Štruktúra stohovania dosiek s plošnými spojmi je kľúčovým faktorom určujúcim jeho výkon. Od jednoduchých obojstranných-dosiek až po zložité viacvrstvové{2}}dosky – stohovanie dosiek s plošnými spojmi je ako budovanie konštrukcie dosky s obvodmi, ktorá nesie dôležité funkcie, ako je prenos signálu, distribúcia energie, elektromagnetické tienenie atď., čo výrazne ovplyvňuje stabilitu a spoľahlivosť elektronických zariadení.
1, Základná koncepcia a zloženie stohovania dosiek plošných spojov
stohovanie dosiek plošných spojov je v podstate stohovanie a kombinácia vrstiev na doske plošných spojov. Kompletné dosky plošných spojov zvyčajne pozostávajú zo signálovej vrstvy, výkonovej vrstvy, základnej vrstvy a izolačnej dielektrickej vrstvy. Signálna vrstva je ako "diaľnica" na prenos informácií, ktorá je zodpovedná za prenos elektronických signálov; Výkonová vrstva poskytuje stabilnú napájaciu podporu pre elektronické komponenty na doske plošných spojov; Ako referenčný potenciál pre signály vytvára uzemňovacia vrstva nielen stabilný obvod na prenos signálu, ale tiež účinne chráni elektromagnetické rušenie; Izolačná dielektrická vrstva pôsobí ako pevná „izolačná stena“, ktorá oddeľuje vodivé vrstvy, aby sa zabránilo skratom a aby sa navzájom nerušili.
Ak vezmeme ako príklad bežnú 4-vrstvovú dosku, typická skladaná štruktúra pozostáva z hornej vrstvy (signálna vrstva), druhej vrstvy (základná vrstva), tretej vrstvy (výkonová vrstva) a spodnej vrstvy (signálna vrstva). Táto štruktúra môže spĺňať základné požiadavky v niektorých obvodoch, ktoré nevyžadujú vysoký výkon. Ale s vývojom elektronických zariadení smerom k vysokej rýchlosti a zložitosti sa dosky plošných spojov so 6, 8 alebo dokonca viacerými vrstvami postupne stali hlavným prúdom. Viac vrstiev znamená väčší priestor na zapojenie, stabilnejšiu distribúciu energie a lepšiu ochranu integrity signálu.
2, Úloha každej vrstvy pri stohovaní dosiek plošných spojov
1. Signálna vrstva
Signálna vrstva je nosným jadrom dosiek plošných spojov na implementáciu funkcií obvodov, zodpovedných za prenos rôznych elektrických signálov. Vo vysoko-rýchlostných obvodoch výkon signálovej vrstvy priamo ovplyvňuje integritu signálu. Aby sa znížilo vonkajšie rušenie, vysokorýchlostné signály sa zvyčajne umiestňujú do signálovej vrstvy blízko základnej vrstvy, pričom sa využívajú vlastnosti tienenia základnej vrstvy na zníženie vplyvu elektromagnetického rušenia na signál. Smer vodičov signálovej vrstvy je zároveň rozhodujúci a je potrebné vyhnúť sa paralelným-káblom na veľké vzdialenosti a pravouhlým vodičom, aby sa zabránilo odrazu signálu a presluchom. Napríklad vo vysokorýchlostných{7}}rozhraniach na prenos údajov, ako je USB 3.0, je presné rozloženie signálovej vrstvy kľúčové na zabezpečenie správneho prenosu údajov.
2. Silová vrstva
Hlavnou úlohou výkonovej vrstvy je poskytovať stabilné napájanie elektronickým komponentom na doske plošných spojov. Vo viacvrstvových doskách s plošnými spojmi môže špeciálne navrhnutá napájacia vrstva oddeliť napájacie zdroje rôznych úrovní napätia, aby sa zabránilo vzájomnému rušeniu. Výkonová vrstva tesne prilieha k základnej vrstve a zmenšením vzdialenosti medzi nimi možno znížiť impedanciu výkonovej roviny, zlepšiť účinnosť distribúcie výkonu a znížiť šum výkonu. Okrem toho musí byť výkonová vrstva správne rozdelená a izolovaná, aby sa zabezpečilo, že rôzne funkčné moduly môžu prijímať stabilné a nerušivé napájanie. Rovnako ako základná doska počítača sa spolieha na napájaciu vrstvu, ktorá poskytuje stabilné napájanie rôznym komponentom, ako je CPU, grafická karta a pamäť, čím sa zabezpečuje normálna prevádzka každého komponentu.
3. Uzemňovacia vrstva
Uzemňovacia vrstva hrá viacero kritických úloh pri stohovaní dosiek plošných spojov. Poskytuje stabilný referenčný potenciál pre prenos signálu, zaisťuje presný prenos a príjem signálov; Jeho vynikajúci tieniaci výkon môže účinne blokovať vonkajšie elektromagnetické rušenie pred prenikaním do vnútra dosky plošných spojov, pričom znižuje elektromagnetické žiarenie samotnej dosky plošných spojov a zlepšuje elektromagnetickú kompatibilitu; Okrem toho, uzemňovacia vrstva tiež poskytuje nízkoimpedančnú spätnú cestu pre výkonovú vrstvu, čím ďalej znižuje výkonový šum. V dizajne je uzemňovacia vrstva často položená s meďou na veľkej ploche, aby sa znížil odpor uzemnenia a zvýšila účinnosť uzemnenia. V oblastiach, ako sú lekárske elektronické zariadenia a letecké zariadenia, ktoré vyžadujú extrémne vysokú elektromagnetickú kompatibilitu, je úloha uzemňovacej vrstvy obzvlášť dôležitá.
