Η δομή στοίβαξης των τυπωμένων κυκλωμάτων είναι ένας βασικός παράγοντας που καθορίζει την απόδοσή της. Από απλές-πίνακες διπλής όψης έως πολύπλοκες πλακέτες πολλαπλών-επιπέδων, η στοίβαξη πλακών τυπωμένων κυκλωμάτων είναι σαν να χτίζετε το πλαίσιο ενός κτιρίου πλακέτας κυκλώματος, να φέρετε σημαντικές λειτουργίες όπως μετάδοση σήματος, διανομή ισχύος, ηλεκτρομαγνητική θωράκιση κ.λπ., επηρεάζοντας βαθιά τη σταθερότητα και την αξιοπιστία των ηλεκτρονικών συσκευών.
1, Η βασική ιδέα και σύνθεση της στοίβαξης πλακών τυπωμένων κυκλωμάτων
Η στοίβαξη τυπωμένων κυκλωμάτων είναι ουσιαστικά η στοίβαξη και ο συνδυασμός στρωμάτων σε μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος. Μια πλήρης πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος συνήθως αποτελείται από ένα στρώμα σήματος, ένα στρώμα ισχύος, ένα στρώμα γείωσης και ένα μονωτικό διηλεκτρικό στρώμα. Το επίπεδο σήματος είναι σαν ένας «λεωφόρος» για τη μετάδοση πληροφοριών, υπεύθυνος για τη μεταφορά της μετάδοσης ηλεκτρονικών σημάτων. Το στρώμα ισχύος παρέχει σταθερή υποστήριξη ισχύος για ηλεκτρονικά εξαρτήματα στην πλακέτα κυκλώματος. Ως δυναμικό αναφοράς για σήματα, το στρώμα γείωσης όχι μόνο κατασκευάζει ένα σταθερό κύκλωμα για τη μετάδοση σήματος, αλλά επίσης προστατεύει αποτελεσματικά τις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές. Το μονωτικό διηλεκτρικό στρώμα λειτουργεί ως ένα στιβαρό "τοίχωμα απομόνωσης", διαχωρίζοντας τα αγώγιμα στρώματα για να αποτρέπονται βραχυκυκλώματα και να διασφαλίζεται ότι δεν παρεμβάλλονται μεταξύ τους.
Λαμβάνοντας ως παράδειγμα την κοινή πλακέτα 4 επιπέδων, μια τυπική στοιβαγμένη δομή αποτελείται από ένα ανώτερο στρώμα (στρώμα σήματος), ένα δεύτερο στρώμα (στρώμα εδάφους), ένα τρίτο στρώμα (στρώμα ισχύος) και ένα κάτω στρώμα (στρώμα σήματος). Αυτή η δομή μπορεί να ικανοποιήσει βασικές απαιτήσεις σε ορισμένα κυκλώματα που δεν απαιτούν υψηλή απόδοση. Αλλά με την ανάπτυξη των ηλεκτρονικών συσκευών προς την υψηλή ταχύτητα και την πολυπλοκότητα, οι πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων με 6, 8 ή και περισσότερα στρώματα έχουν σταδιακά γίνει mainstream. Περισσότερα επίπεδα σημαίνουν περισσότερο άφθονο χώρο καλωδίωσης, πιο σταθερή κατανομή ισχύος και καλύτερη προστασία της ακεραιότητας του σήματος.
