Potřeba vysoce výkonných zařízení s rozšířenou funkčností roste v neustále se měnícím poli elektroniky. Technologie potřeby desky s tiskovými obvodmi (PCB) vedla k významnému pokroku, zejména v oblasti vysokofrekvenčních aplikací. Využití vícevrstvé návrhy PCB se stalo rozhodujícím řešením, aby bylo možné uspokojit přísné požadavky těchto aplikací.

Příchod vícevrstvých PCB

Historicky byly tištěné desky obvodu primárně charakterizovány jejich jednotlivou nebo dvojitou vrstvou strukturou, která ukládala omezení jejich vhodnosti pro vysokofrekvenční aplikace kvůli zhoršení signálu a elektromagnetické rušení (EMI). Nicméně zavedení vícevrstvých desek tištěných obvodů vedlo k výraznému pokroku v integritě signálu, elektromagnetické interference (EMI) zmírnění a celkovou výkonnost.
Vícevrstvé tištěné desky obvodů (PCB) se odlišují od jejich protějšků s jediným nebo dvojitým vrstvami přítomností tří nebo více vodivých vrstev, které jsou odděleny izolačním materiálem, běžně známým jako dielektrické vrstvy. Propojení těchto vrstev je usnadněno Vias, což jsou nepatrné vodivé průchody, které usnadňují komunikaci mezi odlišnými vrstvami. Složitý návrh vícevrstvých PCB umožňuje větší koncentraci komponent a složitých obvodů, což je činí nezbytné pro nejmodernější technologii.
Vícevrstvé PCB obvykle vykazují vysoký stupeň rigidity v důsledku vlastní výzvy k dosažení více vrstev v flexibilní struktuře PCB. Elektrická spojení mezi vrstvami jsou stanovena využitím několika typů průchodů, včetně slepých a pohřbených průchodů.
Konfigurace zahrnuje umístění dvou vrstev na povrchu, aby se vytvořilo spojení mezi deskou potištěných obvodů (PCB) a vnějším prostředím. Obecně je hustota vrstev v deskách s obvody (PCB) rovnoměrná. Důvodem je primárně náchylnost lichých čísel s problémy, jako je deformace.
Počet vrstev se obvykle liší v závislosti na konkrétní aplikaci, obvykle spadá do rozsahu čtyř až dvanácti vrstev.
Většina aplikací obvykle vyžaduje minimálně čtyři a maximálně osm vrstev. Naproti tomu aplikace, jako jsou chytré telefony, převážně používají celkem dvanáct vrstev.

Hlavní aplikace

Vícevrstvé PCB se používají v široké škále elektronických aplikací, včetně:
● Consumer Electronics, kde vícevrstvé PCB hrají základní roli, která poskytuje nezbytnou sílu a signály pro širokou škálu produktů, jako jsou chytré telefony, tablety, herní konzole a nositelná zařízení. Elegantní a přenosná elektronika, na které jsme závislí denně, je přičítána jejich kompaktnímu designu a vysoké hustotě komponent
● V oblasti telekomunikací využití vícevrstvých PCB usnadňuje hladký přenos hlasu, dat a video signálů napříč sítími, čímž zaručuje spolehlivou a efektivní komunikaci
● Průmyslové řídicí systémy silně závisí na vícevrstvých deskách s tiskovými obvody (PCB) kvůli jejich schopnosti efektivně řídit složité řídicí systémy, monitorovací mechanismy a automatizační postupy. Panely stroje, robotika a průmyslová automatizace se na ně spoléhají jako na svůj základní systém podpory
● Vícevrstvé PCB jsou také relevantní pro zdravotnické prostředky, protože jsou zásadní pro zajištění přesnosti, spolehlivosti a kompaktnosti. Diagnostické vybavení, systémy monitorování pacientů a zdravotnické zařízení zachraňující život jsou významně ovlivněny jejich důležitou rolí.

