ساختار روی هم چیده شدن بردهای مدار چاپی یک عامل کلیدی در تعیین عملکرد آن است. از تختههای ساده دو طرفه گرفته تا بردهای چند لایه پیچیده، چیدمان بردهای مدار چاپی مانند ساخت چارچوب یک ساختمان تخته مدار است که عملکردهای مهمی مانند انتقال سیگنال، توزیع برق، محافظ الکترومغناطیسی و غیره را انجام میدهد که عمیقاً بر پایداری و قابلیت اطمینان دستگاههای الکترونیکی تأثیر میگذارد.
1، مفهوم اساسی و ترکیب انباشته بردهای مدار چاپی
چیدمان بردهای مدار چاپی اساساً انباشته شدن و ترکیب لایه ها روی یک برد مدار چاپی است. یک برد مدار چاپی کامل معمولاً از یک لایه سیگنال، یک لایه قدرت، یک لایه زمین و یک لایه دی الکتریک عایق تشکیل شده است. لایه سیگنال مانند یک "بزرگراه" برای انتقال اطلاعات است که وظیفه انتقال سیگنال های الکترونیکی را بر عهده دارد. لایه قدرت پشتیبانی توان پایدار را برای قطعات الکترونیکی روی برد مدار فراهم می کند. به عنوان یک پتانسیل مرجع برای سیگنال ها، لایه زمین نه تنها یک مدار پایدار برای انتقال سیگنال ایجاد می کند، بلکه به طور موثر از تداخل الکترومغناطیسی محافظت می کند. لایه دی الکتریک عایق به عنوان یک "دیوار ایزوله" محکم عمل می کند، لایه های رسانا را برای جلوگیری از اتصال کوتاه و اطمینان از عدم تداخل آنها با یکدیگر جدا می کند.
با در نظر گرفتن تخته معمولی 4 لایه به عنوان مثال، یک ساختار انباشته معمولی از یک لایه بالایی (لایه سیگنال)، یک لایه دوم (لایه زمین)، یک لایه سوم (لایه قدرت) و یک لایه پایین (لایه سیگنال) تشکیل شده است. این ساختار می تواند الزامات اساسی را در برخی مدارها که به عملکرد بالایی نیاز ندارند برآورده کند. اما با پیشرفت دستگاه های الکترونیکی به سمت سرعت و پیچیدگی بالا، بردهای مدار چاپی با لایه های 6، 8 یا حتی بیشتر به تدریج به جریان اصلی تبدیل شدند. لایه های بیشتر به معنای فضای سیم کشی وسیع تر، توزیع توان پایدارتر و حفاظت از یکپارچگی سیگنال بهتر است.
2، نقش هر لایه در انباشته شدن بردهای مدار چاپی
1. لایه سیگنال
لایه سیگنال حامل اصلی بردهای مدار چاپی برای اجرای توابع مدار است که مسئول انتقال سیگنال های الکتریکی مختلف است. در مدارهای سرعت بالا، عملکرد لایه سیگنال مستقیماً بر یکپارچگی سیگنال تأثیر میگذارد. برای کاهش تداخل خارجی، سیگنالهای با سرعت بالا معمولاً در لایه سیگنال نزدیک لایه زمین قرار میگیرند و از ویژگیهای محافظ لایه زمین برای کاهش تأثیر تداخل الکترومغناطیسی بر سیگنال استفاده میکنند. در عین حال، جهت سیمکشی لایه سیگنال نیز بسیار مهم است، و برای جلوگیری از انعکاس سیگنال و تداخل، باید از سیمکشی موازی در فواصل طولانی و سیمکشی با زاویه راست اجتناب کرد. برای مثال، در رابطهای انتقال داده با سرعت بالا مانند USB 3.0، چیدمان دقیق لایه سیگنال برای اطمینان از انتقال صحیح دادهها بسیار مهم است.
2. لایه قدرت
وظیفه اصلی لایه قدرت، تامین توان پایدار برای قطعات الکترونیکی روی برد مدار است. در بردهای مدار چاپی چند لایه، یک لایه قدرت طراحی شده ویژه میتواند منابع برق سطوح مختلف ولتاژ را برای جلوگیری از تداخل متقابل جدا کند. لایه قدرت نزدیک به لایه زمین است و با کاهش فاصله بین این دو می توان امپدانس صفحه قدرت را کاهش داد، راندمان توزیع توان را بهبود بخشید و نویز برق را کاهش داد. علاوه بر این، لایه قدرت باید به درستی پارتیشن بندی و ایزوله شود تا اطمینان حاصل شود که ماژول های عملکردی مختلف می توانند منبع تغذیه پایدار و بدون تداخل را دریافت کنند. مانند مادربرد کامپیوتر، برای تامین انرژی پایدار برای اجزای مختلف مانند CPU، کارت گرافیک و حافظه، به لایه قدرت متکی است و عملکرد طبیعی هر جزء را تضمین می کند.
