معرفی و تاریخچه بردهای مولتی لایر

یک برد چندلایه معمولاً از اجزای زیر تشکیل شده است:

– *لایه‌های رسانا (Conductive Layers)*: این لایه‌ها از فویل مس ساخته شده‌اند و مسیرهای الکتریکی را تشکیل می‌دهند. تعداد لایه‌ها می‌تواند از ۴ تا بیش از ۱۰۰ لایه متغیر باشد.

– *لایه‌های عایق (Dielectric Layers)*: مواد مانند FR-4 (فایبرگلاس اپوکسی) یا مواد پیشرفته‌تر مانند Polyimide برای جداسازی لایه‌ها استفاده می‌شود. این لایه‌ها از تداخل سیگنال‌ها جلوگیری می‌کنند.

– *ویاها (Vias)*: سوراخ‌های کوچکی که لایه‌ها را به هم متصل می‌کنند. انواع ویاها شامل Through-hole Via، Blind Via و Buried Via هستند که هر کدام کاربرد خاصی دارند.

– *لایه‌های خارجی (Outer Layers)*: شامل پدهای لحیم‌کاری، ماسک لحیم (Solder Mask) برای حفاظت و سیلک‌اسکرین (Silkscreen) برای نشانه‌گذاری اجزا.

ساختار کلی به صورت ساندویچی است، جایی که لایه‌های داخلی (Inner Layers) ابتدا پردازش شده و سپس با لایه‌های خارجی ترکیب می‌شوند.

طراحی برد چندلایه نیازمند نرم‌افزارهای پیشرفته مانند Altium Designer، Eagle یا KiCad است. مراحل اصلی عبارتند از:

1. *طرح شماتیک (Schematic Design)*: ترسیم مدار الکتریکی و تعیین اتصالات.

2. *تعیین تعداد لایه‌ها*: بر اساس پیچیدگی مدار، فرکانس سیگنال‌ها و نیاز به جداسازی (مانند لایه‌های زمین برای کاهش نویز).

3. *Routing*: مسیرکشی سیگنال‌ها با توجه به قوانین طراحی مانند حداقل فاصله (Clearance) و عرض مسیر (Trace Width) برای جلوگیری از گرمای بیش از حد.

4. *شبیه‌سازی*: استفاده از ابزارهایی مانند SPICE برای بررسی عملکرد الکتریکی و حرارتی.

5. *بررسی DRC (Design Rule Check)*: اطمینان از رعایت استانداردهای IPC.

در طراحی، توجه به مسائل مانند یکپارچگی سیگنال (Signal Integrity) و مدیریت حرارتی حیاتی است، زیرا لایه‌های بیشتر می‌توانند باعث افزایش نویز یا گرما شوند.

انتخاب مواد بر اساس کاربرد متفاوت است:

– *FR-4*: ارزان و رایج برای کاربردهای عمومی، با دمای شیشه‌ای (Tg) حدود ۱۳۰-۱۴۰ درجه سانتی‌گراد.

– *High-Tg Materials*: مانند FR-4 High-Tg برای محیط‌های گرم‌تر.

– *مواد پیشرفته*: Polyimide برای بردهای انعطاف‌پذیر، Rogers برای فرکانس‌های بالا (RF/Microwave)، و مواد بدون هالوژن برای رعایت استانداردهای زیست‌محیطی مانند RoHS.

ضخامت مس معمولاً ۱ اونس (۳۵ میکرومتر) است، اما برای جریان‌های بالا می‌تواند بیشتر باشد.

فرآیند تولید پیچیده است و شامل مراحل زیر می‌شود:

1. *آماده‌سازی لایه‌های داخلی*: چاپ الگو روی فویل مس، اچینگ (Etching) برای حذف مس اضافی، و اعمال لایه عایق.

2. *لایه‌بندی (Lamination)*: فشار و حرارت برای چسباندن لایه‌ها با استفاده از Prepreg (مواد رزینی نیمه‌جامد).

3. *حفاری (Drilling)*: ایجاد ویاها با لیزر یا دریل مکانیکی.

4. *پوشش‌دهی (Plating)*: رسوب مس داخل ویاها برای اتصال الکتریکی.

5. *اعمال ماسک و سیلک‌اسکرین*: حفاظت و نشانه‌گذاری.

6. *تست نهایی*: شامل تست الکتریکی (E-Test) و بازرسی بصری (AOI).

شرکت‌های معروفی مانند TTM Technologies و Sanmina در تولید این بردها تخصص دارند.

مزایا:

– *تراکم بالا*: امکان قرار دادن اجزای بیشتر در فضای کمتر.

– *عملکرد بهتر*: کاهش تداخل الکترومغناطیسی (EMI) با لایه‌های زمین اختصاصی.

– *قابلیت اطمینان*: ساختار محکم‌تر در برابر لرزش و حرارت.

– *کاربردهای متنوع*: از الکترونیک مصرفی تا هوافضا.

چالش‌ها:

– *هزینه بالاتر*: تولید پیچیده‌تر و گران‌تر از بردهای ساده.

– *پیچیدگی طراحی*: نیاز به تخصص برای جلوگیری از مشکلات مانند Warpage (خمیدگی برد).

– *مسائل حرارتی*: لایه‌های بیشتر می‌توانند گرما را محبوس کنند، که نیاز به heatsink یا vias حرارتی دارد.

– *زمان تولید طولانی*: ممکن است هفته‌ها طول بکشد.

بردهای چندلایه در صنایع مختلف استفاده می‌شوند:

–* الکترونیک مصرفی*: گوشی‌های هوشمند (مانند iPhone با بیش از ۱۰ لایه)، لپ‌تاپ‌ها.

– *پزشکی*: دستگاه‌های تصویربرداری مانند MRI یا ایمپلنت‌های قلبی.

– *خودرو*: سیستم‌های کنترل الکترونیکی (ECU) در خودروهای الکتریکی.

– *هوافضا و دفاع*: بردهای مقاوم در برابر شرایط سخت در ماهواره‌ها و هواپیماها.

– *ارتباطات*: روترها و سرورها برای شبکه‌های 5G.

با پیشرفت در IoT و AI، تقاضا برای بردهای چندلایه با لایه‌های بیشتر افزایش یافته است.