Потреба за уређајима високих перформанси са проширеном функционалношћу расте у области електронике која се стално мења. Потреба за технологијом штампаних плоча (ПЦБ) довела је до значајног напретка, посебно у домену високофреквентних апликација. Коришћење вишеслојног ПЦБ дизајна постало је кључно решење како би се задовољили ригорозни захтеви ових апликација.

Појава вишеслојних ПЦБ-а

Историјски гледано, штампане плоче су се првенствено одликовале својом једнослојном или двослојном структуром, што је наметнуло ограничења на њихову погодност за високофреквентне апликације због погоршања сигнала и електромагнетних сметњи (ЕМИ). Ипак, увођење вишеслојних штампаних плоча резултирало је значајним напретком у интегритету сигнала, ублажавању електромагнетних сметњи (ЕМИ) и укупним перформансама.
Вишеслојне штампане плоче (ПЦБ) разликују се од својих једнослојних или двослојних пандана по присуству три или више проводних слојева који су одвојени изолационим материјалом, познатим као диелектрични слојеви. Међусобно повезивање ових слојева је олакшано преко виас, који су минијатурни проводни пролази који олакшавају комуникацију између различитих слојева. Компликовани дизајн вишеслојних ПЦБ-а омогућава већу концентрацију компоненти и сложених кола, чинећи их неопходним за најсавременију технологију.
Вишеслојни ПЦБ обично показују висок степен крутости због инхерентног изазова постизања више слојева унутар флексибилне ПЦБ структуре. Електричне везе између слојева се успостављају коришћењем неколико типова пролаза, укључујући слепе и укопане пролазе.
Конфигурација подразумева постављање два слоја на површину како би се успоставила веза између штампане плоче (ПЦБ) и спољашњег окружења. Генерално, густина слојева у штампаним плочама (ПЦБ) је уједначена. Ово је првенствено због подложности непарних бројева проблемима као што је искривљење.
Број слојева обично варира у зависности од специфичне примене, обично се налази у распону од четири до дванаест слојева.
Типично, већина апликација захтева најмање четири и највише осам слојева. Насупрот томе, апликације као што су паметни телефони углавном користе укупно дванаест слојева.

Главне апликације

Вишеслојни ПЦБ се користе у широком спектру електронских апликација, укључујући:
●Потрошачка електроника, где вишеслојне штампане плоче играју основну улогу обезбеђујући неопходну снагу и сигнале за широк спектар производа као што су паметни телефони, таблети, конзоле за игре и уређаји који се могу носити. Елегантна и преносива електроника од које свакодневно зависимо приписује се њиховом компактном дизајну и високој густини компоненти
●У области телекомуникација, употреба вишеслојних ПЦБ-а олакшава несметан пренос гласа, података и видео сигнала кроз мреже, чиме се гарантује поуздана и ефикасна комуникација
●Индустријски контролни системи у великој мери зависе од вишеслојних штампаних плоча (ПЦБ) због њиховог капацитета да ефикасно управљају сложеним контролним системима, механизмима за праћење и процедурама аутоматизације. Контролне плоче машина, роботика и индустријска аутоматизација ослањају се на њих као на свој основни систем подршке
●Вишеслојни ПЦБ-и су такође релевантни за медицинске уређаје, јер су кључни за обезбеђивање прецизности, поузданости и компактности. Дијагностичка опрема, системи за праћење пацијената и медицински уређаји који спашавају живот имају значајан утицај на њихову важну улогу.

Предности и предности

Вишеслојни ПЦБ-и пружају неколико предности и предности у високофреквентним апликацијама, укључујући:
●Побољшани интегритет сигнала: Вишеслојни ПЦБ-и олакшавају контролисано рутирање импедансе, минимизирајући изобличење сигнала и обезбеђујући поуздан пренос високофреквентних сигнала. Мање сметње сигнала вишеслојних штампаних плоча резултирају побољшаним перформансама, брзином и поузданошћу
●Смањени ЕМИ: Коришћењем наменских уземљења и равни за напајање, вишеслојни ПЦБ ефективно потискују ЕМИ, чиме се повећава поузданост система и минимизирају сметње са суседним колима
●Компактан дизајн: Са могућношћу смештаја више компоненти и сложених шема рутирања, вишеслојни ПЦБ омогућавају компактан дизајн, кључан за апликације са ограниченим простором као што су мобилни уређаји и ваздушни системи.
●Побољшано управљање топлотом: Вишеслојни ПЦБ-и нуде ефикасно одвођење топлоте кроз интеграцију термалних отвора и стратешки постављених бакарних слојева, повећавајући поузданост и животни век компоненти велике снаге.
●Флексибилност дизајна: Свестраност вишеслојних ПЦБ-а омогућава већу флексибилност дизајна, омогућавајући инжењерима да оптимизују параметре перформанси као што су усклађивање импедансе, кашњење ширења сигнала и дистрибуција енергије.

