De stapelstructuur van de printplaten is een sleutelfactor die de prestaties ervan bepaalt. Van eenvoudige dubbelzijdige printplaten tot complexe meerlaagse printplaten: het stapelen van printplaten is als het bouwen van het raamwerk van een printplaatgebouw, dat belangrijke functies vervult zoals signaaloverdracht, stroomdistributie, elektromagnetische afscherming, enz., wat een diepgaande invloed heeft op de stabiliteit en betrouwbaarheid van elektronische apparaten.
1, Het basisconcept en de samenstelling van het stapelen van printplaten
Het stapelen van printplaten is in wezen het stapelen en combineren van lagen op een printplaat. Een complete printplaat bestaat meestal uit een signaallaag, een vermogenslaag, een aardlaag en een isolerende diëlektrische laag. De signaallaag is als een "snelweg" voor informatieoverdracht, verantwoordelijk voor het transporteren van elektronische signalen; De stroomlaag biedt stabiele stroomondersteuning voor elektronische componenten op de printplaat; Als referentiepotentiaal voor signalen construeert de aardingslaag niet alleen een stabiel circuit voor signaaloverdracht, maar schermt deze ook effectief elektromagnetische interferentie af; De isolerende diëlektrische laag fungeert als een stevige "isolatiemuur", die de geleidende lagen scheidt om kortsluiting te voorkomen en ervoor te zorgen dat ze elkaar niet hinderen.
Als we het gebruikelijke vierlaagse bord als voorbeeld nemen, bestaat een typische gestapelde structuur uit een toplaag (signaallaag), een tweede laag (grondlaag), een derde laag (vermogenslaag) en een onderlaag (signaallaag). Deze structuur kan voldoen aan de basisvereisten in sommige circuits die geen hoge prestaties vereisen. Maar met de ontwikkeling van elektronische apparaten naar hoge snelheid en complexiteit zijn printplaten met 6, 8 of zelfs meer lagen geleidelijk mainstream geworden. Meer lagen betekenen meer bedradingsruimte, een stabielere stroomverdeling en een betere bescherming van de signaalintegriteit.
2, De rol van elke laag bij het stapelen van printplaten
1. Signaallaag
De signaallaag is de kerndrager van printplaten voor het implementeren van circuitfuncties en is verantwoordelijk voor het verzenden van verschillende elektrische signalen. In hogesnelheidscircuits heeft de prestatie van de signaallaag rechtstreeks invloed op de signaalintegriteit. Om externe interferentie te verminderen, worden hogesnelheidssignalen meestal in de signaallaag dichtbij de aardlaag geplaatst, waarbij gebruik wordt gemaakt van de afschermende eigenschappen van de aardlaag om de impact van elektromagnetische interferentie op het signaal te verminderen. Tegelijkertijd is de bedradingsrichting van de signaallaag ook van cruciaal belang, en het is noodzakelijk parallelle bedrading over grote afstanden en bedrading onder een rechte hoek te vermijden om signaalreflectie en overspraak te voorkomen. Bij interfaces voor gegevensoverdracht met hoge-snelheid, zoals USB 3.0, is een nauwkeurige lay-out van de signaallaag bijvoorbeeld van cruciaal belang om een correcte gegevensoverdracht te garanderen.
2. Vermogenslaag
De kerntaak van de vermogenslaag is het leveren van stabiele stroom aan de elektronische componenten op de printplaat. Op meer-laagse printplaten kan een speciaal ontworpen stroomlaag stroombronnen met verschillende spanningsniveaus scheiden om onderlinge interferentie te voorkomen. De energielaag grenst nauw aan de grondlaag, en door de afstand tussen de twee te verkleinen kan de impedantie van het energievlak worden verminderd, kan de efficiëntie van de stroomverdeling worden verbeterd en kan de stroomruis worden verminderd. Bovendien moet de stroomlaag op de juiste manier worden gepartitioneerd en geïsoleerd om ervoor te zorgen dat verschillende functionele modules een stabiele en niet-storende stroomvoorziening kunnen ontvangen. Net als het moederbord van een computer is het afhankelijk van de stroomlaag om stabiele stroom te leveren aan verschillende componenten, zoals de CPU, grafische kaart en geheugen, waardoor de normale werking van elk onderdeel wordt gegarandeerd.
3. Aardingslaag
De aardingslaag speelt meerdere cruciale rollen bij het stapelen van printplaten. Het biedt een stabiel referentiepotentieel voor signaaloverdracht, waardoor een nauwkeurige overdracht en ontvangst van signalen wordt gegarandeerd; De uitstekende afschermingsprestaties kunnen effectief voorkomen dat externe elektromagnetische interferentie het interieur van de printplaat binnendringt, terwijl de elektromagnetische straling van de printplaat zelf wordt verminderd en de elektromagnetische compatibiliteit wordt verbeterd; Bovendien biedt de aardingslaag ook een retourpad met lage impedantie voor de vermogenslaag, waardoor vermogensruis verder wordt verminderd. Bij het ontwerp wordt de aardingslaag vaak over een groot oppervlak met koper gelegd om de aardingsweerstand te verminderen en de aardingseffectiviteit te vergroten. Op gebieden zoals medische elektronische apparatuur en ruimtevaartapparatuur die een extreem hoge elektromagnetische compatibiliteit vereisen, is de rol van de aardingslaag bijzonder belangrijk.
