Co to jest Wielowarstwowa płytka drukowana?

Wielowarstwowa płytka drukowana jest definiowana jako płytka drukowana składająca się z trzech lub więcej warstw przewodzącej folii miedzianej. Wyglądają jak warstwy dwustronnych płytek drukowanych, zalaminowanych i sklejonych ze sobą, z wieloma warstwami izolacji między nimi. Cała konstrukcja jest ułożona tak, że dwie warstwy są umieszczone na powierzchni płytki PCB, aby połączyć się z otoczeniem. All electrical connections between layers are made through holes such as electroplated through holes, blind holes and buried holes. This method can then be applied to generate highly complex PCBS of different sizes.

Why are multilayer PCBS so widely used

Wielowarstwowe PCBs powstały w odpowiedzi na ciągle zmieniające się zmiany w branży elektronicznej. Over time, the functions of electronic devices have become increasingly complex, requiring more complex PCBS. Niestety, płytki drukowane są ograniczone przez takie kwestie, jak szum, pojemność rozproszona i przesłuch, więc należy przestrzegać pewnych ograniczeń projektowych. These design considerations made it difficult to obtain satisfactory performance from single-sided or even double-sided PCBS – hence the birth of multi-layer PCBS.

Zamknięcie mocy dwuwarstwowych PCB w tym formacie to tylko ułamek rozmiaru, a wielowarstwowe PCB stają się coraz bardziej popularne w elektronice. They come in a variety of sizes and thicknesses to meet the needs of their extended applications, with variations ranging from 4 to 12 layers. 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. Jednak wielowarstwowe PCB z wieloma warstwami są rzadkie, ponieważ są niezwykle opłacalne.

Why are multilayer PCBS so widely used

Chociaż wielowarstwowe PCB są zwykle droższe i bardziej pracochłonne w produkcji, stają się ważną częścią nowoczesnej technologii. This is mainly due to the many benefits they offer, especially when compared with single – and double-decker varieties.

Zalety wielowarstwowych PCB

Z technicznego punktu widzenia wielowarstwowe obwody drukowane mają kilka zalet konstrukcyjnych. These advantages of multilayer PCB include:

• Small size: One of the most prominent and acclaimed benefits of using multi-layer printed circuit boards is their size. Ze względu na swoją warstwową konstrukcję, wielowarstwowe obwody drukowane są same w sobie mniejsze niż inne obwody drukowane o podobnej funkcjonalności. 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.

• Lekka konstrukcja: Mniejsze płytki drukowane są stosowane w celu uzyskania mniejszej wagi, zwłaszcza, że ​​wiele złączy wymaganych do łączenia jedno- i dwuwarstwowych płytek drukowanych jest wyeliminowanych na rzecz konstrukcji wielowarstwowych. Znowu gra to w ręce nowoczesnej elektroniki, która jest bardziej mobilna.

• Wysoka jakość: Te typy obwodów drukowanych są zwykle lepsze niż obwody jednowarstwowe i dwuwarstwowe ze względu na ilość pracy i planowania, które należy wykonać podczas wytwarzania wielowarstwowych obwodów drukowanych. Dzięki temu są również bardziej niezawodne.

• Improved durability: Multi-layer PCBS tend to last longer due to their nature. Te wielowarstwowe PCB muszą nie tylko wytrzymać swój własny ciężar, ale także wytrzymać ciepło i ciśnienie używane do ich sklejenia. Oprócz tych czynników, wielowarstwowe PCB wykorzystują wiele warstw izolacji między warstwami obwodów, łącząc je z klejami prepregowymi i materiałami ochronnymi.

• Zwiększona elastyczność: Chociaż nie dotyczy to wszystkich wielowarstwowych elementów PCB, niektóre wykorzystują elastyczne techniki konstrukcyjne, co skutkuje elastycznymi wielowarstwowymi PCB. Może to być idealne do zastosowań, w których niewielkie zginanie i zginanie mogą występować w sposób półregularny. Ponownie, nie dotyczy to wszystkich wielowarstwowych płytek drukowanych, a im więcej warstw dodasz do elastycznej płytki drukowanej, tym mniej elastyczna staje się płytka drukowana.

• Większa moc: wielowarstwowe PCB to komponenty o wyjątkowo dużej gęstości, które łączą wiele warstw w POJEDYNCZĄ PCB. Te bliskie odległości sprawiają, że płyty są bardziej połączone, a ich nieodłączne właściwości elektryczne pozwalają im osiągnąć większą wydajność i prędkość, mimo że są mniejsze.

• Pojedynczy punkt połączenia: wielowarstwowe płytki drukowane są przeznaczone do użytku jako pojedyncze urządzenie, a nie szeregowe z innymi elementami płytki drukowanej. W rezultacie mają jeden punkt połączenia, a nie wiele połączeń wymaganych do korzystania z wielu jednowarstwowych płytek drukowanych. This turns out to be beneficial in electronic product design as well, since they only need to include a single connection point in the final product. Jest to szczególnie przydatne w przypadku małych urządzeń elektronicznych i gadżetów zaprojektowanych w celu zminimalizowania rozmiaru i wagi.

These advantages make multilayer PCBS useful in a variety of applications, especially mobile devices and high-function electronics. Z kolei, ponieważ wiele branż przechodzi na rozwiązania mobilne, wielowarstwowe płytki PCB znajdują miejsce w coraz większej liczbie zastosowań branżowych.

