Keperluan untuk peranti berprestasi tinggi dengan fungsi yang diperluaskan semakin meningkat dalam bidang elektronik yang sentiasa berubah. Keperluan untuk teknologi papan litar bercetak (PCB) telah menghasilkan kemajuan yang ketara, terutamanya dalam domain aplikasi frekuensi tinggi. Penggunaan reka bentuk PCB berbilang lapisan telah menjadi penyelesaian penting untuk memenuhi permintaan ketat aplikasi ini.

Kemunculan PCB berbilang lapisan

Dari segi sejarah, papan litar bercetak terutamanya dicirikan oleh struktur tunggal atau dua lapisnya, yang mengenakan kekangan terhadap kesesuaian mereka untuk aplikasi frekuensi tinggi disebabkan oleh kemerosotan isyarat dan gangguan elektromagnet (EMI). Namun begitu, pengenalan papan litar bercetak berbilang lapisan telah menghasilkan kemajuan yang ketara dalam integriti isyarat, pengurangan gangguan elektromagnet (EMI) dan prestasi keseluruhan.
Papan litar bercetak berbilang lapisan (PCB) dibezakan daripada rakan sejawat satu atau dua lapisan dengan kehadiran tiga atau lebih lapisan konduktif yang dipisahkan oleh bahan penebat, biasanya dikenali sebagai lapisan dielektrik. Sambungan lapisan ini dipermudahkan oleh vias, yang merupakan laluan konduktif kecil yang memudahkan komunikasi antara lapisan yang berbeza. Reka bentuk rumit PCB berbilang lapisan membolehkan kepekatan komponen yang lebih besar dan litar yang rumit, menjadikannya penting untuk teknologi terkini.
PCB berbilang lapisan biasanya mempamerkan tahap ketegaran yang tinggi disebabkan oleh cabaran yang wujud untuk mencapai pelbagai lapisan dalam struktur PCB yang fleksibel. Sambungan elektrik antara lapisan diwujudkan melalui penggunaan beberapa jenis vias, termasuk vias buta dan tertimbus.
Konfigurasi memerlukan penempatan dua lapisan pada permukaan untuk mewujudkan sambungan antara papan litar bercetak (PCB) dan persekitaran luaran. Secara umum, ketumpatan lapisan dalam papan litar bercetak (PCB) adalah sekata. Ini disebabkan terutamanya oleh kerentanan nombor ganjil kepada isu seperti meledingkan.
Bilangan lapisan biasanya berbeza-beza bergantung pada aplikasi tertentu, biasanya berada dalam julat empat hingga dua belas lapisan.
Biasanya, majoriti aplikasi memerlukan sekurang-kurangnya empat dan maksimum lapan lapisan. Sebaliknya, aplikasi seperti telefon pintar kebanyakannya menggunakan sejumlah dua belas lapisan.

Aplikasi utama

PCB berbilang lapisan digunakan dalam pelbagai aplikasi elektronik, termasuk:
●Elektronik pengguna, di mana PCB berbilang lapisan memainkan peranan asas yang menyediakan kuasa dan isyarat yang diperlukan untuk pelbagai jenis produk seperti telefon pintar, tablet, konsol permainan dan peranti boleh pakai. Elektronik yang anggun dan mudah alih yang kami gunakan setiap hari adalah disebabkan oleh reka bentuk yang padat dan kepadatan komponen yang tinggi
●Dalam bidang telekomunikasi, penggunaan PCB berbilang lapisan memudahkan penghantaran isyarat suara, data dan video yang lancar merentas rangkaian, sekali gus menjamin komunikasi yang boleh dipercayai dan berkesan
●Sistem kawalan industri sangat bergantung pada papan litar bercetak (PCB) berbilang lapisan kerana kapasitinya untuk mengurus sistem kawalan yang rumit, mekanisme pemantauan dan prosedur automasi dengan berkesan. Panel kawalan mesin, robotik dan automasi industri bergantung padanya sebagai sistem sokongan asasnya
●PCB berbilang lapisan juga relevan untuk peranti perubatan, kerana ia adalah penting untuk memastikan ketepatan, kebolehpercayaan dan kekompakan. Peralatan diagnostik, sistem pemantauan pesakit, dan peranti perubatan yang menyelamatkan nyawa dipengaruhi dengan ketara oleh peranan pentingnya.

