Behovet for højtydende enheder med udvidet funktionalitet er stigende inden for det stadigt skiftende elektronikområde. Behovet for printkort (PCB) teknologi har resulteret i bemærkelsesværdige fremskridt, især inden for højfrekvente applikationer. Anvendelsen af ​​flerlags PCB-design er blevet en afgørende løsning for at tilfredsstille de strenge krav til disse applikationer.

Fremkomsten af ​​flerlags PCB'er

Historisk set var printplader primært kendetegnet ved deres enkelt- eller dobbeltlagsstruktur, som påførte begrænsninger for deres egnethed til højfrekvente applikationer på grund af signalforringelse og elektromagnetisk interferens (EMI). Ikke desto mindre har introduktionen af ​​flerlags printplader resulteret i bemærkelsesværdige fremskridt inden for signalintegritet, reduktion af elektromagnetisk interferens (EMI) og overordnet ydeevne.
Multi-layer printed circuit boards (PCB'er) adskilles fra deres enkelt- eller dobbeltlags modstykker ved tilstedeværelsen af ​​tre eller flere ledende lag, der er adskilt af isolerende materiale, almindeligvis kendt som dielektriske lag. Sammenkoblingen af ​​disse lag lettes af vias, som er små ledende passager, der letter kommunikationen mellem forskellige lag. Det komplicerede design af flerlags PCB'er muliggør en større koncentration af komponenter og indviklede kredsløb, hvilket gør dem afgørende for den nyeste teknologi.
Flerlags PCB'er udviser typisk en høj grad af stivhed på grund af den iboende udfordring med at opnå flere lag inden for en fleksibel PCB-struktur. Elektriske forbindelser mellem lag etableres ved brug af flere typer vias, herunder blinde og nedgravede vias.
Konfigurationen indebærer placering af to lag på overfladen for at etablere en forbindelse mellem printpladen (PCB) og det eksterne miljø. Generelt er tætheden af ​​lag i printplader (PCB'er) jævn. Dette skyldes primært ulige tals modtagelighed for problemer som f.eks. vridning.
Antallet af lag varierer typisk afhængigt af den specifikke anvendelse og falder typisk inden for intervallet fra fire til tolv lag.
Typisk kræver de fleste applikationer minimum fire og maksimalt otte lag. I modsætning hertil anvender apps såsom smartphones overvejende i alt tolv lag.

Hovedapplikationer

Flerlags PCB'er bruges i en bred vifte af elektroniske applikationer, herunder:
●Forbrugerelektronik, hvor flerlags PCB'er spiller en grundlæggende rolle, der leverer den nødvendige strøm og signaler til en lang række produkter såsom smartphones, tablets, spillekonsoller og bærbare enheder. Den slanke og bærbare elektronik, som vi er afhængige af dagligt, tilskrives deres kompakte design og høje komponenttæthed
●Inden for telekommunikation letter brugen af ​​flerlags PCB'er den glatte transmission af tale-, data- og videosignaler på tværs af netværk og garanterer derved pålidelig og effektiv kommunikation
●Industrielle kontrolsystemer er stærkt afhængige af multi-layer printed circuit boards (PCB'er) på grund af deres kapacitet til effektivt at styre indviklede kontrolsystemer, overvågningsmekanismer og automatiseringsprocedurer. Maskinkontrolpaneler, robotteknologi og industriel automation er afhængige af dem som deres grundlæggende støttesystem
●Multi-layer PCB'er er også relevante for medicinsk udstyr, da de er afgørende for at sikre præcision, pålidelighed og kompakthed. Diagnostisk udstyr, patientovervågningssystemer og livreddende medicinsk udstyr er væsentligt påvirket af deres vigtige rolle.

Fordele og fordele

Flerlags PCB'er giver flere fordele og fordele i højfrekvente applikationer, herunder:
●Forbedret signalintegritet: Flerlagede PCB'er letter kontrolleret impedansruting, minimerer signalforvrængning og sikrer pålidelig transmission af højfrekvente signaler. Den lavere signalinterferens fra flerlags printkort resulterer i forbedret ydeevne, hastighed og pålidelighed
●Reduceret EMI: Ved at bruge dedikerede jord- og strømplan, undertrykker flerlagede PCB'er effektivt EMI og forbedrer derved systemets pålidelighed og minimerer interferens med tilstødende kredsløb
●Kompakt design: Med evnen til at rumme flere komponenter og komplekse routing-skemaer muliggør flerlagede PCB'er kompakte designs, som er afgørende for applikationer med begrænset plads, såsom mobile enheder og rumfartssystemer.
●Forbedret termisk styring: Flerlags PCB'er tilbyder effektiv varmeafledning gennem integration af termiske vias og strategisk placerede kobberlag, hvilket øger pålideligheden og levetiden for komponenter med høj effekt.
●Designfleksibilitet: Alsidigheden af ​​flerlagede PCB'er giver mulighed for større designfleksibilitet, hvilket gør det muligt for ingeniører at optimere ydeevneparametre såsom impedanstilpasning, signaludbredelsesforsinkelse og strømfordeling.

