Nuolat besikeičiančioje elektronikos srityje didėja didelio našumo įrenginių su išplėstomis funkcijomis poreikis. Spausdintinių plokščių (PCB) technologijos poreikis padarė didelę pažangą, ypač aukšto dažnio taikomųjų programų srityje. Daugiasluoksnės PCB konstrukcijos panaudojimas tapo esminiu sprendimu, siekiant patenkinti griežtus šių programų reikalavimus.

Daugiasluoksnių PCB atsiradimas

Istoriškai spausdintinės plokštės pirmiausia pasižymėjo jų vieno arba dviejų sluoksnių struktūra, kuri apribojo jų tinkamumą aukšto dažnio taikymams dėl signalo pablogėjimo ir elektromagnetinių trukdžių (EMI). Nepaisant to, įdiegus daugiasluoksnes spausdintines plokštes, pastebima signalo vientisumo, elektromagnetinių trukdžių (EMI) mažinimo ir bendro našumo pažanga.
Daugiasluoksnės spausdintinės plokštės (PCB) skiriasi nuo vieno arba dviejų sluoksnių analogų tuo, kad yra trys ar daugiau laidių sluoksnių, atskirtų izoliacine medžiaga, paprastai vadinamais dielektriniais sluoksniais. Šių sluoksnių sujungimą palengvina perėjimai, kurie yra maži laidžiai kanalai, palengvinantys ryšį tarp skirtingų sluoksnių. Sudėtinga daugiasluoksnių PCB konstrukcija leidžia sutelkti didesnę komponentų koncentraciją ir sudėtingas grandines, todėl jos yra būtinos naujausioms technologijoms.
Daugiasluoksnės PCB paprastai pasižymi dideliu tvirtumu dėl įgimto iššūkio pasiekti kelis sluoksnius lanksčioje PCB struktūroje. Elektros jungtys tarp sluoksnių nustatomos naudojant kelių tipų perėjimus, įskaitant aklas ir palaidotas.
Konfigūracija apima dviejų sluoksnių išdėstymą ant paviršiaus, kad būtų sukurtas ryšys tarp spausdintinės plokštės (PCB) ir išorinės aplinkos. Apskritai spausdintinių plokščių (PCB) sluoksnių tankis yra lygus. Taip yra visų pirma dėl nelyginių skaičių jautrumo tokioms problemoms kaip deformacija.
Sluoksnių skaičius paprastai skiriasi priklausomai nuo konkretaus naudojimo ir paprastai yra nuo keturių iki dvylikos sluoksnių.
Paprastai daugumai programų reikia mažiausiai keturių ir daugiausia aštuonių sluoksnių. Priešingai, tokiose programose kaip išmanieji telefonai iš viso iš viso naudojama dvylika sluoksnių.

Pagrindinės programos

Daugiasluoksnės PCB naudojamos įvairiose elektroninėse srityse, įskaitant:
●Buitoji elektronika, kurioje daugiasluoksnės PCB atlieka pagrindinį vaidmenį tiekdamos reikiamą galią ir signalus įvairiems gaminiams, pvz., išmaniesiems telefonams, planšetiniams kompiuteriams, žaidimų pultams ir nešiojamiesiems įrenginiams. Elegantiška ir nešiojama elektronika, nuo kurios priklausome kasdien, priklauso nuo kompaktiško dizaino ir didelio komponentų tankio.
●Telekomunikacijų srityje daugiasluoksnių PCB naudojimas palengvina sklandų balso, duomenų ir vaizdo signalų perdavimą tinkluose, taip užtikrinant patikimą ir veiksmingą ryšį.
●Pramoninės valdymo sistemos labai priklauso nuo daugiasluoksnių spausdintinių plokščių (PCB), nes jos gali efektyviai valdyti sudėtingas valdymo sistemas, stebėjimo mechanizmus ir automatizavimo procedūras. Mašinų valdymo pultai, robotika ir pramoninė automatika remiasi jais kaip pagrindine palaikymo sistema
●Daugiasluoksnės PCB taip pat aktualios medicinos prietaisams, nes jos yra labai svarbios siekiant užtikrinti tikslumą, patikimumą ir kompaktiškumą. Diagnostinė įranga, pacientų stebėjimo sistemos ir gyvybę gelbstintys medicinos prietaisai turi didelę įtaką jų svarbiam vaidmeniui.

