La necessità di dispositivi ad alte prestazioni con funzionalità ampliate è in aumento nel campo dell'elettronica in continua evoluzione. La necessità di tecnologia di circuito stampato (PCB) ha comportato progressi notevoli, in particolare nel dominio di applicazioni ad alta frequenza. L'utilizzo della progettazione di PCB multistrato è diventato una soluzione cruciale al fine di soddisfare le rigorose esigenze di queste applicazioni.

L'avvento di PCB multistrato

Storicamente, i circuiti stampati sono stati principalmente caratterizzati dalla loro struttura singola o a doppio strato, che imponeva vincoli alla loro idoneità per applicazioni ad alta frequenza a causa del deterioramento del segnale e dell'interferenza elettromagnetica (EMI). Tuttavia, l'introduzione di circuiti stampati a più livelli ha comportato notevoli progressi nell'integrità del segnale, nella mitigazione delle interferenze elettromagnetiche (EMI) e nelle prestazioni complessive.
I circuiti stampati a più livelli (PCB) si distinguono dalle loro controparti singoli o a doppio strato dalla presenza di tre o più strati conduttivi che sono separati mediante materiale isolante, comunemente noto come strati dielettrici. L'interconnessione di questi strati è facilitata da VIA, che sono minuscoli passaggi conduttivi che facilitano la comunicazione tra strati distinti. La complicata progettazione di PCB multistrato consente una maggiore concentrazione di componenti e circuiti intricati, rendendoli essenziali per la tecnologia all'avanguardia.
I PC a multistrato presentano in genere un alto grado di rigidità a causa della sfida intrinseca di raggiungere più livelli all'interno di una struttura flessibile PCB. Le connessioni elettriche tra gli strati sono stabilite attraverso l'utilizzo di diversi tipi di VIA, tra cui VIA cieca e sepolta.
La configurazione comporta il posizionamento di due strati sulla superficie per stabilire una connessione tra il circuito stampato (PCB) e l'ambiente esterno. In generale, la densità degli strati nei circuiti stampati (PCB) è pari. Ciò è dovuto principalmente alla suscettibilità di numeri dispari a questioni come la deformazione.
Il numero di strati in genere varia a seconda dell'applicazione specifica, in genere rientrano nell'intervallo da quattro a dodici strati.
In genere, la maggior parte delle applicazioni richiede un minimo di quattro e un massimo di otto strati. Al contrario, app come gli smartphone impiegano prevalentemente un totale di dodici livelli.

Applicazioni principali

I PC a multistrato sono utilizzati in una vasta gamma di applicazioni elettroniche, tra cui:
● Elettronica di consumo, in cui i PCB multistrato svolgono un ruolo fondamentale fornendo la potenza e i segnali necessari per una vasta gamma di prodotti come smartphone, tablet, console di gioco e dispositivi indossabili. L'elegante e portatile elettronica da cui dipendiamo quotidianamente sono attribuiti al loro design compatto e ad alta densità dei componenti
● Nel campo delle telecomunicazioni, l'utilizzo di PCB multistrato facilita la trasmissione regolare di segnali vocali, dati e video attraverso le reti, garantendo così una comunicazione affidabile ed efficace
● I sistemi di controllo industriale dipendono fortemente dai circuiti stampati a più livelli (PCB) a causa della loro capacità di gestire efficacemente sistemi di controllo complessi, meccanismi di monitoraggio e procedure di automazione. I pannelli di controllo delle macchine, la robotica e l'automazione industriale si basano su di loro come sistema di supporto fondamentale
● Anche i PCB a più livelli sono rilevanti per i dispositivi medici, poiché sono cruciali per garantire precisione, affidabilità e compattezza. Le attrezzature diagnostiche, i sistemi di monitoraggio dei pazienti e i dispositivi medici salvavita sono significativamente influenzati dal loro ruolo importante.

