Pidevalt muutuvas elektroonikavaldkonnas kasvab vajadus suure jõudlusega, laiendatud funktsionaalsusega seadmete järele. Vajadus trükkplaadi (PCB) tehnoloogia järele on toonud kaasa märkimisväärseid edusamme, eriti kõrgsageduslike rakenduste valdkonnas. Mitmekihilise PCB disaini kasutamine on muutunud nende rakenduste rangete nõudmiste rahuldamiseks ülioluliseks lahenduseks.

Mitmekihiliste PCBde tulek

Ajalooliselt iseloomustas trükkplaate peamiselt nende ühe- või kahekihiline struktuur, mis seadis signaali halvenemise ja elektromagnetiliste häirete (EMI) tõttu piiranguid nende sobivusele kõrgsageduslikeks rakendusteks. Sellegipoolest on mitmekihiliste trükkplaatide kasutuselevõtt toonud kaasa märkimisväärseid edusamme signaali terviklikkuses, elektromagnetiliste häirete (EMI) leevendamises ja üldises jõudluses.
Mitmekihilisi trükkplaate (PCB) eristab nende ühe- või kahekihilistest analoogidest kolm või enam juhtivat kihti, mis on eraldatud isolatsioonimaterjaliga, mida tavaliselt tuntakse dielektriliste kihtidena. Nende kihtide omavahelist ühendamist hõlbustavad läbipääsud, mis on väikesed juhtivad läbipääsud, mis hõlbustavad suhtlust erinevate kihtide vahel. Mitmekihiliste PCBde keeruline disain võimaldab komponentide suuremat kontsentratsiooni ja keerukat vooluringi, muutes need tipptehnoloogia jaoks hädavajalikuks.
Mitmekihilistel PCB-del on tavaliselt kõrge jäikusaste, mis on tingitud mitme kihi saavutamisest paindlikus PCB struktuuris. Elektrilised ühendused kihtide vahel luuakse mitut tüüpi läbiviikude, sealhulgas pimedate ja maetud läbiviikude abil.
Konfiguratsioon hõlmab kahe kihi asetamist pinnale, et luua ühendus trükkplaadi (PCB) ja väliskeskkonna vahel. Üldiselt on trükkplaatide (PCB) kihtide tihedus ühtlane. See on peamiselt tingitud paaritute arvude vastuvõtlikkusest sellistele probleemidele nagu kõverdumine.
Kihtide arv varieerub tavaliselt sõltuvalt konkreetsest rakendusest, jäädes tavaliselt vahemikku neli kuni kaksteist kihti.
Tavaliselt on enamiku rakenduste jaoks vaja vähemalt nelja ja maksimaalselt kaheksa kihti. Seevastu rakendused, nagu nutitelefonid, kasutavad kokku kaksteist kihti.

Peamised rakendused

Mitmekihilisi PCB-sid kasutatakse paljudes elektroonilistes rakendustes, sealhulgas:
●Tarbeelektroonika, kus mitmekihilised PCB-d mängivad olulist rolli, pakkudes vajalikku toidet ja signaale paljudele toodetele, nagu nutitelefonid, tahvelarvutid, mängukonsoolid ja kantavad seadmed. Stiilne ja kaasaskantav elektroonika, millest me igapäevaselt sõltume, on tingitud nende kompaktsest disainist ja suurest komponentide tihedusest
●Telekommunikatsiooni valdkonnas hõlbustab mitmekihiliste PCB-de kasutamine kõne-, andme- ja videosignaalide sujuvat edastamist võrkudes, tagades seeläbi usaldusväärse ja tõhusa side.
●Tööstuslikud juhtimissüsteemid sõltuvad suurel määral mitmekihilistest trükkplaatidest (PCB-dest), kuna need suudavad tõhusalt hallata keerukaid juhtimissüsteeme, seiremehhanisme ja automatiseerimisprotseduure. Masinate juhtpaneelid, robootika ja tööstusautomaatika toetuvad neile kui oma põhilisele tugisüsteemile
●Mitmekihilised PCB-d on olulised ka meditsiiniseadmete puhul, kuna need on täpsuse, töökindluse ja kompaktsuse tagamiseks üliolulised. Diagnostikaseadmed, patsientide jälgimissüsteemid ja elupäästvad meditsiiniseadmed on oluliselt mõjutatud nende olulisest rollist.

