Potreba po visokozmogljivih napravah z razširjeno funkcionalnostjo narašča na nenehno spreminjajočem se področju elektronike. Potreba po tehnologiji tiskanih vezij (PCB) je povzročila opazen napredek, zlasti na področju visokofrekvenčnih aplikacij. Uporaba večslojne zasnove PCB je postala ključna rešitev za izpolnitev strogih zahtev teh aplikacij.

Pojav večplastnih PCB-jev

V preteklosti je bila za tiskana vezja značilna predvsem njihova enoslojna ali dvoslojna struktura, ki je omejevala njihovo primernost za visokofrekvenčne aplikacije zaradi poslabšanja signala in elektromagnetnih motenj (EMI). Kljub temu je uvedba večslojnih tiskanih vezij povzročila opazen napredek v celovitosti signala, ublažitvi elektromagnetnih motenj (EMI) in splošni zmogljivosti.
Večplastna tiskana vezja (PCB) se od svojih enoslojnih ali dvoslojnih primerkov razlikujejo po prisotnosti treh ali več prevodnih plasti, ki so ločene z izolacijskim materialom, splošno znanim kot dielektrične plasti. Medsebojno povezavo teh plasti olajšajo viasi, ki so majhni prevodni prehodi, ki olajšajo komunikacijo med različnimi plastmi. Zapletena zasnova večplastnih tiskanih vezij omogoča večjo koncentracijo komponent in zapletenih vezij, zaradi česar so bistveni za najsodobnejšo tehnologijo.
Večplastni PCB-ji običajno kažejo visoko stopnjo togosti zaradi inherentnega izziva doseganja več plasti znotraj prožne strukture PCB-ja. Električne povezave med plastmi so vzpostavljene z uporabo več vrst prehodov, vključno s slepimi in zakopanimi prehodi.
Konfiguracija vključuje postavitev dveh plasti na površino za vzpostavitev povezave med tiskanim vezjem (PCB) in zunanjim okoljem. Na splošno je gostota plasti v tiskanih vezjih (PCB) enakomerna. To je predvsem posledica dovzetnosti lihih števil za težave, kot je deformacija.
Število plasti se običajno razlikuje glede na specifično uporabo in običajno spada v razpon od štiri do dvanajst plasti.
Običajno večina aplikacij zahteva najmanj štiri in največ osem plasti. Nasprotno pa aplikacije, kot so pametni telefoni, večinoma uporabljajo skupno dvanajst plasti.

Glavne aplikacije

Večslojni PCB-ji se uporabljajo v številnih elektronskih aplikacijah, vključno z:
● Zabavna elektronika, kjer imajo večplastna tiskana vezja ključno vlogo pri zagotavljanju potrebne energije in signalov za široko paleto izdelkov, kot so pametni telefoni, tablični računalniki, igralne konzole in nosljive naprave. Elegantna in prenosna elektronika, od katere smo vsak dan odvisni, se pripisuje njihovi kompaktni zasnovi in ​​visoki gostoti komponent
● Na področju telekomunikacij uporaba večslojnih tiskanih vezij olajša nemoten prenos glasovnih, podatkovnih in video signalov po omrežjih ter tako zagotavlja zanesljivo in učinkovito komunikacijo
●Industrijski krmilni sistemi so močno odvisni od večslojnih tiskanih vezij (PCB) zaradi njihove zmožnosti učinkovitega upravljanja zapletenih nadzornih sistemov, nadzornih mehanizmov in postopkov avtomatizacije. Strojne nadzorne plošče, robotika in industrijska avtomatizacija se zanašajo nanje kot na temeljni podporni sistem
●Večslojni PCB-ji so pomembni tudi za medicinske pripomočke, saj so ključni za zagotavljanje natančnosti, zanesljivosti in kompaktnosti. Na diagnostično opremo, sisteme za spremljanje pacientov in medicinske pripomočke, ki rešujejo življenja, pomembno vpliva njihova pomembna vloga.

