Domov > Zdroje > Blogy > Vnitřní architektura vícevrstvých desek plošných spojů: Objevování fascinujícího světa návrhu desek plošných spojů

<font dir="auto" style="vertical-align: inherit;"><font dir="auto" style="vertical-align: inherit;">Vnitřní architektura vícevrstvých desek plošných spojů: Objevování fascinujícího světa návrhu desek plošných spojů

2023-08-02Zpravodaj: SprintPCB

Když se hardwaroví inženýři poprvé setkají s vícevrstvými deskami plošných spojů, mohou se cítit trochu zahlceni. Pohled na desetivrstvé nebo osmivrstvé desky s hustými, složitými stopami připomínajícími pavučiny může člověka nechat nejistým, kde začít. Návrh vícevrstvých desek plošných spojů je však nezbytnou a nedílnou součástí moderních elektronických výrobků. Vnitřní strukturu vícevrstvých desek plošných spojů lze znázornit pomocí trojrozměrné grafiky, což lidem umožňuje intuitivnější pochopení návrhu desek plošných spojů.

Jádro HDI

High-Density Interconnect (HDI) je konstrukce jádra pro vícevrstvé desky plošných spojů, která se vyznačuje především technologií propojení. Výrobní proces obvodů ve vícevrstvých deskách plošných spojů je podobný jako u jednovrstvých a dvouvrstvých desek plošných spojů, přičemž nejvýznamnější rozdíl spočívá v technologii propojení. Obvody jsou leptány, zatímco propojení jsou vytvořena vrtáním a pokovováním mědí.

Typy vícevrstvých desek plošných spojů

Vícevrstvé desky plošných spojů jsou běžnými a zásadními součástmi moderních elektronických produktů. Jejich návrh a výroba zahrnuje výběr různého počtu vrstev a technologií na základě složitosti a požadavků na výkon produktů. Následuje několik běžných typů vícevrstvých desek plošných spojů a jejich typické aplikace:

Deska plošných spojů s průchozím otvorem

Deska plošných spojů s průchozími otvory je nejjednodušší typ vícevrstvé desky plošných spojů, obvykle složená ze dvou vrstev propojených průchozími otvory. Tento typ desky plošných spojů je vhodný pro některé jednoduché 8bitové mikrokontroléry a nabízí relativně nižší cenu. Vzhledem k potenciálnímu rušení signálu a konstrukčním omezením způsobeným průchozími otvory je však postupně nahrazována jinými typy pro produkty s vyššími požadavky na výkon.

První objednávková deska

Deska prvního řádu (First Order Board) je běžná 4 až 6vrstvá deska s průchozími otvory vhodná pro 32bitový inteligentní hardware na úrovni mikrokontroléru. Poskytuje větší prostor pro mezivrstvé připojení a flexibilitu designu, což pomáhá snižovat rušení signálu, zajišťuje lepší elektrický výkon a odolnost proti šumu. Zároveň je výrobní proces relativně jednoduchý a náklady relativně nízké, což z ní činí preferovanou volbu pro mnoho produktů střední složitosti.

Rada druhého řádu

Deska plošných spojů druhého řádu je pokročilejší typ vícevrstvé desky plošných spojů, obvykle s 6 až 8 vrstvami. Konstrukce této desky je složitější a je vhodná pro inteligentní hardware na úrovni Linuxu a Androidu. V těchto produktech vyžaduje rozložení komunikačních rozhraní, vysokorychlostních signálů, napájecích a zemních vrstev větší přesnost a použití desky druhého řádu může tyto požadavky lépe splňovat.

Druhý řád stohování přes PCB

Deska plošných spojů s propojovacími otvory druhého řádu je složitý typ používaný v osmi nebo více vrstvách desek. Kombinuje vlastnosti desek prvního a druhého řádu, což umožňuje umístění více propojovacích otvorů na stejném místě, což zajišťuje vyšší hustotu připojení a lepší integritu signálu. Vzhledem ke své složitosti a výrobní obtížnosti je však její použití omezené a uplatňuje se primárně ve špičkových sofistikovaných produktech.

Desky plošných spojů třetího řádu a desky plošných spojů vyššího řádu

Desky plošných spojů třetího a vyššího řádu se obvykle používají pro extrémně výkonné aplikace, jako jsou servery, špičkové počítače atd., a to kvůli jejich složité konstrukci a výrobním nákladům. Tyto desky nabízejí více vrstev signálních a napájecích rovin, což jim umožňuje splňovat požadavky na komplexní přenos signálu a správu napájení. Vzhledem k jejich vysoké ceně se obecně používají v aplikacích, které vyžadují extrémně vysoký výkon a spolehlivost. Chytré telefony a další kompaktní produkty obvykle používají 8vrstvé desky plošných spojů prvního až 10vrstvé desky plošných spojů druhého řádu. Vzhledem k nutnosti umístit řadu funkcí a složitých obvodů v omezeném prostoru umožňuje použití více vrstev a desek plošných spojů vyšší úrovně lepší integritu signálu, správu napájení a požadavky na odvod tepla. Celkově vzato, výběr vhodného typu vícevrstvé desky plošných spojů závisí na výkonnostních požadavcích produktu, integritě signálu, elektrickém výkonu, složitosti rozvržení a rozpočtových omezeních. S neustálým pokrokem technologií bude stále více produktů používat desky plošných spojů vyšší úrovně, aby splňovaly stále rostoucí funkční a výkonnostní požadavky.

