica en els PCB de diverses capes, la qual cosa requereix solucions innovadores per mitigar els punts tèrmics i garantir un rendiment òptim. A més, la validació del rendiment dels dissenys de PCB de diverses capes requereix metodologies de prova exhaustives, com ara simulació, prototipatge i proves de compliment, per garantir el compliment dels estàndards i especificacions de la indústria.

Consells de disseny de PCB multicapa

Quan es crea una placa de circuit imprès (PCB) multicapa per a aplicacions d'alta freqüència, solen ser útils diversos suggeriments útils.
Per tal de mitigar els problemes en el disseny de PCB multicapa, l'àrea principal d'èmfasi gira normalment al voltant de l'apilament. En fer judicis sobre l'apilament de capes, és important tenir en compte factors com ara la funcionalitat, la fabricació i el desplegament.
Comenceu optimitzant les dimensions del tauler, ja que això influirà en les decisions sobre altres característiques. A l'hora de determinar la mida ideal del tauler, tingueu en compte els factors següents:
●El nombre de components que s'han d'allotjar a la placa
●La mida d'aquests components
●On s'instal·larà la placa
●Les prestacions del soci de fabricació per a espais, espais lliures i forats
Un cop decidit el nombre de capes, es procedirà a la selecció de vies, ja siguin cegues, passant per forat, enterrades o via en coixinet. Aquest aspecte afecta la complexitat de fabricació, per tant, la qualitat del PCB.
A la secció de disseny de PCB multicapa, el programari de disseny de PCB és una part essencial del procés de disseny. Ajuda els dissenyadors a generar l'estructura de la connexió mecànica i de cablejat de la PCB a partir de la llista de xarxes, i a col·locar aquesta estructura de connexió en capes múltiples i a generar fitxers de disseny assistit per ordinador. Aquest CAD és essencial en la fabricació del PCB. Hi ha diverses opcions de programari de disseny de PCB que podeu utilitzar per dissenyar la vostra PCB multicapa. Tanmateix, alguns pocs s'utilitzen més àmpliament que d'altres, sobretot per la seva interfície més senzilla, entre altres motius.
També es tindrà en compte DFM, que té com a objectiu crear peces i components de producte que en facilitin la fabricació. L'objectiu és aconseguir productes d'alta qualitat amb despeses reduïdes. En conseqüència, implica racionalitzar, millorar i perfeccionar el disseny del producte. El DFM s'ha de dur a terme de manera oportuna abans de començar l'eina. És imprescindible implicar totes les parts interessades en el DFM. La implicació de diverses parts interessades, inclosos dissenyadors, enginyers, fabricants per contracte, proveïdors de materials i constructors de motlles, és crucial. D'aquesta manera, es poden mitigar possibles problemes amb el disseny.

Fabricabilitat

La fabricació de PCB de diverses capes per a aplicacions d'alta freqüència implica diversos passos clau:
●Disseny i maquetació: els enginyers utilitzen un programari de disseny de PCB especialitzat per crear el disseny, tenint en compte factors com la integritat del senyal, la gestió tèrmica i la mitigació d'EMI.
●Selecció de materials: s'escullen materials d'alta qualitat amb baixa constant dielèctrica i tangent de pèrdua per minimitzar la pèrdua de senyal i mantenir el rendiment d'alta freqüència.
●Planificació de l'apilament de capes: l'apilament de capes es planifica amb cura per optimitzar l'encaminament del senyal, la concordança d'impedància i la dissipació tèrmica, tenint en compte factors com la freqüència del senyal, el gruix de la placa i el gruix del coure.
●Fabricació i muntatge: s'utilitzen tècniques de fabricació avançades com ara perforació làser, laminació seqüencial i gravat d'impedància controlada per fabricar PCB de diverses capes amb precisió i fiabilitat.
●Proves i assegurament de la qualitat: es realitzen procediments de prova rigorosos, com ara l'anàlisi de la integritat del senyal, les mesures d'impedància, la imatge tèrmica i les proves d'EMI, per garantir el rendiment, la fiabilitat i el compliment dels PCB de diverses capes amb els estàndards i especificacions de la indústria.

Conclusió

L'evolució del disseny de PCB multicapa ha revolucionat el camp de l'electrònica d'alta freqüència, permetent el desenvolupament de dispositius sofisticats amb un rendiment, fiabilitat i funcionalitat millorats. Malgrat els reptes en la integritat del senyal, la complexitat de la fabricació i la gestió tèrmica, els avantatges dels PCB de diverses capes superen amb escreix els reptes, fent-los indispensables en una àmplia gamma d'aplicacions d'alta freqüència, com ara telecomunicacions, aeroespacial, automoció i electrònica mèdica. Amb els avenços en curs en materials, tècniques de fabricació i metodologies de disseny, els PCB multicapa estan a punt per continuar impulsant la innovació en electrònica d'alta freqüència durant els propers anys.