Необходимость в высокопроизводительных устройствах с расширенной функциональностью увеличивается в постоянно меняющейся области электроники. Технология потребности в печатной плате (PCB) привела к заметному прогрессу, особенно в области высокочастотных приложений. Использование многослойного дизайна печатных плат стало важным решением для удовлетворения строгих требований этих приложений.

Появление многослойных печатных плат

Исторически отпечатанные платы печати были в основном характеризованы их единственной или двухслойной структурой, которая налагала ограничения на их пригодность для высокочастотных применений из-за ухудшения сигнала и электромагнитных помех (EMI). Тем не менее, внедрение многослойных печатных плат с печатными кругами привело к заметным достижениям в целостности сигнала, смягчении электромагнитных интерференций (EMI) и общей производительности.
Многослойные печатные платы (PCB) отличаются от их однопроизводительных или двухслойных аналогов из-за наличия трех или более проводящих слоев, которые разделены изоляционным материалом, обычно известным как диэлектрические слои. Взаимосвязь этих слоев облегчена VIAS, которые представляют собой крошечные проводящие проходы, которые облегчают связь между различными слоями. Сложная конструкция многослойных ПХБ обеспечивает большую концентрацию компонентов и сложные схемы, что делает их необходимыми для современной технологии.
Многослойные ПХБ, как правило, демонстрируют высокую степень жесткости из -за неотложной задачи достижения нескольких слоев в рамках гибкой структуры ПХБ. Электрические соединения между слоями устанавливаются путем использования нескольких типов VIA, включая слепые и похороненные VIAS.
Конфигурация влечет за собой размещение двух слоев на поверхности, чтобы установить соединение между печатной платой (PCB) и внешней средой. В целом, плотность слоев в печатных платах (ПХБ) равномерна. В первую очередь это связано с восприимчивостью нечетных чисел к таким вопросам, как деформация.
Количество слоев обычно варьируется в зависимости от конкретного применения, обычно падающего в диапазоне от четырех до двенадцати слоев.
Как правило, большинство приложений требуют минимум четырех и максимум восьми слоев. Напротив, такие приложения, как смартфоны, в основном используют в общей сложности двенадцать слоев.

Основные приложения

Многослойные печатные платы используются в широком спектре электронных применений, включая:
● Потребительская электроника, где многослойные ПХБ играют фундаментальную роль, обеспечивая необходимую мощность и сигналы для широкого спектра продуктов, таких как смартфоны, планшеты, игровые приставки и носимые устройства. Гладкая и портативная электроника, от которой мы зависим ежедневно, связаны с их компактной конструкцией и высокой плотностью компонентов
● В области телекоммуникаций использование многослойных ПХБ облегчает передачу голоса, данных и видеосигналов по сети, тем самым гарантируя надежное и эффективное общение
● Системы промышленного управления в значительной степени зависят от многослойных печатных плат (ПХБ) из-за их способности эффективно управлять сложными системами управления, механизмов мониторинга и процедур автоматизации. Панели управления машинами, робототехника и промышленная автоматизация полагаются на их систему фундаментальной поддержки
● Многослойные печатные платы также имеют отношение к медицинским устройствам, поскольку они имеют решающее значение для обеспечения точности, надежности и компактности. Диагностическое оборудование, системы мониторинга пациентов и спасительные медицинские приборы значительно влияют на их важную роль.

Преимущества и преимущества

Многослойные печатные платы предоставляют несколько преимуществ и преимуществ в высокочастотных приложениях, включая:
● Усовершенствованная целостность сигнала: многослойные ПХБ облегчают контролируемую маршрутизацию импеданса, минимизацию искажения сигнала и обеспечение надежной передачи высокочастотных сигналов. Более низкие сигнальные помехи многослойных печатных плат приводит к улучшению производительности, скорости и надежности
● Снижение EMI: Используя выделенные наземные и энергетические плоскости, многослойные ПХБ эффективно подавляют EMI, тем самым повышая надежность системы и минимизируя помехи с соседними схемами.
● Компактный дизайн: с возможностью размещения большего количества компонентов и сложных схем маршрутизации многослойные ПХБ позволяют обеспечить компактные конструкции, что имеет решающее значение для приложений, ограниченных пространством, таких как мобильные устройства и аэрокосмические системы.
● Улучшенное тепловое управление: многослойные ПХБ обеспечивают эффективное рассеяние тепла за счет интеграции тепловых VIAS и стратегически расположенных медных слоев, повышая надежность и срок службы мощных компонентов.
● Гибкость проектирования: универсальность многослойных ПХБ обеспечивает большую гибкость проектирования, что позволяет инженерам оптимизировать параметры производительности, такие как сопоставление импеданса, задержка распространения сигнала и распределение мощности.

