pcb, בתור נושאת הרכיבים האלקטרוניים והגשר של חיבורים חשמליים, התפתחה לסוגים שונים בהתאם לדרישות יישום שונות, ביניהןל-PCB במהירות גבוהה-יש הבדלים משמעותיים מ-PCB כלליבהיבטים רבים. הבנה עמוקה של ההבדלים הללו חיונית למהנדסי אלקטרוניקה כדי לבצע בחירות מושכלות לגבי סוגי PCB, לייעל את עיצובי המעגלים ולהבטיח את הביצועים של מוצרים אלקטרוניים.
מאפייני העברת אותות
שידור אות PCB כללי
בדרך כלל, מעגלים מודפסים משמשים בעיקר בתרחישים שבהם מהירות העברת האות נמוכה יחסית, כגון מעגלי בקרת תאורה רגילים, מעגלי צעצוע פשוטים וכו'. במעגלים אלה, תדירות האות נמוכה, מהירות העברת האות איטית, ולהשהייה ועיוות האות במהלך השידור יש השפעה קטנה יחסית על הביצועים הכוללים של המעגל.
העברת אותות PCB במהירות גבוהה
מעגלים מודפסים במהירות גבוהה מתמקדים בעיבוד אותות-תדירות-גבוהה, בשימוש נפוץ בתחומים כגון ציוד תקשורת 5G, מחשבים בעלי ביצועים גבוהים- ומערכות אחסון נתונים במהירות-גבוהות. ביישומים אלה, תדר האות יכול להגיע לכמה גיגה-הרץ ואף יותר, ומהירות העברת האות היא מהירה במיוחד.
בחירת מועצת המנהלים
לוח PCB כללי
בדרך כלל, למעגלים מודפסים יש דרישות נמוכות יחסית לחומרי לוח, ובדרך כלל משתמשים בלוחות-בעלות כללית-נמוכה, כגון רגיליםfr4(שרף אפוקסי מחוזק בסיבי זכוכית מעכב בעירה -למינטים מצופים). לסוג זה של לוח יש תכונות מכניות טובות ותכונות בידוד חשמלי מסוימות, שיכולות לענות על הצרכים הבסיסיים של מעגלים כלליים. הקבוע הדיאלקטרי והאובדן הדיאלקטרי שלו גבוהים יחסית, אך בתרחישי העברת אותות-נמוכים ובמהירות-נמוכה, למאפיינים אלו אין השפעה משמעותית על ביצועי המעגל.
לוח PCB במהירות גבוהה
כדי לעמוד בדרישות של העברת אותות-תדר גבוהה-גבוהה, לוחות מעגלים מודפסים במהירות-גבוהים צריכים להשתמש בלוחות עם מאפיינים מיוחדים. ללוחות אלה יש בדרך כלל את המאפיינים של קבוע דיאלקטרי נמוך ואובדן דיאלקטרי נמוך. קבוע דיאלקטרי נמוך יכול להפחית את העיכוב של האותות במהלך השידור, בעוד שהפסד דיאלקטרי נמוך יכול להפחית את אובדן האנרגיה של האותות במהלך השידור, ובכך להבטיח את שלמות האותות והיציבות. לוחות PCB נפוצים-במהירות כוללים חומרים מבוססי PTFE, לוחות רוג'רס וכו'. לחומרים מבוססי PTFE יש קבוע דיאלקטרי ואובדן דיאלקטרי נמוך במיוחד, והם מתפקדים היטב בהעברת אותות-תדרים גבוהים. הם נמצאים בשימוש נרחב בייצור{10}}מחשבים מהירים בתחומים כגון תקשורת 5G ותקשורת לוויינית. עם זאת, העלות של לוחות-בעלי ביצועים גבוהים אלה גבוהה יחסית, וזו גם אחת הסיבות לכך שעלות הייצור של{14}}מעגלים מודפסים מהירים גבוהה מזו של לוחות מודפסים כלליים.
פריסת עיצוב
פריסת עיצוב PCB כללית
פריסת התכנון של מעגלים מודפסים כלליים היא פשוטה יחסית, תוך התמקדות בעמידה בדרישות ההתקנה והחיבור החשמלי של רכיבים אלקטרוניים. בעת הפריסה, השיקולים העיקריים הם המיקום המרחבי של הרכיבים, קלות ההתקנה והתחזוקה וגורמים נוספים. דרישות האופטימיזציה עבור נתיבי העברת אותות אינן גבוהות, ופריסת הקו רופפת יחסית, מה שמאפשר רוחב קווים ומרווחים גדולים יותר.
פריסת עיצוב PCB במהירות גבוהה
פריסת התכנון של-מעגלים מודפסים במהירות גבוהה דורשת התייחסות מקיפה של גורמים מורכבים מרובים כדי להבטיח שידור אותות-באיכות גבוהה. ראשית, מבחינת פריסת הרכיבים, יש צורך לקצר את נתיב השידור של אותות- במהירות גבוהה ככל האפשר ולהפחית את עיכוב שידור האות. לדוגמה, בקרבת-שבבי ממשק שידור נתונים מהירים, יש למקם קבלי סינון, נגדי טרמינלים ורכיבים קשורים אחרים ככל האפשר כדי לייעל את איכות האות. שנית, עבור קווי אות- גבוהים, יש צורך לשלוט בקפדנות על רוחב השורות, מרווח השורות ואורך השורות כדי להשיג התאמת עכבה מדויקת. לתדרי אותות וקצבי שידור שונים יש דרישות שונות להתאמת עכבה, ויש צורך לקבוע פרמטרים מתאימים של קו באמצעות חישובים וסימולציות מקצועיות. בנוסף, לוחות מעגלים מודפסים במהירות{10} גבוהה צריכים גם לתכנן את שכבות הכוח והארקה באופן סביר כדי להגביר את היציבות של ספק הכוח ואת יכולת האות{11} למניעת הפרעות. לדוגמה, באמצעות מישור הארקה גדול כדי להפחית את התנגדות ההארקה ולמזער הפרעות בנתיב החזרת האות; אימוץ שכבות כוח מרובות כדי לספק אספקת חשמל יציבה עבור מודולי מעגלים שונים.
תהליך ייצור
תהליך ייצור PCB כללי
תהליך הייצור של מעגלים מודפסים כלליים הוא קונבנציונלי יחסית, וכולל בעיקר שלבים בסיסיים כגון ייצור מעגלים, קידוח, ציפוי אלקטרוניקה, מסכת הלחמה והדפסת מסך. בתהליכים אלו הדרישות לדיוק ולבקרת תהליכים נמוכות יחסית. לדוגמה, בטכנולוגיית קידוח, דיוק הצמצם הנדרש עשוי להיות סביב ± 0.1 מ"מ; בעת יצירת המעגל, הדיוק של רוחב/מרווח קווים יכול להגיע לכ-5 מיל/5 מיל (1 מיל=0.0254 מ"מ) כדי לעמוד בדרישות. דרישת תהליך רגועה יחסית זו מביאה לעלויות ייצור נמוכות יותר ולמחזורי ייצור קצרים יותר עבור מעגלים מודפסים כלליים.
תהליך ייצור PCB במהירות גבוהה
תהליך הייצור של-מעגלים מודפסים במהירות גבוהה דורש דיוק גבוה במיוחד ובקרת תהליכים קפדנית. במונחים של קידוח, נדרש ציוד קידוח-בדיוק גבוה כדי להבטיח שדיוק הצמצם מגיע ל-±0.05 מ"מ או אפילו יותר, על מנת לעמוד בדרישות של ניקוב אות- במהירות גבוהה ולהפחית את השפעת הניקוב על העברת האות. בתהליך ייצור המעגלים, דרישת הדיוק לרוחב/מרווח קווים היא בדרך כלל 3mil/3mil או אפילו קטנה יותר כדי להשיג בקרת עכבה מדויקת והעברת אותות. בנוסף, לוחות מעגלים מודפסים במהירות-גבוהים דורשים דיוק יישור גבוה במיוחד בין שכבות בתהליך הלמינציה כדי להבטיח את הדיוק של נתיבי שידור האות. יחד עם זאת, על מנת לענות על הדרישה להעברת אותות-גבוהה, ייתכן שיידרשו תהליכי טיפול משטח מיוחדים כגון ניקל וציפוי זהב ללא חשמל כדי לשפר את יכולת ההלחמה וביצועי העברת האות של המעגל. כמובן, תהליכי הייצור המדויקים האלה-לא רק מעלים את עלות הייצור של-מעגלים מודפסים במהירות גבוהה, אלא גם מהווים אתגר רציני לחוזק הטכני ולרמת הציוד של היצרנים.
מעגלים מודפסים במהירות גבוהה- FR-4 pcb