2, Ο ρόλος κάθε στρώσης στη στοίβαξη τυπωμένων κυκλωμάτων
1. Στρώμα σήματος
Το στρώμα σήματος είναι ο φορέας πυρήνα των πλακών τυπωμένου κυκλώματος για την υλοποίηση λειτουργιών κυκλώματος, υπεύθυνος για τη μετάδοση διαφόρων ηλεκτρικών σημάτων. Σε κυκλώματα υψηλής-ταχύτητας, η απόδοση του επιπέδου σήματος επηρεάζει άμεσα την ακεραιότητα του σήματος. Για τη μείωση των εξωτερικών παρεμβολών, τα σήματα υψηλής-ταχύτητας τοποθετούνται συνήθως στο στρώμα σήματος κοντά στο στρώμα γείωσης, χρησιμοποιώντας τις ιδιότητες θωράκισης του στρώματος γείωσης για τη μείωση της επίδρασης της ηλεκτρομαγνητικής παρεμβολής στο σήμα. Ταυτόχρονα, η κατεύθυνση καλωδίωσης του στρώματος σήματος είναι επίσης κρίσιμη και είναι απαραίτητο να αποφευχθεί η παράλληλη καλωδίωση μεγάλων αποστάσεων και η καλωδίωση ορθής γωνίας για να αποφευχθεί η ανάκλαση του σήματος και η αλληλεπίδραση. Για παράδειγμα, σε διεπαφές μετάδοσης δεδομένων υψηλής-ταχύτητας, όπως το USB 3.0, η ακριβής διάταξη του επιπέδου σήματος είναι ζωτικής σημασίας για τη διασφάλιση της σωστής μετάδοσης δεδομένων.
2. Επίπεδο ισχύος
Το βασικό καθήκον του επιπέδου ισχύος είναι να παρέχει σταθερή ισχύ στα ηλεκτρονικά εξαρτήματα στην πλακέτα κυκλώματος. Σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων πολλών-στρώσεων, ένα ειδικά σχεδιασμένο στρώμα ισχύος μπορεί να διαχωρίσει πηγές ισχύος διαφορετικών επιπέδων τάσης για να αποφευχθούν οι αμοιβαίες παρεμβολές. Το στρώμα ισχύος είναι κοντά στο στρώμα γείωσης και μειώνοντας την απόσταση μεταξύ των δύο, η σύνθετη αντίσταση του επιπέδου ισχύος μπορεί να μειωθεί, η απόδοση διανομής ισχύος μπορεί να βελτιωθεί και ο θόρυβος ισχύος μπορεί να μειωθεί. Επιπλέον, το επίπεδο ισχύος πρέπει να χωριστεί και να απομονωθεί κατάλληλα για να διασφαλιστεί ότι οι διαφορετικές λειτουργικές μονάδες μπορούν να λαμβάνουν σταθερή και μη παρεμβαλλόμενη τροφοδοσία ρεύματος. Όπως μια μητρική πλακέτα υπολογιστή, βασίζεται στο επίπεδο ισχύος για να παρέχει σταθερή ισχύ σε διαφορετικά εξαρτήματα όπως η CPU, η κάρτα γραφικών και η μνήμη, διασφαλίζοντας την κανονική λειτουργία κάθε στοιχείου.
3. Στρώμα γείωσης
Το στρώμα γείωσης παίζει πολλαπλούς κρίσιμους ρόλους στη στοίβαξη πλακών τυπωμένων κυκλωμάτων. Παρέχει ένα σταθερό δυναμικό αναφοράς για μετάδοση σήματος, διασφαλίζοντας ακριβή μετάδοση και λήψη σημάτων. Η εξαιρετική του απόδοση θωράκισης μπορεί να εμποδίσει αποτελεσματικά την εισβολή εξωτερικών ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών στο εσωτερικό της πλακέτας κυκλώματος, ενώ μειώνει την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία της ίδιας της πλακέτας κυκλώματος και βελτιώνει την ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα. Επιπλέον, το στρώμα γείωσης παρέχει επίσης μια διαδρομή επιστροφής χαμηλής σύνθετης αντίστασης για το επίπεδο ισχύος, μειώνοντας περαιτέρω τον θόρυβο ισχύος. Στο σχεδιασμό, το στρώμα γείωσης συχνά τοποθετείται με χαλκό σε μεγάλη επιφάνεια για να μειωθεί η αντίσταση γείωσης και να ενισχυθεί η αποτελεσματικότητα της γείωσης. Σε τομείς όπως ο ιατρικός ηλεκτρονικός εξοπλισμός και ο αεροδιαστημικός εξοπλισμός που απαιτούν εξαιρετικά υψηλή ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα, ο ρόλος του στρώματος γείωσης είναι ιδιαίτερα σημαντικός.
