• خانه
  • طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه

طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه

طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه

طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه رویدادی است که روز به روز شرکتهای بیشتری در محصولات خود از آن استفاده می کنند. ساده ترین شکل طراحی بردهای مدار چاپی ، طراحی یک برد 2 لایه است که شامل دو لایه مسی در بالا و پایین برد می باشد. در صورت لزوم اتصال بین اجزا و صفحه های بالا و پایین برد الکترونیکی از طریق via امکان پذیر خواهد بود.

به منظور پایین نگه داشتن هزینه های تولید pcb ، فقط قطعات را در قسمت بالای برد (top) خود قرار دهید. در صورت محدود بودن فضای برد الکترونیکی ، قرار دادن قطعات در قسمت پشتی برد pcb نیز مجاز است؛ اما به فناوری لحیم کاری که برای ساخت برد مدار چاپی pcb استفاده می شود دقت داشته باشید.

بردهای الکترونیکی چند لایه

بردهای الکترونیکی چند لایه به دسته ای از بردها اطلاق می گردد که بیشتر از دو لایه دارند. با پیشرفت تکنولوژی، این امکان فراهم شده است که لایه های مس بیشتری روی یک برد گذاشته شود. با وجود طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه – مولتی لایر – پیشرفت محاسبات امروزی بسیار سریعتر از گذشته بوده است.

طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه
طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه

طیف وسیعی از متریال اپوکسی و سرامیک و مس و آلومینیوم در این نوع از بردها استفاده می شوند و طراحان می توانند از Via های کور و دفن شده ( Blind and buried vias ) در طراحی خود در این برد ها استفاده نمایند.

فن آوری برد مدار چاپی گام های بلندی در ساخت و تراکم برد مدار چاپی برداشته است ، اما ساخت عمومی PCB ها در دهه های مختلف تغییر نکرده است. به این صورت که یک ورق مس به یک ماده عایق مانند FR4 متصل می شود. به طور کلی این Plane های مسی به صورت جفت با یک صفحه واحد FR4 بین دو Plane مس اضافه می شوند. با استفاده از این فناوری ، حداکثر 16 لایه در موارد شدید ممکن است به هم متصل شوند تا PCB چند لایه تشکیل شود.

مزایا و معایب طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه

استفاده از برد چهار لایه، دو لایه سیگنالی دیگری را اضافه می کند که طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه را بسیار ساده تر می کند. استفاده از یک جفت لایه داخلی برای pcb معمولا Plane های پاوری نامیده می شوند. به این صورت که برای ترکینگ مسیرهای مسی خود ، همچنان از لایه های بالا و پایین – top layer , bottom layer  – استفاده کنید، و دو لایه داخلی اضافه شده را به لایه های اصلی تغذیه و زمین اختصاص دهید.

طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه
طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه

در طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه به این نکته توجه داشته باشید که این Plane های پاوری در بسیاری از موارد برای روت کردن برد الکترونیکی یا همان مسیرهای مسی، مهم هستند و برای طراحی PCB با سرعت بالا اهمیت بالایی دارند.

اما نکته ای که باید در نظر داشته باشید هزینه ساخت طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه زیاد است. هزینه ساخت یک برد الکترونیکی چهار لایه در برابر یک برد دو لایه تقریبا دو برابر است. هر چه لایه های بیشتری اضافه کنید هزینه برد الکترونیکی چند لایه بیشتر می شود. اگر به دنبال هزینه ساخت pcb پایینتر هستید، سعی کنید طراحی برد تان دو لایه باشد.

طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه

در بردهایی با مشخصات زیر معمولا طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه صورت می گیرد:

    • فرکانس سیگنال ها و قطعات بالا است.
    • تبدیل های آنالوگ به دیجیتال دقیقی نیاز است.
    • از تراشه های با پکیج BGA استفاده می گردد.

در طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه (مولتی لایر) باید دقت داشت که بیش از دو لایه مس وجود دارد؛ چند لایه ای بودن برد مدار چاپی PCB این امکان را به طراحان می دهد که مسیرهای بین قطعات را از لایه های مختلف عبور دهند. یا لایه هایی را برای مقاصد مختلف نظیر تغذیه، زمین، انتقال سیگنال، شیلد، اسمبل اجزای مدار و … بکار ببرند.

از طرفی تعداد لایه بیشتر، مستلزم فرایند ساخت پیچیده و سختتری است و بالتبع هزینه بالاتر و زمان تولید طولانی تری نیز خواهد داشت.