Kasu ja eelised

Mitmekihilised PCB-d pakuvad kõrgsageduslikes rakendustes mitmeid eeliseid, sealhulgas:
● Täiustatud signaali terviklikkus: mitmekihilised PCB-d hõlbustavad kontrollitud impedantsi marsruutimist, minimeerides signaali moonutusi ja tagades kõrge sagedusega signaalide usaldusväärse edastamise. Mitmekihiliste trükkplaatide väiksemad signaalihäired parandavad jõudlust, kiirust ja töökindlust
● Vähendatud EMI: kasutades spetsiaalseid maandus- ja toitetasapindu, summutavad mitmekihilised PCB-d tõhusalt EMI, suurendades seeläbi süsteemi töökindlust ja minimeerides häireid naaberahelatega.
● Kompaktne disain: mitmekihilised PCB-d võimaldavad mahutada rohkem komponente ja keerukaid marsruutimisskeeme, mis võimaldavad kompaktset disaini, mis on ülioluline piiratud ruumiga rakenduste jaoks, nagu mobiilseadmed ja kosmosesüsteemid.
● Täiustatud soojusjuhtimine: mitmekihilised PCB-d pakuvad tõhusat soojuse hajumist tänu termiliste läbipääsude ja strateegiliselt paigutatud vasekihtide integreerimisele, suurendades suure võimsusega komponentide töökindlust ja eluiga.
● Disaini paindlikkus: mitmekihiliste PCB-de mitmekülgsus võimaldab suuremat disaini paindlikkust, võimaldades inseneridel optimeerida jõudlusparameetreid, nagu impedantsi sobitamine, signaali levimise viivitus ja võimsusjaotus.

Puudused

Üks mitmekihiliste trükkplaatidega seotud peamisi puudusi on nende kõrgem hind võrreldes ühe- ja kahekihiliste trükkplaatidega tootmisprotsessi kõikides etappides. Kõrgemad kulud on peamiselt seotud nende tootmiseks vajalike eriseadmetega.
Tootmine on ka keerulisem, kuna mitmekihiliste PCBde tootmine nõuab oluliselt pikemat projekteerimisperioodi ja täpseid tootmismeetodeid võrreldes teist tüüpi PCBdega. Tootmise keerukus: mitmekihiliste PCBde valmistamine nõuab keerukaid tootmisprotsesse, sealhulgas täpset kihtide joondamist, kontrollitud impedantsi marsruutimist ja rangeid kvaliteedikontrolli meetmeid, mis suurendavad tootmiskulusid ja pikemaid teostusaega.
Mitmekihilised PCB-d nõuavad põhjalikku eelprojekteerimist ja seetõttu on nende väljatöötamiseks vaja kogenud insenere. Iga plaadi valmistamine nõuab palju aega, mis suurendab tööjõukulusid. Lisaks võib see kaasa tuua pikenevad ajavahemikud tellimuse esitamise ja toote kättesaamise vahel, mis võib mõnes olukorras olla väljakutseks.
Sellegipoolest ei kahjusta need probleemid mitmekihiliste trükkplaatide (PCB) tõhusust. Kuigi mitmekihilised PCB-d on sageli kallimad kui ühekihilised PCB-d, pakuvad need selle konkreetse trükkplaadi vormiga võrreldes mitmeid eeliseid.
Kuna elektroonikaseadmed kahanevad jätkuvalt ja võimsustihedus suureneb, muutub tõhus soojusjuhtimine mitmekihiliste PCBde puhul kriitiliseks, mistõttu on vaja uuenduslikke lahendusi termiliste levialade leevendamiseks ja optimaalse jõudluse tagamiseks. Lisaks nõuab mitmekihiliste trükkplaatide konstruktsioonide toimivuse valideerimine igakülgset testimismetoodikat, sealhulgas simulatsiooni, prototüüpide loomist ja vastavustestimist, et tagada vastavus tööstusstandarditele ja spetsifikatsioonidele.