4. Μονωτικό διηλεκτρικό στρώμα
Το μονωτικό διηλεκτρικό στρώμα βρίσκεται ανάμεσα σε κάθε αγώγιμο στρώμα και η κύρια λειτουργία του είναι να επιτυγχάνει ηλεκτρική απομόνωση και να αποτρέπει βραχυκυκλώματα μεταξύ διαφορετικών αγώγιμων στρωμάτων. Οι ιδιότητες του υλικού έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην ηλεκτρική απόδοση των πλακετών τυπωμένων κυκλωμάτων. Τα κοινά μονωτικά υλικά περιλαμβάνουν εποξειδική ρητίνη, πολυτετραφθοροαιθυλένιο, κ.λπ. Η διηλεκτρική σταθερά και η γωνία απώλειας διηλεκτρικών διαφορετικών υλικών ποικίλλουν και αυτές οι παράμετροι μπορούν να επηρεάσουν την ταχύτητα μετάδοσης και την απώλεια σημάτων. Σε κυκλώματα υψηλής-ταχύτητας, τα μονωτικά διηλεκτρικά υλικά με χαμηλή διηλεκτρική σταθερά και μικρή γωνία διηλεκτρικής απώλειας επιλέγονται συνήθως για να μειωθεί η καθυστέρηση και η απώλεια μετάδοσης σήματος και να διασφαλιστεί η ακεραιότητα του σήματος.
3, Τυπικά σχήματα στοίβαξης για πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων με διαφορετικά στρώματα
Πίνακας 4 στρώσεων
Η πλακέτα 4-στρώσεων είναι μια βασική δομή πλακέτας πολλαπλών επιπέδων, με κοινά σχήματα στοίβαξης που περιλαμβάνουν το ανώτερο στρώμα (στρώμα σήματος), το δεύτερο στρώμα (στρώμα εδάφους), το τρίτο στρώμα (στρώμα ισχύος) και το κάτω στρώμα (επίπεδο σήματος). Αυτή η δομή είναι κατάλληλη για κυκλώματα που δεν απαιτούν υψηλή απόδοση, όπως απλά ηλεκτρονικά προϊόντα ευρείας κατανάλωσης, μερικές πλακέτες κυκλωμάτων για εξοπλισμό βιομηχανικού ελέγχου κ.λπ. Ωστόσο, στην πλακέτα 4 επιπέδων, ο χώρος καλωδίωσης του στρώματος σήματος είναι περιορισμένος και απαιτείται προσεκτικός σχεδιασμός της κατεύθυνσης καλωδίωσης για να αποφευχθούν παρεμβολές σήματος.
Πίνακας 6 στρώσεων
Σε σύγκριση με την πλακέτα 4-επιπέδων, η πλακέτα 6 επιπέδων αυξάνει τον χώρο καλωδίωσης και τα επίπεδα ισχύος και γείωσης. Το κοινό σχήμα στοίβαξης περιλαμβάνει το ανώτερο στρώμα (στρώμα σήματος), το δεύτερο στρώμα (επίπεδο στρώμα), το τρίτο στρώμα (στρώμα σήματος), το τέταρτο στρώμα (στρώμα ισχύος), το πέμπτο στρώμα (στρώμα εδάφους) και το κάτω στρώμα (στρώμα σήματος). Αυτή η δομή μπορεί να καλύψει καλύτερα τις ανάγκες μετρίως πολύπλοκων κυκλωμάτων, όπως μητρικές πλακέτες smartphone, ορισμένες πλακέτες κυκλωμάτων συσκευών δικτύου κ.λπ. Στην πλακέτα 6 επιπέδων, τα σήματα υψηλής ταχύτητας μπορούν να τοποθετηθούν στο επίπεδο σήματος κοντά στο επίπεδο γείωσης στη μέση για να ενισχυθεί η ακεραιότητα του σήματος.