Vantaggi e vantaggi

I PCB a più livelli offrono diversi vantaggi e vantaggi nelle applicazioni ad alta frequenza, tra cui:
● Integrità del segnale migliorata: i PCB a più livelli facilitano il routing di impedenza controllato, minimizzando la distorsione del segnale e garantendo la trasmissione affidabile di segnali ad alta frequenza. L'interferenza del segnale inferiore dei circuiti stampati a più livelli comporta prestazioni, velocità e affidabilità migliorate
● EMI ridotta: utilizzando i piani di terra e alimentazione dedicati, i PCB a più livelli sopprimono efficacemente l'EMI, migliorando così l'affidabilità del sistema e minimizzando le interferenze con i circuiti vicini
● Progettazione compatta: con la possibilità di ospitare più componenti e schemi di routing complessi, i PCB a più livelli consentono progetti compatti, cruciali per applicazioni limitate allo spazio come dispositivi mobili e sistemi aerospaziali.
● Gestione termica migliorata: i PCB a più livelli offrono un'efficace dissipazione del calore attraverso l'integrazione di VIA termica e strati di rame posizionati strategicamente, migliorando l'affidabilità e la durata della durata dei componenti ad alta potenza.
● Flessibilità di progettazione: la versatilità dei PCB a più livelli consente una maggiore flessibilità di progettazione, consentendo agli ingegneri di ottimizzare i parametri delle prestazioni come la corrispondenza dell'impedenza, il ritardo di propagazione del segnale e la distribuzione dell'alimentazione.

Svantaggi

Uno dei principali svantaggi associati ai circuiti stampati multistrato è il loro costo più elevato rispetto ai PCB a singolo e doppio strato in tutte le fasi del processo di produzione. Il costo più elevato è principalmente associato alle attrezzature specializzate richieste per la loro produzione.
La produzione è anche più complessa, poiché la produzione di PCB multistrato richiede un periodo di progettazione significativamente più lungo e metodi di produzione meticolosi rispetto ad altri tipi di PCB. Complessità manifatturiera: la fabbricazione di PCB a più livelli richiede sofisticati processi di produzione, tra cui un allineamento preciso degli strati, routing controllato di impedenza e rigorose misure di controllo della qualità, portando ad un aumento dei costi di produzione e tempi di consegna più lunghi.
Per il suo sviluppo, i PCB a multistrato richiedono pre-design e, pertanto, sono necessari ingegneri competenti. La produzione di ciascun consiglio richiede una notevole quantità di tempo, portando ad un aumento delle spese di manodopera. Inoltre, può comportare estesi intervalli di tempo tra il posizionamento di un ordine e la ricezione del prodotto, che può essere una sfida in alcune situazioni.
Tuttavia, queste preoccupazioni non minano l'efficacia dei circuiti stampati multistrato (PCB). Sebbene i PCB multistrato siano spesso più costosi dei PCB a strato singolo, offrono numerosi vantaggi rispetto a questa particolare forma di circuito stampato.
Man mano che i dispositivi elettronici continuano a ridursi per dimensioni e aumentano la densità di potenza, un'efficace gestione termica diventa critica nei PCB a più livelli, richiedendo soluzioni innovative per mitigare gli hotspot termici e garantire prestazioni ottimali. Inoltre, la convalida delle prestazioni dei progetti di PCB a più livelli richiede metodologie di test complete, tra cui simulazione, prototipazione e test di conformità, per garantire la conformità con gli standard e le specifiche del settore.

