Электронные изделия стремятся к достижению максимальных результатов при одновременной экономии места. Будь то использование мобильного телефона, вождение автомобиля или мониторинг сердечного ритма пациента в больнице, многие из этих задач основаны на устройствах, которые объединяют множество функций на крошечной печатной плате. Именно здесь вступает в игру многослойная конструкция печатных плат, поскольку многослойные платы позволяют размещать сложные схемы в ограниченном пространстве.
Влияет ли многослойная конструкция печатной платы на работу устройств? Почему стоит обратиться к услугам по проектированию многослойных печатных плат для вашего следующего проекта? В этой статье мы ответим на все эти вопросы.
Мы подробно объясним ключевые моменты, связанные с производством многослойных печатных плат, сам процесс их изготовления, а также различия между жесткими и гибкими многослойными печатными платами. Мы также кратко представим керамическую многослойную конструкцию печатной платы, используемую в высокочастотных устройствах. После прочтения вы поймете, почему многослойная технология является незаменимой основой современных электронных изделий.
Что такое многослойная печатная плата?
Многослойная печатная плата фактически представляет собой единую печатную плату. Она состоит как минимум из трех слоев медной фольги, которые уложены друг на друга и разделены изоляционными материалами. После обработки при высокой температуре и высоком давлении она превращается в полноценную печатную плату. Двусторонняя плата имеет только два слоя меди, в то время как многослойная печатная плата имеет четыре, шесть или даже более пятидесяти слоев. Эти слои соединены переходными отверстиями — включая сквозные отверстия, полусквозные отверстия (глухие отверстия) и отверстия, скрытые во внутренних слоях (заглубленные отверстия).
Независимо от уровня развития электронного оборудования, необходима надежная многослойная конструкция печатной платы. Чтобы гарантировать отсутствие проблем на плате, инженерам необходимо следовать рекомендациям по проектированию многослойных печатных плат: какой должна быть ширина линий, где должны располагаться переходные отверстия и как контролировать импеданс. Существуют определенные правила. Независимо от того, используется ли жесткая или гибкая многослойная конструкция печатной платы, принцип один и тот же — чем больше слоев, тем больше линий можно нарисовать на меньшей площади.
Как многослойная конструкция печатной платы влияет на работу устройства?
Конструкция многослойной печатной платы напрямую определяет, будут ли сигналы работать должным образом, будет ли стабильное питание и сможет ли плата противостоять помехам. Если плата спроектирована неправильно, сигналы будут передаваться хаотично, слой питания будет переносить шум самостоятельно, а тепло будет задерживаться внутри и не сможет рассеиваться. В конечном итоге плата просто выйдет из строя. И наоборот, если конструкция многослойной печатной платы выполнена правильно, можно контролировать импеданс высокоскоростных сигналов, сократить обратный путь и обеспечить рассеивание тепла вдоль заземляющей плоскости на внутреннем слое.
Например, многослойная конструкция керамических печатных плат обладает превосходной теплопроводностью и наиболее подходит для изделий, связанных с электропитанием. Гибкие многослойные печатные платы могут свободно изгибаться, но при этом цепи остаются непрерывными. Это незаменимо для производства носимых устройств.
Умение проектировать многослойные печатные платы напрямую определяет, будет ли созданный вами прототип функционировать должным образом. Поэтому многие компании просто передают сложные платы профессиональным фабрикам по проектированию многослойных печатных плат или специализированным компаниям, занимающимся проектированием многослойных печатных плат.
Почему многослойные печатные платы так распространены в современной электронике?
Переход от однослойных плат к многослойной технологии неизбежен. Современное оборудование требует более высокой скорости, меньших размеров и большей функциональности. Многослойные печатные платы точно отвечают этим требованиям, поскольку позволяют разместить больше схем на одном квадратном дюйме.
