ظهور PCB های چند لایه
از نظر تاریخی، بردهای مدار چاپی در درجه اول با ساختار تک یا دو لایه خود مشخص میشدند که به دلیل افت سیگنال و تداخل الکترومغناطیسی (EMI) محدودیتهایی را در مناسب بودن آنها برای کاربردهای فرکانس بالا ایجاد میکرد. با این وجود، معرفی بردهای مدار چاپی چند لایه منجر به پیشرفتهای قابل توجهی در یکپارچگی سیگنال، کاهش تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و عملکرد کلی شده است.
بردهای مدار چاپی چند لایه (شکل 1) از لایههای رسانای متعددی تشکیل شدهاند که توسط زیرلایههای عایق از هم جدا شدهاند. این طراحی امکان انتقال سیگنالها و صفحات قدرت را به شیوهای پیچیده فراهم میکند.
بردهای مدار چاپی چند لایه (PCB) با وجود سه یا چند لایه رسانا که توسط مواد عایق، که معمولاً به عنوان لایههای دیالکتریک شناخته میشوند، از همتایان تک یا دو لایه خود متمایز میشوند. اتصال این لایهها توسط ویاها تسهیل میشود، که گذرگاههای رسانای بسیار کوچکی هستند که ارتباط بین لایههای مجزا را تسهیل میکنند. طراحی پیچیده PCBهای چند لایه امکان تمرکز بیشتر قطعات و مدارهای پیچیده را فراهم میکند و آنها را برای فناوری پیشرفته ضروری میسازد.
بردهای مدار چاپی چند لایه معمولاً به دلیل چالش ذاتی دستیابی به چندین لایه در یک ساختار برد مدار چاپی انعطافپذیر، درجه بالایی از استحکام را نشان میدهند. اتصالات الکتریکی بین لایهها از طریق استفاده از انواع مختلف مسیرها (شکل 2)، از جمله مسیرها کور و مدفون، برقرار میشود.
این پیکربندی مستلزم قرار دادن دو لایه روی سطح است تا اتصالی بین برد مدار چاپی (PCB) و محیط خارجی برقرار شود. به طور کلی، چگالی لایهها در بردهای مدار چاپی (PCB) زوج است. این امر در درجه اول به دلیل حساسیت اعداد فرد به مسائلی مانند تاب برداشتن است.
تعداد لایهها معمولاً بسته به کاربرد خاص متفاوت است و معمولاً در محدوده چهار تا دوازده لایه قرار میگیرد.
معمولاً اکثر برنامهها حداقل به چهار و حداکثر به هشت لایه نیاز دارند. در مقابل، برنامههایی مانند تلفنهای هوشمند عمدتاً در مجموع از دوازده لایه استفاده میکنند.
کاربردهای اصلی
بردهای مدار چاپی چند لایه در طیف گستردهای از کاربردهای الکترونیکی (شکل 3) استفاده میشوند، از جمله:
● لوازم الکترونیکی مصرفی، که در آن PCB های چند لایه نقش اساسی در تأمین برق و سیگنال های لازم برای طیف وسیعی از محصولات مانند تلفن های هوشمند، تبلت ها، کنسول های بازی و دستگاه های پوشیدنی دارند. لوازم الکترونیکی شیک و قابل حملی که روزانه به آنها وابسته هستیم به طراحی جمع و جور و تراکم بالای قطعات آنها نسبت داده می شود.
● در زمینه مخابرات، استفاده از بردهای مدار چاپی چند لایه، انتقال روان سیگنالهای صوتی، داده و تصویری را در شبکهها تسهیل میکند و در نتیجه ارتباط قابل اعتماد و مؤثر را تضمین میکند.
● سیستمهای کنترل صنعتی به دلیل ظرفیت بردهای مدار چاپی چندلایه (PCB) در مدیریت مؤثر سیستمهای کنترل پیچیده، مکانیسمهای نظارتی و رویههای اتوماسیون، به شدت به آنها وابسته هستند. پنلهای کنترل ماشین، رباتیک و اتوماسیون صنعتی به عنوان سیستم پشتیبانی اساسی خود به آنها متکی هستند.
● بردهای مدار چاپی چند لایه برای تجهیزات پزشکی نیز مرتبط هستند، زیرا آنها برای تضمین دقت، قابلیت اطمینان و فشردگی بسیار مهم هستند. تجهیزات تشخیصی، سیستمهای نظارت بر بیمار و تجهیزات پزشکی نجاتبخش به طور قابل توجهی تحت تأثیر نقش مهم آنها قرار دارند.
مزایا و فواید
بردهای مدار چاپی چند لایه مزایا و فواید متعددی را در کاربردهای فرکانس بالا ارائه میدهند، از جمله:
● یکپارچگی سیگنال بهبود یافته: بردهای مدار چاپی چند لایه، مسیریابی امپدانس کنترلشده را تسهیل میکنند، اعوجاج سیگنال را به حداقل میرسانند و انتقال مطمئن سیگنالهای فرکانس بالا را تضمین میکنند. تداخل سیگنال کمتر بردهای مدار چاپی چند لایه منجر به بهبود عملکرد، سرعت و قابلیت اطمینان میشود.
● کاهش تداخل الکترومغناطیسی: با استفاده از صفحات زمین و تغذیه اختصاصی، بردهای مدار چاپی چند لایه به طور موثر تداخل الکترومغناطیسی را سرکوب میکنند و در نتیجه قابلیت اطمینان سیستم را افزایش داده و تداخل با مدارهای مجاور را به حداقل میرسانند.
● طراحی فشرده: با قابلیت جایگذاری اجزای بیشتر و طرحهای مسیریابی پیچیده، بردهای مدار چاپی چند لایه امکان طراحی فشرده را فراهم میکنند که برای کاربردهای با محدودیت فضا مانند دستگاههای تلفن همراه و سیستمهای هوافضا بسیار مهم است.
● مدیریت حرارتی بهبود یافته: بردهای مدار چاپی چند لایه از طریق ادغام مسیرهای حرارتی و لایههای مسی که به صورت استراتژیک قرار گرفتهاند، اتلاف حرارت کارآمدی را ارائه میدهند و قابلیت اطمینان و طول عمر اجزای پرمصرف را افزایش میدهند.
●انعطافپذیری طراحی: تطبیقپذیری بردهای مدار چاپی چندلایه امکان انعطافپذیری بیشتر در طراحی را فراهم میکند و مهندسان را قادر میسازد پارامترهای عملکردی مانند تطبیق امپدانس، تأخیر انتشار سیگنال و توزیع توان را بهینه کنند.