Sự ra đời của PCB nhiều lớp
Trong lịch sử, bảng mạch in được đặc trưng chủ yếu bởi cấu trúc một lớp hoặc hai lớp, điều này đặt ra những hạn chế về tính phù hợp của chúng đối với các ứng dụng tần số cao do suy giảm tín hiệu và nhiễu điện từ (EMI). Tuy nhiên, sự ra đời của bảng mạch in nhiều lớp đã mang lại những tiến bộ đáng chú ý về tính toàn vẹn tín hiệu, giảm thiểu nhiễu điện từ (EMI) và hiệu suất tổng thể.
PCB nhiều lớp (Hình 1) bao gồm nhiều lớp dẫn điện được phân tách bằng chất nền cách điện. Thiết kế này cho phép truyền tín hiệu và mặt phẳng công suất một cách tinh vi.
Bảng mạch in nhiều lớp (PCB) được phân biệt với các bảng mạch đơn hoặc hai lớp bởi sự hiện diện của ba lớp dẫn điện trở lên được ngăn cách bằng vật liệu cách điện, thường được gọi là lớp điện môi. Sự kết nối của các lớp này được tạo điều kiện thuận lợi bởi vias, là những đường dẫn cực nhỏ giúp tạo điều kiện giao tiếp giữa các lớp riêng biệt. Thiết kế phức tạp của PCB nhiều lớp cho phép tập trung nhiều hơn các thành phần và mạch điện phức tạp, khiến chúng trở nên cần thiết cho công nghệ tiên tiến.
PCB nhiều lớp thường có độ cứng cao do thách thức cố hữu trong việc đạt được nhiều lớp trong cấu trúc PCB linh hoạt. Kết nối điện giữa các lớp được thiết lập thông qua việc sử dụng một số loại vias (hình 2), bao gồm cả vias mù và vias chôn.
Cấu hình đòi hỏi phải đặt hai lớp trên bề mặt để thiết lập kết nối giữa bảng mạch in (PCB) và môi trường bên ngoài. Nhìn chung, mật độ các lớp trong bảng mạch in (PCB) là đồng đều. Điều này chủ yếu là do tính nhạy cảm của các số lẻ đối với các vấn đề như cong vênh.
Số lượng lớp thường thay đổi tùy theo ứng dụng cụ thể, thường nằm trong khoảng từ 4 đến 12 lớp.
Thông thường, phần lớn các ứng dụng yêu cầu tối thiểu bốn và tối đa tám lớp. Ngược lại, các ứng dụng như điện thoại thông minh chủ yếu sử dụng tổng cộng 12 lớp.
Ứng dụng chính
PCB nhiều lớp được sử dụng trong nhiều ứng dụng điện tử (Hình 3), bao gồm:
●Thiết bị điện tử tiêu dùng, trong đó PCB nhiều lớp đóng vai trò cơ bản cung cấp năng lượng và tín hiệu cần thiết cho nhiều loại sản phẩm như điện thoại thông minh, máy tính bảng, máy chơi game và thiết bị đeo. Các thiết bị điện tử kiểu dáng đẹp và di động mà chúng ta sử dụng hàng ngày là do thiết kế nhỏ gọn và mật độ linh kiện cao
●Trong lĩnh vực viễn thông, việc sử dụng PCB nhiều lớp tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền tín hiệu thoại, dữ liệu và video qua mạng một cách trơn tru, từ đó đảm bảo khả năng liên lạc hiệu quả và đáng tin cậy
●Hệ thống điều khiển công nghiệp phụ thuộc nhiều vào bảng mạch in nhiều lớp (PCB) do khả năng quản lý hiệu quả các hệ thống điều khiển phức tạp, cơ chế giám sát và quy trình tự động hóa. Bảng điều khiển máy, robot và tự động hóa công nghiệp dựa vào chúng như hệ thống hỗ trợ cơ bản
●PCB nhiều lớp cũng phù hợp với các thiết bị y tế vì chúng rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác, độ tin cậy và độ nén. Vai trò quan trọng của thiết bị chẩn đoán, hệ thống theo dõi bệnh nhân và thiết bị y tế cứu sống bị ảnh hưởng đáng kể.
Lợi ích và lợi thế
PCB nhiều lớp mang lại một số lợi ích và lợi thế trong các ứng dụng tần số cao, bao gồm:
●Tăng cường tính toàn vẹn của tín hiệu: PCB nhiều lớp tạo điều kiện thuận lợi cho việc định tuyến trở kháng được kiểm soát, giảm thiểu hiện tượng méo tín hiệu và đảm bảo truyền tín hiệu tần số cao một cách đáng tin cậy. Sự can thiệp tín hiệu thấp hơn của bảng mạch in nhiều lớp giúp cải thiện hiệu suất, tốc độ và độ tin cậy
●Giảm EMI: Bằng cách sử dụng mặt đất và nguồn điện chuyên dụng, PCB nhiều lớp triệt tiêu hiệu quả EMI, từ đó nâng cao độ tin cậy của hệ thống và giảm thiểu nhiễu với các mạch lân cận
●Thiết kế nhỏ gọn: Với khả năng chứa nhiều thành phần hơn và sơ đồ định tuyến phức tạp, PCB nhiều lớp cho phép thiết kế nhỏ gọn, rất quan trọng đối với các ứng dụng có không gian hạn chế như thiết bị di động và hệ thống hàng không vũ trụ.
● Cải thiện khả năng quản lý nhiệt: PCB nhiều lớp cung cấp khả năng tản nhiệt hiệu quả thông qua việc tích hợp các lỗ tản nhiệt và các lớp đồng được bố trí một cách chiến lược, nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ của các bộ phận công suất cao.
●Tính linh hoạt trong thiết kế: Tính linh hoạt của PCB nhiều lớp cho phép thiết kế linh hoạt hơn, cho phép các kỹ sư tối ưu hóa các thông số hiệu suất như kết hợp trở kháng, độ trễ truyền tín hiệu và phân phối điện.