Недостаци

Један од главних недостатака повезаних са вишеслојним штампаним плочама је њихова виша цена у поређењу са једнослојним и двослојним ПЦБ-има у свим фазама производног процеса. Већи трошак је углавном повезан са специјализованом опремом која је потребна за њихову производњу.
Производња је такође сложенија, јер производња вишеслојних ПЦБ-а захтева знатно дужи период пројектовања и педантне методе производње у поређењу са другим типовима ПЦБ-а. Сложеност производње: Производња вишеслојних ПЦБ-а захтева софистициране производне процесе, укључујући прецизно поравнање слојева, контролисано усмеравање импедансе и строге мере контроле квалитета, што доводи до повећаних трошкова производње и дужих рокова испоруке.
Вишеслојне штампане плоче захтевају темељно пред-дизајнирање и стога су потребни стручни инжењери за њихов развој. За производњу сваке плоче потребно је значајно време, што доводи до повећаних трошкова рада. Штавише, то може резултирати продуженим временским интервалима између слања поруџбине и пријема производа, што може бити изазов у ​​неким ситуацијама.
Ипак, ови проблеми не поткопавају ефикасност вишеслојних штампаних плоча (ПЦБ). Иако су вишеслојне ПЦБ често скупље од једнослојних ПЦБ-а, оне нуде бројне предности у поређењу са овим посебним обликом штампаних плоча.
Како електронски уређаји настављају да се смањују у величини и повећавају густину снаге, ефикасно управљање топлотом постаје критично у вишеслојним ПЦБ-има, што захтева иновативна решења за ублажавање топлотних жаришта и обезбеђивање оптималних перформанси. Поред тога, валидација перформанси вишеслојних ПЦБ дизајна захтева свеобухватне методологије тестирања, укључујући симулацију, израду прототипа и тестирање усклађености, како би се осигурала усклађеност са индустријским стандардима и спецификацијама.

Савети за дизајн вишеслојних ПЦБ-а

Када креирате вишеслојну штампану плочу (ПЦБ) за високофреквентне апликације, обично је корисно неколико корисних предлога.
Да би се ублажили проблеми у дизајну вишеслојних ПЦБ-а, примарно подручје нагласка се обично врти око слагања. Приликом доношења одлука о наслагању слојева, важно је узети у обзир факторе као што су функционалност, производња и примена.
Почните са оптимизацијом димензија плоче, јер ће то утицати на одлуке у вези са другим карактеристикама. Приликом одређивања идеалне величине плоче, узмите у обзир следеће факторе:
●Број компоненти које треба да буду смештене на плочи
●Величина ових компоненти
●Где ће плоча бити инсталирана
●Додатке партнера за производњу за размак, зазоре и рупе за бушење
Када је број слојева одређен, извршиће се избор отвора, без обзира да ли су слепи, кроз рупу, укопани или преко у подлози. Овај аспект утиче на сложеност производње, а самим тим и на квалитет ПЦБ-а.
У секцији вишеслојног дизајна ПЦБ-а, софтвер за пројектовање ПЦБ-а је суштински део процеса пројектовања. Помаже дизајнерима да генеришу структуру механичке и жичне везе ПЦБ-а из нетлист-а, и да ову структуру везе поставе на вишеслојне и да генеришу фајлове за пројектовање помоћу рачунара. Овај ЦАД је неопходан у производњи ПЦБ-а. Постоји неколико софтверских опција за дизајн ПЦБ-а које можете користити да дизајнирате своју вишеслојну ПЦБ. Међутим, неколико њих се користи шире од других, посебно због њиховог једноставнијег интерфејса, између осталих разлога.
ДФМ, чији је циљ стварање делова и компоненти производа који олакшавају производњу, такође ће се узети у обзир. Циљ је да се добију производи високог квалитета уз смањене трошкове. Сходно томе, то подразумева рационализацију, побољшање и усавршавање дизајна производа. ДФМ треба да се спроведе благовремено пре почетка обраде алата. Императив је укључити све заинтересоване стране у ДФМ. Укључивање неколико заинтересованих страна, укључујући дизајнере, инжењере, уговорне произвођаче, добављаче материјала и градитеље калупа, је кључно. На тај начин се могу ублажити могући проблеми са дизајном.

Производност

Производња вишеслојних ПЦБ-а за апликације високе фреквенције укључује неколико кључних корака:
●Дизајн и распоред: Инжењери користе специјализовани софтвер за дизајн ПЦБ-а за креирање распореда, узимајући у обзир факторе као што су интегритет сигнала, управљање топлотом и ублажавање ЕМИ.
●Одабир материјала: висококвалитетни материјали са ниском диелектричном константом и тангентом губитка су одабрани да би се смањио губитак сигнала и одржао високофреквентни учинак.
●Планирање слојева: Слагање слојева је пажљиво планирано да оптимизује рутирање сигнала, усклађивање импедансе и топлотну дисипацију, узимајући у обзир факторе као што су фреквенција сигнала, дебљина плоче и дебљина бакра.
●Израда и монтажа: Напредне технике израде као што су ласерско бушење, секвенцијално ламинирање и контролисано нагризање импедансе користе се за производњу вишеслојних ПЦБ-а са прецизношћу и поузданошћу.
●Тестирање и осигурање квалитета: Спроводе се ригорозне процедуре тестирања, укључујући анализу интегритета сигнала, мерења импедансе, термичке слике и ЕМИ тестирање како би се осигурале перформансе, поузданост и усклађеност вишеслојних ПЦБ-а са индустријским стандардима и спецификацијама.

Закључак

Еволуција вишеслојног дизајна ПЦБ-а је револуционирала област високофреквентне електронике, омогућавајући развој софистицираних уређаја са побољшаним перформансама, поузданошћу и функционалношћу. Упркос изазовима у погледу интегритета сигнала, сложености производње и управљања топлотом, предности вишеслојних ПЦБ-а далеко надмашују изазове, што их чини незаменљивим у широком спектру високофреквентних апликација, укључујући телекомуникације, ваздухопловство, аутомобилску и медицинску електронику. Са сталним напретком у материјалима, техникама производње и методологијама дизајна, вишеслојни ПЦБ-и су спремни да наставе са иновацијама у високофреквентној електроници у годинама које долазе.