Koristi in prednosti

Večslojni PCB-ji zagotavljajo številne koristi in prednosti pri visokofrekvenčnih aplikacijah, vključno z:
● Izboljšana celovitost signala: večplastna tiskana vezja omogočajo nadzorovano impedančno usmerjanje, zmanjšujejo popačenje signala in zagotavljajo zanesljiv prenos visokofrekvenčnih signalov. Manjša interferenca signala večslojnih tiskanih vezij ima za posledico izboljšano zmogljivost, hitrost in zanesljivost
● Zmanjšani EMI: z uporabo namenskih ozemljitvenih in napajalnih ravnin večplastna tiskana vezja učinkovito zavirajo EMI, s čimer povečajo zanesljivost sistema in zmanjšajo motnje sosednjih vezij.
● Kompaktna zasnova: večplastna tiskana vezja z zmožnostjo prilagajanja več komponent in zapletenih shem usmerjanja omogočajo kompaktne zasnove, ki so ključne za prostorsko omejene aplikacije, kot so mobilne naprave in vesoljski sistemi.
● Izboljšano toplotno upravljanje: večplastna tiskana vezja nudijo učinkovito odvajanje toplote z integracijo toplotnih odprtin in strateško nameščenih bakrenih plasti, kar povečuje zanesljivost in življenjsko dobo visokozmogljivih komponent.
● Prilagodljivost oblikovanja: Vsestranskost večplastnih tiskanih vezij omogoča večjo prilagodljivost oblikovanja, kar inženirjem omogoča optimizacijo parametrov delovanja, kot je ujemanje impedance, zakasnitev širjenja signala in porazdelitev moči.

Slabosti

Ena od glavnih pomanjkljivosti, povezanih z večslojnimi tiskanimi vezji, je njihova višja cena v primerjavi z enoslojnimi in dvoslojnimi PCB-ji v vseh fazah proizvodnega procesa. Višji stroški so povezani predvsem s specializirano opremo, potrebno za njihovo proizvodnjo.
Izdelava je tudi bolj zapletena, saj izdelava večplastnih PCB-jev zahteva bistveno daljše obdobje načrtovanja in natančne proizvodne metode v primerjavi z drugimi vrstami PCB-jev. Kompleksnost izdelave: Izdelava večslojnih PCB-jev zahteva sofisticirane proizvodne postopke, vključno z natančno poravnavo plasti, nadzorovanim usmerjanjem impedance in strogimi ukrepi za nadzor kakovosti, kar vodi do višjih proizvodnih stroškov in daljših dobavnih časov.
Večplastni PCB-ji zahtevajo temeljito predhodno načrtovanje, zato so za njihov razvoj potrebni usposobljeni inženirji. Izdelava vsake plošče zahteva precej časa, kar vodi do povečanih stroškov dela. Poleg tega lahko povzroči podaljšane časovne intervale med oddajo naročila in prejemom izdelka, kar je lahko v nekaterih situacijah izziv.
Kljub temu ti pomisleki ne spodkopavajo učinkovitosti večplastnih tiskanih vezij (PCB). Čeprav so večplastna PCB-ja pogosto dražja od enoslojnih PCB-jev, ponujajo številne prednosti v primerjavi s to posebno obliko tiskanega vezja.
Ker se elektronske naprave še vedno manjšajo in povečujejo gostota moči, postane učinkovito upravljanje toplote ključnega pomena pri večplastnih PCB-jih, kar zahteva inovativne rešitve za ublažitev toplotnih vročih točk in zagotavljanje optimalne učinkovitosti. Poleg tega preverjanje delovanja večplastnih modelov PCB zahteva obsežne metodologije testiranja, vključno s simulacijo, izdelavo prototipov in testiranjem skladnosti, da se zagotovi skladnost z industrijskimi standardi in specifikacijami.

Nasveti za oblikovanje večplastnih tiskanih vezij

Pri ustvarjanju večslojnega tiskanega vezja (PCB) za visokofrekvenčne aplikacije je običajno koristnih nekaj koristnih predlogov.
Da bi ublažili težave pri oblikovanju večplastnega tiskanega vezja, se primarno področje poudarka običajno vrti okoli kopičenja. Ko presojate o zlaganju plasti, je pomembno upoštevati dejavnike, kot so funkcionalnost, proizvodnja in namestitev.
Začnite z optimizacijo dimenzij plošče, saj bo to vplivalo na odločitve glede drugih značilnosti. Pri določanju idealne velikosti plošče upoštevajte naslednje dejavnike:
● Število komponent, ki bodo nameščene na plošči
● Velikost teh komponent
●Kje bo plošča nameščena
● Dovoljenja proizvodnega partnerja za razmike, odmike in izvrtine
Ko je določeno število slojev, se izvede izbira odprtin, ne glede na to, ali so slepe, skozi luknje, zakopane ali odprtine v blazinici. Ta vidik vpliva na kompleksnost izdelave in s tem na kakovost PCB.
V oddelku za načrtovanje večplastnih tiskanih vezij je programska oprema za načrtovanje tiskanih vezij bistveni del procesa načrtovanja. Načrtovalcem pomaga ustvariti strukturo mehanske in žične povezave tiskanega vezja iz seznama omrežij ter postaviti to povezovalno strukturo na več plasti in ustvariti računalniško podprte načrtovalske datoteke. Ta CAD je bistvenega pomena pri izdelavi PCB. Obstaja več možnosti programske opreme za načrtovanje tiskanega vezja, ki jih lahko uporabite za oblikovanje večplastnega tiskanega vezja. Vendar se nekateri uporabljajo širše kot drugi, zlasti zaradi preprostejšega vmesnika, med drugim.
Upošteva se tudi DFM, katerega cilj je ustvariti dele izdelka in komponente, ki olajšajo proizvodnjo. Cilj je doseči visokokakovostne izdelke z nižjimi stroški. Posledično vključuje racionalizacijo, izboljšavo in izpopolnitev dizajna izdelka. DFM je treba opraviti pravočasno pred začetkom orodja. V DFM je nujno vključiti vse deležnike. Sodelovanje več zainteresiranih strani, vključno z oblikovalci, inženirji, pogodbenimi proizvajalci, dobavitelji materialov in izdelovalci kalupov, je ključnega pomena. S tem je mogoče ublažiti morebitne težave z zasnovo.

Možnost izdelave

Proizvodnja večplastnih PCB-jev za visokofrekvenčne aplikacije vključuje več ključnih korakov:
● Oblikovanje in postavitev: Inženirji uporabljajo specializirano programsko opremo za načrtovanje PCB za ustvarjanje postavitve, pri čemer upoštevajo dejavnike, kot so celovitost signala, toplotno upravljanje in ublažitev elektromagnetnih motenj.
●Izbira materiala: visokokakovostni materiali z nizko dielektrično konstanto in tangensom izgube so izbrani za zmanjšanje izgube signala in ohranjanje visokofrekvenčnega delovanja.
● Načrtovanje nabora plasti: Nabor plasti je skrbno načrtovan za optimizacijo usmerjanja signala, ujemanja impedance in toplotnega odvajanja ob upoštevanju dejavnikov, kot so frekvenca signala, debelina plošče in debelina bakra.
● Izdelava in montaža: Napredne tehnike izdelave, kot so lasersko vrtanje, zaporedno laminiranje in nadzorovano impedančno jedkanje, se uporabljajo za natančno in zanesljivo izdelavo večplastnih PCB-jev.
●Testiranje in zagotavljanje kakovosti: Izvajajo se strogi preskusni postopki, vključno z analizo celovitosti signala, meritvami impedance, termalnim slikanjem in EMI testiranjem, da se zagotovi učinkovitost, zanesljivost in skladnost večplastnih tiskanih vezij z industrijskimi standardi in specifikacijami.

Zaključek

Razvoj večslojnega dizajna PCB je revolucioniral področje visokofrekvenčne elektronike in omogočil razvoj sofisticiranih naprav z izboljšano zmogljivostjo, zanesljivostjo in funkcionalnostjo. Kljub izzivom v zvezi s celovitostjo signala, kompleksnostjo izdelave in upravljanjem toplote so prednosti večslojnih PCB-jev veliko večje od izzivov, zaradi česar so nepogrešljivi v številnih visokofrekvenčnih aplikacijah, vključno s telekomunikacijami, vesoljstvom, avtomobilsko industrijo in medicinsko elektroniko. S stalnim napredkom v materialih, tehnikah izdelave in metodologijah oblikovanja so večplastni PCB-ji pripravljeni, da bodo v prihodnjih letih še naprej spodbujali inovacije v visokofrekvenčni elektroniki.