Wielowarstwowe płytki drukowane, czyli MLPCB, stają się coraz bardziej popularne w świecie elektroniki. Dzieje się tak dlatego, że oferują one kilka korzyści w porównaniu z tradycyjnymi jednowarstwowymi płytkami drukowanymi. W tym wpisie na blogu omówimy, czym są płytki MLPCB i dlaczego stają się tak popularne. Przedstawimy również niektóre z korzyści, jakie oferują w porównaniu z tradycyjnymi płytami PCB. Zapraszamy do zapoznania się z wielowarstwowymi płytami PCB!
Czym są wielowarstwowe płytki PCB?
Dolna warstwa elektronicznego PCB
Wielowarstwowe PCB (Printed Circuit Board) to płytki drukowane, które mają co najmniej trzy warstwy folii miedzianej. Zamiast dwuwarstwowych PCB, czy nie jednowarstwowe PCB.
Innymi słowy, Multilayer PCB musi mieć więcej niż dwie przewodzące warstwy materiału lub warstwy miedzi.
Wewnętrzna warstwa wielowarstwowej PCB musi mieć co najmniej trzy warstwy miedzi, które będziemy łączyć za pomocą miedzianych otworów/przelotek. Natomiast w dwuwarstwowych płytkach PCB na górze i na dole podłoża PCB znajdują się dwie warstwy przewodzące.
Platerowanie na otworach pomiędzy każdą warstwą jest miedziane. Warstw może być 4, 6, 8...40.
Wielowarstwowa płytka PCB jest z natury skomplikowana. Dlatego górna i dolna warstwa przypominają dwustronną płytkę PCB, ale są one ułożone jedna na drugiej z naprzemienną warstwą izolacyjną pomiędzy nimi.
Ponadto, producenci ściskają każdą warstwę, aby stworzyć pojedynczą wielowarstwową płytkę PCB z miedzianymi otworami łączącymi wszystkie warstwy.
Zalety wielowarstwowych płytek PCB
Zbliżenie płytki drukowanej
Wielowarstwowe płytki drukowane są powszechne w zastosowaniach o dużej gęstości. W tej części omówimy główne zalety wielowarstwowych płytek drukowanych.
Lekkość
Niezmontowana płytka PCB z elektroniką częstotliwości radiowych
Jedną z zalet wielowarstwowych płytek PCB jest to, że tego typu płytki są cieńsze i lżejsze niż inne typy płytek. Ta przewaga wagowa wynika z tego, że wielowarstwowe płytki PCB mają mniej warstw niż inne rodzaje płytek.
Na przykład, wielowarstwowa płytka PCB może mieć grubość zaledwie 0,004 cala (0,1016 mm), podczas gdy konwencjonalna płytka sześciowarstwowa może mieć grubość 0,032 cala (0,81 mm).
Ta przewaga wagowa jest niezwykle ważna w niektórych zastosowaniach, takich jak przemysł lotniczy i samochodowy, gdzie liczy się każda uncja.
Ponadto, przewaga wagowa wielowarstwowych płytek PCB sprawia, że są one łatwiejsze w obsłudze i mniej narażone na uszkodzenia podczas montażu i instalacji.
Niewielkie rozmiary
Układ scalony małej elektroniki na pustej płytce PCB, gotowy do montażu ręcznego
Wielowarstwowe płytki PCB mają również mniejsze rozmiary niż ich odpowiedniki. Dzieje się tak, ponieważ płytki wielowarstwowe mają więcej warstw przewodzących na jednostkę powierzchni niż płytki konwencjonalne. Na przykład płytki dwustronne lub płytki jednostronne.
Oznacza to, że można używać wielowarstwowych płytek PCB do tworzenia mniejszych, bardziej kompaktowych urządzeń elektronicznych. Takich jak smartfony, tablety i urządzenia typu wearable.