به منظور جلوگیری از ازدیاد لایه ها در طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه می توان از وایای مدفون و کور Buried Via و Blind Via استفاده نمود. معمولا به منظور استحکام بیشتر برای بردهای بالاتر از 8 لایه (بسیاری از مادربردها، برد گوشی همراه و …) از ماده فایبرگلاس با تحمل درجه حرارت بالا موسوم به های تی جی (high Tg FR4) به جای فایبرگلاس معمولی استفاده می گردد.

در طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه مرسوم است که لایه هایی برای صفحه تغذیه، سیگنال های آنالوگ و سیگنال های سرعت بالا (های اسپید) و … اختصاص یابد. در طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه استک آپ برد مدار چاپی (PCB Stack-up)، توصیف لایه های مختلف است که در آن مشخص می گردد هر لایه به چه منظوری و با چه مشخصاتی ساخته می شود.

ساختار طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه

بردهای الکترونیکی چند لایه – مولتی لایر  دارای یک پلت فرم پایه از بردهای دو رو می باشند که توسط یک سری عملیات پیچیده ساخته شده و registration به برد مدار چاپی چند لایه تبدیل می شوند. ساختار طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه بصورت زیر است:

لایه مارکاژ یا سیلک اسکرین فوقانی (Top Overlay): برای مشخص کردن پارت نامبر برد، توضیحات لازم، نام قطعات و… استفاده می شود و معمولا از دو رنگ سفید و زرد برای این لایه استفاده می شود

لایه پوشش نهایی بالایی (Top Surface finishing): برای حفاظت از اکسید شدن سطح مسی که دیده می شود، از یک لایه محافظ استفاده می شود. مرسوم ترین روشهای بکار رفته برای این لایه پوشش هات ایر، آبکاری طلا و پوشش قلع و سرب است.

لایه چاپ محافظ بالایی (Top Soldermask): برای حفاظت از مس در برابر اکسیدشدن در طول زمان و جلوگیری از پخش شدن قلع در فرایند لحیم کاری و مونتاژ از این لایه استفاده می شود .مرسوم ترین رنگ های این لایه سبز، آبی و قرمز و مشکی است.

لایه مسیر بالایی (Top Layer): لایه ای است که مسیرها و اتصالات مداری در آن از طریق حکاکی لایه مسی پیاده سازی می شود.

ماده بستر پایه/هسته (Substrate/Core material): ماده غیر رسانایی نظیر فایبرگلاس FR4 و FR5 که به عنوان عایق بین لایه ها عمل می کند و به عنوان یک بستر مکانیکی جهت نگه داشتن قطعات مختلف عمل می کند.

لایه پیش آغشته (pre-impregnated: prepreg): لایه نارسانایی جهت عایق نمودن لایه های مسی نسبت به هم

لایه های میانی مانند GND, VCC, Inner 3, Inner 4 و …

لایه پیش آغشته (pre-impregnated: prepreg)

لایه مسیر پایینی (Bottom Layer)

لایه چاپ محافظ پایینی (Bottom Soldermask)

لایه پوشش نهایی پایینی (Bottom Surface finishing)

لایه مارکاژ یا سیلک اسکرین پایینی (Bottom Overlay)

با طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه – مولتی لایر – خروجی با کیفیت تری خواهید داشت. زیرا می توان لایه های داخلی را به زمین و تغذیه اختصاص داد و به علت وجود یک لایه زمین که تمامی سیگنالها را می پوشاند، نویز پذیری سیستم کاهش می یابد. علاوه بر آن با طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه – مولتی لایر – می توان مدارهای پیچیده را در حجم کمتری جای داد و به این ترتیب ابعاد برد مدار چاپی بشدت کاهش می یابد.

وایا Buried و Blind

طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه
انواع ویاها در طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه

استفاده از Via های کور ( Blind ) و Via های دفن شده ( Buried ) تکنیک دیگری است که می توان در طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه -مولتی لایر- استفاده کرد. Via های Blind بین یک لایه بیرونی و لایه های داخلی قرار می گیرد Via های Buried بین دو لایه داخلی قرار می گیرد و از روی فیبر قابل مشاهده نمی باشند. این وایا ها امکان استفاده بیشتری از فضای فیبر را می دهند و با استفاده از آنها می توان تعداد سیگنالهای بیشتری را از لایه ها عبور داد.

هنگام طراحی بردهای الکترونیکی چند لایه – مولتی لایر – باید تنظیمات مربوط به تعداد لایه ها و فاصله بین لایه ها را از طریق Layer Stack Manager در نرم افزار Altium Designer انجام داد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *