Elektroniska produkter strävar efter att uppnå maximala resultat samtidigt som de sparar utrymme. Oavsett om du använder en mobiltelefon, kör bil eller övervakar en patients puls på ett sjukhus, är många av dessa uppgifter baserade på enheter som integrerar flera funktioner på ett litet kretskort. Och det är här flerskiktade kretskortsdesign kommer in i bilden, eftersom flerskiktade kretskort kan arrangera komplexa kretsar inom ett begränsat utrymme.
Påverkar flerskiktade kretskortsdesign enheternas funktion? Varför bör du överväga att hitta en flerskiktade kretskortsdesigntjänst för ditt nästa projekt? Den här artikeln kommer att klargöra alla dessa frågor.
Vi kommer noggrant att förklara de viktigaste punkterna i tillverkning av flerskiktade kretskort, processen för tillverkning av flerskiktade kretskort och skillnaderna mellan styv flerskiktsdesign för kretskort och flexibel flerskiktsdesign för kretskort. Vi kommer också kortfattat att presentera den keramiska flerskiktsdesignen för kretskort som används i högfrekventa produkter. Efter att ha läst detta kommer du att förstå varför flerskiktsteknik är en oumbärlig grund i moderna elektroniska produkter.
Vad är en flerskikts PCB?
Ett flerskikts-PCB är egentligen ett enda kretskort. Det består av minst tre lager kopparfolie, som är staplade ovanpå varandra och separerade med isolerande material mellan varje lager. Efter en behandling med hög temperatur och högt tryck förvandlas det till ett komplett kretskort. Ett dubbelsidigt kort har bara två lager koppar, medan ett flerskikts-PCB har fyra lager, sex lager eller till och med mer än femtio lager. Dessa lager är sammankopplade via vias - inklusive genomgående hål, halvgenomgående hål (blindhål) och de som är dolda i de inre lagren (nedgrävda hål).
Hur avancerad den elektroniska utrustningen än är, är en solid flerskiktad PCB-design nödvändig. För att garantera att kortet inte har några problem måste ingenjörer följa riktlinjerna för flerskiktad PCB-design: hur breda ledningarna ska vara, var viorna ska placeras och hur man kontrollerar impedansen. Det finns specifika regler. Oavsett om du använder en styv flerskiktad PCB-design eller en flexibel flerskiktad PCB-design är principen densamma - ju fler lager, desto fler linjer kan ritas på ett mindre område.
Hur påverkar flerskikts-PCB-designen driften?
Flerskiktade kretskortsdesigner avgör direkt om signalerna kan fungera korrekt, om strömförsörjningen är stabil och om den kan motstå störningar. Om kortet inte är korrekt utformat kommer signalerna att löpa ihop kaotiskt, strömskiktet kommer att bära brus av sig självt och värmen kommer att fångas inuti och inte kunna avledas. Så småningom kommer kortet helt enkelt att förstöras. Omvänt, om flerskiktade kretskortsdesigner är välgjorda, kan impedansen hos höghastighetssignalerna kontrolleras, returvägen blir kortare och värmen kommer att avledas längs jordplanet på det inre lagret.
Till exempel har keramisk flerskiktsdesign av kretskort (keramisk kretskortsdesign med flera lager) utmärkt värmeledningsförmåga och är mest lämplig för kraftrelaterade produkter. Flexibla flerskiktsdesignkort av kretskort kan böjas fritt, men kretsarna förblir kontinuerliga. Det är oumbärligt för produktion av bärbara enheter.
Huruvida du vet hur man designar ett flerskikts-PCB eller inte avgör direkt om prototypen du tillverkar kan fungera korrekt. Därför överlämnar många företag helt enkelt de komplexa korten till professionella fabriker för design av flerskikts-PCB eller specialiserade tjänster för design av flerskikts-PCB för att lösa problemet.
Vad gör flerskiktade kretskort vanliga i modern elektronik?
Att byta från enskiktskort till flerskiktsteknik är oundvikligt. Nuvarande utrustning kräver högre hastighet, mindre storlek och starkare funktionalitet. Flerskikts-PCB:er uppfyller precis dessa krav eftersom de kan hantera fler kretsar inom en kvadrattum.