Nejběžnější typ průchozího otvoru

Existuje pouze jeden typ průchodu, který vede od první vrstvy k poslední vrstvě. Ať už se jedná o externí nebo interní trasu, průchod je provrtaný skrz naskrz, což se nazývá deska plošných spojů s průchozím otvorem. Počet vrstev nemá žádný vztah k deskám plošných spojů s průchozím otvorem; i běžně používané dvouvrstvé desky plošných spojů mají průchozí otvory. Mnoho přepínačů a desek plošných spojů armádní třídy, i když mají 20 vrstev, stále používá průchozí otvory. Proces zahrnuje vyvrtání desky plošných spojů vrtákem a následné pokovení mědí uvnitř otvorů pro vytvoření elektrických spojení.

deska plošných spojů s průchozím otvorem

Je třeba poznamenat, že průměry pokovených průchozích otvorů jsou obvykle 0,2 mm, 0,25 mm a 0,3 mm. Vrtáky o průměru 0,2 mm jsou však obecně dražší než vrtáky o průměru 0,3 mm. Je to proto, že tenčí vrtáky jsou náchylnější k zlomení a vrtání trvá déle. Dodatečný čas a náklady na vrták se odrážejí ve zvýšených cenách desek plošných spojů.

Laserové průchodky na deskách HDI

Tento diagram znázorňuje uspořádání vrstev šestivrstvé desky s propojením HDI (High-Density Interconnect) jednoho řádu. Horní a spodní povrch mají dvě vrstvy, každá s laserovými průchodkami o průměru 0,1 mm. Vnitřní vrstvy mají mechanické průchodky, čímž vytvářejí strukturu podobnou čtyřvrstvé desce s průchozími otvory, s dalšími dvěma vrstvami pokrývajícími vnější stranu.

Laserové průchody

Laserové průchodky mohou proniknout materiály se skleněnými vlákny, ale ne kovovou mědí. Díky tomu průchodky na vnějších vrstvách neovlivňují vnitřní směrování. Po laserovém vrtání jsou otvory pokoveny mědí, čímž vznikají laserové mikroprůchodky.

Dvouvrstvá deska HDI s dvouvrstvým laserem

Obrázek nahoře ukazuje 6vrstvou desku s 2stupňovým střídavým uspořádáním otvorů (HDI). Obvykle se 6vrstvé 2stupňové desky HDI používají méně často a nejčastěji se preferují 8vrstvé 2stupňové desky HDI. Principy jsou však stejné i při práci s vyšším počtem vrstev jako v případě 6vrstvé desky HDI. Termín „2stupňový“ označuje přítomnost dvou vrstev laserově vyvrtaných otvorů. Termín „střídavý“ označuje, že dvě vrstvy laserově vyvrtaných otvorů nejsou zarovnány. Proč jsou otvory střídavé? Je to proto, že během procesu mědění nemusí být otvory zcela vyplněny, a uvnitř otvorů zůstávají dutiny. Proto není možné přímo vrtat na tyto dutiny. Místo toho musí být otvory střídavé v určité vzdálenosti a navrchu se vytvoří další vrstva dutin. 6vrstvý 2stupňový HDI znamená, že existují 4 vrstvy s 1stupňovou konstrukcí HDI a poté jsou na vnější stranu přidány další 2 vrstvy. 8vrstvá 2kroková konstrukce HDI znamená, že existuje 6 vrstev s 1krokovou konstrukcí HDI a poté jsou na vnější stranu přidány další 2 vrstvy. Technologie mikropropojení zahrnuje složité procesy a vyšší náklady, kdy se dvě vrstvy laserově vrtaných průchodů překrývají. To umožňuje kompaktnější zapojení. Průchody vnitřní vrstvy musí být před vytvořením průchodů vnější vrstvy vyplněny galvanickým pokovením. Tento proces je dražší než konvenční desky s průchozími otvory. U ultra drahých desek s vysokou hustotou propojení (HDI): zahrnuje více vrstev laserově vrtaných mikroprochodů. Každá vrstva se skládá z laserově vrtaných průchodů, což poskytuje flexibilitu při směrování a vytváření průchodů dle potřeby. Projektant je se svou prací nesmírně spokojený! Už se nemusí obávat, že nebude schopen vytvořit ideální návrh. Oddělení nákupu však čelí značnému tlaku, protože cena desky Any-Layer HDI (High-Density Interconnect) je více než 10krát vyšší ve srovnání s běžnými deskami s průchozími otvory! To také vysvětluje, proč si pouze špičkové produkty, jako je iPhone, mohou dovolit používat tak drahé desky. Zdá se, že v současné době se zdá, že ostatní značky mobilních telefonů o někom, kdo by desku Any-Layer HDI přijal, neslyšely.

SprintPCB: Váš spolehlivý poskytovatel podpory pro desky plošných spojů SprintPCB je renomovaný high-tech podnik, který nabízí komplexní služby v oblasti výroby desek plošných spojů klientům po celém světě. Díky našim rozsáhlým odborným znalostem a cenově efektivním řešením můžete upřednostnit kritické požadavky vaší organizace a zároveň si užívat bezproblémového procesu. Kontaktujte nás ještě dnes a zjistěte, jak vám můžeme pomoci.