Výhody a výhody

Vícevrstvé PCB poskytují několik výhod a výhod ve vysokofrekvenčních aplikacích, včetně:
● Zvýšená integrita signálu: Vícevrstvé PCB usnadňují kontrolované směrování impedance, minimalizují zkreslení signálu a zajišťují spolehlivý přenos vysokofrekvenčních signálů. Nižší interference signálu vícevrstvých desek s obvody vedou ke zlepšení výkonu, rychlosti a spolehlivosti
● Snížená EMI: Využitím vyhrazených rovinek a energetických letadel vícevrstvé PCB účinně potlačují EMI, čímž zvyšují spolehlivost systému a minimalizují rušení do sousedních obvodů
● Kompaktní design: Se schopností pojmout více komponent a komplexních směrovacích schémat, vícevrstvé PCB umožňují kompaktní návrhy, zásadní pro aplikace omezené prostorem, jako jsou mobilní zařízení a letecké systémy.
● Vylepšené tepelné řízení: Vícevrstvé PCB nabízejí účinné rozptyl tepla prostřednictvím integrace tepelných průchodů a strategicky umístěných měděných vrstev, což zvyšuje spolehlivost a životnost vysokých složek.
● Flexibilita návrhu: všestrannost vícevrstvých PCB umožňuje větší flexibilitu designu, což umožňuje inženýrům optimalizovat parametry výkonu, jako je porovnávání impedance, zpoždění šíření signálu a distribuce energie.

Nevýhody

Jednou z hlavních nevýhod spojených s vícevrstvými deskami o obvodech jsou jejich vyšší náklady ve srovnání s PCB s jednou a dvojitou vrstvou ve všech fázích výrobního procesu. Vyšší náklady jsou spojeny hlavně se specializovaným vybavením potřebným pro jejich výrobu.
Výroba je také složitější, protože výroba vícevrstvých PCB vyžaduje výrazně delší návrhové období a pečlivé výrobní metody ve srovnání s jinými typy PCB. Složitost výroby: Výroba vícevrstvých PCB vyžaduje sofistikované výrobní procesy, včetně přesného vyrovnání vrstvy, kontrolovaného směrování impedance a přísných opatření pro kontrolu kvality, což vede ke zvýšeným výrobním nákladům a delších dobou přípravy.
Vícevrstvé PCB vyžadují důkladné předběžné návrhy, a proto jsou pro jeho vývoj nezbytní zdatní inženýři. Výroba každé rady vyžaduje značné množství času, což vede ke zvýšeným nákladům na pracovní sílu. Navíc to může mít za následek prodloužené časové intervaly mezi umístěním objednávky a přijetím produktu, což může být v některých situacích výzvou.
Tyto obavy nicméně neokomívají účinnost vícevrstvých desek s obvody (PCB). Ačkoli vícevrstvé PCB jsou často dražší než jednovrstvé PCB, nabízejí ve srovnání s touto konkrétní formou desky s obvodmi tištěné formy řadu výhod.
Vzhledem k tomu, že elektronická zařízení se stále zmenšují velikost a zvyšování hustoty výkonu, efektivní tepelné řízení se stává kritickým ve vícevrstvých PCB, což vyžaduje inovativní řešení ke zmírnění tepelných hotspotů a zajištění optimálního výkonu. Navíc ověření výkonnosti vícevrstvých návrhů PCB vyžaduje komplexní metodiky testování, včetně simulace, prototypování a testování dodržování předpisů, aby se zajistilo dodržování průmyslových standardů a specifikací.