Privalumai ir pranašumai

Daugiasluoksnės PCB turi keletą privalumų ir pranašumų naudojant aukšto dažnio programas, įskaitant:
●Patobulintas signalo vientisumas: daugiasluoksnės PCB palengvina kontroliuojamą varžos maršrutą, sumažina signalo iškraipymą ir užtikrina patikimą aukšto dažnio signalų perdavimą. Mažesni kelių sluoksnių spausdintinių plokščių signalo trukdžiai pagerina našumą, greitį ir patikimumą
●Sumažintas EMI: naudojant specialias įžeminimo ir maitinimo plokštes, daugiasluoksnės PCB efektyviai slopina EMI, taip padidindamos sistemos patikimumą ir sumažindamos trikdžius su kaimyninėmis grandinėmis.
●Kompaktiškas dizainas: daugiasluoksnės PCB gali talpinti daugiau komponentų ir sudėtingų maršruto schemų, todėl galima sukurti kompaktišką dizainą, o tai labai svarbu naudojant ribotą erdvę, pvz., mobiliuosius įrenginius ir kosmoso sistemas.
●Patobulintas terminis valdymas: daugiasluoksnės PCB efektyviai išsklaido šilumą integruojant šilumines angas ir strategiškai išdėstytus vario sluoksnius, taip padidinant didelės galios komponentų patikimumą ir tarnavimo laiką.
●Dizaino lankstumas: daugiasluoksnių PCB universalumas leidžia sukurti didesnį dizaino lankstumą, todėl inžinieriai gali optimizuoti našumo parametrus, tokius kaip varžos suderinimas, signalo sklidimo delsa ir galios paskirstymas.

Trūkumai

Vienas iš pagrindinių trūkumų, susijusių su daugiasluoksnėmis spausdintinėmis plokštėmis, yra didesnė jų kaina, palyginti su vieno ir dviejų sluoksnių PCB visuose gamybos proceso etapuose. Didesnė kaina daugiausia siejama su specializuota įranga, reikalinga jų gamybai.
Gamyba taip pat yra sudėtingesnė, nes daugiasluoksnių PCB gamyba reikalauja žymiai ilgesnio projektavimo laikotarpio ir kruopštaus gamybos metodų, palyginti su kitų tipų PCB. Gamybos sudėtingumas: Daugiasluoksnių PCB gamybai reikalingi sudėtingi gamybos procesai, įskaitant tikslų sluoksnių išlygiavimą, kontroliuojamą varžos maršrutą ir griežtas kokybės kontrolės priemones, dėl kurių padidėja gamybos sąnaudos ir pailgėja pristatymo laikas.
Daugiasluoksniams PCB reikia kruopščiai suprojektuoti, todėl norint sukurti reikia patyrusių inžinierių. Kiekvienos plokštės gamybai reikia daug laiko, todėl padidėja darbo sąnaudos. Be to, dėl to gali pailgėti laiko intervalai nuo užsakymo pateikimo iki prekės gavimo, o tai kai kuriose situacijose gali būti iššūkis.
Nepaisant to, šie rūpesčiai nesumenkina daugiasluoksnių spausdintinių plokščių (PCB) veiksmingumo. Nors daugiasluoksnės PCB dažnai yra brangesnės nei vieno sluoksnio PCB, jos turi daug pranašumų, palyginti su šia konkrečia spausdintinės plokštės forma.
Kadangi elektroninių prietaisų dydis ir toliau mažėja, o galios tankis didėja, efektyvus šilumos valdymas tampa itin svarbus daugiasluoksnėse PCB, todėl reikia naujoviškų sprendimų, kaip sumažinti šiluminius taškus ir užtikrinti optimalų veikimą. Be to, norint patvirtinti daugiasluoksnių PCB konstrukcijų veikimą, reikia išsamių testavimo metodikų, įskaitant modeliavimą, prototipų kūrimą ir atitikties testavimą, siekiant užtikrinti atitiktį pramonės standartams ir specifikacijoms.