Wysoka gęstość montażu
Wielowarstwowe płytki PCB mają większą gęstość montażu niż inne rodzaje płytek drukowanych. W rezultacie wielowarstwowe płytki PCB mają więcej warstw przewodzących na jednostkę powierzchni. Pozwala to na umieszczenie większej ilości komponentów elektronicznych na wielowarstwowej płytce PCB. Dzięki temu uzyskujemy mniejszy, bardziej kompaktowy produkt.
Wysoka trwałość
Płyty wielowarstwowe są bardziej odporne na czynniki zewnętrzne, takie jak ciepło, wilgoć i stres fizyczny. Dzieje się tak dlatego, że wielowarstwowe płytki PCB mają mocniejszą strukturę niż inne rodzaje płytek drukowanych. Dzięki temu produkt jest bardziej wytrzymały.
Wyższa wydajność
Wielowarstwowe płytki drukowane mają wyższą wydajność niż inne rodzaje płytek drukowanych. Wynika to z faktu, że wielowarstwowe płytki PCB mają większą gęstość komponentów elektronicznych. Dzięki temu produkt może obsługiwać bardziej złożone sygnały elektroniczne.
Transmisja sygnału
Sonda oscyloskopowa na obwodzie elektronicznym
Jedną z najważniejszych zalet wielowarstwowej płytki drukowanej jest jej zdolność do obsługi szybkiej transmisji sygnału. W rzeczywistości wielowarstwowy stos PCB zapewnia ścieżkę o niskiej impedancji, którą może przebyć sygnał. W konsekwencji oznacza to, że wielowarstwowa płytka drukowana może obsługiwać szybkość transmisji danych do gigabitów na sekundę.
Zwiększona wydajność
Wielowarstwowe płytki drukowane są bardziej wydajne niż inne rodzaje płytek. Ponieważ wielowarstwowe płytki PCB mają więcej niż dwie warstwy połączeń elektrycznych, można je wykorzystać do tworzenia mniejszych i bardziej wydajnych obwodów. Ponadto, można również użyć wielowarstwowej płytki PCB do tworzenia obwodów o większej gęstości komponentów.
Wady płyt wielowarstwowych
Chociaż wiele warstw jest korzystnych, mają one również pewne wady. Oto niektóre z nich:
Długi czas produkcji.
Produkcja jednej wielowarstwowej płytki PCB może trwać nawet dwa tygodnie. A to dlatego, że musimy wykonać każdą warstwę osobno, a następnie połączyć je ze sobą.
Dlatego może to być kosztowne i czasochłonne, zwłaszcza dla firm, które muszą produkować wielowarstwowe PCB w dużych ilościach.
Potrzeba profesjonalnych projektantów
Inżynieria i kontrola jakości komponentów elektronicznych w laboratorium QC na komputerze Produkcja pod klucz PCB
Kolejną wadą wielowarstwowych płytek PCB jest to, że wymagają one profesjonalnych projektantów i producentów. Ponieważ proces tworzenia wielowarstwowej płytki PCB jest bardziej złożony niż tworzenie jednowarstwowej płytki PCB lub dwustronnej płytki PCB.
W związku z tym produkcja wielowarstwowych płytek PCB może być droższa.
Usuwanie błędów/naprawa jest trudna
Wizyjny przyrząd pomiarowy kontrolujący płytę PCB
Jeśli wystąpią jakiekolwiek problemy z wielowarstwową płytą PCB, usuwanie błędów i naprawa mogą być trudne. Dzieje się tak dlatego, że każda warstwa jest połączona ze sobą, co utrudnia dostęp do poszczególnych warstw. Wszystkie warstwy utrudniają również dostrzeżenie wszelkich problemów, które mogą być obecne.
Może to utrudniać pracę z wielowarstwowymi płytkami drukowanymi, zwłaszcza tym, którzy nie są z nimi zaznajomieni.
