Τι είναι Πολυστρωματικό PCB?

Ένα πολυστρωματικό PCB ορίζεται ως ένα PCB που αποτελείται από τρία ή περισσότερα στρώματα αγώγιμου φύλλου χαλκού. Μοιάζουν με στρώματα από πλακέτες διπλής όψης, πλαστικοποιημένες και κολλημένες μεταξύ τους, με πολλαπλά στρώματα μόνωσης μεταξύ τους. Ολόκληρη η δομή είναι διατεταγμένη έτσι ώστε δύο στρώματα να τοποθετούνται στην επιφανειακή πλευρά του PCB για να συνδεθούν με το περιβάλλον. Όλες οι ηλεκτρικές συνδέσεις μεταξύ των στρωμάτων πραγματοποιούνται μέσω οπών όπως η ηλεκτρολυτική διάτρηση μέσω οπών, τυφλών οπών και θαμμένων οπών. Αυτή η μέθοδος μπορεί στη συνέχεια να εφαρμοστεί για τη δημιουργία πολύπλοκων PCBS διαφορετικών μεγεθών.

Γιατί τα πολυστρωματικά PCBS χρησιμοποιούνται τόσο ευρέως

Το πολυστρωματικό PCBS δημιουργήθηκε ως απάντηση στις συνεχώς μεταβαλλόμενες αλλαγές στη βιομηχανία ηλεκτρονικών ειδών. Με την πάροδο του χρόνου, οι λειτουργίες των ηλεκτρονικών συσκευών έχουν γίνει όλο και πιο περίπλοκες, απαιτώντας πιο περίπλοκο PCBS. Δυστυχώς, το PCBS περιορίζεται από ζητήματα όπως ο θόρυβος, η χωρητικότητα αδέσποτων και η διασταύρωση, οπότε πρέπει να τηρηθούν ορισμένοι περιορισμοί σχεδιασμού. Αυτοί οι σχεδιαστικοί προβληματισμοί καθιστούσαν δύσκολο να επιτευχθεί ικανοποιητική απόδοση από μονόπλευρο ή ακόμη και διπλής όψης PCBS-εξ ου και η γέννηση του PCBS πολλαπλών στρωμάτων.

Η ενσωμάτωση της ισχύος του PCBS διπλού στρώματος σε αυτήν τη μορφή είναι μόνο ένα κλάσμα του μεγέθους και τα PCBS πολλαπλών στρωμάτων γίνονται όλο και πιο δημοφιλή στα ηλεκτρονικά. Έρχονται σε διάφορα μεγέθη και πάχη για να καλύψουν τις ανάγκες των εκτεταμένων εφαρμογών τους, με παραλλαγές που κυμαίνονται από 4 έως 12 στρώματα. The number of layers is usually even because odd layers can cause problems in the circuit, such as warping, and are not cost-effective to produce. Most applications require four to eight layers, but applications such as mobile devices and smartphones tend to use around 12 layers, while some specialist PCB manufacturers have the capacity to produce close to 100 layers. Ωστόσο, τα PCBS πολλαπλών στρωμάτων με πολλαπλά στρώματα είναι σπάνια επειδή είναι εξαιρετικά οικονομικά αποδοτικά.

Γιατί τα πολυστρωματικά PCBS χρησιμοποιούνται τόσο ευρέως

Ενώ τα πολυστρωματικά PCBS τείνουν να είναι πιο ακριβά και απαιτητικά για την παραγωγή τους, γίνονται σημαντικό μέρος της σύγχρονης τεχνολογίας. Αυτό οφείλεται κυρίως στα πολλά οφέλη που προσφέρουν, ιδίως σε σύγκριση με τις μονο-και διώροφες ποικιλίες.

Οφέλη από πολυστρωματικό PCBS

Από τεχνική άποψη, τα PCBS πολλαπλών επιπέδων έχουν πολλά πλεονεκτήματα στο σχεδιασμό. Αυτά τα πλεονεκτήματα του πολυστρωματικού PCB περιλαμβάνουν:

• Μικρό μέγεθος: Ένα από τα πιο σημαντικά και καταξιωμένα πλεονεκτήματα της χρήσης πλακών τυπωμένων κυκλωμάτων είναι το μέγεθός τους. Λόγω του πολυεπίπεδου σχεδιασμού τους, τα πολυστρωματικά PCBS είναι τα ίδια μικρότερα από άλλα PCBS με παρόμοια λειτουργικότητα. This has brought huge benefits to modern electronics as the current trend is towards smaller, more compact but more powerful gadgets such as smartphones, laptops, tablets and wearables.

