Pojawienie się wielowarstwowych płytek PCB

Historycznie rzecz biorąc, płytki obwodów drukowanych charakteryzowały się przede wszystkim jedno- lub dwuwarstwową strukturą, co narzucało ograniczenia na ich przydatność do zastosowań o wysokiej częstotliwości ze względu na pogorszenie sygnału i zakłócenia elektromagnetyczne (EMI). Niemniej jednak wprowadzenie wielowarstwowych płytek drukowanych zaowocowało znaczącym postępem w zakresie integralności sygnału, łagodzenia zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) i ogólnej wydajności.

Wielowarstwowe płytki PCB (rysunek 1) składają się z wielu warstw przewodzących oddzielonych podłożami izolacyjnymi. Taka konstrukcja umożliwia przesyłanie sygnałów i płaszczyzn mocy w wyrafinowany sposób.

Wielowarstwowe płytki drukowane (PCB) różnią się od swoich jedno- lub dwuwarstwowych odpowiedników obecnością trzech lub więcej warstw przewodzących oddzielonych materiałem izolacyjnym, powszechnie znanym jako warstwy dielektryczne. Wzajemne połączenie tych warstw ułatwiają przelotki, czyli maleńkie przewodzące przejścia ułatwiające komunikację pomiędzy odrębnymi warstwami. Skomplikowana konstrukcja wielowarstwowych płytek PCB umożliwia większą koncentrację komponentów i skomplikowanych obwodów, co czyni je niezbędnymi dla najnowocześniejszej technologii.

Wielowarstwowe płytki PCB zazwyczaj charakteryzują się wysokim stopniem sztywności ze względu na nieodłączne wyzwanie, jakim jest uzyskanie wielu warstw w elastycznej strukturze PCB. Połączenia elektryczne pomiędzy warstwami realizowane są poprzez zastosowanie kilku rodzajów przelotek (rysunek 2), w tym przelotek ślepych i zakopanych.

Konfiguracja obejmuje umieszczenie dwóch warstw na powierzchni w celu ustanowienia połączenia pomiędzy płytką drukowaną (PCB) a środowiskiem zewnętrznym. Ogólnie rzecz biorąc, gęstość warstw płytek drukowanych (PCB) jest równa. Wynika to przede wszystkim z podatności liczb nieparzystych na takie problemy, jak wypaczenie.

Liczba warstw zazwyczaj różni się w zależności od konkretnego zastosowania i zwykle mieści się w zakresie od czterech do dwunastu warstw.
Zazwyczaj większość zastosowań wymaga minimum czterech i maksymalnie ośmiu warstw. Z kolei aplikacje takie jak smartfony wykorzystują przeważnie łącznie dwanaście warstw.

Główne zastosowania

Wielowarstwowe płytki PCB są wykorzystywane w szerokiej gamie zastosowań elektronicznych (rysunek 3), w tym:

●Elektronika użytkowa, w której wielowarstwowe płytki PCB odgrywają zasadniczą rolę w dostarczaniu niezbędnego zasilania i sygnałów dla szerokiej gamy produktów, takich jak smartfony, tablety, konsole do gier i urządzenia do noszenia. Elegancką i przenośną elektronikę, na której codziennie polegamy, przypisuje się jej kompaktową konstrukcję i dużą gęstość podzespołów

●W telekomunikacji zastosowanie wielowarstwowych płytek drukowanych ułatwia płynną transmisję głosu, danych i sygnałów wideo w sieciach, gwarantując w ten sposób niezawodną i efektywną komunikację

●Przemysłowe systemy sterowania w dużym stopniu zależą od wielowarstwowych płytek drukowanych (PCB) ze względu na ich zdolność do skutecznego zarządzania skomplikowanymi systemami sterowania, mechanizmami monitorowania i procedurami automatyzacji. Panele sterowania maszyn, robotyka i automatyka przemysłowa wykorzystują je jako podstawowy system wsparcia

●Wielowarstwowe płytki PCB mają również zastosowanie w urządzeniach medycznych, ponieważ mają kluczowe znaczenie dla zapewnienia precyzji, niezawodności i zwartości. Istotna rola, jaką pełnią urządzenia diagnostyczne, systemy monitorowania pacjenta i wyroby medyczne ratujące życie, ma istotny wpływ.

Korzyści i zalety

Wielowarstwowe płytki PCB zapewniają szereg korzyści i zalet w zastosowaniach wymagających wysokiej częstotliwości, w tym:

●Większa integralność sygnału: Wielowarstwowe płytki PCB ułatwiają kontrolowane trasowanie impedancji, minimalizując zniekształcenia sygnału i zapewniając niezawodną transmisję sygnałów o wysokiej częstotliwości. Niższe zakłócenia sygnału wielowarstwowych płytek drukowanych skutkują lepszą wydajnością, szybkością i niezawodnością

●Zmniejszone zakłócenia elektromagnetyczne: Dzięki wykorzystaniu dedykowanych płaszczyzn uziemienia i zasilania wielowarstwowe płytki PCB skutecznie tłumią zakłócenia elektromagnetyczne, zwiększając w ten sposób niezawodność systemu i minimalizując zakłócenia z sąsiednimi obwodami

●Kompaktowa konstrukcja: Dzięki możliwości pomieszczenia większej liczby komponentów i złożonym schematom trasowania, wielowarstwowe płytki PCB umożliwiają tworzenie kompaktowych projektów, kluczowych w zastosowaniach o ograniczonej przestrzeni, takich jak urządzenia mobilne i systemy lotnicze.

●Ulepszone zarządzanie ciepłem: Wielowarstwowe płytki PCB zapewniają efektywne odprowadzanie ciepła poprzez integrację przelotek termicznych i strategicznie rozmieszczonych warstw miedzi, zwiększając niezawodność i żywotność komponentów o dużej mocy.

● Elastyczność projektowania: wszechstronność wielowarstwowych płytek PCB pozwala na większą elastyczność projektowania, umożliwiając inżynierom optymalizację parametrów wydajności, takich jak dopasowanie impedancji, opóźnienie propagacji sygnału i dystrybucja mocy.