Zastosowania wielowarstwowych płytek drukowanych
układy o wysokiej prędkości przygotowują się do systemu windows 10
Wielowarstwowe płytki PCB stały się najczęściej wybieraną opcją dla różnych zastosowań w wielu sektorach. Wiele z tego trendu wynika z ciągłego nacisku na mobilność i funkcjonalność we wszystkich technologiach. Wielowarstwowe płytki PCB stanowią naturalny postęp, zapewniając większą funkcjonalność przy jednoczesnym zmniejszeniu rozmiarów. W rezultacie stały się one dość popularne; są powszechnie stosowane w
Wielowarstwowe płytki drukowane-Telekomunikacji
Płytki elektroniczne do telefonów komórkowych
Wielowarstwowe płytki drukowane stanowią trzon współczesnej telekomunikacji. Znajdują zastosowanie w urządzeniach mobilnych (telefony komórkowe), stacjach bazowych, routerach, przełącznikach i wielu innych rodzajach sprzętu.
Wielowarstwowe płytki drukowane-Komputery i urządzenia peryferyjne
Mikroukłady komputerowe w przemysłowej produkcji komputerów
Wielowarstwowa płytka drukowana jest przydatna w szerokiej gamie urządzeń komputerowych, od płyty głównej po najmniejsze urządzenia peryferyjne. I innych takich jak: dyski twarde, napędy CD i DVD, modemy, drukarki itp,
Elektronika użytkowa
Aparaty cyfrowe i noc w mieście
Wielowarstwowe płytki drukowane znajdziesz w aparatach cyfrowych, odtwarzaczach MP i innych rodzajach elektroniki użytkowej. A to sprawia, że nasze życie jest wygodniejsze i przyjemniejsze.
Wielowarstwowe płytki drukowane-Elektronika samochodowa
Trzy przełączniki na desce rozdzielczej samochodu
Przemysł motoryzacyjny przyjął technologię wielowarstwowych płytek PCB. Stąd znajdują one zastosowanie w jednostkach sterujących silnikiem, systemach nawigacyjnych, przełącznikach reflektorów i wielu innych systemach elektronicznych w nowoczesnych pojazdach.
Wielowarstwowe płytki drukowane-Sterowniki przemysłowe
Techniczny panel kontrolny z urządzeniami elektrycznymi
Wielowarstwowe płytki PCB są również powszechnie stosowane w przemysłowych systemach sterowania. Można je więc znaleźć w sterownikach procesów, programowalnych sterownikach logicznych i wielu innych aplikacjach sterowania przemysłowego.
Wielowarstwowe płytki drukowane-Urządzenia medyczne
Zastosowanie w monitorach ciśnienia krwi i tętna
Wielowarstwowe płytki PCB znajdują zastosowanie w wielu urządzeniach medycznych. Zazwyczaj są one powszechne we wszystkich urządzeniach, od ciśnieniomierzy po aparaty MRI. Poza tym, wielowarstwowe płytki PCB są również powszechne w różnych przenośnych urządzeniach medycznych, takich jak defibrylatory i monitory rytmu serca.
Wielowarstwowe płytki drukowane-Lotnictwo i kosmonautyka oraz obrona
Mapa miasta z ikonami GPS
Wielowarstwowe płytki PCB mają również zastosowanie w różnych aplikacjach lotniczych i obronnych. Ponadto, powszechnie występują w systemach kontroli lotów samolotów, systemach naprowadzania i systemach nawigacyjnych. Poza tym, wielowarstwowe PCB ma również zastosowanie w różnych rakietach i satelitach.
Układ warstw wielowarstwowej płytki drukowanej
8-warstwowa płyta PCB ułożona w stos
Aktywne i pasywne elementy elektryczne znajdują się na górnej i dolnej warstwie.
Wewnętrzne warstwy stosu służą przede wszystkim do routingu. Dlatego możliwe jest lutowanie przelotowych komponentów elektronicznych i komponentów do montażu powierzchniowego (SMD) po obu stronach tego projektu. Dzięki technologii montażu powierzchniowego i innym narzędziom PCBA można lutować komponenty SMD.
Następujące ułożenie warstw jest typowe dla ogólnych wielowarstwowych PCB:
Top Layer & Bottom Layer / warstwa zewnętrzna ( Electronic Components)
Warstwa pierwsza i warstwa druga to warstwy górna i dolna, w których umieścimy wszystkie komponenty elektroniczne.
