Laajennetulla toiminnallisuudella varustettujen suorituskykyisten laitteiden tarve kasvaa jatkuvasti muuttuvalla elektroniikan alalla. Painetun piirilevytekniikan (PCB) tarve on johtanut huomattavaan edistykseen erityisesti suurtaajuussovellusten alalla. Monikerroksisen piirilevysuunnittelun hyödyntämisestä on tullut ratkaiseva ratkaisu näiden sovellusten tiukkojen vaatimusten täyttämiseksi.

Monikerroksisten piirilevyjen tulo

Historiallisesti painetuille piirilevyille oli ensisijaisesti tunnusomaista niiden yksi- tai kaksikerroksinen rakenne, mikä asetti rajoituksia niiden soveltuvuudelle suurtaajuussovelluksiin signaalin heikkenemisen ja sähkömagneettisten häiriöiden (EMI) vuoksi. Siitä huolimatta monikerroksisten painettujen piirilevyjen käyttöönotto on parantanut signaalin eheyttä, sähkömagneettisten häiriöiden (EMI) lieventämistä ja yleistä suorituskykyä.
Monikerroksiset painetut piirilevyt (PCB:t) eroavat yksi- tai kaksikerroksisista vastineistaan ​​kolmen tai useamman johtavan kerroksen avulla, jotka on erotettu eristemateriaalilla, joka tunnetaan yleisesti dielektrisinä kerroksina. Näiden kerrosten yhteenliittämistä helpottavat läpiviennit, jotka ovat pieniä johtavia kulkureittejä, jotka helpottavat kommunikaatiota eri kerrosten välillä. Monikerroksisten piirilevyjen monimutkainen rakenne mahdollistaa komponenttien suuremman keskittymisen ja monimutkaisen piiristön, mikä tekee niistä välttämättömiä uusimman tekniikan kannalta.
Monikerroksisilla PCB-levyillä on tyypillisesti korkea jäykkyysaste johtuen luontaisesta haasteesta saada useita kerroksia joustavan PCB-rakenteen sisällä. Kerrosten väliset sähköliitännät muodostetaan käyttämällä useita eri tyyppisiä läpivientejä, mukaan lukien sokea ja haudattu läpivienti.
Konfigurointi edellyttää kahden kerroksen sijoittamista pinnalle yhteyden muodostamiseksi painetun piirilevyn (PCB) ja ulkoisen ympäristön välille. Yleensä piirilevyjen (PCB) kerrosten tiheys on tasainen. Tämä johtuu ensisijaisesti parittomien lukujen herkkyydestä ongelmille, kuten vääntymiselle.
Kerrosten lukumäärä vaihtelee tyypillisesti riippuen tietystä sovelluksesta, tyypillisesti neljästä kahteentoista kerrokseen.
Yleensä suurin osa sovelluksista vaatii vähintään neljä ja enintään kahdeksan kerrosta. Sitä vastoin sovellukset, kuten älypuhelimet, käyttävät pääasiassa kaikkiaan kaksitoista kerrosta.

Pääsovellukset

Monikerroksisia piirilevyjä käytetään monenlaisissa elektronisissa sovelluksissa, mukaan lukien:
●Kuluttajaelektroniikka, jossa monikerroksisilla piirilevyillä on keskeinen rooli tarvittavan tehon ja signaalin tarjoamisessa monenlaisille tuotteille, kuten älypuhelimille, tableteille, pelikonsoleille ja puetettaville laitteille. Tyylikäs ja kannettava elektroniikka, josta olemme päivittäin riippuvaisia, johtuu niiden kompaktista suunnittelusta ja suuresta komponenttitiheydestä.
●Televiestinnän alalla monikerroksisten piirilevyjen käyttö mahdollistaa puhe-, data- ja videosignaalien sujuvan siirron verkkojen välillä, mikä takaa luotettavan ja tehokkaan viestinnän.
●Teolliset ohjausjärjestelmät ovat voimakkaasti riippuvaisia ​​monikerroksisista painetuista piirilevyistä (PCB), koska ne pystyvät hallitsemaan tehokkaasti monimutkaisia ​​ohjausjärjestelmiä, valvontamekanismeja ja automaatioprosesseja. Koneiden ohjauspaneelit, robotiikka ja teollisuusautomaatio luottavat niihin perustavanlaatuisena tukijärjestelmänään
●Monikerroksiset piirilevyt ovat tärkeitä myös lääkinnällisille laitteille, koska ne ovat ratkaisevan tärkeitä tarkkuuden, luotettavuuden ja tiiviyden varmistamisessa. Diagnostisiin laitteisiin, potilasvalvontajärjestelmiin ja hengenpelastuslaitteisiin vaikuttavat merkittävästi niiden tärkeä rooli.

