Sự ra đời của PCB nhiều lớp
Theo truyền thống, các bảng mạch in chủ yếu được đặc trưng bởi cấu trúc một hoặc hai lớp, điều này đặt ra những hạn chế về tính phù hợp của chúng đối với các ứng dụng tần số cao do tín hiệu bị suy giảm và nhiễu điện từ (EMI). Tuy nhiên, sự ra đời của các bảng mạch in nhiều lớp đã mang lại những tiến bộ đáng kể về tính toàn vẹn của tín hiệu, giảm thiểu nhiễu điện từ (EMI) và hiệu suất tổng thể.
PCB nhiều lớp (Hình 1) bao gồm nhiều lớp dẫn điện được ngăn cách bằng các lớp nền cách điện. Thiết kế này cho phép truyền tín hiệu và mặt phẳng nguồn theo cách tinh vi.
Bảng mạch in nhiều lớp (PCB) được phân biệt với các bảng mạch đơn hoặc đôi lớp bằng sự hiện diện của ba hoặc nhiều lớp dẫn điện được ngăn cách bằng vật liệu cách điện, thường được gọi là lớp điện môi. Sự kết nối giữa các lớp này được tạo điều kiện thuận lợi bằng các via, là các đường dẫn điện cực nhỏ giúp giao tiếp giữa các lớp riêng biệt. Thiết kế phức tạp của PCB nhiều lớp cho phép tập trung nhiều thành phần và mạch phức tạp hơn, khiến chúng trở nên thiết yếu đối với công nghệ tiên tiến.
PCB nhiều lớp thường có độ cứng cao do thách thức cố hữu trong việc tạo ra nhiều lớp trong cấu trúc PCB linh hoạt. Các kết nối điện giữa các lớp được thiết lập thông qua việc sử dụng một số loại lỗ thông (hình 2), bao gồm lỗ thông mù và lỗ thông chôn.
Cấu hình đòi hỏi phải đặt hai lớp trên bề mặt để thiết lập kết nối giữa bảng mạch in (PCB) và môi trường bên ngoài. Nhìn chung, mật độ các lớp trong bảng mạch in (PCB) là đều. Điều này chủ yếu là do tính dễ bị các vấn đề như cong vênh của số lẻ.
Số lượng lớp thường thay đổi tùy theo ứng dụng cụ thể, thường nằm trong khoảng từ bốn đến mười hai lớp.
Thông thường, phần lớn các ứng dụng cần tối thiểu bốn và tối đa tám lớp. Ngược lại, các ứng dụng như điện thoại thông minh chủ yếu sử dụng tổng cộng mười hai lớp.
Ứng dụng chính
PCB nhiều lớp được sử dụng trong nhiều ứng dụng điện tử khác nhau (Hình 3), bao gồm:
●Thiết bị điện tử tiêu dùng, nơi PCB nhiều lớp đóng vai trò cơ bản cung cấp năng lượng và tín hiệu cần thiết cho nhiều loại sản phẩm như điện thoại thông minh, máy tính bảng, máy chơi game và thiết bị đeo được. Các thiết bị điện tử kiểu dáng đẹp và di động mà chúng ta phụ thuộc hàng ngày được cho là có thiết kế nhỏ gọn và mật độ linh kiện cao
●Trong lĩnh vực viễn thông, việc sử dụng PCB nhiều lớp tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền tín hiệu thoại, dữ liệu và video qua mạng một cách trơn tru, do đó đảm bảo truyền thông đáng tin cậy và hiệu quả
●Hệ thống điều khiển công nghiệp phụ thuộc rất nhiều vào bảng mạch in nhiều lớp (PCB) do khả năng quản lý hiệu quả các hệ thống điều khiển phức tạp, cơ chế giám sát và quy trình tự động hóa. Bảng điều khiển máy, rô bốt và tự động hóa công nghiệp dựa vào chúng như hệ thống hỗ trợ cơ bản của chúng
●PCB nhiều lớp cũng có liên quan đến các thiết bị y tế, vì chúng rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác, độ tin cậy và tính nhỏ gọn. Thiết bị chẩn đoán, hệ thống theo dõi bệnh nhân và các thiết bị y tế cứu sinh chịu ảnh hưởng đáng kể bởi vai trò quan trọng của chúng.
Lợi ích và ưu điểm
PCB nhiều lớp mang lại nhiều lợi ích và ưu điểm trong các ứng dụng tần số cao, bao gồm:
●Cải thiện tính toàn vẹn của tín hiệu: PCB nhiều lớp tạo điều kiện cho việc định tuyến trở kháng được kiểm soát, giảm thiểu độ méo tín hiệu và đảm bảo truyền tín hiệu tần số cao đáng tin cậy. Độ nhiễu tín hiệu thấp hơn của bảng mạch in nhiều lớp dẫn đến hiệu suất, tốc độ và độ tin cậy được cải thiện
●Giảm EMI: Bằng cách sử dụng mặt đất và mặt phẳng nguồn chuyên dụng, PCB nhiều lớp có thể ngăn chặn hiệu quả EMI, do đó nâng cao độ tin cậy của hệ thống và giảm thiểu nhiễu với các mạch lân cận
●Thiết kế nhỏ gọn: Với khả năng chứa nhiều linh kiện hơn và các sơ đồ định tuyến phức tạp, PCB nhiều lớp cho phép thiết kế nhỏ gọn, rất quan trọng cho các ứng dụng hạn chế về không gian như thiết bị di động và hệ thống hàng không vũ trụ.
●Quản lý nhiệt được cải thiện: PCB nhiều lớp cung cấp khả năng tản nhiệt hiệu quả thông qua việc tích hợp các lỗ dẫn nhiệt và các lớp đồng được bố trí một cách chiến lược, nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ của các linh kiện công suất cao.
●Tính linh hoạt trong thiết kế: Tính linh hoạt của PCB nhiều lớp cho phép thiết kế linh hoạt hơn, cho phép các kỹ sư tối ưu hóa các thông số hiệu suất như khớp trở kháng, độ trễ truyền tín hiệu và phân phối điện năng.