Struktura układania płytek drukowanych jest kluczowym czynnikiem decydującym o ich wydajności. Od prostych-płytek dwustronnych po złożone płytki wielo-warstwowe, układanie płytek drukowanych przypomina budowanie szkieletu budynku płytki drukowanej i spełnia ważne funkcje, takie jak transmisja sygnału, dystrybucja mocy, ekranowanie elektromagnetyczne itp., co znacząco wpływa na stabilność i niezawodność urządzeń elektronicznych.
1, Podstawowa koncepcja i skład układania płytek drukowanych
Układanie płytek drukowanych polega zasadniczo na układaniu i łączeniu warstw na płytce drukowanej. Kompletna płytka drukowana składa się zwykle z warstwy sygnałowej, warstwy mocy, warstwy masy i izolacyjnej warstwy dielektrycznej. Warstwa sygnałowa jest niczym „autostrada” do transmisji informacji, odpowiedzialna za przenoszenie transmisji sygnałów elektronicznych; Warstwa mocy zapewnia stabilne wsparcie zasilania komponentów elektronicznych na płytce drukowanej; Jako potencjał odniesienia dla sygnałów warstwa uziemiająca nie tylko tworzy stabilny obwód do transmisji sygnału, ale także skutecznie ekranuje zakłócenia elektromagnetyczne; Izolacyjna warstwa dielektryczna działa jak solidna „ściana izolacyjna”, oddzielając warstwy przewodzące, aby zapobiec zwarciom i zapewnić, że nie kolidują one ze sobą.
Biorąc za przykład zwykłą płytkę 4-warstwową, typowa konstrukcja stosowa składa się z warstwy górnej (warstwa sygnałowa), drugiej warstwy (warstwa uziemiająca), trzeciej warstwy (warstwa zasilania) i dolnej warstwy (warstwa sygnałowa). Struktura ta może spełnić podstawowe wymagania w niektórych obwodach, które nie wymagają wysokiej wydajności. Jednak wraz z rozwojem urządzeń elektronicznych w kierunku dużej szybkości i złożoności, płytki drukowane z 6, 8 lub nawet większą liczbą warstw stopniowo stały się głównym nurtem. Więcej warstw oznacza większą przestrzeń na okablowanie, bardziej stabilną dystrybucję mocy i lepszą ochronę integralności sygnału.
2, Rola każdej warstwy w układaniu płytek drukowanych
1. Warstwa sygnałowa
Warstwa sygnałowa jest głównym nośnikiem płytek drukowanych, służącym do realizacji funkcji obwodów, odpowiedzialnym za przesyłanie różnych sygnałów elektrycznych. W obwodach-o dużej szybkości wydajność warstwy sygnału wpływa bezpośrednio na integralność sygnału. Aby ograniczyć zakłócenia zewnętrzne,-sygnały o dużej prędkości są zwykle umieszczane w warstwie sygnałowej w pobliżu warstwy uziemiającej, wykorzystując właściwości ekranujące warstwy uziemiającej w celu ograniczenia wpływu zakłóceń elektromagnetycznych na sygnał. Jednocześnie kierunek okablowania warstwy sygnału jest również kluczowy i należy unikać-okablowania równoległego na duże odległości i okablowania pod kątem prostym, aby zapobiec odbiciu sygnału i przesłuchom. Na przykład w interfejsach-szybkiej transmisji danych, takich jak USB 3.0, precyzyjny układ warstwy sygnału ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia prawidłowej transmisji danych.
2. Warstwa mocy
Podstawowym zadaniem warstwy mocy jest zapewnienie stabilnego zasilania elementów elektronicznych na płytce drukowanej. W wielo-warstwowych płytkach drukowanych specjalnie zaprojektowana warstwa mocy może oddzielić źródła zasilania o różnych poziomach napięcia, aby uniknąć wzajemnych zakłóceń. Warstwa mocy przylega ściśle do warstwy uziemienia, a zmniejszając odległość między nimi, można zmniejszyć impedancję płaszczyzny zasilania, poprawić wydajność dystrybucji mocy i zmniejszyć szum mocy. Ponadto warstwa mocy musi być odpowiednio podzielona i izolowana, aby zapewnić różnym modułom funkcjonalnym stabilne i niezakłócające zasilanie. Podobnie jak płyta główna komputera, opiera się na warstwie zasilania, aby zapewnić stabilne zasilanie różnym komponentom, takim jak procesor, karta graficzna i pamięć, zapewniając normalne działanie każdego komponentu.
3. Warstwa uziemiająca
Warstwa uziemiająca odgrywa wiele kluczowych ról w układaniu płytek drukowanych. Zapewnia stabilny potencjał odniesienia dla transmisji sygnału, zapewniając dokładną transmisję i odbiór sygnałów; Jego doskonałe właściwości ekranowania mogą skutecznie blokować zewnętrzne zakłócenia elektromagnetyczne przed wtargnięciem do wnętrza płytki drukowanej, jednocześnie redukując promieniowanie elektromagnetyczne samej płytki drukowanej i poprawiając kompatybilność elektromagnetyczną; Ponadto warstwa uziemiająca zapewnia również ścieżkę powrotną o niskiej impedancji dla warstwy mocy, jeszcze bardziej redukując szumy zasilania. W projektowaniu warstwa uziemiająca jest często układana z miedzi na dużej powierzchni, aby zmniejszyć rezystancję uziemienia i zwiększyć skuteczność uziemienia. W dziedzinach takich jak elektroniczny sprzęt medyczny i sprzęt lotniczy, które wymagają wyjątkowo wysokiej kompatybilności elektromagnetycznej, rola warstwy uziemiającej jest szczególnie istotna.