Кроме того, за прошедшие годы темпы внедрения многослойных печатных плат значительно выросли, а их стоимость снизилась. Различные усовершенствования в технологии изготовления многослойных печатных плат позволяют создавать более тонкие дорожки, меньшие по размеру переходные отверстия и более тонкие изоляционные слои. Более того, процесс производства многослойных печатных плат постоянно совершенствуется, обеспечивая более высокую производительность и большую надежность.
Будь то материнская плата вашего мобильного телефона или оборудование для визуализации в больнице, плотность и производительность, обеспечиваемые многослойной технологией, превосходят возможности однослойных и двухслойных конструкций.
В таких областях, как аэрокосмическая и военная промышленность, где надежность имеет первостепенное значение, стандартной является жесткая многослойная конструкция печатных плат. Однако в компактной бытовой электронике гибкая многослойная конструкция печатных плат предоставляет большую свободу проектирования. Даже для мощных радиочастотных устройств керамическая многослойная конструкция печатных плат демонстрирует исключительно хорошие результаты благодаря своим стабильным диэлектрическим свойствам.
О PCBasic
Время — деньги в ваших проектах — и PCBasic получает это. PCБазовый - это компания по сборке печатных плат который обеспечивает быстрые и безупречные результаты каждый раз. Наш комплексный Услуги по сборке печатных плат включают экспертную инженерную поддержку на каждом этапе, гарантируя высочайшее качество каждой платы. Как ведущий производитель сборки печатных плат, мы предлагаем комплексное решение, которое оптимизирует вашу цепочку поставок. Сотрудничайте с нашими передовыми Завод по производству прототипов печатных плат для быстрого выполнения заказов и превосходных результатов, которым вы можете доверять.
Преимущества и недостатки многослойных печатных плат
Как и в других областях техники, многослойные печатные платы также имеют свои преимущества и недостатки. Прежде чем решить, когда следует использовать многослойную конструкцию печатной платы, а когда — однослойную, необходимо четко понимать эти преимущества и недостатки, чтобы избежать ненужных проблем.
Преимущества многослойных печатных плат
Уменьшенный форм-фактор — благодаря послойному размещению печатных плат, многослойная печатная плата может заменить несколько однослойных плат. В результате, конечный продукт становится намного меньше. Именно поэтому мобильные телефоны и ноутбуки могут быть такими тонкими.
Легкая конструкция —Вес уменьшился за счет сокращения количества разъемов и подключенных к ним проводов. Хорошо продуманная многослойная печатная плата позволяет разместить все компоненты на небольшой плате.
Высокое качество-Благодаря выделенным силовым и заземляющим слоям, многослойная технология по своей природе обладает эффектом снижения шума, что позволяет сигналам передаваться чище. Платы работают более надежно, особенно в высокоскоростных цифровых схемах.
Более долговечный —В процессе ламинирования при изготовлении многослойных печатных плат получаются чрезвычайно прочные платы. Они более ударопрочны и менее подвержены поломкам по сравнению с платами, изготовленными путем соединения нескольких отдельных плат проводами.
Менее шумно —Внутренний слой сам по себе блокирует помехи, а поскольку силовой слой и слой заземления расположены близко друг к другу, индуктивность контура уменьшается. Следуя рекомендациям по проектированию многослойных печатных плат, можно еще больше снизить электромагнитные помехи.
Улучшенное рассеивание тепла —Медная оболочка и переходные отверстия способны отводить тепло, выделяемое нагревательным элементом. Особенно эффективное рассеивание тепла наблюдается в многослойных керамических печатных платах, что делает их особенно подходящими для мощных светодиодов и радиочастотных усилителей мощности.
Единая точка подключения —Нет необходимости постоянно соединять провода между несколькими платами. Многослойная печатная плата имеет единый интерфейс, что упрощает установку и обслуживание.