3. لایه زمین
لایه زمین نقش های حیاتی متعددی را در انباشته شدن بردهای مدار چاپی ایفا می کند. این یک پتانسیل مرجع پایدار برای انتقال سیگنال، تضمین انتقال و دریافت دقیق سیگنال ها را فراهم می کند. عملکرد محافظ عالی آن می تواند به طور موثر مانع تداخل الکترومغناطیسی خارجی از نفوذ به داخل برد مدار شود، در حالی که تابش الکترومغناطیسی خود برد مدار را کاهش می دهد و سازگاری الکترومغناطیسی را بهبود می بخشد. علاوه بر این، لایه زمین همچنین یک مسیر بازگشت با امپدانس کم برای لایه قدرت فراهم می کند و نویز برق را بیشتر کاهش می دهد. در طراحی، لایه زمین اغلب با مس در یک منطقه بزرگ قرار داده می شود تا مقاومت زمین را کاهش دهد و کارایی زمین را افزایش دهد. در زمینه هایی مانند تجهیزات الکترونیک پزشکی و تجهیزات هوافضا که به سازگاری الکترومغناطیسی بسیار بالا نیاز دارند، نقش لایه زمین از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
4. لایه دی الکتریک عایق
لایه دی الکتریک عایق بین هر لایه رسانا قرار دارد و وظیفه اصلی آن دستیابی به ایزولاسیون الکتریکی و جلوگیری از اتصال کوتاه بین لایه های رسانای مختلف است. خواص مواد تأثیر قابل توجهی بر عملکرد الکتریکی بردهای مدار چاپی دارد. مواد عایق متداول شامل رزین اپوکسی، پلی تترا فلوئورواتیلن و غیره است. ثابت دی الکتریک و زاویه تلفات دی الکتریک مواد مختلف متفاوت است و این پارامترها می توانند بر سرعت انتقال و از دست دادن سیگنال ها تأثیر بگذارند. در مدارهای با سرعت بالا، معمولاً مواد دی الکتریک عایق با ثابت دی الکتریک کم و زاویه تلفات دی الکتریک کوچک برای کاهش تأخیر و تلفات انتقال سیگنال و اطمینان از یکپارچگی سیگنال انتخاب می شوند.
3، طرح های انباشته معمولی برای بردهای مدار چاپی با لایه های مختلف
تخته 4 لایه
تخته 4-لایهای یک ساختار تخته چند لایه اساسی است، با طرحهای انباشته مشترک شامل لایه بالایی (لایه سیگنال)، لایه دوم (لایه زمین)، لایه سوم (لایه قدرت) و لایه پایین (لایه سیگنال). این ساختار برای مدارهایی که نیاز به کارایی بالایی ندارند، مانند محصولات الکترونیکی مصرفی ساده، بردهای مدار جزئی برای تجهیزات کنترل صنعتی و ... مناسب است، البته در برد 4 لایه، فضای سیم کشی لایه سیگنال محدود است و برای جلوگیری از تداخل سیگنال، نیاز به برنامه ریزی دقیق جهت سیم کشی است.
تخته 6 لایه
در مقایسه با برد 4-لایه، برد 6 لایه فضای سیم کشی و توان و لایه های زمین را افزایش می دهد. طرح انباشته مشترک شامل لایه بالایی (لایه سیگنال)، لایه دوم (لایه زمین)، لایه سوم (لایه سیگنال)، لایه چهارم (لایه قدرت)، لایه پنجم (لایه زمین) و لایه پایین (لایه سیگنال) است. این ساختار می تواند نیازهای مدارهای نسبتاً پیچیده مانند مادربردهای تلفن هوشمند، برخی از بردهای مدار دستگاه شبکه و غیره را بهتر برآورده کند. در برد 6 لایه می توان سیگنال های پرسرعت را در لایه سیگنال نزدیک لایه زمین در وسط قرار داد تا یکپارچگی سیگنال را افزایش دهد.
تخته 8 لایه
برد 8 لایه ای دارای ترکیبات انباشته غنی تری است که می تواند عملکرد خوبی را برای مدارهای پیچیده ارائه دهد. طرح های متداول انباشتگی شامل لایه بالایی (لایه سیگنال)، لایه دوم (لایه زمین)، لایه سوم (لایه سیگنال)، لایه چهارم (لایه قدرت)، لایه پنجم (لایه قدرت)، لایه ششم (لایه سیگنال)، لایه هفتم (لایه زمین) و لایه پایین (لایه سیگنال). 8-برد لایه برای مدارهای-با سرعت{4}طراحی،{5} و مدارهای بالا، مانند مدارهای با سرعت{{4}،{4} بالا، مانند مدارهای پر سرعت، طراحی و سطح بالا مناسب است. بردهای مدار کارت گرافیک با کارایی بالا و غیره. با چیدمان معقول لایه های برق و زمین، برد 8 لایه می تواند نویز برق را بیشتر کاهش دهد و یکپارچگی سیگنال را بهبود بخشد.
4، روند توسعه آتی بردهای مدار چاپی انباشته شدن
با پیشرفت مداوم فناوری الکترونیک و افزایش تقاضا برای عملکرد بردهای مدار چاپی، انباشته شدن بردهای مدار چاپی نیز مسیرهای توسعه جدیدی را آغاز خواهد کرد. در آینده، کاربرد گسترده فناوریهایی مانند 5G، هوش مصنوعی، و اینترنت اشیا، تقاضاهای بیشتری را برای مدارهای-سرعت، فرکانس بالا، و{4}}بالا{4}} ایجاد خواهد کرد. این امر باعث میشود که تختههای مدار چاپی روی هم چیده شوند تا لایههای بیشتر، مواد عایق پیشرفتهتر و ساختارهای انباشته بهینهتر را برای برآوردن الزامات بالاتر برای یکپارچگی سیگنال، یکپارچگی توان و سازگاری الکترومغناطیسی اتخاذ کنند.
برای انطباق با روند کوچکسازی و سبکسازی دستگاههای الکترونیکی، چیدمان بردهای مدار چاپی توجه بیشتری به یکپارچهسازی و نازکسازی میکند. با استفاده از فناوری اتصال متقابل با چگالی بالا (HDI)، فناوری سوراخ کور مدفون و غیره، تراکم سیمکشی بالاتر در تعداد محدودی از لایهها قابل دستیابی است. استفاده از مواد عایق نازکتر و فویل مسی برای کاهش ضخامت و وزن بردهای مدار چاپی.