Das Aufkommen mehrschichtiger Leiterplatten

Historisch gesehen zeichneten sich Leiterplatten vor allem durch ihren ein- oder doppelschichtigen Aufbau aus, der ihre Eignung für Hochfrequenzanwendungen aufgrund von Signalverschlechterung und elektromagnetischer Interferenz (EMI) einschränkte. Dennoch hat die Einführung mehrschichtiger Leiterplatten zu bemerkenswerten Fortschritten bei der Signalintegrität, der Abschwächung elektromagnetischer Störungen (EMI) und der Gesamtleistung geführt.

Mehrschichtige Leiterplatten (Abbildung 1) bestehen aus zahlreichen leitfähigen Schichten, die durch isolierende Substrate getrennt sind. Dieses Design ermöglicht die Übertragung von Signalen und Leistungsebenen auf anspruchsvolle Weise.

Mehrschichtige Leiterplatten (PCBs) unterscheiden sich von ihren ein- oder doppelschichtigen Gegenstücken durch das Vorhandensein von drei oder mehr leitenden Schichten, die durch Isoliermaterial getrennt sind, allgemein bekannt als dielektrische Schichten. Die Verbindung dieser Schichten wird durch Vias erleichtert, bei denen es sich um winzige leitende Durchgänge handelt, die die Kommunikation zwischen verschiedenen Schichten erleichtern. Das komplizierte Design mehrschichtiger Leiterplatten ermöglicht eine größere Konzentration von Komponenten und komplizierten Schaltkreisen und macht sie für modernste Technologie unverzichtbar.

Mehrschichtige Leiterplatten weisen aufgrund der inhärenten Herausforderung, mehrere Schichten innerhalb einer flexiblen Leiterplattenstruktur zu erreichen, typischerweise ein hohes Maß an Steifigkeit auf. Elektrische Verbindungen zwischen Schichten werden durch die Verwendung verschiedener Arten von Durchkontaktierungen (Abbildung 2), einschließlich Blind- und vergrabener Durchkontaktierungen, hergestellt.

Bei der Konfiguration werden zwei Schichten auf der Oberfläche platziert, um eine Verbindung zwischen der Leiterplatte (PCB) und der äußeren Umgebung herzustellen. Im Allgemeinen ist die Schichtdichte in Leiterplatten (PCBs) gleichmäßig. Dies liegt vor allem daran, dass ungerade Zahlen anfällig für Probleme wie Verzerrungen sind.

Die Anzahl der Schichten variiert typischerweise je nach spezifischer Anwendung und liegt typischerweise im Bereich von vier bis zwölf Schichten.
Typischerweise erfordern die meisten Anwendungen mindestens vier und maximal acht Schichten. Im Gegensatz dazu nutzen Apps wie Smartphones überwiegend insgesamt zwölf Schichten.

Hauptanwendungen

Mehrschichtige Leiterplatten werden in einer Vielzahl elektronischer Anwendungen eingesetzt (Abbildung 3), darunter:

●In der Unterhaltungselektronik spielen mehrschichtige Leiterplatten eine grundlegende Rolle bei der Bereitstellung der notwendigen Energie und Signale für eine breite Palette von Produkten wie Smartphones, Tablets, Spielekonsolen und tragbare Geräte. Die schlanken und tragbaren Elektronikgeräte, auf die wir täglich angewiesen sind, werden auf ihr kompaktes Design und ihre hohe Komponentendichte zurückgeführt

●Im Bereich der Telekommunikation erleichtert der Einsatz mehrschichtiger Leiterplatten die reibungslose Übertragung von Sprach-, Daten- und Videosignalen über Netzwerke und gewährleistet so eine zuverlässige und effektive Kommunikation

●Industrielle Steuerungssysteme sind aufgrund ihrer Fähigkeit, komplexe Steuerungssysteme, Überwachungsmechanismen und Automatisierungsverfahren effektiv zu verwalten, stark von mehrschichtigen Leiterplatten (PCBs) abhängig. Maschinensteuertafeln, Robotik und industrielle Automatisierung verlassen sich auf sie als grundlegendes Unterstützungssystem

●Mehrschichtige Leiterplatten sind auch für medizinische Geräte relevant, da sie für die Gewährleistung von Präzision, Zuverlässigkeit und Kompaktheit von entscheidender Bedeutung sind. Diagnosegeräte, Patientenüberwachungssysteme und lebensrettende medizinische Geräte werden durch ihre wichtige Rolle maßgeblich beeinflusst.

Vorteile und Vorteile

Mehrschichtige Leiterplatten bieten bei Hochfrequenzanwendungen mehrere Vorteile und Vorteile, darunter:

●Verbesserte Signalintegrität: Mehrschichtige Leiterplatten ermöglichen eine kontrollierte Impedanzführung, minimieren Signalverzerrungen und gewährleisten eine zuverlässige Übertragung von Hochfrequenzsignalen. Die geringere Signalstörung mehrschichtiger Leiterplatten führt zu einer verbesserten Leistung, Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit

●Reduzierte EMI: Durch die Verwendung spezieller Erdungs- und Stromversorgungsebenen unterdrücken mehrschichtige Leiterplatten effektiv EMI, wodurch die Systemzuverlässigkeit erhöht und Störungen mit benachbarten Schaltkreisen minimiert werden

●Kompaktes Design: Durch die Möglichkeit, mehr Komponenten und komplexe Routing-Systeme unterzubringen, ermöglichen mehrschichtige Leiterplatten kompakte Designs, die für platzbeschränkte Anwendungen wie mobile Geräte und Luft- und Raumfahrtsysteme von entscheidender Bedeutung sind.

●Verbessertes Wärmemanagement: Mehrschichtige Leiterplatten bieten eine effiziente Wärmeableitung durch die Integration thermischer Durchkontaktierungen und strategisch platzierter Kupferschichten und erhöhen so die Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Hochleistungskomponenten.

●Designflexibilität: Die Vielseitigkeit mehrschichtiger Leiterplatten ermöglicht eine größere Designflexibilität und ermöglicht es Ingenieuren, Leistungsparameter wie Impedanzanpassung, Signalausbreitungsverzögerung und Stromverteilung zu optimieren.