Dessutom har tillverkning av flerskiktade kretskort blivit alltmer populärt under årens lopp, och kostnaden har också minskat. Olika förbättringar av tillverkningen av flerskiktade kretskort möjliggör nu finare spår, mindre vior och tunnare isoleringsskikt. Dessutom har tillverkningsprocessen för flerskiktade kretskort kontinuerligt utvecklats, vilket säkerställer högre avkastning och större tillförlitlighet.
Oavsett om det är moderkortet till din mobiltelefon eller bildutrustningen på sjukhuset, är densiteten och prestandan som erbjuds av flerskiktsteknik bortom vad enskikts- och dubbelskiktsdesigner kan uppnå.
Inom områden som flyg- och rymdteknik och militär, där tillförlitlighet är av yttersta vikt, är styv flerskiktsdesign av kretskort standarden. Inom kompakt konsumentelektronik erbjuder dock flexibel flerskiktsdesign av kretskort stor designfrihet. Även för högeffekts RF-produkter presterar keramisk flerskiktsdesign av kretskort exceptionellt bra tack vare sina stabila dielektriska egenskaper.
Om PCBasic
Tid är pengar i dina projekt – och PCBasic får det. PCGrundläggande är en PCB monteringsföretag som ger snabba, felfria resultat varje gång. Vår omfattande PCB monteringstjänster inkludera expertkunskapsstöd i varje steg, vilket säkerställer högsta kvalitet på varje kretskort. Som en ledande Tillverkare av PCB-montage, Vi erbjuder en komplett lösning som effektiviserar din leveranskedja. Samarbeta med våra avancerade PCB-prototypfabrik för snabba leveranser och överlägsna resultat du kan lita på.
För- och nackdelar med flerskikts-PCB
Precis som inom andra teknikområden har flerskiktade kretskort sina fördelar och nackdelar. Innan vi bestämmer oss för när vi ska använda en flerskiktad kretskortsdesign och när vi ska använda ett enkelskiktskort måste vi tydligt förstå dessa för- och nackdelar för att undvika onödiga problem.
Fördelar med flerskikts-PCB
Reducerad formfaktor – Genom att stapla kretsarna lager på lager kan ett flerskikts-PCB ersätta flera enkelskiktskort. Följaktligen blir slutprodukten mycket mindre. Anledningen till att mobiltelefoner och bärbara datorer kan göras så tunna är främst på grund av detta.
Lättviktskonstruktion—Vikten har minskat i takt med att antalet kontakter och kablarna som är anslutna till dem har minskats. En väl utformad flerskiktad kretskortsdesign får plats med allt på ett litet kort.
Hög kvalitet—Med dedikerade kraft- och jordlager har flerskiktstekniken i sig brusreducerande effekter, vilket gör att signalerna går renare. Korten fungerar mer tillförlitligt, särskilt för höghastighetsdigitala kretsar.
Mer hållbar—I lamineringsprocessen för tillverkning av flerskiktade kretskort blir de resulterande korten extremt robusta. De är mer stöttåliga och mindre benägna att gå sönder jämfört med de som konstruerats genom att koppla samman flera individuella kort med kablar.
Mindre bullrigt—Det inre lagret blockerar i sig störningar, och eftersom effektlagret och jordlagret är nära varandra blir slinginduktansen mindre. Genom att följa riktlinjerna för flerskikts-PCB-design kan den elektromagnetiska störningen minskas ytterligare.
Bättre värmeavledning—Kopparhöljet och vias kan leda bort värmen som genereras av värmeelementet. Speciellt i den keramiska flerskiktsdesignen av kretskort är värmeavledningen mycket effektiv, vilket gör den särskilt lämplig för högeffekts-LED och RF-effektförstärkare.
Enkel anslutningspunkt—Det finns inget behov av att koppla kablar fram och tillbaka mellan flera kort. Ett flerskikts-PCB har ett enhetligt gränssnitt, vilket gör installationen enkel och underhållet enkelt.
