Struktura stohování desek plošných spojů je klíčovým faktorem určujícím její výkon. Od jednoduchých oboustranných-desek až po složité vícevrstvé-desky – skládání desek s plošnými spoji je jako budování kostry budovy s plošnými spoji, která nese důležité funkce, jako je přenos signálu, distribuce energie, elektromagnetické stínění atd., což výrazně ovlivňuje stabilitu a spolehlivost elektronických zařízení.
1, Základní koncepce a složení stohování desek plošných spojů
vrstvení desek s plošnými spoji je v podstatě vrstvení a kombinace vrstev na desce s plošnými spoji. Kompletní deska s plošnými spoji se obvykle skládá ze signálové vrstvy, výkonové vrstvy, zemní vrstvy a izolační dielektrické vrstvy. Signální vrstva je jako "dálnice" pro přenos informací, zodpovědná za přenos elektronických signálů; Výkonová vrstva poskytuje stabilní podporu napájení pro elektronické součástky na desce plošných spojů; Jako referenční potenciál pro signály vytváří zemnící vrstva nejen stabilní obvod pro přenos signálu, ale také účinně stíní elektromagnetické rušení; Izolační dielektrická vrstva působí jako pevná "izolační stěna", oddělující vodivé vrstvy, aby se zabránilo zkratům a zajistilo se, že se nebudou vzájemně rušit.
Vezmeme-li jako příklad běžnou čtyřvrstvou desku, typická vrstvená struktura se skládá z horní vrstvy (signální vrstva), druhé vrstvy (zemní vrstva), třetí vrstvy (výkonová vrstva) a spodní vrstvy (signální vrstva). Tato struktura může splňovat základní požadavky v některých obvodech, které nevyžadují vysoký výkon. Ale s vývojem elektronických zařízení směrem k vysoké rychlosti a složitosti se desky plošných spojů se 6, 8 nebo dokonce více vrstvami postupně staly hlavním proudem. Více vrstev znamená větší prostor pro zapojení, stabilnější distribuci energie a lepší ochranu integrity signálu.
2, Role každé vrstvy při stohování desek plošných spojů
1. Signální vrstva
Signální vrstva je základním nosičem desek plošných spojů pro realizaci funkcí obvodů, které jsou odpovědné za přenos různých elektrických signálů. Ve vysokorychlostních-okruzích výkon signálové vrstvy přímo ovlivňuje integritu signálu. Aby se omezilo vnější rušení, vysokorychlostní signály se obvykle umísťují do signálové vrstvy blízko zemní vrstvy, přičemž se využívají vlastnosti stínění zemní vrstvy ke snížení dopadu elektromagnetického rušení na signál. Zároveň je rozhodující i směr vedení signálové vrstvy a je nutné se vyhnout paralelnímu vedení na velké vzdálenosti a pravoúhlému vedení, aby nedocházelo k odrazům signálu a přeslechům. Například u rozhraní pro vysokorychlostní přenos dat, jako je USB 3.0, je přesné rozložení signálové vrstvy zásadní pro zajištění správného přenosu dat.
2. Výkonová vrstva
Hlavním úkolem výkonové vrstvy je poskytovat stabilní napájení elektronickým součástkám na desce plošných spojů. Ve vícevrstvých deskách plošných spojů může speciálně navržená výkonová vrstva oddělit zdroje energie s různými úrovněmi napětí, aby se zabránilo vzájemnému rušení. Výkonová vrstva těsně přiléhá k základní vrstvě a zmenšením vzdálenosti mezi těmito dvěma může být snížena impedance výkonové roviny, může být zlepšena účinnost distribuce energie a může být snížen výkonový šum. Kromě toho musí být výkonová vrstva správně rozdělena a izolována, aby bylo zajištěno, že různé funkční moduly mohou přijímat stabilní a nerušící napájení. Stejně jako základní deska počítače se spoléhá na napájecí vrstvu, která poskytuje stabilní napájení různým komponentám, jako je CPU, grafická karta a paměť, a zajišťuje tak normální provoz každé komponenty.
3. Zemnící vrstva
Zemnící vrstva hraje při stohování desek plošných spojů několik kritických rolí. Poskytuje stabilní referenční potenciál pro přenos signálu a zajišťuje přesný přenos a příjem signálů; Jeho vynikající stínící výkon může účinně blokovat vnější elektromagnetické rušení před pronikáním do vnitřku desky plošných spojů, přičemž snižuje elektromagnetické záření samotné desky plošných spojů a zlepšuje elektromagnetickou kompatibilitu; Zemnící vrstva navíc také poskytuje nízkoimpedanční zpětnou cestu pro výkonovou vrstvu, což dále snižuje výkonový šum. Při návrhu je zemnící vrstva často položena s mědí na velké ploše, aby se snížil odpor uzemnění a zvýšila účinnost uzemnění. V oborech, jako jsou lékařská elektronická zařízení a letecká zařízení, která vyžadují extrémně vysokou elektromagnetickou kompatibilitu, je role zemnící vrstvy obzvláště důležitá.