Vícevrstvé tipy pro návrh PCB

Při vytváření vícevrstvé desky s tiskovým obvodům (PCB) pro vysokofrekvenční aplikace je obvykle užitečné několik užitečných návrhů.
Za účelem zmírnění problémů ve vícevrstvě návrhu PCB se primární oblast důrazu obvykle točí kolem zásobníku. Při rozhodování o hromadě vrstvy je důležité zohlednit faktory, jako je funkčnost, výroba a nasazení.
Začněte optimalizací rozměrů rady, protože to ovlivní rozhodnutí týkající se jiných charakteristik. Při určování ideální velikosti desky zohledněte následující faktory:
● Počet komponent, které mají být umístěny na desce
● Velikost těchto komponent
● Kde bude deska nainstalována
● Přídavky výrobního partnera na mezery, odbavení a vrtací otvory
Jakmile je rozhodnut počet vrstev, provede se výběr průchodů, ať už slepý, skrz díru, pohřben nebo vir v podložce. Tento aspekt ovlivňuje složitost výroby, tedy kvalitu PCB.
V sekci vícevrstvého návrhu PCB je návrhový software PCB nezbytnou součástí procesu návrhu. Pomáhá návrhářům generovat strukturu mechanického a zapojení PCB z netlistu a umístit tuto strukturu připojení na vícevrstvé plány a generovat počítačově podporované návrhové soubory. Tento CAD je nezbytný pro výrobu PCB. Existuje několik možností softwaru pro návrh PCB, které můžete použít k navrhování vícevrstvé PCB. Některé z nich se však používají mimo jiné více než jiné, zejména kvůli jejich jednoduššímu rozhraní.
Rovněž se zvažuje DFM, jehož cílem je vytvářet díly a komponenty produktu, které usnadňují výrobu. Cílem je dosáhnout vysoce kvalitních produktů za snížené náklady. V důsledku toho to zahrnuje zefektivnění, vylepšení a zdokonalování designu produktu. DFM by měl být prováděn včas před zahájením nástrojů. Je nezbytné zapojit všechny zúčastněné strany do DFM. Zapojení několika zúčastněných stran, včetně designérů, inženýrů, smluvních výrobců, dodavatelů materiálu a stavitelů plísní, je zásadní. Tímto způsobem lze zmírnit možné problémy s návrhem.

Výrobní

Výroba vícevrstvých PCB pro vysokofrekvenční aplikace zahrnuje několik klíčových kroků:
● Návrh a rozvržení: Inženýři využívají specializovaný software pro návrh PCB k vytvoření rozvržení, s ohledem na faktory, jako je integrita signálu, tepelná správa a zmírnění EMI.
● Výběr materiálu: Vysoce kvalitní materiály s nízkou dielektrickou konstantou a tečnou ztrátou jsou vybrány pro minimalizaci ztráty signálu a udržení vysokofrekvenčního výkonu.
● Plánování zásobníku vrstvy: Stocker vrstvy je pečlivě naplánováno pro optimalizaci směrování signálu, porovnávání impedance a tepelné rozptyl, s ohledem na faktory, jako je frekvence signálu, tloušťka desky a tloušťka mědi.
● Výroba a montáž: Pokročilé výrobní techniky, jako je vrtání laseru, sekvenční laminace a kontrolované leptání impedance, se používají k výrobě vícevrstvých PCB s přesností a spolehlivostí.
● Testování a zajištění kvality: Probíhají se prováděny přísné testovací postupy, včetně analýzy integrity signálu, měření impedance, tepelného zobrazování a testování EMI, aby se zajistila výkon, spolehlivost a dodržování vícevrstvých PCB s průmyslovými standardy a specifikacemi.

Závěr

Vývoj vícevrstvého návrhu PCB revolucionizoval oblast vysokofrekvenční elektroniky, což umožnilo rozvoj sofistikovaných zařízení se zvýšeným výkonem, spolehlivostí a funkčností. Navzdory výzvám v integritě signálu, výrobní složitosti a tepelné správě, výhody vícevrstvých PCB daleko převažují nad výzvami, což je nezbytné v široké škále vysokofrekvenčních aplikací, včetně telekomunikací, letectví, automobilové a lékařské elektroniky. S pokračujícím pokrokem v materiálech, výrobních technikách a metodikách designu jsou vícevrstvé PCB připraveny na pokračování inovací ve vysokofrekvenční elektronice pro nadcházející roky.