Недостатки многослойных печатных плат
Дороже —Процесс изготовления многослойных печатных плат требует большого количества материалов, множества процессов прессования и сверления. Поэтому стоимость таких плат выше и значительно превышает стоимость однослойных и двухслойных печатных плат.
Сложный процесс проектирования —Чтобы научиться проектировать многослойные печатные платы, необходимо понимать, как укладываются слои, как контролируется импеданс и как обрабатываются переходные отверстия.
Увеличенные сроки выполнения заказа —Изготовление многослойных печатных плат — это по своей природе медленный процесс. Каждый дополнительный слой требует дополнительного пресса, дополнительного сверла и дополнительного покрытия. Если вы хотите ускорить процесс, вам придется доплатить.
Необходимые знания в предметной области —Не стоит доверять проектирование многослойной печатной платы новичку, только начинающему свою деятельность. Необходимо найти специалиста, который действительно понимает принципы проектирования многослойных печатных плат и умеет работать как с сигнальной, так и с силовой техникой.
Ограниченное количество —Не каждая фабрика по проектированию многослойных печатных плат может производить платы с более чем 20 слоями, а также платы со скрытыми и заглубленными отверстиями. Для реализации высокотехнологичных проектов вам необходимо специально обратиться к услугам по проектированию многослойных печатных плат.
Как выполнить многослойную компоновку на однослойной, двухслойной и многослойной печатной плате?
Чтобы понять преимущества многослойной технологии, сначала рассмотрим, как различные платы укладываются слой за слоем. Затем сравнение станет очевидным.
• Однослойная печатная платаЭто цельная печатная плата с медным покрытием с одной стороны. Все компоненты и дорожки расположены на одной стороне, переходные отверстия не требуются.
• Двухслойная печатная платаОбе стороны платы покрыты медными пластинами. Компоненты можно размещать с обеих сторон. Для соединения двух слоев достаточно просверлить сквозное отверстие.
• Многослойная печатная платаМедные листы укладываются в три или более слоев. Наиболее распространенный подход с 4 слоями выглядит следующим образом: верхний слой предназначен для сигналов, второй слой заземлен, третий слой подключен к источнику питания, а нижний слой — для сигналов. Для 6-слойной конструкции добавляются еще два слоя посередине, либо для сигналов, либо для питания или заземления.
Процесс изготовления многослойных печатных плат начинается с основной платы и предварительно пропитанного листа. Сначала внутри изготавливается несколько слоев схем, затем они слой за слоем укладываются вместе с предварительно пропитанным листом, и, наконец, под высокой температурой и давлением прессуются в единую плату. После процесса прессования сверлятся отверстия, наносится медное покрытие, и слои соединяются между собой. Это основной процесс изготовления многослойных печатных плат.
При проектировании гибких многослойных печатных плат вместо FR4 следует использовать полиимид. В процессе ламинирования необходимо внести корректировки, чтобы обеспечить возможность свободного изгиба платы. Для керамических многослойных печатных плат обычно используют оксид алюминия или нитрид алюминия. После печати схем вся конструкция подвергается обжигу.
Если вы задумываетесь о проектировании структуры многослойной печатной платы, то в рекомендациях по проектированию многослойных плат есть очень важное практическое правило: слои должны быть симметричными (например, с четными номерами), поскольку плата подвержена деформации. Кроме того, сигнальные слои должны располагаться рядом с землей или источником питания, чтобы обеспечить возможность прохождения тока.
Способы различения однослойных и многослойных печатных плат
Как определить, является ли плата многослойной, просто взглянув на неё или оценив её функциональность, а не определяя её как однослойную или двухстороннюю? Вот несколько приёмов, которые вы можете попробовать:
1. Осмотр краев — Осмотрите край печатной платы с помощью увеличительного стекла. На боковой стороне многослойной печатной платы мы видим отдельные медные провода (каждый слой), разделенные изоляционным материалом. Но на однослойной плате виден только один слой меди.