Obie te warstwy posiadają cienką warstwę miedzi, która zostaje zalaminowana do podłoża dielektrycznego.
Rozmiar i kształt ścieżek miedzianych na tych warstwach będzie zależał od projektu płytki drukowanej.
Wielowarstwowe płytki drukowane-Warstwy wewnętrzne (Routing)
Wielowarstwowe płytki PCB
Warstwy trzecia i czwarta są warstwami wewnętrznymi, w których prowadzimy wszystkie ścieżki łączące.
Warstwy te mają również cienką warstwę miedzi laminowaną do podłoża dielektrycznego. Ponadto, grubość miedzi na tych warstwach jest zazwyczaj znacznie cieńsza niż na warstwach górnej i dolnej. A to dlatego, że ślady na tych warstwach nie muszą przewodzić tak dużego prądu jak ślady na warstwach górnej i dolnej.
Warstwy piąta i szósta to warstwy wewnętrzne, w których prowadzimy wszystkie ścieżki łączące.
Te warstwy również mają cienką warstwę miedzi laminowaną do podłoża dielektrycznego.
Grubość miedzi na tych warstwach jest zazwyczaj znacznie cieńsza niż na warstwach górnej i dolnej. Ponieważ ścieżki na tych warstwach nie muszą przewodzić tak dużego prądu jak ścieżki na górnej i dolnej warstwie.
Wielowarstwowe płytki drukowane-Warsaw przewodzące
Badanie jakości płyt PCB na nowoczesnym systemie kontroli urządzeń X-Ray
Warstwy przewodzące w wielowarstwowych PCB są częścią miedzi. Miedź jest laminowana do podłoża dielektrycznego. Grubość miedzi na warstwach przewodzących jest zazwyczaj znacznie cieńsza niż grubość miedzi na warstwach górnej i dolnej. Ponieważ ślady na tych warstwach nie muszą przewodzić tak dużego prądu jak ślady na górnej i dolnej warstwie.
Proces produkcji wielowarstwowych płytek PCB
Proces technologiczny - montaż płytki
Wielowarstwowe płytki drukowane-Proces produkcyjny wielowarstwowych płytek PCB jest podobny do procesu wytwarzania płytek dwustronnych. Najpierw nakłada się warstwę materiału przewodzącego na każdą stronę podłoża izolacyjnego.
Następnie należy połączyć ze sobą dwie lub więcej dwustronnych płytek PCB, aby utworzyć warstwy wewnętrzne. Na koniec należy dodać warstwy zewnętrzne i zalaminować całą wielowarstwową płytkę PCB materiałem izolacyjnym.
Wielowarstwowe płytki drukowane-Wykonanie rdzenia warstwy wewnętrznej
Rdzeń warstwy wewnętrznej to pierwszy krok w procesie produkcji wielowarstwowych płytek PCB. Na początek należy wybrać arkusz laminatu o odpowiedniej grubości i pokryć go wymaganą ilością folii Cu.
Obie strony materiałów rdzeniowych pokrywamy laminatem "hot-roll" laminowanym na miejscu suchym filmem rezystancyjnym i czułym na promieniowanie UV.
Następnie przeniesiemy obwody warstwy wewnętrznej i płaszczyzny do rezystora za pomocą filmu, który generuje dane elektroniczne. Następnie światło UV ma bezpośredni kontakt z rezystorem, utwardzając go tak, że przylega do powierzchni rdzenia.
W następnej operacji odporny na światło rezystor będzie się odsuwał. Odsunięcie rezystancji odsłania obszary Cu, które zostaną usunięte z powierzchni rdzenia.
Wielowarstwowe płytki drukowane-Proces laminacji wielowarstwowej PCB
Technik wkładający elementy elektroniczne do płyty PDB w celu montażu
Proces laminowania, stosowany przez wielu producentów PCB, wykorzystuje materiały w taki sposób, jak rdzeń warstwy wewnętrznej, arkusze folii Cu i arkusze "prepreg" (tkana tkanina szklana z żywicą epoksydową).