Faedah dan kelebihan

PCB berbilang lapisan memberikan beberapa faedah dan kelebihan dalam aplikasi frekuensi tinggi, termasuk:
●Integriti isyarat yang dipertingkatkan: PCB berbilang lapisan memudahkan penghalaan impedans terkawal, meminimumkan herotan isyarat dan memastikan penghantaran isyarat frekuensi tinggi yang boleh dipercayai. Gangguan isyarat yang lebih rendah pada papan litar bercetak berbilang lapisan menghasilkan prestasi, halaju dan kebolehpercayaan yang lebih baik
●EMI yang dikurangkan: Dengan menggunakan pesawat darat dan kuasa yang berdedikasi, PCB berbilang lapisan secara berkesan menindas EMI, dengan itu meningkatkan kebolehpercayaan sistem dan meminimumkan gangguan dengan litar bersebelahan
●Reka Bentuk Padat: Dengan keupayaan untuk menampung lebih banyak komponen dan skema penghalaan yang kompleks, PCB berbilang lapisan membolehkan reka bentuk padat, penting untuk aplikasi terhad ruang seperti peranti mudah alih dan sistem aeroangkasa.
●Pengurusan Terma yang Diperbaiki: PCB berbilang lapisan menawarkan pelesapan haba yang cekap melalui penyepaduan vias haba dan lapisan tembaga yang diletakkan secara strategik, meningkatkan kebolehpercayaan dan jangka hayat komponen berkuasa tinggi.
●Fleksibiliti Reka Bentuk: Fleksibiliti PCB berbilang lapisan membolehkan fleksibiliti reka bentuk yang lebih besar, membolehkan jurutera mengoptimumkan parameter prestasi seperti padanan impedans, kelewatan perambatan isyarat dan pengagihan kuasa.

Keburukan

Salah satu kelemahan utama yang dikaitkan dengan papan litar bercetak berbilang lapisan ialah kosnya yang lebih tinggi berbanding PCB satu dan dua lapisan sepanjang semua peringkat proses pembuatan. Kos yang lebih tinggi dikaitkan terutamanya dengan peralatan khusus yang diperlukan untuk pengeluaran mereka.
Pengilangan juga lebih kompleks, kerana pengeluaran PCB berbilang lapisan memerlukan tempoh reka bentuk yang lebih lama dan kaedah pembuatan yang teliti berbanding jenis PCB lain. Kerumitan Pembuatan: Pembuatan PCB berbilang lapisan memerlukan proses pembuatan yang canggih, termasuk penjajaran lapisan yang tepat, penghalaan impedans terkawal dan langkah kawalan kualiti yang ketat, yang membawa kepada peningkatan kos pengeluaran dan masa pendahuluan yang lebih lama.
PCB berbilang lapisan memerlukan pra-reka bentuk yang teliti dan, oleh itu, jurutera yang mahir diperlukan untuk pembangunannya. Pengeluaran setiap papan memerlukan masa yang banyak, yang membawa kepada peningkatan perbelanjaan buruh. Selain itu, ia boleh mengakibatkan selang masa lanjutan antara penempatan pesanan dan penerimaan produk, yang boleh menjadi cabaran dalam beberapa situasi.
Namun begitu, kebimbangan ini tidak menjejaskan keberkesanan papan litar bercetak (PCB) berbilang lapisan. Walaupun PCB berbilang lapisan selalunya lebih mahal daripada PCB satu lapisan, ia menawarkan banyak kelebihan berbanding papan litar bercetak khusus ini.
Apabila peranti elektronik terus mengecil dalam saiz dan meningkatkan ketumpatan kuasa, pengurusan haba yang berkesan menjadi kritikal dalam PCB berbilang lapisan, memerlukan penyelesaian inovatif untuk mengurangkan titik panas terma dan memastikan prestasi optimum. Selain itu, mengesahkan prestasi reka bentuk PCB berbilang lapisan memerlukan metodologi ujian yang komprehensif, termasuk simulasi, prototaip dan ujian pematuhan, untuk memastikan pematuhan dengan piawaian dan spesifikasi industri.