Edut ja edut

Monikerroksiset piirilevyt tarjoavat useita etuja ja etuja suurtaajuussovelluksissa, mukaan lukien:
●Parannettu signaalin eheys: Monikerroksiset piirilevyt helpottavat ohjattua impedanssin reititystä, minimoivat signaalin vääristymät ja varmistavat korkeataajuisten signaalien luotettavan siirron. Monikerroksisten painettujen piirilevyjen pienemmät signaalihäiriöt parantavat suorituskykyä, nopeutta ja luotettavuutta
●Pienempi EMI: Erillisten maa- ja tehotasojen avulla monikerroksiset piirilevyt vaimentavat tehokkaasti EMI:n, mikä parantaa järjestelmän luotettavuutta ja minimoi häiriötä naapuripiirien kanssa.
● Kompakti muotoilu: Monikerroksiset piirilevyt mahdollistavat kompaktin rakenteen, koska ne mahdollistavat enemmän komponentteja ja monimutkaisia ​​reititysjärjestelmiä, mikä on ratkaisevan tärkeää ahtaissa sovelluksissa, kuten mobiililaitteissa ja ilmailujärjestelmissä.
●Parannettu lämmönhallinta: Monikerroksiset piirilevyt tarjoavat tehokkaan lämmönpoiston integroimalla lämpöläpivientejä ja strategisesti sijoitettuja kuparikerroksia, mikä lisää suuritehoisten komponenttien luotettavuutta ja käyttöikää.
●Suunnittelun joustavuus: Monikerroksisten piirilevyjen monipuolisuus mahdollistaa suuremman suunnittelun joustavuuden, minkä ansiosta insinöörit voivat optimoida suorituskykyparametreja, kuten impedanssin sovituksen, signaalin etenemisviiveen ja tehonjaon.

Haitat

Yksi monikerroksisten painettujen piirilevyjen tärkeimmistä haitoista on niiden korkeammat kustannukset verrattuna yksi- ja kaksikerroksisiin piirilevyihin kaikissa valmistusprosessin vaiheissa. Korkeammat kustannukset liittyvät pääasiassa niiden valmistukseen tarvittaviin erikoislaitteisiin.
Valmistus on myös monimutkaisempaa, sillä monikerroksisten piirilevyjen valmistus vaatii huomattavasti pidemmän suunnitteluajan ja huolellisia valmistusmenetelmiä muihin piirilevytyyppeihin verrattuna. Valmistuksen monimutkaisuus: Monikerroksisten piirilevyjen valmistus vaatii kehittyneitä valmistusprosesseja, mukaan lukien tarkka kerrosten kohdistus, kontrolloitu impedanssin reititys ja tiukat laadunvalvontatoimenpiteet, mikä lisää tuotantokustannuksia ja pidentää toimitusaikoja.
Monikerroksiset piirilevyt vaativat perusteellisen esisuunnittelun, ja siksi sen kehittämiseen tarvitaan ammattitaitoisia insinöörejä. Kunkin levyn valmistus vaatii huomattavan paljon aikaa, mikä lisää työvoimakustannuksia. Lisäksi se voi pidentyä tilauksen tekemisen ja tuotteen vastaanottamisen välillä, mikä voi olla haaste joissain tilanteissa.
Nämä huolenaiheet eivät kuitenkaan heikennä monikerroksisten painettujen piirilevyjen (PCB) tehokkuutta. Vaikka monikerroksiset piirilevyt ovat usein kalliimpia kuin yksikerroksiset piirilevyt, ne tarjoavat lukuisia etuja tähän erityiseen painetun piirilevyn muotoon verrattuna.
Kun elektronisten laitteiden koko pienenee ja tehotiheys kasvaa, tehokkaasta lämmönhallinnasta tulee kriittistä monikerroksisissa piirilevyissä, mikä edellyttää innovatiivisia ratkaisuja lämpökutsujen vähentämiseksi ja optimaalisen suorituskyvyn varmistamiseksi. Lisäksi monikerroksisten piirilevyjen suorituskyvyn validointi edellyttää kattavia testausmenetelmiä, mukaan lukien simulointi, prototyyppien luominen ja vaatimustenmukaisuustestaukset, jotta varmistetaan alan standardien ja spesifikaatioiden noudattaminen.