Następnie, będziemy wiercić wielowarstwowe PCB. Do tego celu należy użyć maszyny CNC, która posiada obrotowe wiertło. Dodatkowo, wiertło jest precyzyjnie prowadzone i powoduje kontakt z wielowarstwową płytką PCB.
Po zakończeniu procesu wiercenia, wielowarstwowe płytki PCB są gotowe do procesu galwanizacji. W tym procesie można nałożyć cienką warstwę metalu na przewiercone wielowarstwowe PCB. Poza tym, ten metal jest zwykle miedzią.
Ostatnim krokiem w procesie produkcji wielowarstwowych PCB jest maska lutownicza. Zazwyczaj maska lutownicza jest zielonym lub czarnym lakierem, który jest w użyciu dla wielowarstwowej płytki PCB. W ten sposób chroni wielowarstwową płytkę PCB przed utlenianiem i korozją.
Wielowarstwowe płytki drukowane-Materiały na wielowarstwowe płytki drukowane
Wybór materiału wielowarstwowej płytki drukowanej jest ważny z wielu powodów. Na przykład niektóre materiały do wielowarstwowych płytek drukowanych wybiera się ze względu na ich niską stałą dielektryczną, a inne ze względu na niską przewodność cieplną. Ponadto wielowarstwowe materiały PCB muszą mieć dobrą stabilność wymiarową. Powinny też być w stanie wytrzymać rygory procesu produkcji wielowarstwowej płytki drukowanej.
Obecnie na rynku dostępnych jest wiele różnych materiałów do produkcji wielowarstwowych płytek drukowanych. Niektóre z bardziej popularnych wielowarstwowych materiałów PCB to:
- Poliimid
- Laminaty Rogers Corporation serii RO400
- teflon
- Poliwęglan
- Laminaty FR-408HR
Każdy z tych wielowarstwowych materiałów PCB ma swój własny, unikalny zestaw właściwości, które sprawiają, że dobrze nadaje się do stosowania w wielowarstwowych płytach PCB. Ogólnie rzecz biorąc, wielowarstwowe materiały PCB muszą mieć dobre właściwości dielektryczne, dobrą wytrzymałość mechaniczną i dobrą stabilność termiczną.
Przy wyborze materiału do wielowarstwowej płytki drukowanej należy wziąć pod uwagę przeznaczenie wielowarstwowej płytki. Na przykład, wielowarstwowe materiały PCB, które są stosowane w aplikacjach wysokotemperaturowych muszą być odporne na temperatury przekraczające 300°C.
Ważne jest również rozważenie możliwości produkcyjnych materiału wielowarstwowej płytki PCB. Na przykład, niektóre wielowarstwowe materiały PCB są trudne do wytworzenia i wymagają specjalnych technik przetwarzania.
Wielowarstwowe płytki drukowane-Wielowarstwowa sztywno-elastyczna płytka PCB
Komponenty i urządzenia elektroniczne
Wielowarstwowe sztywno-elastyczne PCB to wielowarstwowe PCB, które mają część sztywną i część elastyczną. Ponadto, część sztywna jest zwykle wykonana z materiału FR-42, podczas gdy część elastyczna jest w użyciu poliimidu.
Zastosowania wielowarstwowych płyt sztywno-elastycznych
Wielowarstwowa sztywno-elastyczna płyta PCB jest powszechna w różnych zastosowaniach, w tym:
- Awionika
- Elektronika wojskowa
- Elektronika medyczna
- Telekomunikacja
Wielowarstwowe płytki drukowane-Zalety wielowarstwowej sztywno-elastycznej płytki PCB
Wielowarstwowe sztywno-elastyczne PCB oferują kilka zalet w porównaniu do tradycyjnych wielowarstwowych PCB, w tym:
- Zwiększona elastyczność
- Zwiększoną trwałość
- Zmniejszony rozmiar i waga
- Lepsza wydajność w trudnych warunkach
Wielowarstwowe sztywno-elastyczne PCB to przyszłość elektroniki. Dzięki swoim licznym zaletom, z pewnością będą coraz bardziej popularne w wielu różnych zastosowaniach.