• Ελαφριά κατασκευή: Μικρότερα PCBS χρησιμοποιούνται για μικρότερο βάρος, ειδικά επειδή οι πολλαπλοί συνδετήρες που απαιτούνται για τη διασύνδεση PCBS μονής και διπλής στρώσης εξαλείφονται υπέρ των σχεδίων πολλαπλών στρωμάτων. Και πάλι, αυτό παίζει στα χέρια των σύγχρονων ηλεκτρονικών, τα οποία τείνουν να είναι πιο κινητά.

• Υψηλή ποιότητα: Αυτοί οι τύποι PCBS τείνουν να είναι καλύτεροι από τους μονόστρωτους και διπλού στρώματος PCBS λόγω του όγκου εργασίας και του προγραμματισμού που πρέπει να γίνει κατά την κατασκευή PCBS πολλαπλών στρωμάτων. Ως αποτέλεσμα, είναι επίσης πιο αξιόπιστα.

• Βελτιωμένη ανθεκτικότητα: Τα PCBS πολλαπλών στρωμάτων τείνουν να διαρκούν περισσότερο λόγω της φύσης τους. Αυτά τα πολυστρωματικά PCBS πρέπει όχι μόνο να φέρουν το βάρος τους, αλλά και να μπορούν να χειριστούν τη θερμότητα και την πίεση που χρησιμοποιούνται για να τα κολλήσουν μεταξύ τους. Εκτός από αυτούς τους παράγοντες, τα πολυστρωματικά PCBS χρησιμοποιούν πολλαπλά στρώματα μόνωσης μεταξύ των στρωμάτων κυκλώματος, συνδυάζοντάς τα με συγκολλητικά και προστατευτικά υλικά.

• Αυξημένη ευελιξία: Αν και αυτό δεν ισχύει για όλα τα πολυστρωματικά εξαρτήματα PCB, ορισμένα χρησιμοποιούν εύκαμπτες τεχνικές κατασκευής, με αποτέλεσμα ευέλικτο πολυστρωματικό PCBS. Αυτό μπορεί να είναι ιδανικό για εφαρμογές όπου μπορεί να προκύψει ελαφρά κάμψη και κάμψη σε ημι-τακτική βάση. Και πάλι, αυτό δεν ισχύει για όλα τα πολυστρωματικά PCBS και όσο περισσότερα στρώματα προσθέτετε σε ένα εύκαμπτο PCB, τόσο λιγότερο εύκαμπτο γίνεται το PCB.

• Πιο ισχυρό: Τα πολυστρωματικά PCBS είναι εξαρτήματα εξαιρετικά υψηλής πυκνότητας που συνδυάζουν πολλαπλά στρώματα σε ΕΝΑ ΜΟΝΟ PCB. Αυτές οι κοντινές αποστάσεις κάνουν τις σανίδες πιο συνδεδεμένες και οι εγγενείς ηλεκτρικές τους ιδιότητες τους επιτρέπουν να επιτύχουν μεγαλύτερη χωρητικότητα και ταχύτητα παρά το ότι είναι μικρότερες.

• Μονό σημείο σύνδεσης: Τα PCBS πολλαπλών στρωμάτων έχουν σχεδιαστεί για να χρησιμοποιούνται ως μία μονάδα και όχι σε σειρά με άλλα εξαρτήματα PCB. Ως αποτέλεσμα, έχουν ένα μόνο σημείο σύνδεσης και όχι τις πολλαπλές συνδέσεις που απαιτούνται για τη χρήση πολλαπλών PCBS μονής στρώσης. Αυτό αποδεικνύεται επωφελές και για τον σχεδιασμό ηλεκτρονικών προϊόντων, καθώς χρειάζεται μόνο να συμπεριλάβουν ένα μόνο σημείο σύνδεσης στο τελικό προϊόν. Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για μικρά ηλεκτρονικά είδη και συσκευές που έχουν σχεδιαστεί για να ελαχιστοποιούν το μέγεθος και το βάρος.

These advantages make multilayer PCBS useful in a variety of applications, especially mobile devices and high-function electronics. Με τη σειρά τους, καθώς πολλές βιομηχανίες κινούνται προς λύσεις για κινητά, το PCBS πολλαπλών επιπέδων βρίσκει θέση σε έναν αυξανόμενο αριθμό εφαρμογών που σχετίζονται με τη βιομηχανία.

