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多层PCB的优点和应用

多层PCB的优势和应用|  手推车

印刷电路板(PCB)是当今大多数电子产品的核心,它通过组件和布线机制的组合来确定基本功能。过去的大多数PCB都相对简单并且受制造技术的限制,而如今的PCB则要复杂得多。从高级的灵活选项到奇形怪状的品种,在当今的电子世界中,PCB种类繁多。然而,特别流行的是多层PCB。

虽然功能有限的简单电子设备的PCB通常由单层组成,但更复杂的电子设备(如计算机母板)则由多层组成。这些就是所谓的多层PCB。随着现代电子设备复杂性的增加,这些多层PCB的普及程度比以往任何时候都高,而制造技术使它们的尺寸大大减小。

请继续阅读以了解有关多层PCB的更多信息,及其在现代电子世界中的用途和优势。

什么是多层PCB?

多层PCB的定义是由三个或更多导电铜箔层制成的PCB。它们表现为几层双面电路板,层压并粘合在一起,并在它们之间具有隔热层。布置整个结构,以便在PCB的表面侧放置两层以连接到环境。层之间的所有电连接都是通过通孔实现的,例如通孔镀层,盲孔和掩埋通孔。然后,该方法的应用导致生成各种尺寸的高度复杂的PCB。

什么是多层PCB? |  手推车

多层PCB的出现是由于电子行业的发展变化。随着时间的流逝,电子功能越来越复杂,需要更复杂的PCB。不幸的是,PCB受噪声,杂散电容和串扰之类的问题限制,因此需要遵循某些设计约束。这些设计考虑因素使单面或双面PCB难以获得令人满意的性能,因此诞生了多层PCB。

将双层PCB的功率打包成尺寸的一小部分,多层PCB在电子产品中变得越来越流行。它们具有各种尺寸和厚度,可以满足其不断扩展的应用需求,其变化范围从四层到十二层不等。层数通常为偶数,这是因为奇数层会导致电路出现翘曲等问题,而且生产成本也不再具有成本效益。大多数应用程序需要四到八层,尽管移动设备和智能手机之类的应用程序往往使用大约十二层,并且一些专业的PCB制造商吹嘘能够生产将近100层的多层PCB。但是,具有如此多层结构的多层PCB成本极低,因此很少见。

智能手机多层PCB应用|  手推车

尽管多层印刷电路板确实确实更昂贵且劳动强度大,但多层印刷电路板正成为现代技术的重要组成部分。这主要是由于它们提供的许多好处,特别是与单层和双层品种相比。

多层PCB的好处

从技术角度来看,多层PCB在设计上具有多个优势。多层PCB的这些优势包括:

•小尺寸:使用多层PCB的最突出和值得称赞的好处之一就是其尺寸。由于多层设计,多层PCB本质上比具有类似功能的其他PCB小。由于当前的趋势是朝着更小巧,更紧凑但功能更强大的小工具(如智能手机,笔记本电脑,平板电脑和可穿戴设备)发展,这为现代电子产品带来了巨大的好处。

•轻巧的结构:PCB越小,重量越轻,特别是因为互连单独的单层和双层PCB所需的多个连接器被取消,而采用了多层设计。同样,这对于现代电子产品是有益的,现代电子产品更适合于移动性。

•高质量:由于创建多层PCB必须进行大量的工作和计划​​,这些类型的PCB在质量上往往比单层和双层PCB更好。结果,它们也往往更可靠。

•增强的耐用性:多层PCB本质上趋于耐用。这些多层PCB不仅必须承受自身的重量,而且还必须能够承受将它们粘合在一起的热量和压力。除这些因素外,多层PCB在电路层之间使用多层绝缘,并将它们与预浸料粘合剂和保护材料结合在一起。

•增强的灵活性:尽管这并不适用于所有多层PCB组件,但有些确实使用了灵活的构造技术,从而形成了柔性的多层PCB。对于在半规则的基础上可能发生轻微弯曲和挠曲的应用来说,这可能是非常理想的特性。同样,这并不适用于所有多层PCB,并且在柔性PCB中包含的层越多,PCB的柔性就越差。

•功能更强大:多层PCB是极高密度的组件,将多层集成到单个PCB中。这些四分之一的距离使电路板更具连接性,尽管其尺寸较小,但其固有的电气特性使它们可以实现更大的容量和速度。

•单连接点:多层PCB设计为单个单元,而不是与其他PCB组件串联。结果,它们只有一个连接点,而不是使用多个单层PCB所需的多个连接点。事实证明,这对电子产品设计也是有益的,因为它们只需要在最终产品中包括单个连接点即可。这对于设计用于最小化尺寸和重量的小型电子产品和小配件特别有利。