Wielowarstwowe PCB vs. Dwustronne PCB vs. Jednowarstwowe PCB
Wielowarstwowe płytki PCB składają się z wielu warstw materiału przewodzącego, zazwyczaj na przemian z warstw izolacyjnych i przewodzących. Dwustronne PCB mają dwie warstwy przewodzące, podczas gdy jednowarstwowe PCB mają tylko jedną.
Ponadto wielowarstwowe płytki PCB mają wiele zalet w porównaniu z płytkami dwustronnymi i jednowarstwowymi, w tym większą elastyczność, większą trwałość, mniejsze rozmiary i wagę oraz lepsze działanie w trudnych warunkach.
Wielowarstwowe płytki PCB mają wiele zalet, ale mają też pewne wady. Na przykład, są droższe niż dwustronne lub jednowarstwowe PCB i trudniejsze w produkcji. Ponadto wielowarstwowe płytki PCB nie są tak szeroko dostępne jak płytki dwustronne lub jednowarstwowe.
Pomimo tych wad, wielowarstwowe płytki PCB są przyszłością elektroniki. Oferują one kilka zalet, które sprawiają, że dobrze nadają się do szerokiego zakresu zastosowań. Wraz z dalszym rozwojem technologii wielowarstwowe płytki drukowane prawdopodobnie staną się jeszcze bardziej popularne w nadchodzących latach.
Czynniki brane pod uwagę przy projektowaniu wielowarstwowych płytek PCB
Makro zbliżenie śladu technologii BGA ball grid array na płytce elektronicznej
Podczas projektowania wielowarstwowych płytek PCB należy wziąć pod uwagę kilka kwestii. Na przykład liczbę warstw, grubość folii miedzianej, stałą dielektryczną materiału izolacyjnego i tak dalej.
Należy również pamiętać, że wielowarstwowe płytki PCB są droższe w produkcji niż konwencjonalne płytki drukowane. Wynika to z faktu, że wymagają one specjalistycznego sprzętu i procesów.
Jednak korzyści płynące z zastosowania wielowarstwowych płytek PCB znacznie przewyższają koszty. Oferują one większą elastyczność w projektowaniu, lepsze parametry elektryczne i większą niezawodność.
Wybór właściwego producenta wielowarstwowych płyt PCB
Produkcja nowych, nowoczesnych płyt komputerowych w technologii mikroelektronicznej
Wybierając producentów wielowarstwowych płytek PCB, należy wziąć pod uwagę następujące czynniki:
- Doświadczenie producentów w produkcji wielowarstwowych płytek PCB.
- Zdolność producentów do zapewnienia wielowarstwowych płytek PCB o pożądanych cechach i specyfikacjach.
- Cenę za wielowarstwowe płytki PCB.
Proces produkcji wielowarstwowych płytek PCB jest również ważnym czynnikiem, który należy rozważyć przy wyborze producentów wielowarstwowych płytek PCB. Na przykład niektóre procesy wielowarstwowej płytki drukowanej nie są kompatybilne z niektórymi materiałami wielowarstwowej płytki drukowanej. Ponadto producenci powinni również być w stanie zapewnić wielowarstwowy materiał PCB o pożądanych właściwościach.
Podsumowanie
Wielowarstwowe płytki drukowane (ang. stacked circuit boards)
Wielowarstwowe płytki drukowane (PCB) są przyszłością elektroniki. Oferują one wiele zalet w porównaniu z jedno- i dwustronnymi płytkami drukowanymi, w tym lepszą wydajność, mniejsze rozmiary i obniżone koszty.
Jednak wielowarstwowe płytki PCB są bardziej skomplikowane w projektowaniu i produkcji niż ich jedno- i dwustronne odpowiedniki. Niniejszy przewodnik wyjaśnia, czym są wielowarstwowe płytki PCB, jak działają oraz jakie są ich zalety i wady. Jeśli masz jakiekolwiek pytania dotyczące wielowarstwowych płyt PCB, skontaktuj się z nami. Dziękujemy za przeczytanie!