Потреба у високопродуктивних пристроях із розширеною функціональністю зростає в галузі електроніки, що постійно змінюється. Потреба в технології друкованих плат (PCB) призвела до помітного прогресу, особливо в області високочастотних додатків. Використання багатошарової конструкції друкованої плати стало вирішальним рішенням для задоволення суворих вимог цих програм.

Поява багатошарових друкованих плат

Історично склалося так, що друковані плати в першу чергу характеризувалися одно- або двошаровою структурою, що накладало обмеження на їх придатність для високочастотних застосувань через погіршення сигналу та електромагнітні перешкоди (EMI). Тим не менш, впровадження багатошарових друкованих плат призвело до помітних успіхів у цілісності сигналу, пом’якшенні електромагнітних перешкод (EMI) і загальній продуктивності.
Багатошарові друковані плати (PCB) відрізняються від своїх одно- або двошарових аналогів наявністю трьох або більше провідних шарів, які розділені ізоляційним матеріалом, широко відомим як діелектричні шари. Взаємозв’язку цих шарів сприяють отвори, які є невеликими провідними проходами, що полегшують зв’язок між окремими шарами. Складна конструкція багатошарових друкованих плат забезпечує більшу концентрацію компонентів і складних схем, що робить їх необхідними для найсучасніших технологій.
Багатошарові друковані плати, як правило, демонструють високий ступінь жорсткості через властиву проблему досягнення кількох шарів у гнучкій структурі друкованої плати. Електричні з’єднання між шарами встановлюються за допомогою використання кількох типів отворів, у тому числі глухих і захованих.
Конфігурація передбачає розміщення двох шарів на поверхні для встановлення зв’язку між друкованою платою (PCB) і зовнішнім середовищем. Загалом, щільність шарів у друкованих платах (PCB) рівномірна. Насамперед це пов’язано з чутливістю непарних чисел до таких проблем, як деформація.
Кількість шарів зазвичай варіюється в залежності від конкретного застосування, зазвичай потрапляючи в діапазон від чотирьох до дванадцяти шарів.
Як правило, більшість додатків вимагають мінімум чотирьох і максимум восьми рівнів. Навпаки, такі програми, як смартфони, переважно використовують загалом дванадцять рівнів.

Основні програми

Багатошарові друковані плати використовуються в широкому діапазоні електронних застосувань, зокрема:
●Побутова електроніка, де багатошарові друковані плати відіграють фундаментальну роль, забезпечуючи необхідне живлення та сигнали для широкого спектру продуктів, таких як смартфони, планшети, ігрові консолі та носимі пристрої. Елегантна портативна електроніка, від якої ми залежимо щодня, пояснюється її компактним дизайном і високою щільністю компонентів
●У галузі телекомунікацій використання багатошарових друкованих плат сприяє плавній передачі голосу, даних і відеосигналів у мережах, тим самим гарантуючи надійний і ефективний зв’язок
●Промислові системи управління значною мірою залежать від багатошарових друкованих плат (PCB) через їх здатність ефективно керувати складними системами керування, механізмами моніторингу та процедурами автоматизації. Панелі керування машинами, робототехніка та промислова автоматизація покладаються на них як на основну систему підтримки
●Багатошарові друковані плати також актуальні для медичних пристроїв, оскільки вони мають вирішальне значення для забезпечення точності, надійності та компактності. Діагностичне обладнання, системи моніторингу пацієнтів і медичні пристрої для порятунку життя значною мірою залежать від їхньої важливої ​​ролі.

Вигоди та переваги

Багатошарові друковані плати забезпечують ряд переваг у високочастотних додатках, зокрема:
●Покращена цілісність сигналу: багатошарові друковані плати полегшують керовану маршрутизацію імпедансу, мінімізуючи спотворення сигналу та забезпечуючи надійну передачу високочастотних сигналів. Низькі перешкоди сигналу багатошарових друкованих плат призводять до покращення продуктивності, швидкості та надійності
● Зниження електромагнітних перешкод: завдяки використанню спеціальної площини заземлення та живлення багатошарові друковані плати ефективно пригнічують електромагнітні перешкоди, тим самим підвищуючи надійність системи та мінімізуючи перешкоди з сусідніми ланцюгами.
● Компактний дизайн: Завдяки можливості розміщення більшої кількості компонентів і складних схем маршрутизації, багатошарові друковані плати забезпечують компактні конструкції, що має вирішальне значення для програм з обмеженим простором, таких як мобільні пристрої та аерокосмічні системи.
●Покращене управління температурою: багатошарові друковані плати забезпечують ефективне розсіювання тепла завдяки інтеграції теплових отворів і стратегічно розміщених мідних шарів, що підвищує надійність і термін служби компонентів високої потужності.
●Гнучкість конструкції: універсальність багатошарових друкованих плат забезпечує більшу гнучкість конструкції, дозволяючи інженерам оптимізувати такі параметри продуктивності, як узгодження імпедансу, затримка поширення сигналу та розподіл потужності.

