Klíčové vlastnosti vícevrstvých PCB

1. Kompaktní design a multifunkčnost
   Vícevrstvé PCB umožňují umístění velkého množství součástek na malém prostoru. Toho je dosaženo hustým propojením signálových a napájecích vrstev, což je ideální například pro chytré telefony nebo nositelnou elektroniku.
2. Vysoká kvalita signálu
   Díky preciznímu návrhu a správnému rozmístění vrstev poskytují vícevrstvé PCB lepší integritu signálu a menší elektromagnetické rušení (EMI). Přítomnost samostatných napájecích a zemních vrstev dále snižuje přeslechy mezi signálovými cestami.
3. Odolnost a flexibilita
   Vícevrstvé desky jsou robustní a dokáží odolat tepelnému i mechanickému namáhání, což je důležité v průmyslových a vojenských aplikacích. Díky své flexibilitě mohou být upraveny pro různé specifické potřeby.

Výroba a design

Proces výroby začíná návrhem desky pomocí specializovaného softwaru, jako je Altium nebo KiCAD. Klíčovým krokem je správná laminace vrstev, která zahrnuje tlak, teplo a vakuum, aby se předešlo vzniku vzduchových bublin mezi vrstvami. Typické vícevrstvé desky zahrnují:

• Signálové vrstvy: Slouží pro vedení elektrických signálů.
• Napájecí vrstvy: Pro přenos energie.
• Zemní vrstvy: Pro zajištění stabilního elektrického potenciálu a snížení EMI.

V designech s vysokým počtem vrstev (např. dvanáct nebo více) se používají tenčí dielektrika, která zlepšují spojení mezi vrstvami.

• Signální vrstva by měla vždy přiléhat k napájecí vrstvě.
• Signální vrstvy by měly přiléhat k napájecí vrstvě velmi těsně (<0,25 mm).
• Napájecí vrstva (jedno která) může být použita pro zpětný návrat signálu.
• Signály s rychlou náběžnou hranou se šíří cestou s nejmenší indukčností, což obvykle bývá nejbližší napájecí vrstva. Musíte se rozhodnout, která z těchto vrstev bude použita pro návrat signálu.

Image

Určení počtu vrstev vícevrstvé PCB

Vícevrstvé PCB se skládají z několika vrstev mědi a izolačních materiálů, které jsou spojeny pomocí laminace. Počet vrstev není teoreticky omezen, pokud výrobní technologie umožňuje jejich realizaci. V praxi se však vrstvy obvykle počítají podle měděných (vodivých) vrstev v desce, nikoli podle izolačních vrstev.

Například u dvouvrstvé PCB jsou přítomny dvě měděné vrstvy – jedna na horní straně (top layer) a druhá na spodní straně (bottom layer), mezi nimiž se nachází dielektrická vrstva. Tento jednoduchý design umožňuje snadnou výrobu a použití pro základní aplikace.

U šestivrstvé PCB je vnitřní struktura složitější. Obsahuje dva měděné vrstvy na vnějších stranách a čtyři vnitřní měděné vrstvy, oddělené dielektriky. Tento typ designu je běžný u pokročilejších elektronických zařízení, kde jsou kladeny vysoké nároky na integritu signálu a snížení elektromagnetického rušení (EMI).

Proč se používají sudé počty vrstev?

Počet vrstev ve vícevrstvých PCB bývá zpravidla sudý. Konstrukce s lichým počtem vrstev, například třívrstvá PCB (horní, střední a spodní měděná vrstva), se v moderní elektronice téměř nepoužívají. Laminace lichých vrstev je složitější a nákladnější, což zvyšuje výrobní náklady a komplikuje výrobu. Sudé vrstvy jsou z těchto důvodů ekonomičtější a lépe optimalizované pro návrh desky i výrobu.

Klíčová role měděných vrstev

Měděné vrstvy jsou základem pro určování počtu vrstev PCB. Například čtyřvrstvá PCB zahrnuje dvě vnější a dvě vnitřní měděné vrstvy. Počet vrstev je důležitý zejména při návrhu desky, protože přímo ovlivňuje schopnost PCB přenášet signály a energii, minimalizovat EMI a zvýšit spolehlivost obvodů.

Shrnuto, počet vrstev PCB je definován počtem měděných vrstev přítomných v desce, přičemž sudý počet vrstev je standardem v moderní elektronice. Tento přístup přispívá k lepšímu výkonu desky a její efektivní výrobě.

Typy propojení (Vias)

Pro propojení vrstev se používají různé typy otvorů:

• Průchozí (through-hole): Propojují všechny vrstvy desky.
• Slepé (blind vias): Spojují vnější a jednu nebo více vnitřních vrstev.
• Zapouzdřené (buried vias): Propojují pouze vnitřní vrstvy a nejsou viditelné zvenčí.

Image

Výhody a nevýhody

Výhody:

• Malé rozměry: Ideální pro kompaktní zařízení.
• Více funkcí: Umožňují integraci složitých obvodů na jednom místě.
• Nižší hmotnost: Eliminuje potřebu více konektorů.
• Odolnost: Vhodné pro dlouhodobé použití i v náročných podmínkách.

Nevýhody:

• Vysoké náklady: Výroba vícevrstvých PCB je finančně náročná.
• Složitý návrh: Vyžaduje zkušenosti a odborné znalosti.
• Obtížné opravy: Kvůli složitosti konstrukce je diagnostika chyb komplikovanější.

Oblasti použití

Vícevrstvé desky jsou nezbytné v mnoha oblastech:

1. Spotřební elektronika: Např. chytré telefony, nositelná zařízení.
2. Telekomunikace: Síťové a přenosové zařízení.
3. Průmyslová výroba: Odolné desky do těžkých provozů.
4. Zdravotnictví: Přesné přístroje pro diagnostiku.
5. Obrana a vojenský průmysl: Kompaktní a spolehlivá řešení.
6. Automobilový a letecký průmysl: Systémy odolné vůči extrémním podmínkám.

Image

Budoucnost elektroniky s vícevrstvými PCB

Vícevrstvé desky plošných spojů) představují klíčovou technologii moderní elektroniky, která umožňuje integraci složitých funkcí do kompaktních a vysoce výkonných zařízení. Díky možnosti navrhnout desky s více měděnými vrstvami lze efektivně řídit signálové trasy, minimalizovat elektromagnetické rušení a zajistit stabilní napájení i v náročných podmínkách.

Zatímco konstrukce a výroba vícevrstvých PCB jsou nákladnější a složitější než u jednoduchých desek, jejich výhody – včetně multifunkčnosti, odolnosti a kompaktnosti – daleko převažují nad nevýhodami.

Právě tyto vlastnosti činí vícevrstvé PCB nezbytnými pro širokou škálu aplikací, od spotřební elektroniky přes zdravotnictví až po vojenské a průmyslové systémy.

Znalost správného návrhu a pochopení struktury vícevrstvých PCB, včetně určení počtu vrstev a využití vhodných materiálů, je klíčová pro dosažení optimálního výkonu a dlouhodobé spolehlivosti těchto desek. Jak se technologie dále vyvíjí, vícevrstvé PCB zůstávají základním stavebním kamenem budoucích elektronických inovací.