4. Izolační dielektrická vrstva
Izolační dielektrická vrstva je umístěna mezi každou vodivou vrstvou a její hlavní funkcí je dosáhnout elektrické izolace a zabránit zkratům mezi různými vodivými vrstvami. Vlastnosti materiálu mají významný vliv na elektrický výkon desek plošných spojů. Mezi běžné izolační materiály patří epoxidová pryskyřice, polytetrafluoretylen atd. Dielektrická konstanta a úhel dielektrické ztráty se u různých materiálů liší a tyto parametry mohou ovlivnit rychlost přenosu a ztrátu signálů. Ve vysokorychlostních obvodech se obvykle volí izolační dielektrické materiály s nízkou dielektrickou konstantou a malým úhlem dielektrické ztráty, aby se snížilo zpoždění a ztráty přenosu signálu a zajistila se integrita signálu.
3, Typická schémata stohování pro desky plošných spojů s různými vrstvami
4 vrstvy desky
4-vrstvá deska je základní vícevrstvá struktura desky s běžnými schématy skládání včetně horní vrstvy (signální vrstva), druhé vrstvy (přízemní vrstva), třetí vrstvy (výkonová vrstva) a spodní vrstvy (signální vrstva). Tato struktura je vhodná pro obvody, které nevyžadují vysoký výkon, jako jsou jednoduché výrobky spotřební elektroniky, dílčí desky plošných spojů pro průmyslová řídicí zařízení atd. Ve 4vrstvé desce je však prostor pro zapojení signálové vrstvy omezený a je nutné pečlivé naplánování směru zapojení, aby nedocházelo k rušení signálu.
6 vrstev desky
Ve srovnání se 4-vrstvou deskou zvětšuje 6vrstvá deska prostor pro kabeláž a napájecí a zemnící vrstvy. Společné schéma vrstvení zahrnuje horní vrstvu (signální vrstvu), druhou vrstvu (zemní vrstvu), třetí vrstvu (signální vrstvu), čtvrtou vrstvu (výkonovou vrstvu), pátou vrstvu (zemní vrstvu) a spodní vrstvu (signální vrstvu). Tato struktura může lépe vyhovět potřebám středně složitých obvodů, jako jsou základní desky chytrých telefonů, některé obvody síťových zařízení atd. V 6vrstvé desce mohou být vysokorychlostní signály uspořádány v signálové vrstvě poblíž zemní vrstvy uprostřed, aby se zvýšila integrita signálu.
Deska s 8 vrstvami
8-vrstvá deska má bohatší kombinace stohování, které mohou poskytnout dobrou výkonovou podporu pro složité obvody. Mezi běžná schémata vrstvení patří horní vrstva (signální vrstva), druhá vrstva (zemní vrstva), třetí vrstva (signální vrstva), čtvrtá vrstva (výkonová vrstva), pátá vrstva (výkonová vrstva), šestá vrstva (signální vrstva), sedmá vrstva (zemní vrstva) a spodní vrstva (signální vrstva). 8-deska s vrstvami je vhodná pro vysokou-rychlost a vysokou{5}}hustotu obvodů, jako jsou výkonné desky s obvody pro grafické karty a zemnění. 8vrstvá deska může dále snížit energetický šum a zlepšit integritu signálu.
4, Budoucí vývojový trend stohování desek plošných spojů
S neustálým pokrokem v elektronické technologii a zvyšující se poptávkou po výkonu desek s plošnými spoji stohování desek s plošnými spoji také ohlásí nové směry vývoje. V budoucnu bude rozšířené používání technologií, jako je 5G, umělá inteligence a internet věcí, generovat větší požadavky na vysoko-rychlostní, vysoko-frekvence a-obvody s vysokou hustotou. To podpoří stohování desek s plošnými spoji, aby přijaly více vrstev, pokročilejší izolační materiály a optimalizovanější stohovací struktury, aby splňovaly vyšší požadavky na integritu signálu, integritu napájení a elektromagnetickou kompatibilitu.
Aby se přizpůsobilo trendu miniaturizace a odlehčování elektronických zařízení, bude stohování desek plošných spojů věnovat větší pozornost integraci a ztenčování. Využitím technologie propojování s vysokou{1}}hustotou (HDI), technologie zakopaných slepých děr atd. lze dosáhnout vyšší hustoty kabeláže v rámci omezeného počtu vrstev; Použití tenčích izolačních materiálů a měděné fólie ke snížení tloušťky a hmotnosti desek plošných spojů.