Πίνακας 8 στρώσεων
Η πλακέτα 8- επιπέδων έχει πλουσιότερους συνδυασμούς στοίβαξης, οι οποίοι μπορούν να παρέχουν καλή υποστήριξη απόδοσης για πολύπλοκα κυκλώματα. Τα κοινά σχήματα στοίβαξης περιλαμβάνουν επάνω στρώμα (στρώμα σήματος), δεύτερο στρώμα (στρώμα εδάφους), τρίτο στρώμα (στρώμα σήματος), τέταρτο στρώμα (στρώμα ισχύος), πέμπτο στρώμα (στρώμα ισχύος), έκτη στρώμα (στρώμα σήματος), έβδομο στρώμα (στρώμα εδάφους) και κάτω στρώμα (στρώμα σήματος). 8-η πλακέτα επιπέδου (στρώμα σήματος). 8-η πλακέτα επιπέδου είναι κατάλληλη για υψηλές-σχέση 5}, μητρική πλακέτα{4} και υψηλή ταχύτητα πλακέτες κυκλωμάτων κάρτας γραφικών υψηλής απόδοσης, κ.λπ. Τακτοποιώντας εύλογα τα επίπεδα ισχύος και γείωσης, η πλακέτα 8 επιπέδων μπορεί να μειώσει περαιτέρω τον θόρυβο ισχύος και να βελτιώσει την ακεραιότητα του σήματος.
4, Η μελλοντική αναπτυξιακή τάση των πλακών τυπωμένων κυκλωμάτων Στοίβαξη
Με τη συνεχή πρόοδο της ηλεκτρονικής τεχνολογίας και την αυξανόμενη ζήτηση για επιδόσεις τυπωμένων κυκλωμάτων, η στοίβαξη πλακών τυπωμένων κυκλωμάτων θα οδηγήσει επίσης σε νέες κατευθύνσεις ανάπτυξης. Στο μέλλον, η ευρεία εφαρμογή τεχνολογιών όπως το 5G, η τεχνητή νοημοσύνη και το Internet of Things θα δημιουργήσει περισσότερες απαιτήσεις για κυκλώματα υψηλής-ταχύτητας, υψηλής-συχνότητας και υψηλής-πυκνότητας. Αυτό θα ενθαρρύνει τη στοίβαξη των πλακών τυπωμένων κυκλωμάτων να υιοθετήσουν περισσότερα στρώματα, πιο προηγμένα μονωτικά υλικά και πιο βελτιστοποιημένες δομές στοίβαξης για να πληρούν υψηλότερες απαιτήσεις για ακεραιότητα σήματος, ακεραιότητα ισχύος και ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα.
Για να προσαρμοστούν στην τάση της σμίκρυνσης και του ελαφρού βάρους των ηλεκτρονικών συσκευών, η στοίβαξη των πλακών τυπωμένων κυκλωμάτων θα δώσει μεγαλύτερη προσοχή στην ενσωμάτωση και την αραίωση. Χρησιμοποιώντας την τεχνολογία διασύνδεσης υψηλής{1}}πυκνότητας (HDI), την τεχνολογία θαμμένων τυφλών οπών κ.λπ., μπορεί να επιτευχθεί υψηλότερη πυκνότητα καλωδίωσης σε περιορισμένο αριθμό στρωμάτων. Χρησιμοποιώντας λεπτότερα μονωτικά υλικά και φύλλο χαλκού για τη μείωση του πάχους και του βάρους των πλακών τυπωμένου κυκλώματος.