4. Diëlektrische isolatielaag
De isolerende diëlektrische laag bevindt zich tussen elke geleidende laag en heeft als belangrijkste functie het bereiken van elektrische isolatie en het voorkomen van kortsluiting tussen verschillende geleidende lagen. De materiaaleigenschappen hebben een aanzienlijke invloed op de elektrische prestaties van printplaten. Veel voorkomende isolatiematerialen zijn epoxyhars, polytetrafluorethyleen, enz. De diëlektrische constante en diëlektrische verlieshoek van verschillende materialen variëren, en deze parameters kunnen de transmissiesnelheid en het verlies van signalen beïnvloeden. In hogesnelheidscircuits worden gewoonlijk isolerende diëlektrische materialen met een lage diëlektrische constante en een kleine diëlektrische verlieshoek geselecteerd om de vertraging en het verlies van de signaaloverdracht te verminderen en de signaalintegriteit te garanderen.
3, Typische stapelschema's voor printplaten met verschillende lagen
4 Lagenbord
Het bord met 4-lagen is een basisstructuur met meerdere lagen, met algemene stapelschema's, waaronder de bovenste laag (signaallaag), tweede laag (grondlaag), derde laag (krachtlaag) en onderste laag (signaallaag). Deze structuur is geschikt voor circuits die geen hoge prestaties vereisen, zoals eenvoudige consumentenelektronicaproducten, gedeeltelijke printplaten voor industriële besturingsapparatuur, enz. In de 4-laags plaat is de bedradingsruimte van de signaallaag echter beperkt en is een zorgvuldige planning van de bedradingsrichting vereist om signaalinterferentie te voorkomen.
6 lagenbord
Vergeleken met het bord met 4- lagen vergroot het bord met 6 lagen de bedradingsruimte, de stroom- en aardlagen. Het gebruikelijke stapelschema omvat de bovenste laag (signaallaag), tweede laag (grondlaag), derde laag (signaallaag), vierde laag (vermogenslaag), vijfde laag (grondlaag) en onderste laag (signaallaag). Deze structuur kan beter voldoen aan de behoeften van redelijk complexe circuits, zoals smartphone-moederborden, sommige printplaten van netwerkapparaten, enz. In het 6-laags bord kunnen hogesnelheidssignalen worden gerangschikt in de signaallaag nabij de grondlaag in het midden om de signaalintegriteit te verbeteren.
8 Lagenbord
Het 8--laags bord heeft rijkere stapelcombinaties, die goede prestatieondersteuning kunnen bieden voor complexe circuits. Veelgebruikte stapelschema's zijn de bovenste laag (signaallaag), tweede laag (grondlaag), derde laag (signaallaag), vierde laag (voedingslaag), vijfde laag (voedingslaag), zesde laag (signaallaag), zevende laag (aardlaag) en onderste laag (signaallaag).. 8-De laagkaart is geschikt voor circuitontwerp met hoge- snelheid en hoge- dichtheid, zoals moederborden van computers, hoogwaardige printplaten voor grafische kaarten, enz. Door de stroom- en grondlagen redelijk te rangschikken, het 8-laags bord kan de stroomruis verder verminderen en de signaalintegriteit verbeteren.
4, De toekomstige ontwikkelingstrend van het stapelen van printplaten
Met de voortdurende vooruitgang van de elektronische technologie en de toenemende vraag naar de prestaties van printplaten, zal het stapelen van printplaten ook nieuwe ontwikkelingsrichtingen inluiden. In de toekomst zal de wijdverbreide toepassing van technologieën zoals 5G, kunstmatige intelligentie en het internet der dingen leiden tot meer vraag naar circuits met hoge- snelheid, hoge- frequentie en hoge- dichtheid. Dit zal het stapelen van printplaten aanmoedigen om meer lagen, geavanceerdere isolatiematerialen en meer geoptimaliseerde stapelstructuren te gebruiken om te voldoen aan hogere eisen voor signaalintegriteit, stroomintegriteit en elektromagnetische compatibiliteit.
Om zich aan te passen aan de trend van miniaturisering en lichtgewicht van elektronische apparaten, zal bij het stapelen van printplaten meer aandacht worden besteed aan integratie en dunner worden. Door gebruik te maken van hoge--density interconnect (HDI)-technologie, begraven blind-hole-technologie, enz., kan een hogere bedradingsdichtheid worden bereikt binnen een beperkt aantal lagen; Het gebruik van dunnere isolatiematerialen en koperfolie om de dikte en het gewicht van de printplaten te verminderen.