这些优点使多层PCB在各种应用中特别有用,特别是在移动设备和高功能电子产品中。反过来,随着许多行业转向移动解决方案,多层PCB在越来越多的行业特定应用中找到了位置。

多层PCB的优势|  手推车

多层PCB的缺点

多层PCB的好处很多,使其适用于多种先进技术。但是,这些类型的PCB并非适合所有应用。实际上,多层PCB的优势有很多弊端,尤其是对于成本较低且复杂度较高的电子产品而言。这些缺点包括:

•更高的成本:多层PCB在制造过程的每个阶段都比单层和双层PCB贵得多。它们很难设计,需要花费大量时间来解决任何潜在的问题。它们还需要高度复杂的制造过程来生产,这需要组装人员花费大量时间和劳力。另外,由于这些PCB的性质,制造或组装过程中的任何错误都难以重做,从而导致额外的人工成本或报废材料费用。最重要的是,用于生产多层PCB的设备非常昂贵,因为它仍然是一种相对较新的技术。由于所有这些原因,除非对于应用程序绝对需要小尺寸,否则总体而言,更便宜的选择可能是更好的选择。

•复杂的生产:多层PCB的生产更加困难,比其他类型的PCB需要更多的设计时间和精心的制造技术。这是因为即使PCB设计或制造中的微小缺陷也可能使其失效。

•有限的可用性:多层PCB的最大问题之一是生产多层PCB所需的机械费用。并非所有的PCB制造商都拥有这种设备的资金或必要性,因此并非所有的PCB制造商都拥有该设备。这限制了可用于为客户生产多层PCB的PCB制造商的数量。因此,最好在决定其为合同制造商之前,仔细询问PCB制造商在多层PCB方面的能力。

•需要熟练的设计人员:如前所述,多层PCB事先需要进行广泛的设计。没有以前的经验,这可能会带来问题。多层板需要各层之间的互连,但必须同时缓解串扰和阻抗问题。设计中的单个问题可能会导致电路板无法正常工作。

•生产时间:随着复杂性的增加,制造要求也越来越高。这成为多层PCB的周转率的关键问题–每块板需要大量的生产时间,从而导致更多的人工成本。另外,这可能导致下订单和收到产品之间的时间更长,这在某些情况下可能是个问题。

但是,这些问题不会因多层PCB的实用性而减少。尽管它们往往比单层PCB的成本更高,但多层PCB拥有比这种类型的印刷电路板更多的优势。

多层PCB相对于单层替代品的优势

与单层替代品相比,多层PCB的优势更加明显。多层PCB提供的一些关键改进包括:

•更高的组装密度:虽然单层PCB的密度受其表面积限制,但多层PCB却通过分层增加了其密度。尽管PCB尺寸更小,但这种增加的密度允许更大的功能,提高容量和速度。

•尺寸更小:总体而言,多层PCB的尺寸小于单层PCB的尺寸。单层PCB必须通过增加尺寸来增加电路的表面积,而多层PCB通过增加层来增加表面积,从而减小整体尺寸。这样就可以在较小的设备中使用大容量的多层PCB,而大容量的单层PCB必须安装在较大的产品中。

•重量更轻:将组件集成在多层PCB中意味着对连接器和其他组件的需求减少,从而为复杂的电气应用提供了轻巧的解决方案。多层PCB可以完成与多个单层PCB相同的工作量,但是可以以更小的尺寸和更少的连接组件来完成,从而减轻了重量。对于重量较小的小型电子设备,这是必不可少的考虑因素。

•增强的设计功能:总的来说,多层PCB的功能比普通的单层PCB还要多。通过更多地合并受控阻抗功能,更大的EMI屏蔽和整体改善的设计质量,多层PCB可以实现更大的成就,尽管它们的尺寸更小,重量更轻。

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那么,在决定多层和单层结构时,这些因素意味着什么?本质上,如果您要生产对质量至关重要的小型,轻巧和复杂的设备,则多层PCB可能是您的最佳选择。但是,如果尺寸和重量不是产品设计的主要因素,那么单层或双层PCB设计可能更具成本效益。

多层PCB应用

上面讨论的优势和比较提出了一个问题:现实世界中多层PCB的用途是什么?答案几乎是任何用处。

对于许多行业而言,多层PCB已成为各种应用程序的首选。这种偏好的大部分源于所有技术对移动性和功能性的不断推动。多层印刷电路板是此过程中的逻辑步骤,它在减小尺寸的同时实现了更大的功能。因此,它们已经变得无处不在,已用于许多技术中,包括:

•消费类电子产品:消费类电子产品是一个广义术语,用于涵盖普通大众使用的多种产品。这往往包括日常使用的产品,例如智能手机和微波炉。这些消费类电子产品中的每一个都包含PCB,但是越来越多的消费电子产品使用多层PCB代替标准的单层。为什么?大部分原因在于消费者的趋势。现代世界中的人们倾向于喜欢与他们的生活融为一体的多功能小工具和智能设备。从通用遥控器到智能手表,这些类型的设备在现代世界中相当普遍。他们还倾向于使用多层PCB,以提高其功能性和减小尺寸。

消费电子多层PCB |  手推车

•计算机电子产品:从服务器到主板的所有产品都使用多层PCB,主要是因为它们节省了空间并具有较高的功能。在这些应用中,性能是PCB的最基本特征之一,而成本在优先级列表中相对较低。因此,多层PCB是该行业许多技术的理想解决方案。

•电信:电信设备经常在许多常规应用中使用多层PCB,例如信号传输,GPS和卫星应用。其原因主要在于其耐用性和功能性。用于电信应用的PCB通常用于移动设备或户外塔中。在此类应用中,耐用性是必不可少的,同时仍要保持较高的功能水平。

•工业:多层PCB确实比目前市场上的其他几种选择更耐用,使其成为每天可能发生粗暴处理的应用的理想选择。因此,多层PCB已在几种工业应用中变得流行,其中最引人注目的是工业控制。从工业计算机到控制系统,多层PCB广泛用于制造和工业应用中来运行机械,以其耐用性,小尺寸和功能性而广受好评。

•医疗设备:电子正成为医疗保健行业中越来越重要的组成部分,在从治疗到诊断的整个行业各个角落都发挥着作用。与单层替代品相比,多层PCB由于其体积小,重量轻且功能强大而在医疗行业特别受青睐。这些好处导致多层PCB被用于现代X射线设备,心脏监护仪,CAT扫描设备和医疗测试设备等。

医疗设备多层PCB |  手推车

•军事和国防:由于其耐用性,功能性和轻巧性而备受青睐,多层PCB在高速电路中很有用,这已成为军事应用中越来越重要的问题。由于国防工业朝着高度紧凑的工程设计方向发展的趋势,它们也受到青睐,因为小巧的多层PCB留出了更多空间供其他组件发展现有功能。

•汽车:在现代时代,汽车越来越依赖电子部件,尤其是随着电动汽车的兴起。从GPS和车载计算机到电子控制的前大灯开关和引擎传感器,从汽车设计中选择正确的组件变得越来越重要。这就是为什么许多汽车制造商开始偏爱多层PCB而不是其他替代品的原因。多层PCB既小巧耐用,又具有很高的功能和相对耐热性,非常适合汽车的内部环境。

•航空航天:与汽车一样,喷气式飞机和火箭在现代时代也严重依赖于电子设备,所有这些都必须极其精确。从地面上使用的计算机到驾驶舱中使用的计算机,航空航天PCB应用必须可靠,能够应对大气旅行的压力,同时还要为其余的周围设备留出足够的空间。在这种情况下,多层PCB提供了理想的解决方案,它具有大量的保护层来防止热量和外部应力损坏连接,并具有由柔性材料制成的能力。它们的更高质量和功能性也有助于航空航天业的实用性,因为航空航天公司更喜欢使用最好的材料来确保其人员和设备的安全。

•还有更多!多层PCB还可用于许多其他行业,包括科学和研究行业,甚至家用电器和安全性。从警报系统和光纤传感器到原子加速器和天气分析设备,所有产品都使用多层PCB,充分利用了这种PCB格式所提供的空间和重量节省以及其增强的功能。

为什么要广泛使用多层PCB?

上面列出的特定应用仅代表整个行业中应用的多层PCB的一小部分。但是为什么它们被如此广泛地使用?

多层PCB行业应用|  手推车

多层PCB的大部分偏爱在于行业趋势。随着电子产品向小型化和多功能选择的方向发展,这些电子产品的内部组件必须遵循相同的趋势。事实证明,单面和双面PCB平衡尺寸和功能的能力有限,而多层PCB提供了全面的解决方案。

尽管在单层和双层选项上使用多层PCB存在一些弊端,例如成本增加,设计时间和生产投入增加,但这些成本在当今世界上已越来越为人们所接受。在很大程度上,功能性胜于成本,人们愿意为高容量电子产品支付更高的价格。另外,随着技术变得越来越主流,生产技术和机械将最终变得更便宜,尤其是随着新技术的出现。

PCB成本与功能|  手推车

随着这些不可逆转的趋势和技术的不断进步,许多人期望在将来多层PCB变得更加丰富。

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