Daugiasluoksnių PCB projektavimo patarimai

Kuriant daugiasluoksnę spausdintinę plokštę (PCB), skirtą aukšto dažnio programoms, paprastai praverčia keli naudingi pasiūlymai.
Siekiant sušvelninti daugiasluoksnių PCB projektavimo problemas, pagrindinė dėmesio sritis paprastai sukasi apie rinkinį. Priimant sprendimus dėl sluoksnių kaupimo, svarbu atsižvelgti į tokius veiksnius kaip funkcionalumas, gamyba ir diegimas.
Pradėkite optimizuodami lentos matmenis, nes tai turės įtakos sprendimams dėl kitų charakteristikų. Nustatydami idealų lentos dydį, atsižvelkite į šiuos veiksnius:
●Komponentų, kurie turi būti montuojami ant plokštės, skaičius
●Šių komponentų dydis
●Kur bus montuojama lenta
●Gamybos partnerio leidžiami tarpai, tarpai ir gręžimo skylės
Nusprendus dėl sluoksnių skaičiaus, turi būti parenkamos aklinos, kiaurymės, užkastos arba įdėtos perėjimo angos. Šis aspektas turi įtakos gamybos sudėtingumui, taigi ir PCB kokybei.
Daugiasluoksnių PCB projektavimo skyriuje PCB projektavimo programinė įranga yra esminė projektavimo proceso dalis. Tai padeda dizaineriams sugeneruoti PCB mechaninio ir laidų jungties struktūrą iš tinklo sąrašo ir įdėti šią jungties struktūrą į daugiasluoksnius ir generuoti kompiuterinius projektavimo failus. Šis CAD yra būtinas gaminant PCB. Yra keletas PCB projektavimo programinės įrangos parinkčių, kurias galite naudoti kurdami daugiasluoksnį PCB. Tačiau kai kurie keli yra naudojami plačiau nei kiti, ypač dėl paprastesnės sąsajos, be kitų priežasčių.
Taip pat atsižvelgiama į DFM, kurios tikslas yra sukurti gaminio dalis ir komponentus, palengvinančius gamybą. Tikslas yra gauti aukštos kokybės produktus mažesnėmis sąnaudomis. Vadinasi, reikia supaprastinti, tobulinti ir tobulinti gaminio dizainą. DFM turėtų būti atliktas laiku prieš pradedant naudoti įrankius. Į DFM būtina įtraukti visas suinteresuotąsias šalis. Kelių suinteresuotųjų šalių, įskaitant dizainerius, inžinierius, sutartinius gamintojus, medžiagų tiekėjus ir formų gamintojus, dalyvavimas yra labai svarbus. Taip galima sušvelninti galimas dizaino problemas.

Gamyba

Daugiasluoksnių PCB, skirtų aukšto dažnio programoms, gamyba apima kelis pagrindinius veiksmus:
●Dizainas ir išdėstymas: inžinieriai naudoja specializuotą PCB projektavimo programinę įrangą, kad sukurtų išdėstymą, atsižvelgdami į tokius veiksnius kaip signalo vientisumas, šilumos valdymas ir EMI mažinimas.
●Medžiagos pasirinkimas: Siekiant sumažinti signalo praradimą ir išlaikyti aukšto dažnio veikimą, parenkamos aukštos kokybės medžiagos su maža dielektrine konstanta ir nuostolių tangentu.
●Layer Stackup Planning: Sluoksnių sudėjimas yra kruopščiai suplanuotas, siekiant optimizuoti signalo nukreipimą, varžos atitiktį ir šilumos išsklaidymą, atsižvelgiant į tokius veiksnius kaip signalo dažnis, plokštės storis ir vario storis.
● Gamyba ir surinkimas: siekiant tiksliai ir patikimai gaminti daugiasluoksnes PCB, naudojamos pažangios gamybos technologijos, pvz., gręžimas lazeriu, nuoseklus laminavimas ir kontroliuojamos varžos ėsdinimas.
●Testavimas ir kokybės užtikrinimas: siekiant užtikrinti daugiasluoksnių PCB našumą, patikimumą ir atitiktį pramonės standartams ir specifikacijoms, atliekamos griežtos testavimo procedūros, įskaitant signalo vientisumo analizę, impedanso matavimus, terminį vaizdą ir EMI testavimą.

Išvada

Daugiasluoksnio PCB dizaino raida sukėlė revoliuciją aukšto dažnio elektronikos srityje, suteikdama galimybę kurti sudėtingesnius įrenginius, pasižyminčius geresniu našumu, patikimumu ir funkcionalumu. Nepaisant iššūkių, susijusių su signalo vientisumu, gamybos sudėtingumu ir šilumos valdymu, daugiasluoksnių PCB pranašumai gerokai nusveria iššūkius, todėl jie yra būtini daugelyje aukšto dažnio programų, įskaitant telekomunikacijas, aviaciją, automobilius ir medicinos elektroniką. Dėl nuolatinės pažangos medžiagų, gamybos metodų ir projektavimo metodikų srityje daugiasluoksnės PCB yra pasirengusios ir toliau skatinti aukšto dažnio elektronikos naujoves ateinančiais metais.