Недостатки

Одним из основных недостатков, связанных с многослойными печатными пласками, является их более высокая стоимость по сравнению с отдельными и двухслойными ПХБ на всех этапах производственного процесса. Более высокая стоимость в основном связана со специализированным оборудованием, необходимым для их производства.
Производство также является более сложным, поскольку производство многослойных ПХБ требует значительно более длительного периода проектирования и тщательных методов производства по сравнению с другими типами ПХБ. Сложность производства: изготовление многослойных ПХБ требует сложных производственных процессов, включая точное выравнивание уровня, контролируемое маршрутизацию импеданса и строгие меры контроля качества, что приводит к увеличению затрат на производство и более длительному сроку заказа.
Многослойные ПХБ требуют тщательного предварительного дизайна, и, следовательно, для ее разработки необходимы опытные инженеры. Производство каждого совета требует значительного количества времени, что приводит к увеличению расходов на рабочую силу. Более того, это может привести к расширенным интервалам времени между размещением заказа и получением продукта, что может быть проблемой в некоторых ситуациях.
Тем не менее, эти проблемы не подрывают эффективность многослойных печатных плат (ПХБ). Хотя многослойные печатные платы часто дороже, чем однослойные печатные платы, они предлагают многочисленные преимущества по сравнению с этой конкретной формой печатной платы.
Поскольку электронные устройства продолжают сокращаться в размерах и увеличить плотность мощности, эффективное тепловое управление становится критическим в многослойных ПХБ, что требует инновационных решений для смягчения тепловых горячих точек и обеспечения оптимальной производительности. Кроме того, проверка производительности многослойных проектов ПХБ требует комплексных методологий тестирования, включая моделирование, прототипирование и тестирование на соответствие требованиям, для обеспечения соответствия отраслевым стандартам и спецификациям.

Советы по проектированию многослойных печатных плат

При создании многослойной печатной платы (PCB) для высокочастотных приложений обычно полезны несколько полезных предложений.
Чтобы смягчить проблемы в проектировании многослойных печатных плат, основная область акцента обычно вращается вокруг стека. При вынесении суждений о стеке слоев важно учитывать такие факторы, как функциональность, производство и развертывание.
Начните с оптимизации размеров Совета, так как это повлияет на решения, касающиеся других характеристик. При определении идеального размера платы, учитывайте следующие факторы:
● Количество компонентов, которые будут размещены на доске
● Размер этих компонентов
● Где будет установлена ​​плата
● Пособия партнера по производству на расстояние, зазоры и отверстия для тренировки
Как только количество слоев было решено, должен выполняться выбор VIAS, будь то слепые, отверстие, похороненное или через PAD. Этот аспект влияет на сложность производства, следовательно, качество печатной платы.
В разделе проектирования Multilayer PCB программное обеспечение для проектирования PCB является неотъемлемой частью процесса проектирования. Это помогает дизайнерам генерировать структуру механического и проводного соединения печатной платы из сети, а также разместить эту структуру подключения на многослойные и генерировать компьютерные файлы проектирования. Этот САПР имеет важное значение для производства печатной платы. Есть несколько вариантов программного обеспечения для разработки печатных плат, которые вы можете использовать для разработки вашей многослойной печатной платы. Тем не менее, некоторые из них используются более широко, чем другие, особенно из -за их более простого интерфейса, среди других причин.
DFM, цель которой также состоит в том, чтобы создать детали продукта и компоненты, которые облегчают производство, также должна быть рассмотрена. Цель состоит в том, чтобы достичь высококачественных продуктов при сниженных затратах. Следовательно, это влечет за собой оптимизацию, улучшение и совершенствование дизайна продукта. DFM должен проводиться своевременно перед началом инструментов. Крайне важно привлечь всех заинтересованных сторон в DFM. Участие нескольких заинтересованных сторон, включая дизайнеров, инженеров, производителей контрактов, поставщиков материалов и строителей плесени, имеет решающее значение. Таким образом, возможные проблемы с дизайном могут быть смягчены.

Производительность

Производство многослойных ПХБ для высокочастотных приложений включает в себя несколько ключевых шагов:
● Дизайн и макет: инженеры используют специализированное программное обеспечение для проектирования печатных плат для создания макета, учитывая такие факторы, как целостность сигнала, тепловое управление и смягчение EMI.
● Выбор материала: высококачественные материалы с низкой диэлектрической постоянной и потерей Tangents выбираются для минимизации потери сигнала и поддержания высокочастотной производительности.
● Планирование стека слоев: стекчан слоя тщательно спланирован для оптимизации маршрутизации сигнала, сопоставления импеданса и термического рассеяния, учитывая такие факторы, как частота сигнала, толщина платы и толщина меди.
● Изготовление и сборка: передовые методы изготовления, такие как лазерное бурение, последовательное ламинирование и контролируемое импедансное травление, используются для производства многослойных ПХБ с точностью и надежностью.
● Тестирование и обеспечение качества. Проводятся строгие процедуры тестирования, включая анализ целостности сигнала, измерения импеданса, теплоизображение и тестирование EMI, чтобы обеспечить эффективность, надежность и соблюдение многослойных ПХБ со стандартами и спецификациями отраслевых стандартов и спецификаций.

Заключение

Эволюция многослойного дизайна ПХБ произвела революцию в области высокочастотной электроники, что позволило разработать сложные устройства с повышенной производительностью, надежностью и функциональностью. Несмотря на проблемы в целостности сигнала, сложности производства и теплового управления, преимущества многослойных ПХБ намного перевешивают проблемы, что делает их незаменимыми в широком спектре высокочастотных приложений, включая телекоммуникации, аэрокосмическую, автомобильную и медицинскую электронику. Благодаря постоянным достижениям в области материалов, методов изготовления и методологий проектирования, многослойные ПХБ готовы продолжать водить инновации в высокочастотной электронике на долгие годы.