Nackdelar med flerskikts-PCB
Dyrare—Tillverkningsprocessen för flerskiktade kretskort kräver ett stort antal material, flera pressprocesser och flera borrprocesser. Därför är kostnaden högre och mycket dyrare än för kretskort med en eller två paneler.
Komplex designprocess—Du behöver förstå hur lager staplas, hur impedans styrs och hur vias hanteras om du vill lära dig hur man designar flerskiktade kretskort.
Förlängd ledtid—Tillverkning av flerskiktade kretskort är i sig en långsam process. Varje ytterligare lager kräver en extra press, en extra borr och en extra plätering. Om du vill skynda dig måste du betala extra.
Nödvändig domänexpertis—Du bör inte överlåta designen av ett flerskikts-PCB till en nybörjare som precis har börjat. Du behöver hitta någon som verkligen förstår riktlinjerna för design av flerskikts-PCB och som kan hantera både signal- och kraftteknik.
Begränsad tillgänglighet—Inte alla fabriker för design av flerskiktade kretskort kan producera kort med mer än 20 lager, eller sådana med blinda och nedgrävda hål. Du behöver specifikt söka efter designtjänster för flerskiktade kretskort om du vill genomföra avancerade projekt.
Hur man gör lagren staplade i ett enkelt, dubbelt och flerskiktat kretskort?
För att förstå fördelarna med flerskiktsteknik, titta först på hur olika brädor staplas lager för lager. Sedan kan en jämförelse göra det tydligt.
• Enskikts kretskortDet är ett enda ark med kopparplåt på ena sidan. Alla komponenter och spår sitter på samma sida, och inga vias krävs.
• Dubbellagers PCBBåda sidor av kortet är täckta med kopparplåt. Komponenterna kan placeras på båda sidor. Borra bara ett genomgående hål för att ansluta de två lagren.
• Flerlags PCBKopparplåtarna staplas ihop i tre eller fler lager. Den vanligaste metoden med 4-lagersstapling är följande: det översta lagret är för signaler, det andra lagret är jordat, det tredje lagret är anslutet till strömförsörjningen och det undre lagret är för signaler. För en 6-lagersstapel läggs ytterligare två lager till i mitten, antingen för signaler, eller för strömförsörjning eller jord.
Tillverkningsprocessen för flerskiktade kretskort börjar med kärnkortet och det förimpregnerade arket. Först tillverkas flera lager av kretsar inuti, och sedan staplas de lager för lager med det förimpregnerade arket, och pressas slutligen till ett enda kort under hög temperatur och tryck. Efter pressningsprocessen borras hål, koppar pläteras och lagren sammanfogas. Detta är kärnprocessen för tillverkning av flerskiktade kretskort.
Vid design av flexibla flerskiktade kretskort bör polyimid användas istället för FR4. Under lamineringsprocessen måste justeringar göras för att säkerställa att kortet kan böjas fritt. För flerskiktade kretskortskonstruktioner av keramiska slag används vanligtvis aluminiumoxid eller aluminiumnitrid. Efter att kretsarna har tryckts bränns hela delen ihop.
Om du funderar på hur man ska utforma staplingsstrukturen för ett flerskikts-PCB finns det en mycket praktisk regel i riktlinjerna för flerskikts-PCB-design: lagren bör vara symmetriska (till exempel med jämna numrerade lager), eftersom kortet är benäget att deformeras. Dessutom måste signallagren ligga intill jord eller strömförsörjning för att strömmen ska kunna följa en bana.
Sätt att skilja mellan enskikts- och flerskikts-PCB:er
Hur kontrollerar man om ett kort är ett flerskikts-PCB genom att bara titta på det eller genom dess funktioner, istället för att identifiera det som ett enkelskikts- eller dubbelsidigt kort? Här är några knep du kan prova:
1. Kantundersökning - Undersök kanten på kretskortet med ett förstoringsglas. På sidan av ett flerskiktskort kan vi se individuella koppartrådar (varje lager), med isolerande material som separerar varje lager. Men på ett kort med ett enda lager kan man bara se ett lager koppar.
2. Vior – Om du ser några hål som inte löper hela vägen från det översta lagret till det nedre lagret (dessa är nedgrävda hål), eller några hål som borras nedåt från det översta lagret men stannar halvvägs och inte når det nedre lagret (dessa är bottenhål), då är detta ett flerskikts-PCB.
