Obecnie coraz bardziej kompaktowy trend produktów elektronicznych wymaga trójwymiarowego projektowania wielowarstwowych płytek drukowanych. Jednakże układanie warstw stwarza nowe problemy związane z tą perspektywą projektowania. Jednym z problemów jest uzyskanie wysokiej jakości warstwowej wersji projektu.

W miarę wytwarzania coraz bardziej złożonych obwodów drukowanych składających się z wielu warstw, układanie płytek drukowanych w stosy nabiera szczególnego znaczenia.

Dobry projekt stosu PCB jest niezbędny, aby zmniejszyć promieniowanie pętli PCB i powiązanych obwodów. Wręcz przeciwnie, zła akumulacja może znacznie zwiększyć promieniowanie, co jest szkodliwe z punktu widzenia bezpieczeństwa.
Co to jest układanie PCB?
Przed ukończeniem ostatecznego projektu układu, na płytce drukowanej układa się warstwę izolatora i miedzi. Opracowanie efektywnego układania stosów jest złożonym procesem. PCB łączy zasilanie i sygnały pomiędzy urządzeniami fizycznymi, a prawidłowe ułożenie warstw materiałów na płytce drukowanej bezpośrednio wpływa na jej funkcję.

Dlaczego musimy laminować PCB?
Rozwój układów PCB jest niezbędny do projektowania wydajnych płytek drukowanych. Układanie płytek PCB ma wiele zalet, ponieważ wielowarstwowa struktura może poprawić dystrybucję energii, zapobiegać zakłóceniom elektromagnetycznym, ograniczać zakłócenia krzyżowe i wspierać szybką transmisję sygnału.

Chociaż głównym celem układania w stosy jest umieszczenie wielu obwodów elektronicznych na jednej płytce w wielu warstwach, ułożona w stos struktura PCB zapewnia również inne ważne zalety. Środki te obejmują minimalizację podatności płytek drukowanych na szum zewnętrzny oraz redukcję problemów z przesłuchami i impedancją w systemach o dużej szybkości.

Dobry układ PCB może również pomóc w zapewnieniu niższych końcowych kosztów produkcji. Maksymalizując wydajność i poprawiając kompatybilność elektromagnetyczną całego projektu, układanie płytek PCB może skutecznie zaoszczędzić czas i pieniądze.

Środki ostrożności i zasady projektowania laminatów PCB
● Liczba warstw
Proste układanie w stosy może obejmować czterowarstwowe płytki PCB, podczas gdy bardziej złożone płytki wymagają profesjonalnego laminowania sekwencyjnego. Chociaż jest to bardziej złożone, większa liczba warstw pozwala projektantom mieć więcej miejsca na układ bez zwiększania ryzyka napotkania niemożliwych rozwiązań.

Ogólnie rzecz biorąc, aby uzyskać najlepszy układ warstw i odstępy w celu maksymalizacji funkcjonalności, wymaganych jest osiem lub więcej warstw. Stosowanie płaszczyzn wysokiej jakości i płaszczyzn mocy na płytach wielowarstwowych może również zmniejszyć promieniowanie.

● Układ warstw
Układ warstwy miedzi i warstwy izolacyjnej tworzącej obwód stanowi operację nakładania się płytki drukowanej. Aby zapobiec wypaczeniu PCB, należy podczas układania warstw zapewnić symetryczny i zrównoważony przekrój płytki. Przykładowo w płycie ośmiowarstwowej grubość drugiej i siódmej warstwy powinna być podobna, aby uzyskać najlepszy balans.

Warstwa sygnału powinna zawsze przylegać do płaszczyzny, natomiast płaszczyzna mocy i płaszczyzna jakości są ze sobą ściśle powiązane. Najlepiej jest używać wielu płaszczyzn uziemienia, ponieważ generalnie zmniejszają one promieniowanie i niższą impedancję uziemienia.

● Typ materiału warstwy
Właściwości termiczne, mechaniczne i elektryczne każdego podłoża oraz sposób ich interakcji mają kluczowe znaczenie przy wyborze materiałów laminowanych PCB.

Płytka drukowana składa się zwykle z mocnego rdzenia z włókna szklanego, który zapewnia grubość i sztywność płytki drukowanej. Niektóre elastyczne płytki PCB mogą być wykonane z elastycznych tworzyw sztucznych odpornych na wysokie temperatury.

Warstwa wierzchnia to cienka folia z folii miedzianej, przymocowana do płyty. Miedź występuje po obu stronach dwustronnej płytki PCB, a jej grubość zmienia się w zależności od liczby warstw stosu PCB.

Przykryj górną część folii miedzianej maską lutowniczą, aby ścieżki miedzi zetknęły się z innymi metalami. Materiał ten jest niezbędny, aby pomóc użytkownikom uniknąć lutowania w odpowiednim miejscu przewodów połączeniowych.

Na maskę lutowniczą nakładana jest warstwa sitodruku, która dodaje symbole, cyfry i litery, ułatwiając montaż i umożliwiając lepsze zrozumienie płytki drukowanej.

● Określ okablowanie i otwory przelotowe
Projektanci powinni kierować szybkie sygnały w warstwie środkowej pomiędzy warstwami. Dzięki temu płaszczyzna uziemienia zapewnia ekranowanie zawierające promieniowanie emitowane z toru przy dużych prędkościach.

Umieszczenie poziomu sygnału blisko poziomu płaszczyzny umożliwia przepływ prądu powrotnego w sąsiedniej płaszczyźnie, minimalizując w ten sposób indukcyjność ścieżki powrotnej. Pomiędzy sąsiednimi płaszczyznami zasilania i uziemienia nie ma wystarczającej pojemności, aby zapewnić oddzielenie poniżej 500 MHz przy użyciu standardowych technik konstrukcyjnych.

● Odstępy pomiędzy warstwami
Ze względu na zmniejszoną pojemność, krytyczne znaczenie ma ścisłe połączenie pomiędzy sygnałem a płaszczyzną powrotu prądu. Płaszczyzny zasilania i uziemienia powinny być również ściśle ze sobą połączone.

Warstwy sygnału powinny zawsze znajdować się blisko siebie, nawet jeśli znajdują się w sąsiednich płaszczyznach. Ścisłe sprzężenie i odstępy między warstwami są niezbędne dla nieprzerwanego sygnału i ogólnej funkcjonalności.

podsumowując
Istnieje wiele różnych projektów wielowarstwowych płytek PCB w technologii układania płytek PCB. Jeśli w grę wchodzi wiele warstw, należy połączyć podejście trójwymiarowe, które uwzględnia strukturę wewnętrzną i układ powierzchni. Przy dużych prędkościach roboczych nowoczesnych obwodów należy starannie zaprojektować układ płytek PCB, aby poprawić możliwości dystrybucji i ograniczyć zakłócenia. Źle zaprojektowana płytka PCB może zmniejszyć transmisję sygnału, łatwość produkcji, transmisję mocy i długoterminową niezawodność.