Недоліки

Одним із головних недоліків, пов’язаних із багатошаровими друкованими платами, є їхня вища вартість порівняно з одношаровими та двошаровими друкованими платами на всіх етапах виробничого процесу. Вища вартість в основному пов'язана зі спеціальним обладнанням, необхідним для їх виробництва.
Виробництво також є більш складним, оскільки виробництво багатошарових друкованих плат потребує значно довшого періоду проектування та ретельних методів виробництва порівняно з іншими типами друкованих плат. Складність виробництва. Виготовлення багатошарових друкованих плат вимагає складних виробничих процесів, включаючи точне вирівнювання шарів, маршрутизацію контрольованого імпедансу та суворі заходи контролю якості, що призводить до збільшення витрат на виробництво та подовження часу виконання.
Багатошарові друковані плати вимагають ретельного попереднього проектування, тому для їх розробки потрібні досвідчені інженери. Виготовлення кожної дошки потребує значних витрат часу, що призводить до збільшення трудовитрат. Крім того, це може призвести до подовження інтервалів часу між розміщенням замовлення та отриманням продукту, що може бути проблемою в деяких ситуаціях.
Тим не менш, ці проблеми не підривають ефективність багатошарових друкованих плат (PCB). Хоча багатошарові друковані плати часто дорожчі, ніж одношарові, вони пропонують численні переваги порівняно з цією формою друкованої плати.
Оскільки електронні пристрої продовжують зменшуватися в розмірах і збільшуватися в щільності потужності, ефективне управління температурою стає критичним для багатошарових друкованих плат, що вимагає інноваційних рішень для пом’якшення теплових точок і забезпечення оптимальної продуктивності. Крім того, перевірка продуктивності багатошарових конструкцій друкованих плат вимагає комплексних методологій тестування, включаючи моделювання, створення прототипів і тестування на відповідність, щоб забезпечити відповідність галузевим стандартам і специфікаціям.

Поради щодо проектування багатошарової друкованої плати

При створенні багатошарової друкованої плати (PCB) для високочастотних додатків зазвичай корисні кілька корисних пропозицій.
Щоб пом’якшити проблеми, пов’язані з багатошаровим проектуванням друкованої плати, основний акцент зазвичай зосереджується на стеку. Приймаючи рішення щодо стекання шарів, важливо брати до уваги такі фактори, як функціональність, виробництво та розгортання.
Почніть з оптимізації розмірів дошки, оскільки це вплине на рішення щодо інших характеристик. Визначаючи ідеальний розмір дошки, враховуйте наступні фактори:
●Кількість компонентів, які будуть розміщені на платі
●Розмір цих компонентів
●Де буде встановлена ​​дошка
● Допуски партнера-виробника на відстань, зазори та отвори для свердління
Після того, як кількість шарів буде визначено, слід виконати вибір отворів, незалежно від того, чи є вони глухими, наскрізними, заглибленими чи переходами в майданчику. Цей аспект впливає на складність виготовлення, а отже, на якість друкованої плати.
У розділі проектування багатошарових друкованих плат програмне забезпечення для проектування друкованих плат є важливою частиною процесу проектування. Це допомагає розробникам генерувати структуру механічного та провідного з’єднання друкованої плати зі списку з’єднань, розміщувати цю структуру з’єднання на багатошарових і створювати файли автоматизованого проектування. Ця САПР необхідна у виробництві друкованої плати. Існує кілька варіантів програмного забезпечення для проектування друкованої плати, які можна використовувати для розробки багатошарової друкованої плати. Однак деякі з них використовуються ширше, ніж інші, зокрема через їх простіший інтерфейс, серед інших причин.
DFM, метою якого є створення частин продукту та компонентів, які полегшують виробництво, також слід враховувати. Мета - отримати високоякісну продукцію за менших витрат. Отже, це передбачає оптимізацію, покращення та вдосконалення дизайну продукту. DFM слід проводити своєчасно до початку оснастки. Необхідно залучити до DFM усіх зацікавлених сторін. Залучення кількох зацікавлених сторін, включаючи дизайнерів, інженерів, контрактних виробників, постачальників матеріалів і будівельників прес-форм, має вирішальне значення. Таким чином можна пом’якшити можливі проблеми з дизайном.

Технологічність

Виробництво багатошарових друкованих плат для високочастотних додатків включає кілька ключових етапів:
●Дизайн і компонування: для створення макета інженери використовують спеціалізоване програмне забезпечення для проектування друкованих плат, враховуючи такі фактори, як цілісність сигналу, керування температурою та пом’якшення електромагнітних перешкод.
●Вибір матеріалу: високоякісні матеріали з низькою діелектричною проникністю та тангенсом втрат вибрано для мінімізації втрат сигналу та підтримки високих частот.
●Планування накопичення шарів: накопичення шарів ретельно сплановано для оптимізації маршрутизації сигналу, узгодження імпедансу та розсіювання тепла з урахуванням таких факторів, як частота сигналу, товщина плати та товщина міді.
●Виготовлення та складання: передові технології виготовлення, такі як лазерне свердління, послідовне ламінування та травлення з контрольованим імпедансом, використовуються для виробництва багатошарових друкованих плат із точністю та надійністю.
● Тестування та гарантія якості: Для забезпечення продуктивності, надійності та відповідності багатошарових друкованих плат галузевим стандартам і специфікаціям проводяться ретельні процедури тестування, включаючи аналіз цілісності сигналу, вимірювання імпедансу, тепловізори та тестування на електромагнітні перешкоди.

Висновок

Еволюція дизайну багатошарової друкованої плати зробила революцію в області високочастотної електроніки, дозволивши розробляти складні пристрої з підвищеною продуктивністю, надійністю та функціональністю. Незважаючи на проблеми з цілісністю сигналу, складністю виробництва та керуванням температурою, переваги багатошарових друкованих плат значно переважують проблеми, що робить їх незамінними в широкому діапазоні високочастотних додатків, включаючи телекомунікації, аерокосмічну, автомобільну та медичну електроніку. Завдяки постійному вдосконаленню матеріалів, технологій виготовлення та методології проектування багатошарові друковані плати готові продовжувати розвивати інновації у високочастотній електроніці протягом багатьох років.