Γιατί τα πολυστρωματικά PCBS χρησιμοποιούνται τόσο ευρέως

Disadvantages of multilayer PCBS

Multi-layer PCB has many advantages and is suitable for various advanced technologies. Ωστόσο, αυτοί οι τύποι PCBS δεν είναι κατάλληλοι για όλες τις εφαρμογές. In fact, several disadvantages may outweigh the advantages of multilayer PCBS, especially for electronics with lower cost and complexity. Αυτά τα μειονεκτήματα περιλαμβάνουν:

• Υψηλότερο κόστος: Τα PCBS πολλαπλών στρωμάτων είναι πολύ πιο ακριβά από τα PCBS μονής και διπλής στρώσης σε κάθε στάδιο της διαδικασίας κατασκευής. Είναι δύσκολο να σχεδιαστούν και χρειάζονται πολύ χρόνο για να λύσουν τυχόν πιθανά προβλήματα. Απαιτούν επίσης πολύ σύνθετες διαδικασίες παραγωγής για την παραγωγή, η οποία απαιτεί πολύ χρόνο και εργασία για τους συναρμολογητές. Επιπλέον, λόγω της φύσης αυτών των PCBS, τυχόν σφάλματα που γίνονται κατά τη διάρκεια της κατασκευής ή της συναρμολόγησης είναι εξαιρετικά δύσκολο να επανακατασκευαστούν, με αποτέλεσμα επιπλέον κόστος εργασίας ή έξοδα απορριμμάτων. Επιπλέον, ο εξοπλισμός που χρησιμοποιείται για την παραγωγή πολυστρωματικών PCBS είναι πολύ ακριβός επειδή εξακολουθεί να είναι σχετικά νέα τεχνολογία. Για όλους αυτούς τους λόγους, εκτός εάν το μικρό μέγεθος είναι απόλυτη ανάγκη για μια εφαρμογή, μια φθηνότερη εναλλακτική λύση μπορεί να είναι καλύτερη επιλογή.

• Σύνθετη παραγωγή: Η παραγωγή PCBS πολλαπλών στρωμάτων είναι πιο δύσκολη από άλλους τύπους PCB, απαιτώντας περισσότερο χρόνο σχεδιασμού και προσεκτικές τεχνικές κατασκευής. Αυτό συμβαίνει επειδή ακόμη και μικρά ελαττώματα στο σχεδιασμό ή την κατασκευή PCB μπορούν να το κάνουν αναποτελεσματικό.

• Limited availability: One of the biggest problems with multi-layer PCBS is the machines needed to produce them. Δεν έχουν όλοι οι κατασκευαστές PCB τη δυνατότητα ή την ανάγκη για ένα τέτοιο μηχάνημα, επομένως δεν το φέρουν όλοι οι κατασκευαστές PCB. Αυτό περιορίζει τον αριθμό των κατασκευαστών PCB που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή PCBS πολλαπλών στρωμάτων για πελάτες. Επομένως, είναι σκόπιμο να διερευνήσετε προσεκτικά τις δυνατότητες του κατασκευαστή PCB σε PCBS πολλαπλών στρωμάτων πριν αποφασίσετε για έναν κατασκευαστή PCB ως κατασκευαστή συμβολαίου.

• Απαιτείται τεχνικός σχεδιαστής: Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το PCBS πολλαπλών στρωμάτων απαιτεί πολύ σχεδιασμό εκ των προτέρων. Χωρίς προηγούμενη εμπειρία, αυτό μπορεί να είναι προβληματικό. Οι πολυστρωματικοί πίνακες απαιτούν διασυνδέσεις μεταξύ των στρωμάτων, αλλά πρέπει ταυτόχρονα να μειώσουν τα προβλήματα διασταύρωσης και σύνθετης αντίστασης.Ένα μόνο πρόβλημα στο σχεδιασμό μπορεί να οδηγήσει σε έναν πίνακα που δεν λειτουργεί σωστά.

• Χρόνος παραγωγής: Καθώς αυξάνεται η πολυπλοκότητα, αυξάνονται και οι απαιτήσεις κατασκευής. Αυτό παίζει βασικό ρόλο στον κύκλο εργασιών του PCBS πολλαπλών στρωμάτων-κάθε πίνακας χρειάζεται πολύ χρόνο για την παραγωγή, με αποτέλεσμα περισσότερο κόστος εργασίας. Επιπλέον, μπορεί να οδηγήσει σε μεγαλύτερο χρονικό διάστημα μεταξύ της παραγγελίας και της παραλαβής του προϊόντος, το οποίο μπορεί να είναι προβληματικό σε ορισμένες περιπτώσεις.