Ulemper

En af de største ulemper forbundet med flerlags printkort er deres højere omkostninger sammenlignet med enkelt- og dobbeltlags PCB'er gennem alle stadier af fremstillingsprocessen. De højere omkostninger er hovedsageligt forbundet med det specialiserede udstyr, der kræves til deres produktion.
Fremstillingen er også mere kompleks, da produktionen af ​​flerlags PCB kræver en væsentlig længere designperiode og minutiøse fremstillingsmetoder sammenlignet med andre typer PCB. Fremstillingskompleksitet: Fremstillingen af ​​flerlagede PCB'er kræver sofistikerede fremstillingsprocesser, herunder præcis lagjustering, kontrolleret impedansruting og strenge kvalitetskontrolforanstaltninger, hvilket fører til øgede produktionsomkostninger og længere leveringstider.
Flerlags PCB'er kræver grundig præ-design, og derfor er der brug for dygtige ingeniører til dets udvikling. Produktionen af ​​hvert bord kræver en betydelig mængde tid, hvilket fører til øgede arbejdsomkostninger. Desuden kan det resultere i forlængede tidsintervaller mellem afgivelse af en ordre og modtagelse af produktet, hvilket kan være en udfordring i nogle situationer.
Ikke desto mindre underminerer disse bekymringer ikke effektiviteten af ​​flerlags printkort (PCB'er). Selvom flerlags PCB'er ofte er dyrere end enkeltlags PCB'er, tilbyder de adskillige fordele sammenlignet med denne særlige form for printkort.
Efterhånden som elektroniske enheder fortsætter med at krympe i størrelse og øges i effekttæthed, bliver effektiv termisk styring kritisk i flerlagede PCB'er, hvilket nødvendiggør innovative løsninger til at afbøde termiske hotspots og sikre optimal ydeevne. Derudover kræver validering af ydeevnen af ​​flerlagede PCB-designs omfattende testmetoder, herunder simulering, prototyping og overensstemmelsestestning, for at sikre overholdelse af industristandarder og specifikationer.

Multilayer PCB design tips

Når du opretter et multi-lags printkort (PCB) til højfrekvente applikationer, er flere nyttige forslag normalt nyttige.
For at afbøde problemerne i flerlags PCB-design, kredser det primære fokusområde typisk om stackup'en. Når du foretager vurderinger om lagstabling, er det vigtigt at tage hensyn til faktorer som funktionalitet, fremstilling og implementering.
Begynd med at optimere bestyrelsens dimensioner, da dette vil påvirke beslutninger vedrørende andre egenskaber. Når du bestemmer den ideelle bordstørrelse, skal du tage højde for følgende faktorer:
●Antallet af komponenter, der skal anbringes på pladen
●Størrelsen af ​​disse komponenter
●Hvor brættet skal installeres
●Fremstillingspartnerens tilladelser til mellemrum, mellemrum og borehuller
Når antallet af lag er besluttet, skal valget af vias, hvad enten det er blindt, gennemgående hul, nedgravet eller via i pad, udføres. Dette aspekt påvirker fremstillingskompleksiteten og dermed PCB-kvaliteten.
I flerlags PCB-designsektionen er PCB-designsoftware en væsentlig del af designprocessen. Det hjælper designere med at generere strukturen af ​​PCB'ens mekaniske og ledningsforbindelse fra netlisten, og at placere denne forbindelsesstruktur på flerlag og at generere computerstøttede designfiler. Denne CAD er vigtig i fremstillingen af ​​PCB'en. Der er flere PCB design software muligheder, som du kan bruge til at designe dit flerlags PCB. Nogle få bruges dog mere udbredt end andre, især på grund af deres simplere grænseflade, blandt andre årsager.
DFM, hvis mål er at skabe produktdele og komponenter, der letter fremstillingen, skal også tages i betragtning. Målet er at opnå produkter af høj kvalitet til reducerede omkostninger. Det indebærer derfor strømlining, forbedring og perfektion af produktets design. DFM bør udføres rettidigt, inden værktøjet påbegyndes. Det er bydende nødvendigt at involvere alle interessenter i DFM. Inddragelsen af ​​flere interessenter, herunder designere, ingeniører, kontraktproducenter, materialeleverandører og formbyggere, er afgørende. Ved at gøre det kan mulige problemer med designet afbødes.

Fremstillingsevne

Fremstilling af flerlagede PCB'er til højfrekvente applikationer involverer flere nøgletrin:
●Design og layout: Ingeniører bruger specialiseret PCB-designsoftware til at skabe layoutet under hensyntagen til faktorer som signalintegritet, termisk styring og EMI-reduktion.
●Materialevalg: Materialer af høj kvalitet med lav dielektrisk konstant og tabstangens er valgt for at minimere signaltab og opretholde højfrekvent ydeevne.
●Layer Stackup Planning: Lagstablingen er omhyggeligt planlagt for at optimere signalrouting, impedanstilpasning og termisk dissipation under hensyntagen til faktorer som signalfrekvens, pladetykkelse og kobbertykkelse.
●Fabrikation og montering: Avancerede fremstillingsteknikker såsom laserboring, sekventiel laminering og kontrolleret impedansætsning anvendes til at fremstille flerlags PCB'er med præcision og pålidelighed.
●Test og kvalitetssikring: Strenge testprocedurer, herunder signalintegritetsanalyse, impedansmålinger, termisk billeddannelse og EMI-test, udføres for at sikre ydeevnen, pålideligheden og overensstemmelsen af ​​flerlagede PCB'er med industristandarder og specifikationer.

Konklusion

Udviklingen af ​​flerlags PCB-design har revolutioneret området for højfrekvent elektronik, hvilket muliggør udviklingen af ​​sofistikerede enheder med forbedret ydeevne, pålidelighed og funktionalitet. På trods af udfordringer med signalintegritet, fremstillingskompleksitet og termisk styring opvejer fordelene ved flerlagede PCB'er langt udfordringerne, hvilket gør dem uundværlige i en lang række højfrekvente applikationer, herunder telekommunikation, rumfart, bilindustrien og medicinsk elektronik. Med løbende fremskridt inden for materialer, fremstillingsteknikker og designmetoder er flerlagede PCB'er klar til at fortsætte med at drive innovation inden for højfrekvent elektronik i de kommende år.