Suggerimenti per la progettazione di PCB multistrato

Quando si crea un circuito stampato multistrato (PCB) per applicazioni ad alta frequenza, di solito sono utili diversi suggerimenti utili.
Al fine di mitigare i problemi nella progettazione del PCB multistrato, l'area primaria di enfasi ruota in genere attorno allo stackup. Quando si esprimono giudizi sullo stackup di livello, è importante tenere conto di fattori come funzionalità, produzione e distribuzione.
Inizia ottimizzando le dimensioni del consiglio di amministrazione, in quanto ciò influenzerà le decisioni riguardanti altre caratteristiche. Quando si determina la dimensione della scheda ideale, tenere conto dei seguenti fattori:
● Il numero di componenti da ospitare sul tabellone
● Le dimensioni di questi componenti
● dove verrà installata la scheda
● Le indennità del partner manifatturiero per spaziatura, autorizzazioni e fori di perforazione
Una volta che è stato deciso il numero di strati, si deve eseguire la selezione di Vias, che si tratti ciechi, attraverso il foro, sepolto o via in pad. Questo aspetto influisce sulla complessità della produzione, quindi la qualità del PCB.
Nella sezione di progettazione PCB multistrato, il software di progettazione PCB è una parte essenziale del processo di progettazione. Aiuta i progettisti a generare la struttura della connessione meccanica e di cablaggio del PCB da Netlist e a posizionare questa struttura di connessione sui multistrato e a generare file di progettazione assistiti da computer. Questo CAD è essenziale nella produzione del PCB. Esistono diverse opzioni di software di progettazione PCB che è possibile utilizzare per progettare il PCB multistrato. Tuttavia, alcuni sono usati più ampiamente di altri, soprattutto per la loro interfaccia più semplice, tra le altre ragioni.
DFM, il cui obiettivo è creare parti e componenti del prodotto che facilitano la produzione, deve essere considerato. L'obiettivo è raggiungere prodotti di alta qualità a spese ridotte. Di conseguenza, implica razionalizzazione, miglioramento e perfezionamento del design del prodotto. DFM dovrebbe essere condotto in modo tempestivo prima di iniziare gli strumenti. È indispensabile coinvolgere tutte le parti interessate nel DFM. Il coinvolgimento di diverse parti interessate, tra cui progettisti, ingegneri, produttori di contratti, fornitori di materiali e costruttori di stampi, è cruciale. In questo modo, possibili problemi con il design possono essere mitigati.

Produttibilità

La produzione di PCB a più livelli per applicazioni ad alta frequenza comporta diversi passaggi chiave:
● Progettazione e layout: gli ingegneri utilizzano un software di progettazione PCB specializzato per creare il layout, considerando fattori come l'integrità del segnale, la gestione termica e la mitigazione dell'EMI.
● Selezione del materiale: sono scelti materiali di alta qualità con costante dielettrica bassa e tangente perdita per ridurre al minimo la perdita del segnale e mantenere le prestazioni ad alta frequenza.
● Pianificazione dello stackup di livello: lo stackup di livello è pianificato con cura per ottimizzare il routing del segnale, la corrispondenza dell'impedenza e la dissipazione termica, considerando fattori come la frequenza del segnale, lo spessore della scheda e lo spessore del rame.
● Fabbricazione e assemblaggio: vengono utilizzate tecniche avanzate di fabbricazione come perforazione laser, laminazione sequenziale e incisione controllata per l'impedenza per produrre PCB a più livelli con precisione e affidabilità.
● Test e garanzia della qualità: sono condotte rigorose procedure di test, tra cui analisi di integrità del segnale, misurazioni dell'impedenza, imaging termico e test EMI per garantire le prestazioni, l'affidabilità e la conformità dei PCB a più livelli con standard e specifiche del settore.

Conclusione

L'evoluzione del design a multistrato di PCB ha rivoluzionato il campo dell'elettronica ad alta frequenza, consentendo lo sviluppo di dispositivi sofisticati con prestazioni, affidabilità e funzionalità migliorate. Nonostante le sfide nell'integrità del segnale, nella complessità della produzione e nella gestione termica, i vantaggi dei PCB a più livelli superano di gran lunga le sfide, rendendole indispensabili in una vasta gamma di applicazioni ad alta frequenza, tra cui telecomunicazioni, aerospaziale, automobilistica e elettronica medica. Con continui progressi nei materiali, tecniche di fabbricazione e metodologie di progettazione, i PCB a più livelli sono pronti a continuare a guidare l'innovazione in elettronica ad alta frequenza per gli anni a venire.