Petua reka bentuk PCB berbilang lapisan

Apabila mencipta papan litar bercetak (PCB) berbilang lapisan untuk aplikasi frekuensi tinggi, beberapa cadangan berguna biasanya berguna.
Untuk mengurangkan isu dalam reka bentuk PCB berbilang lapisan, kawasan utama yang diberi penekanan biasanya berkisar pada timbunan. Apabila membuat pertimbangan tentang timbunan lapisan, adalah penting untuk mengambil kira faktor seperti kefungsian, pembuatan dan penggunaan.
Mulakan dengan mengoptimumkan dimensi papan, kerana ini akan mempengaruhi keputusan mengenai ciri-ciri lain. Apabila menentukan saiz papan yang ideal, ambil kira faktor berikut:
●Bilangan komponen yang akan diletakkan pada papan
●Saiz komponen ini
●Di mana papan akan dipasang
●Elaun rakan kongsi pembuatan untuk jarak, kelegaan dan lubang gerudi
Sebaik sahaja bilangan lapisan telah diputuskan, pemilihan vias, sama ada buta, melalui lubang, tertanam atau melalui dalam pad hendaklah dilakukan. Aspek ini menjejaskan kerumitan pembuatan, justeru kualiti PCB.
Dalam bahagian reka bentuk PCB berbilang lapisan, perisian reka bentuk PCB merupakan bahagian penting dalam proses reka bentuk. Ia membantu pereka bentuk untuk menjana struktur sambungan mekanikal dan pendawaian PCB daripada netlist, dan untuk meletakkan struktur sambungan ini pada berbilang lapisan dan untuk menjana fail reka bentuk bantuan komputer. CAD ini penting dalam pembuatan PCB. Terdapat beberapa pilihan perisian reka bentuk PCB yang boleh anda gunakan untuk mereka bentuk PCB berbilang lapisan anda. Walau bagaimanapun, sebilangan kecil digunakan dengan lebih meluas daripada yang lain, terutamanya kerana antara muka yang lebih ringkas, antara sebab lain.
DFM, yang objektifnya adalah untuk mencipta bahagian dan komponen produk yang memudahkan pembuatan, juga akan dipertimbangkan. Objektifnya adalah untuk mendapatkan produk berkualiti tinggi dengan perbelanjaan yang dikurangkan. Akibatnya, ia memerlukan penyelarasan, peningkatan dan penyempurnaan reka bentuk produk. DFM harus dijalankan tepat pada masanya sebelum memulakan perkakas. Adalah penting untuk melibatkan semua pihak berkepentingan dalam DFM. Penglibatan beberapa pihak berkepentingan, termasuk pereka bentuk, jurutera, pengeluar kontrak, pembekal bahan dan pembina acuan, adalah penting. Dengan berbuat demikian, kemungkinan masalah dengan reka bentuk dapat dikurangkan.

Kebolehkilangan

Pengilangan PCB berbilang lapisan untuk aplikasi frekuensi tinggi melibatkan beberapa langkah utama:
●Reka Bentuk dan Reka Letak: Jurutera menggunakan perisian reka bentuk PCB khusus untuk mencipta reka letak, dengan mengambil kira faktor seperti integriti isyarat, pengurusan haba dan pengurangan EMI.
●Pemilihan Bahan: Bahan berkualiti tinggi dengan pemalar dielektrik rendah dan tangen kehilangan dipilih untuk meminimumkan kehilangan isyarat dan mengekalkan prestasi frekuensi tinggi.
●Perancangan Timbunan Lapisan: Timbunan lapisan dirancang dengan teliti untuk mengoptimumkan penghalaan isyarat, pemadanan impedans dan pelesapan terma, dengan mengambil kira faktor seperti kekerapan isyarat, ketebalan papan dan ketebalan kuprum.
●Fabrikasi dan Pemasangan: Teknik fabrikasi lanjutan seperti penggerudian laser, laminasi berjujukan dan goresan impedans terkawal digunakan untuk mengeluarkan PCB berbilang lapisan dengan ketepatan dan kebolehpercayaan.
●Pengujian dan Jaminan Kualiti: Prosedur ujian yang ketat, termasuk analisis integriti isyarat, pengukuran impedans, pengimejan terma dan ujian EMI, dijalankan untuk memastikan prestasi, kebolehpercayaan dan pematuhan PCB berbilang lapisan dengan piawaian dan spesifikasi industri.

Kesimpulan

Evolusi reka bentuk PCB berbilang lapisan telah merevolusikan bidang elektronik frekuensi tinggi, membolehkan pembangunan peranti canggih dengan prestasi, kebolehpercayaan dan fungsi yang dipertingkatkan. Walaupun terdapat cabaran dalam integriti isyarat, kerumitan pembuatan dan pengurusan terma, faedah PCB berbilang lapisan jauh mengatasi cabaran, menjadikannya amat diperlukan dalam pelbagai aplikasi frekuensi tinggi, termasuk telekomunikasi, aeroangkasa, automotif dan elektronik perubatan. Dengan kemajuan berterusan dalam bahan, teknik fabrikasi dan metodologi reka bentuk, PCB berbilang lapisan bersedia untuk terus memacu inovasi dalam elektronik frekuensi tinggi untuk tahun-tahun akan datang.