Ωστόσο, αυτά τα προβλήματα δεν έχουν εξαφανιστεί από τη χρησιμότητα του PCBS πολλαπλών στρωμάτων. Ενώ τείνουν να κοστίζουν περισσότερο από το PCBS ενός στρώματος, το PCBS πολλαπλών στρωμάτων έχει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με αυτόν τον τύπο πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος.

Πλεονεκτήματα του PCBS πολλαπλών επιπέδων έναντι των εναλλακτικών μονής στρώσης

Τα πλεονεκτήματα του PCBS πολλαπλών επιπέδων έναντι των εναλλακτικών μονής στρώσης γίνονται ακόμη πιο εμφανή. Μερικές από τις βασικές βελτιώσεις που παρέχουν τα πολυστρωματικά PCBS περιλαμβάνουν:

• Υψηλότερη πυκνότητα συναρμολόγησης: Ενώ η πυκνότητα των PCBS μονής στρώσης περιορίζεται από την επιφάνειά τους, τα PCBS πολλαπλών στρωμάτων πολλαπλασιάζουν την πυκνότητά τους με στρωματοποίηση. Παρά το μικρότερο μέγεθος του PCB, η αύξηση της πυκνότητας επιτρέπει μεγαλύτερη λειτουργικότητα, αύξηση της χωρητικότητας και της ταχύτητας.

• Μικρότερο μέγεθος: Συνολικά, τα PCBS πολλαπλών στρωμάτων είναι μικρότερα από τα PCBS ενός στρώματος. Ενώ το PCBS ενός στρώματος πρέπει να αυξήσει την επιφάνεια του κυκλώματος αυξάνοντας το μέγεθος, το PCBS πολλαπλών στρωμάτων αυξάνει την επιφάνεια προσθέτοντας στρώματα, μειώνοντας έτσι το συνολικό μέγεθος. Αυτό επιτρέπει τη χρήση πολλαπλών στρωμάτων PCBS υψηλότερης χωρητικότητας σε μικρότερες συσκευές, ενώ υψηλότερης χωρητικότητας μονής στρώσης PCBS πρέπει να εγκατασταθεί σε μεγαλύτερα προϊόντα.

• Μικρότερο βάρος: Η ενσωμάτωση εξαρτημάτων σε PCBS πολλαπλών στρωμάτων σημαίνει λιγότερη ανάγκη για συνδετήρες και άλλα εξαρτήματα, παρέχοντας μια ελαφριά λύση για πολύπλοκες ηλεκτρικές εφαρμογές. Το PCBS πολλαπλών στρωμάτων μπορεί να επιτύχει τον ίδιο όγκο εργασίας με το πολλαπλό PCBS ενός στρώματος, αλλά με μικρότερο μέγεθος, λιγότερα συνδεδεμένα εξαρτήματα και μειωμένο βάρος. Αυτό είναι ένα ουσιαστικό στοιχείο για τις μικρές ηλεκτρονικές συσκευές όπου το βάρος είναι ανησυχητικό.

• Βελτιωμένα χαρακτηριστικά σχεδίασης: Συνολικά, το PCBS πολλαπλών επιπέδων μπορεί να ξεπεράσει το μέσο PCBS ενός στρώματος. Συνδυάζοντας πιο ελεγχόμενα χαρακτηριστικά σύνθετης αντίστασης, υψηλότερη θωράκιση EMI και συνολικά βελτιωμένη ποιότητα σχεδιασμού, το PCBS πολλαπλών στρωμάτων μπορεί να επιτύχει περισσότερα, παρά το μικρότερο και ελαφρύτερο.

Γιατί τα πολυστρωματικά PCBS χρησιμοποιούνται τόσο ευρέως

Τι σημαίνουν λοιπόν αυτοί οι παράγοντες όταν αποφασίζετε για δομές πολλαπλών στρώσεων και μονής στρώσης; Ουσιαστικά, εάν θέλετε να παράγετε μικρό, ελαφρύ και πολύπλοκο εξοπλισμό όπου η ποιότητα είναι κρίσιμη, το PCBS πολλαπλών στρωμάτων μπορεί να είναι η καλύτερη επιλογή σας. Ωστόσο, εάν το μέγεθος και το βάρος δεν είναι σημαντικοί παράγοντες στο σχεδιασμό του προϊόντος, τα σχέδια PCB μονής ή διπλής στρώσης μπορεί να είναι πιο οικονομικά αποδοτικά.