2. Переходные отверстия — Если вы видите отверстия, которые не проходят от верхнего слоя до нижнего (это скрытые отверстия), или отверстия, которые просверлены вниз от верхнего слоя, но останавливаются на полпути и не достигают нижнего слоя (это глухие отверстия), то это многослойная печатная плата.
3. Плотность размещения компонентов — Если на небольшой печатной плате размещены сотни компонентов, а проводка плотная и сложная, это многослойная печатная плата.
4. Проверка освещения — Используйте мощный фонарик, чтобы посветить снизу платы вверх. Свет от однослойной платы проходит насквозь. На многослойной печатной плате, внутри которой находится несколько слоев медных пластин, свет блокируется.
5. Документация — Наиболее надежный способ — обратиться непосредственно к проектной документации платы или связаться с фабрикой по проектированию многослойных печатных плат, которая производит эту плату.
Понимание этих различий будет вам очень полезно при необходимости обратного проектирования и анализа продукта, при выборе между жесткой многослойной конструкцией печатных плат и другими технологиями, а также при определении того, какое решение является более подходящим.
Где используются многослойные печатные платы
Многослойные технологии могут применяться во многих областях. Вот некоторые из основных:
• Потребительская электроника:— Смартфоны, планшеты, ноутбуки, умные часы — все это можно разместить на такой небольшой площади только с помощью гибкой или жесткой многослойной конструкции печатной платы.
• Телекоммуникации— Материнская плата сервера, сетевой коммутатор и базовая станция используют многослойные печатные платы. Кроме того, для обеспечения возможности высокоскоростной передачи данных требуется контроль импеданса.
• Автомобильная—Блок управления двигателем, системы ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) и автомобильная развлекательная система используют надежную многослойную конструкцию печатной платы, которая должна выдерживать вибрации, а также высокие и низкие температуры.
• Медицинские приборы— Для обеспечения безопасности пациентов при производстве кардиостимуляторов, дефибрилляторов и диагностического оборудования требуется высоконадежное многослойное изготовление печатных плат.
• Аэрокосмическая и оборонная—В авионике, радиолокационных системах и спутниковой связи используется многослойная конструкция печатных плат с керамическими элементами, поскольку она обеспечивает превосходную теплопроводность и низкие потери сигнала.
• Промышленные управления— В программируемых логических контроллерах (ПЛК), роботах и энергетическом оборудовании используется многослойная технология, главным образом для снижения уровня шума.
• РФ и микроволновая печь—В высокочастотных схемах предпочтительнее использовать многослойные керамические печатные платы, поскольку они обладают стабильной диэлектрической постоянной и низкими потерями.
В этих областях необходимо искать надежных производителей многослойных печатных плат для сотрудничества или использовать профессиональные услуги по проектированию многослойных печатных плат, чтобы минимизировать ошибки в процессе производства и добиться ожидаемых результатов.
Заключение
Проектирование многослойных печатных плат занимает важное место в современных электронных изделиях. От процесса изготовления многослойных печатных плат до окончательной сборки каждый этап требует точности и богатого опыта.
Мы уже разобрались, что такое многослойные печатные платы, как они влияют на работу схем и почему они так широко используются в настоящее время. Кроме того, мы также представили области применения этих печатных плат — от потребительских товаров до аэрокосмических систем, охватывающие широкий спектр.
Независимо от того, нужна ли вам жесткая многослойная печатная плата, гибкая многослойная печатная плата или многослойная керамическая печатная плата, первым шагом является понимание того, как правильно спроектировать многослойную печатную плату. Следуйте проверенным рекомендациям по проектированию многослойных печатных плат, и вы сэкономите время и деньги.
Если вашей команде не хватает опыта, стоит обратиться к профессиональным услугам по проектированию многослойных печатных плат или к надежному заводу по разработке многослойных печатных плат. Поскольку электронные изделия становятся все меньше и работают быстрее, многослойные технологии будут приобретать все большее значение.