Mitmekihilise PCB disaini näpunäited

Mitmekihilise trükkplaadi (PCB) loomisel kõrgsageduslike rakenduste jaoks on tavaliselt kasulikud mitmed kasulikud soovitused.
Mitmekihilise PCB projekteerimise probleemide leevendamiseks on põhirõhk tavaliselt virnastuse ümber. Kihtide virnastamise kohta hinnanguid tehes on oluline võtta arvesse selliseid tegureid nagu funktsionaalsus, tootmine ja juurutamine.
Alustage plaadi mõõtmete optimeerimisest, kuna see mõjutab otsuseid muude omaduste kohta. Ideaalse plaadi suuruse määramisel võtke arvesse järgmisi tegureid:
● Tahvlile paigutatavate komponentide arv
● Nende komponentide suurus
● Kuhu tahvel paigaldatakse
● Tootmispartneri lubatud vahekauguste, vahekauguste ja puurimisaukude osas
Kui kihtide arv on otsustatud, tuleb valida läbiviigud, kas pimedad, läbivad, maetud või läbiviigud. See aspekt mõjutab tootmise keerukust ja seega ka PCB kvaliteeti.
Mitmekihilise PCB projekteerimise osas on PCB projekteerimise tarkvara projekteerimisprotsessi oluline osa. See aitab disaineritel luua võrguloendist PCB mehaanilise ja juhtmestiku ühenduse struktuuri ning paigutada selle ühendusstruktuuri mitmekihilistele kihtidele ja genereerida arvutipõhiseid projekteerimisfaile. See CAD on PCB tootmisel hädavajalik. Mitmekihilise PCB kujundamiseks saate kasutada mitmeid PCB projekteerimise tarkvaravalikuid. Kuid mõnda neist kasutatakse laialdasemalt kui teisi, eriti nende lihtsama liidese tõttu.
Arvesse tuleb võtta ka DFM-i, mille eesmärk on luua tootmist hõlbustavaid tooteosi ja komponente. Eesmärk on saavutada kvaliteetseid tooteid väiksemate kuludega. Järelikult tähendab see toote disaini sujuvamaks muutmist, täiustamist ja täiustamist. DFM tuleks läbi viia õigeaegselt enne tööriistade töötlemise alustamist. DFM-i on hädavajalik kaasata kõik sidusrühmad. Mitmete sidusrühmade, sealhulgas disainerite, inseneride, lepinguliste tootjate, materjalitarnijate ja vormiehitajate kaasamine on ülioluline. Seda tehes saab võimalikke probleeme disainiga leevendada.

Valmistatavus

Mitmekihiliste PCBde tootmine kõrgsageduslike rakenduste jaoks hõlmab mitmeid põhietappe:
● Disain ja paigutus: insenerid kasutavad paigutuse loomiseks spetsiaalset PCB projekteerimistarkvara, võttes arvesse selliseid tegureid nagu signaali terviklikkus, soojusjuhtimine ja EMI leevendamine.
●Materjali valik: signaalikadude minimeerimiseks ja kõrgsagedusliku jõudluse säilitamiseks valitakse kvaliteetsed materjalid, millel on madal dielektriline konstant ja kadude tangens.
● Layer Stackup Planning: kihtide virnastamine on hoolikalt planeeritud, et optimeerida signaali marsruutimist, impedantsi sobitamist ja soojuse hajumist, võttes arvesse selliseid tegureid nagu signaali sagedus, plaadi paksus ja vase paksus.
● Valmistamine ja kokkupanek: täpsuse ja töökindlusega mitmekihiliste PCBde tootmiseks kasutatakse täiustatud tootmistehnikaid, nagu laserpuurimine, järjestikuline lamineerimine ja kontrollitud takistusega söövitus.
●Testimine ja kvaliteedi tagamine: mitmekihiliste PCBde jõudluse, töökindluse ja tööstusstandarditele ja spetsifikatsioonidele vastavuse tagamiseks viiakse läbi ranged testimisprotseduurid, sealhulgas signaali terviklikkuse analüüs, impedantsi mõõtmised, termopildistamine ja EMI testimine.

Järeldus

Mitmekihilise PCB disaini areng on muutnud kõrgsageduselektroonika valdkonda, võimaldades arendada täiustatud jõudluse, töökindluse ja funktsionaalsusega keerukaid seadmeid. Vaatamata väljakutsetele signaali terviklikkuse, tootmise keerukuse ja soojusjuhtimise vallas, kaaluvad mitmekihiliste PCBde eelised palju üles väljakutsed, muutes need asendamatuks paljudes kõrgsageduslikes rakendustes, sealhulgas telekommunikatsioonis, lennunduses, autotööstuses ja meditsiinielektroonikas. Materjalide, valmistamistehnikate ja projekteerimismetoodikate pidevate edusammude tõttu on mitmekihilised PCB-d valmis jätkama kõrgsageduselektroonika innovatsiooni edendamist veel aastaid.