4. Warstwa dielektryczna izolacji
Izolacyjna warstwa dielektryczna znajduje się pomiędzy każdą warstwą przewodzącą, a jej główną funkcją jest uzyskanie izolacji elektrycznej i zapobieganie zwarciom pomiędzy różnymi warstwami przewodzącymi. Właściwości materiału mają znaczący wpływ na parametry elektryczne płytek drukowanych. Typowe materiały izolacyjne obejmują żywicę epoksydową, politetrafluoroetylen itp. Stała dielektryczna i kąt strat dielektrycznych różnych materiałów są różne, a parametry te mogą wpływać na prędkość transmisji i utratę sygnałów. W obwodach-o dużej szybkości zwykle wybiera się izolacyjne materiały dielektryczne o niskiej stałej dielektrycznej i małym kącie strat dielektrycznych, aby zmniejszyć opóźnienia i straty w transmisji sygnału oraz zapewnić integralność sygnału.
3, Typowe schematy układania płytek drukowanych z różnymi warstwami
Płyta 4-warstwowa
Płyta 4-warstwowa to podstawowa struktura płyty wielowarstwowej z typowymi schematami układania, obejmującymi warstwę górną (warstwa sygnałowa), warstwę drugą (warstwa podstawową), warstwę trzecią (warstwa zasilania) i warstwę dolną (warstwa sygnałowa). Struktura ta jest odpowiednia dla obwodów, które nie wymagają wysokiej wydajności, takich jak proste produkty elektroniki użytkowej, częściowe płytki drukowane do przemysłowego sprzętu sterującego itp. Jednak w płytce 4-warstwowej przestrzeń na okablowanie warstwy sygnałowej jest ograniczona i wymagane jest staranne zaplanowanie kierunku okablowania, aby uniknąć zakłóceń sygnału.
Płyta 6-warstwowa
W porównaniu z płytą 4-warstwową, płyta 6-warstwowa zwiększa przestrzeń na okablowanie oraz warstwy zasilania i uziemienia. Typowy schemat układania obejmuje górną warstwę (warstwa sygnału), drugą warstwę (warstwa uziemienia), trzecią warstwę (warstwa sygnału), czwartą warstwę (warstwa zasilania), piątą warstwę (warstwa uziemienia) i dolną warstwę (warstwa sygnału). Struktura ta może lepiej spełniać potrzeby średnio złożonych obwodów, takich jak płyty główne smartfonów, płytki drukowane niektórych urządzeń sieciowych itp. Na płycie 6-warstwowej szybkie sygnały można ułożyć w warstwie sygnałowej w pobliżu warstwy uziemienia pośrodku, aby zwiększyć integralność sygnału.
Płyta 8-warstwowa
Płyta 8-warstwowa ma bogatsze kombinacje stosów, które mogą zapewnić dobrą wydajność w przypadku złożonych obwodów. Typowe schematy układania stosów obejmują warstwę górną (warstwa sygnału), drugą warstwę (warstwa uziemienia), trzecią warstwę (warstwa sygnału), czwartą warstwę (warstwa zasilania), piątą warstwę (warstwa zasilania), szóstą warstwę (warstwa sygnału), siódmą warstwę (warstwa uziemienia) i dolną warstwę (warstwa sygnału). 8-płyta warstwowa nadaje się do projektowania obwodów o dużej-szybkości i-gęstości, takich jak płyty główne komputerów, płytki drukowane kart graficznych o wysokiej wydajności itp. Dzięki rozmieszczeniu warstw zasilania i uziemienia rozsądnie, 8-warstwowa płyta może jeszcze bardziej zredukować szumy zasilania i poprawić integralność sygnału.
4, Przyszły trend rozwojowy układania płytek drukowanych
Wraz z ciągłym rozwojem technologii elektronicznej i rosnącym zapotrzebowaniem na wydajność płytek drukowanych, układanie płytek drukowanych zapoczątkuje także nowe kierunki rozwoju. W przyszłości powszechne zastosowanie technologii, takich jak 5G, sztuczna inteligencja i Internet rzeczy, spowoduje większe zapotrzebowanie na obwody o dużej-szybkości,-wysokiej-częstotliwości i-gęstości. Zachęci to układanie płytek drukowanych do stosowania większej liczby warstw, bardziej zaawansowanych materiałów izolacyjnych i bardziej zoptymalizowanych struktur układania, aby spełnić wyższe wymagania dotyczące integralności sygnału, integralności mocy i kompatybilności elektromagnetycznej.
Aby dostosować się do trendu miniaturyzacji i zmniejszania masy urządzeń elektronicznych, przy układaniu płytek drukowanych większą wagę przywiązuje się do integracji i odchudzania. Wykorzystując technologię połączeń wzajemnych o wysokiej-gęstości (HDI), technologię zakopanych ślepych otworów itp., można uzyskać większą gęstość okablowania w ramach ograniczonej liczby warstw. Stosowanie cieńszych materiałów izolacyjnych i folii miedzianej w celu zmniejszenia grubości i wagi płytek drukowanych.