Vinkkejä monikerroksisten piirilevyjen suunnitteluun

Kun luot monikerroksista painettua piirilevyä (PCB) suurtaajuussovelluksiin, useat hyödylliset ehdotukset ovat yleensä hyödyllisiä.
Monikerroksisten piirilevyjen suunnittelun ongelmien lieventämiseksi ensisijainen painopistealue pyörii tyypillisesti pinon ympärillä. Tasojen pinoamista arvioitaessa on tärkeää ottaa huomioon sellaiset tekijät kuin toiminnallisuus, valmistus ja käyttöönotto.
Aloita optimoimalla laudan mitat, koska tämä vaikuttaa muita ominaisuuksia koskeviin päätöksiin. Kun määrität ihanteellisen levyn koon, ota huomioon seuraavat tekijät:
● Levylle sijoitettavien komponenttien lukumäärä
●Näiden osien koko
●Mihin kortti asennetaan
●Valmistuskumppanin etäisyys, välys ja porausreiät
Kun kerrosten lukumäärä on päätetty, on suoritettava läpivientien valinta, joko sokea, läpireikä, upotettu tai tyynyn läpivienti. Tämä näkökohta vaikuttaa valmistuksen monimutkaisuuteen ja siten piirilevyjen laatuun.
Monikerroksisten piirilevyjen suunnitteluosiossa piirilevyjen suunnitteluohjelmisto on olennainen osa suunnitteluprosessia. Se auttaa suunnittelijoita generoimaan piirilevyn mekaanisen ja johdotusliitännän rakenteen verkkolistasta ja sijoittamaan tämän kytkentärakenteen monikerroksisille kerroksille sekä generoimaan tietokoneavusteisia suunnittelutiedostoja. Tämä CAD on välttämätön piirilevyn valmistuksessa. On olemassa useita piirilevyjen suunnitteluohjelmistovaihtoehtoja, joita voit käyttää monikerroksisen piirilevyn suunnitteluun. Joitakin harvoja käytetään kuitenkin laajemmin kuin toisia, muun muassa niiden yksinkertaisemman käyttöliittymän vuoksi.
Myös DFM, jonka tavoitteena on luoda valmistusta helpottavia tuotteen osia ja komponentteja, tulee huomioida. Tavoitteena on saada korkealaatuisia tuotteita pienemmillä kustannuksilla. Näin ollen se edellyttää tuotteen suunnittelun virtaviivaistamista, parantamista ja viimeistelyä. DFM tulee suorittaa ajoissa ennen työkalujen aloittamista. Kaikki sidosryhmät on ehdottomasti otettava mukaan DFM:ään. Useiden sidosryhmien, mukaan lukien suunnittelijat, insinöörit, sopimusvalmistajat, materiaalintoimittajat ja muottien rakentajat, osallistuminen on ratkaisevan tärkeää. Näin mahdollisia suunnitteluon liittyviä ongelmia voidaan lieventää.

Valmistettavuus

Monikerroksisten piirilevyjen valmistus suurtaajuussovelluksiin sisältää useita avainvaiheita:
●Suunnittelu ja asettelu: Suunnittelijat käyttävät erikoistunutta piirilevysuunnitteluohjelmistoa asettelun luomiseen ottaen huomioon signaalin eheyden, lämmönhallinnan ja EMI:n vähentämisen.
●Materiaalin valinta: Laadukkaat materiaalit, joilla on alhainen dielektrisyysvakio ja häviötangentti, valitaan signaalihäviön minimoimiseksi ja korkean taajuuden suorituskyvyn ylläpitämiseksi.
●Layer Stackup Planning: Kerrosten pinoaminen on suunniteltu huolellisesti signaalin reitityksen, impedanssin sovituksen ja lämmönhäviön optimoimiseksi ottaen huomioon signaalin taajuuden, levyn paksuuden ja kuparin paksuuden kaltaiset tekijät.
●Valmistus ja kokoonpano: Monikerroksisten piirilevyjen valmistukseen tarkasti ja luotettavasti käytetään edistyneitä valmistustekniikoita, kuten laserporausta, peräkkäistä laminointia ja kontrolloitua impedanssia etsausta.
●Testaus ja laadunvarmistus: Tarkat testausmenettelyt, mukaan lukien signaalin eheysanalyysi, impedanssimittaukset, lämpökuvaukset ja EMI-testaukset, suoritetaan monikerroksisten piirilevyjen suorituskyvyn, luotettavuuden ja alan standardien ja vaatimustenmukaisuuden varmistamiseksi.

Johtopäätös

Monikerroksisen piirilevysuunnittelun kehitys on mullistanut korkeataajuisen elektroniikan alan, mikä mahdollistaa kehittyneempien laitteiden kehittämisen, joilla on parannettu suorituskyky, luotettavuus ja toiminnallisuus. Huolimatta signaalin eheyden, valmistuksen monimutkaisuuden ja lämmönhallinnan haasteista, monikerroksisten piirilevyjen edut ovat paljon suurempia kuin haasteet, joten ne ovat välttämättömiä monissa suurtaajuussovelluksissa, mukaan lukien tietoliikenne, ilmailu, autoteollisuus ja lääketieteellinen elektroniikka. Materiaalien, valmistustekniikoiden ja suunnittelumenetelmien jatkuvan kehityksen ansiosta monikerroksiset piirilevyt ovat valmiita jatkamaan korkeataajuisen elektroniikan innovaatioita tulevina vuosina.