ظهور PCB های چند لایه

از لحاظ تاریخی، بردهای مدار چاپی عمدتاً با ساختار تک یا دو لایه خود مشخص می شدند که به دلیل زوال سیگنال و تداخل الکترومغناطیسی (EMI) محدودیت هایی را بر مناسب بودن آنها برای کاربردهای فرکانس بالا تحمیل می کرد. با این وجود، معرفی بردهای مدار چاپی چند لایه منجر به پیشرفت های قابل توجهی در یکپارچگی سیگنال، کاهش تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و عملکرد کلی شده است.

PCB های چند لایه (شکل 1) از لایه های رسانای متعددی تشکیل شده اند که توسط لایه های عایق از هم جدا شده اند. این طراحی امکان انتقال سیگنال ها و هواپیماهای قدرت را به شیوه ای پیچیده فراهم می کند.

بردهای مدار چاپی چند لایه (PCB) با وجود سه یا چند لایه رسانا که توسط مواد عایق که معمولاً به عنوان لایه‌های دی الکتریک شناخته می‌شوند، از همتایان تک لایه یا دولایه خود متمایز می‌شوند. اتصال این لایه‌ها توسط vias تسهیل می‌شود، که گذرگاه‌های رسانای کوچکی هستند که ارتباط بین لایه‌های مجزا را تسهیل می‌کنند. طراحی پیچیده PCB های چند لایه، غلظت بیشتری از اجزا و مدارهای پیچیده را امکان پذیر می کند و آنها را برای فناوری پیشرفته ضروری می کند.

PCB های چند لایه معمولاً به دلیل چالش ذاتی دستیابی به لایه های متعدد در یک ساختار PCB انعطاف پذیر، درجه بالایی از استحکام را نشان می دهند. اتصالات الکتریکی بین لایه ها از طریق استفاده از چندین نوع ویاس (شکل 2) از جمله ویای کور و مدفون برقرار می شود.

این پیکربندی مستلزم قرار دادن دو لایه روی سطح برای ایجاد ارتباط بین برد مدار چاپی (PCB) و محیط خارجی است. به طور کلی، چگالی لایه ها در بردهای مدار چاپی (PCB) یکنواخت است. این در درجه اول به دلیل حساسیت اعداد فرد به مسائلی مانند تاب برداشتن است.

تعداد لایه ها معمولاً بسته به کاربرد خاص متفاوت است و معمولاً در محدوده چهار تا دوازده لایه قرار می گیرد.
به طور معمول، اکثر برنامه ها حداقل به چهار و حداکثر هشت لایه نیاز دارند. در مقابل، برنامه هایی مانند گوشی های هوشمند عمدتاً از دوازده لایه استفاده می کنند.

برنامه های کاربردی اصلی

PCB های چند لایه در طیف گسترده ای از کاربردهای الکترونیکی استفاده می شوند (شکل 3)، از جمله:

● لوازم الکترونیکی مصرفی، که در آن PCB های چند لایه نقش اساسی را ایفا می کنند تا قدرت و سیگنال های لازم را برای طیف گسترده ای از محصولات مانند گوشی های هوشمند، تبلت ها، کنسول های بازی و دستگاه های پوشیدنی ارائه کنند. لوازم الکترونیکی براق و قابل حملی که ما روزانه به آنها وابسته هستیم به طراحی فشرده و تراکم بالای قطعات آنها نسبت داده می شود.

●در زمینه مخابرات، استفاده از PCB های چند لایه انتقال روان سیگنال های صوتی، داده ها و ویدئویی را در سراسر شبکه ها تسهیل می کند و در نتیجه ارتباطات قابل اعتماد و موثر را تضمین می کند.

●سیستم های کنترل صنعتی به دلیل توانایی آنها در مدیریت موثر سیستم های کنترل پیچیده، مکانیسم های نظارت و رویه های اتوماسیون، به شدت به بردهای مدار چاپی چند لایه (PCB) وابسته هستند. پانل های کنترل ماشین، روباتیک و اتوماسیون صنعتی به عنوان سیستم پشتیبانی اساسی خود به آنها متکی هستند

● PCB های چند لایه برای دستگاه های پزشکی نیز مرتبط هستند، زیرا برای اطمینان از دقت، قابلیت اطمینان و فشرده بودن بسیار مهم هستند. تجهیزات تشخیصی، سیستم های نظارت بر بیمار و دستگاه های پزشکی نجات دهنده به طور قابل توجهی تحت تأثیر نقش مهم آنها هستند.

مزایا و مزایا

PCB های چند لایه چندین مزیت و مزیت را در کاربردهای فرکانس بالا ارائه می دهند، از جمله:

●یکپارچگی سیگنال افزایش یافته: PCB های چند لایه مسیریابی امپدانس کنترل شده را تسهیل می کنند، اعوجاج سیگنال را به حداقل می رساند و از انتقال قابل اعتماد سیگنال های فرکانس بالا اطمینان حاصل می کند. تداخل سیگنال کمتر در بردهای مدار چاپی چند لایه منجر به بهبود عملکرد، سرعت و قابلیت اطمینان می شود.

EMI کاهش یافته: با استفاده از صفحات اختصاصی زمین و قدرت، PCB های چند لایه به طور موثر EMI را سرکوب می کنند، در نتیجه قابلیت اطمینان سیستم را افزایش می دهند و تداخل با مدارهای همسایه را به حداقل می رسانند.

●طراحی فشرده: PCBهای چند لایه با قابلیت قرار دادن اجزای بیشتر و طرح‌های مسیریابی پیچیده، طراحی‌های فشرده را امکان‌پذیر می‌سازند، که برای برنامه‌های دارای محدودیت فضا مانند دستگاه‌های تلفن همراه و سیستم‌های هوافضا بسیار مهم است.

●مدیریت حرارتی بهبودیافته: PCBهای چند لایه اتلاف گرمای کارآمد را از طریق ادغام راه‌های حرارتی و لایه‌های مسی استراتژیک ارائه می‌دهند و قابلیت اطمینان و طول عمر قطعات پرقدرت را افزایش می‌دهند.

●انعطاف پذیری طراحی: تطبیق پذیری PCB های چند لایه به انعطاف پذیری بیشتر در طراحی اجازه می دهد و مهندسان را قادر می سازد تا پارامترهای عملکردی مانند تطبیق امپدانس، تاخیر انتشار سیگنال و توزیع توان را بهینه کنند.