3. Komponenttäthet – Om hundratals komponenter är placerade på ett litet kretskort och kablarna är täta och invecklade, är detta ett flerskikts-PCB.
4. Ljustest — Använd en kraftfull ficklampa för att lysa uppåt under kortet. Ljuset från ett enskiktskort kan passera direkt igenom. På ett flerskiktskort finns det flera lager kopparplåtar inuti, och ljuset blockeras.
5. Dokumentation – Det mest tillförlitliga sättet är att direkt hänvisa till kortets designdokument, eller att fråga den flerskiktade kretskortsfabrik som tillverkar detta kort.
Det är till stor hjälp för dig att förstå skillnaderna när du behöver reverse engineera och analysera en produkt, eller när du väljer mellan styv flerskikts-PCB-design och andra tekniker, eller när du avgör vilken lösning som är lämpligast.
Var flerskiktade PCB:er används
Flerskiktsteknik kan tillämpas i många scenarier. Här är några av huvudområdena:
• Hemelektronik—— Smartphones, surfplattor, bärbara datorer, smartklockor – alla dessa kan bara rymmas i ett så litet utrymme genom flexibel kretskortsflerskiktsdesign eller styv kretskortsflerskiktsdesign.
• Telekommunikationer—Serverns moderkort, nätverksswitch och basstation använder alla flerskiktade kretskort. Dessutom krävs impedanskontroll för att säkerställa att de kan hantera höghastighetsdataöverföring.
• Bil—Motorstyrenheten, ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) och underhållningssystemet i fordonet är alla beroende av en robust flerskiktad kretskortsdesign, som måste kunna motstå vibrationer samt höga och låga temperaturer.
• Medicintekniska produkter—Hjärtpacemakrar, defibrillatorer och bildutrustning kräver alla mycket tillförlitlig tillverkning av flerskiktade kretskort för att garantera patienternas säkerhet.
• Flyg-och försvarsindustri—Flygelektronik, radarsystem och satellitkommunikation använder alla keramiska kretskort med flerskiktsdesign eftersom de erbjuder utmärkt värmeledningsförmåga och låg signalförlust.
• Industriell Kontroll—PLC (programmerbar logikstyrenhet), robotar och kraftutrustning använder flerskiktsteknik främst för brusreducering.
• RF och mikrovågsugn—Högfrekventa kretsar föredrar att använda keramisk flerskiktsdesign av kretskort eftersom den har en stabil dielektricitetskonstant och låg förlust.
Inom dessa områden är det nödvändigt att söka pålitliga tillverkare av flerskiktade PCB-designer för samarbete, eller att använda professionella flerskiktade PCB-designtjänster för att minska fel i produktionsprocessen och uppnå de förväntade resultaten.
Slutsats
Flerskiktade kretskortsdesigner har en viktig roll i moderna elektroniska produkter. Från tillverkningsprocessen för flerskiktade kretskort till slutmonteringen kräver varje steg precision och omfattande erfarenhet.
Vi har redan förstått vad flerskiktade kretskort är, hur de påverkar kretsarnas funktion och varför de används så ofta nuförtiden. Dessutom har vi introducerat tillämpningsområdena för dessa kretskort – från konsumentprodukter till flyg- och rymdsystem, och täcker ett brett spektrum.
Oavsett om du behöver en flerskiktad kretskortsdesign med styvhet, en flerskiktad kretskortsdesign med flexibelt kretskort eller en flerskiktad keramisk kretskortsdesign, är det första steget att förstå hur man designar ett flerskiktat kretskort korrekt. Följ de verifierade riktlinjerna för flerskiktat kretskortsdesign, så sparar du tid och pengar.
Det är en bra investering att söka upp en professionell designtjänst för flerskiktade kretskort eller en pålitlig fabrik för design av flerskiktade kretskort om ditt team saknar tillräcklig erfarenhet. Eftersom elektroniska produkter fortsätter att bli mycket mindre och snabbare kommer flerskiktsteknik att bli allt viktigare.