4. Izolačná dielektrická vrstva
Izolačná dielektrická vrstva je umiestnená medzi každou vodivou vrstvou a jej hlavnou funkciou je dosiahnuť elektrickú izoláciu a zabrániť skratom medzi rôznymi vodivými vrstvami. Vlastnosti materiálu majú významný vplyv na elektrický výkon dosiek plošných spojov. Bežné izolačné materiály zahŕňajú epoxidovú živicu, polytetrafluóretylén atď. Dielektrická konštanta a uhol dielektrickej straty rôznych materiálov sa líšia a tieto parametre môžu ovplyvniť rýchlosť prenosu a stratu signálov. Vo vysokorýchlostných obvodoch sa zvyčajne vyberajú izolačné dielektrické materiály s nízkou dielektrickou konštantou a malým uhlom dielektrickej straty, aby sa znížilo oneskorenie a straty pri prenose signálu a zabezpečila sa integrita signálu.
3, Typické schémy stohovania pre dosky plošných spojov s rôznymi vrstvami
4-vrstvová doska
4-vrstvová doska je základná viacvrstvová štruktúra dosky s bežnými schémami stohovania vrátane hornej vrstvy (signálna vrstva), druhej vrstvy (prízemnej vrstvy), tretej vrstvy (napájacej vrstvy) a spodnej vrstvy (signálna vrstva). Táto štruktúra je vhodná pre obvody, ktoré nevyžadujú vysoký výkon, ako sú jednoduché produkty spotrebnej elektroniky, čiastkové obvodové dosky pre priemyselné riadiace zariadenia atď. Avšak v 4-vrstvovej doske je priestor zapojenia signálovej vrstvy obmedzený a je potrebné starostlivé plánovanie smeru zapojenia, aby sa zabránilo rušeniu signálu.
6-vrstvová doska
V porovnaní so 4-vrstvovou doskou, 6-vrstvová doska zväčšuje priestor na zapojenie a napájacie a uzemňovacie vrstvy. Spoločná schéma stohovania zahŕňa vrchnú vrstvu (signálovú vrstvu), druhú vrstvu (prízemnú vrstvu), tretiu vrstvu (signálovú vrstvu), štvrtú vrstvu (výkonovú vrstvu), piatu vrstvu (prízemnú vrstvu) a spodnú vrstvu (signálovú vrstvu). Táto štruktúra môže lepšie vyhovovať potrebám stredne zložitých obvodov, ako sú základné dosky smartfónov, niektoré dosky plošných spojov sieťových zariadení atď. V 6-vrstvovej doske môžu byť vysokorýchlostné signály usporiadané v signálovej vrstve blízko základnej vrstvy v strede, aby sa zvýšila integrita signálu.
8-vrstvová doska
8-vrstvová doska má bohatšie kombinácie stohovania, ktoré môžu poskytnúť dobrú podporu výkonu pre zložité obvody. Bežné schémy stohovania zahŕňajú hornú vrstvu (signálovú vrstvu), druhú vrstvu (základnú vrstvu), tretiu vrstvu (signálovú vrstvu), štvrtú vrstvu (napájaciu vrstvu), piatu vrstvu (napájaciu vrstvu), šiestu vrstvu (signálovú vrstvu), siedmu vrstvu (základnú vrstvu) a spodnú vrstvu (signálovú vrstvu). 8-doska vrstvy je vhodná pre vysoko-rýchlosť a vysokú{5}}hustotu obvodov, ako sú výkonné dosky s obvodmi pre grafickú kartu a pod. 8-vrstvová doska môže ešte viac znížiť energetický šum a zlepšiť integritu signálu.
4, Budúci vývojový trend stohovania dosiek plošných spojov
S neustálym pokrokom elektronickej technológie a zvyšujúcim sa dopytom po výkone dosiek s plošnými spojmi, stohovanie dosiek plošných spojov tiež predstaví nové smery vývoja. Rozšírené používanie technológií, ako sú 5G, umelá inteligencia a internet vecí, bude v budúcnosti generovať väčšie požiadavky na vysoko-rýchlostné, vysoko-frekvenčné a vysoko{4}}hustotné obvody. To podporí stohovanie dosiek plošných spojov, aby prijali viac vrstiev, pokročilejšie izolačné materiály a optimalizovanejšie stohovacie štruktúry, aby spĺňali vyššie požiadavky na integritu signálu, integritu napájania a elektromagnetickú kompatibilitu.
Aby sa prispôsobili trendu miniaturizácie a odľahčovania elektronických zariadení, stohovanie dosiek plošných spojov bude venovať väčšiu pozornosť integrácii a stenčovaniu. Využitím technológie prepájania s vysokou{1}}hustotou (HDI), technológie skrytých slepých otvorov atď. možno dosiahnuť vyššiu hustotu káblov v rámci obmedzeného počtu vrstiev. Použitie tenších izolačných materiálov a medenej fólie na zníženie hrúbky a hmotnosti dosiek plošných spojov.