Why are multilayer PCBS so widely used

Disadvantages of multilayer PCBS

Multi-layer PCB has many advantages and is suitable for various advanced technologies. Jednak te typy PCB nie nadają się do wszystkich zastosowań. In fact, several disadvantages may outweigh the advantages of multilayer PCBS, especially for electronics with lower cost and complexity. Te wady obejmują:

• Higher cost: Multi-layer PCBS are much more expensive than single-and double-layer PCBS at every stage of the manufacturing process. They are difficult to design and take a lot of time to solve any potential problems. Ich produkcja wymaga również bardzo złożonych procesów produkcyjnych, co wymaga dużej ilości czasu i pracy dla monterów. Ponadto, ze względu na charakter tych PCB, wszelkie błędy popełnione podczas produkcji lub montażu są niezwykle trudne do przerobienia, co skutkuje dodatkowymi kosztami pracy lub opłatami za złom. Do tego sprzęt używany do produkcji wielowarstwowych obwodów drukowanych jest bardzo drogi, ponieważ jest to wciąż stosunkowo nowa technologia. For all these reasons, unless small size is an absolute necessity for an application, a cheaper alternative may be a better choice.

• Złożona produkcja: wielowarstwowe PCB są trudniejsze do wyprodukowania niż inne typy PCB, co wymaga dłuższego czasu projektowania i starannych technik produkcyjnych. Dzieje się tak, ponieważ nawet małe błędy w projektowaniu lub produkcji PCB mogą sprawić, że będzie nieskuteczny.

• Limited availability: One of the biggest problems with multi-layer PCBS is the machines needed to produce them. Not all PCB manufacturers have the wherewithal or necessity for such a machine, so not all PCB manufacturers carry it. Ogranicza to liczbę producentów PCB, których można użyć do produkcji wielowarstwowych PCB dla klientów. Dlatego warto dokładnie zapytać o możliwości producenta PCB w zakresie wielowarstwowych obwodów drukowanych przed podjęciem decyzji o wyborze producenta PCB jako producenta kontraktowego.

• Wymagany projektant techniczny: Jak wspomniano wcześniej, wielowarstwowe obwody drukowane wymagają wcześniejszego wykonania wielu projektów. Bez wcześniejszego doświadczenia może to być problematyczne. Płyty wielowarstwowe wymagają połączeń między warstwami, ale jednocześnie muszą redukować przesłuchy i problemy z impedancją.Pojedynczy problem w projekcie może spowodować, że płyta nie będzie działać poprawnie.

• Production time: As complexity increases, so do manufacturing requirements. Odgrywa to kluczową rolę w obrocie wielowarstwowymi PCB – wyprodukowanie każdej płytki zajmuje dużo czasu, co skutkuje wyższymi kosztami pracy. Ponadto może to prowadzić do wydłużenia odstępu czasu między złożeniem zamówienia a otrzymaniem produktu, co w niektórych przypadkach może być problematyczne.

Jednak problemy te nie zniknęły z użyteczności wielowarstwowych obwodów drukowanych. Chociaż zwykle kosztują więcej niż jednowarstwowe płytki drukowane, wielowarstwowe płytki drukowane mają wiele zalet w porównaniu z tego typu płytkami drukowanymi.

Zalety wielowarstwowych PCB nad jednowarstwowymi alternatywami

Zalety wielowarstwowych PCB nad jednowarstwowymi alternatywami stają się jeszcze bardziej oczywiste. Niektóre z kluczowych ulepszeń zapewnianych przez wielowarstwowe PCB obejmują:

• Higher assembly density: While the density of single-layer PCBS is limited by their surface area, multi-layer PCBS multiply their density by layering. Pomimo mniejszych rozmiarów PCB, wzrost gęstości umożliwia większą funkcjonalność, zwiększenie pojemności i szybkości.

• Smaller size: Overall, multi-layer PCBS are smaller than single-layer PCBS. Podczas gdy jednowarstwowe PCB muszą zwiększać powierzchnię obwodu poprzez zwiększenie rozmiaru, wielowarstwowe PCB zwiększają powierzchnię poprzez dodawanie warstw, zmniejszając w ten sposób ogólny rozmiar. Umożliwia to stosowanie wielowarstwowych obwodów drukowanych o większej pojemności w mniejszych urządzeniach, podczas gdy jednowarstwowe obwody drukowane o większej pojemności muszą być instalowane w większych produktach.

• Mniejsza waga: integracja komponentów z wielowarstwowymi płytkami drukowanymi oznacza mniejsze zapotrzebowanie na złącza i inne komponenty, zapewniając lekkie rozwiązanie do złożonych zastosowań elektrycznych. Wielowarstwowe PCB mogą wykonać taką samą ilość pracy jak wiele jednowarstwowych PCB, ale przy mniejszym rozmiarze, mniejszej liczbie połączonych komponentów i mniejszej wadze. Jest to istotna kwestia w przypadku małych urządzeń elektronicznych, w których problemem jest waga.

• Udoskonalone cechy konstrukcyjne: Ogólnie rzecz biorąc, wielowarstwowe obwody drukowane mogą przewyższać przeciętne jednowarstwowe obwody drukowane. Łącząc bardziej kontrolowaną charakterystykę impedancji, wyższe ekranowanie EMI i ogólną lepszą jakość projektu, wielowarstwowe PCB mogą osiągnąć więcej, mimo że są mniejsze i lżejsze.

Why are multilayer PCBS so widely used

Co zatem oznaczają te czynniki przy podejmowaniu decyzji o konstrukcjach wielowarstwowych i jednowarstwowych? Zasadniczo, jeśli chcesz produkować małe, lekkie i złożone urządzenia, w których jakość ma kluczowe znaczenie, najlepszym wyborem mogą być wielowarstwowe PCB. Jeśli jednak rozmiar i waga nie są głównymi czynnikami w projektowaniu produktu, projekty jedno- lub dwuwarstwowe PCB mogą być bardziej opłacalne.