W czasach, gdy technologia staje się coraz ważniejszym elementem naszej codzienności, zarówno w życiu zawodowym, jak i codziennym, stawiamy jej coraz wyższe wymagania. Oczekujemy niezawodności, funkcjonalności, a przy tym niewielkich rozmiarów. Aby temu sprostać, konieczne jest zastosowanie dużej liczby zintegrowanych i zminiaturyzowanych układów scalonych powiązanych skomplikowanymi sieciami połączeniowymi. To jednak byłoby niemożliwe w przypadku zwykłego dwustronnego obwodu, dlatego też stosuje się wielowarstwowe obwody drukowane.

Struktura wielowarstwowych obwodów drukowanych

Jak można się spodziewać, wielowarstwowe obwody drukowane posiadają dużo bardziej złożoną strukturę. Mają postać stosu (określaną jako stack-up lub build-up) i strukturę warstwową, która jest uporządkowana i zazwyczaj symetryczna względem środka. W przekroju poprzecznym takich laminatów występują trzy elementy: folie miedziane, rdzenie oraz prepregi (najczęściej wykonane z laminatu FR4).

W najczęściej stosowanym ułożeniu obwodów wielowarstwowych wnętrze stosu zawiera rdzenie składające się z dielektryka pokrytego obustronnie folią miedzianą o strukturze laminatu dwustronnego. Rdzenie te tworzą przewodzące warstwy wewnętrzne.  Najbardziej zewnętrzne warstwy stosu stanowią folie miedziane z odwzorowanymi mozaikami warstw top i bottom. Rdzenie i folie miedziane są rozdzielone od siebie prepregami, które zapewniają trwałe oraz stabilne sklejenie stosu, a także pomagają zachować odpowiednią odległość pomiędzy dwoma pozostałymi elementami.Prepregi są to bowiem pojedyncze włókna szklane impregnowane żywicą. W trakcie procesu prasowania, owa żywica rozpływa się pod wpływem temperatury i ciśnienia, dzięki czemu prepregi zawdzięczają swoje właściwości.

Dobór materiałów

Parametry elementów składowych obwodów drukowanych, spośród których możemy wybierać, są znormalizowane, zwłaszcza pod względem ich grubość. Na szczególną uwagę zasługuje tu prawidłowy dobór ilości i rodzajów zastosowanych prepregów, gdyż niewystarczające wypełnienie żywicą prowadzi do wystąpienia zjawiska niedoboru żywicy, co z kolei może skutkować rozwarstwieniami i delaminacją.

Na rynku jest dostępnych kilka typów, jeśli chodzi o zarówno prepregi, rdzenie, jak i folie miedziowe, jednakże producenci zazwyczaj mają dostępne tylko kilka najbardziej popularnych z nich. Dlaczego tak się dzieje? Głównie ze względów ekonomicznych. Przykładowo, prepregi charakteryzują się dość krótkim terminem przydatności, w związku z czym magazynowanie rzadziej wybieranych typów wiązałoby się z ryzykiem dużych strat.

Obwody drukowane – zasady konstruowania

W trakcie projektowania wielowarstwowego obwodu drukowanego należy upewnić się, że uzyskany laminat będzie posiadał zakładane właściwości, tak elektryczne (prądy, impedancje, odporność na przebicia), jak i mechaniczne (grubość, sztywność, łatwość obórki). W tym celu należy zadbać o odpowiednie parametry poszczególnych elementów stosu. Zastosowane rdzenie będą decydować o ilości uzyskanych warstw, odległości pomiędzy warstwami wewnętrznymi w obrębie pojedynczych rdzeni oraz grubości przewodzących warstw wewnętrznych. Zastosowane prepregery zapewniają odpowiednie odległości między rdzeniami, a także między rdzeniami i zewnętrznymi warstwami mozaiki. Istotne są również parametry folii miedzianych z uwzględnieniem parametrów DRC zewnętrznych mozaik obwodu.

Należy w tym miejscu pamiętać o tym, że producenci często posiadają wybór materiałów ograniczony do najpopularniejszych opcji, co zostało wspomniane powyżej. Jeśli zatem chcemy użyć bardziej wyszukanych elementów, warto zasięgnąć profesjonalnej opinii firmy, z którą będziemy współpracować, i postarać się znaleźć alternatywne rozwiązanie z dostępnych środków, które będzie tak samo wydajne. Trzeba mieć na uwadze bowiem, że sprowadzanie specjalnych zamówień wiąże się nie tylko z dłuższym czasem realizacji, ale i z wyższymi kosztami. Często więc jest to po prostu nieopłacalne, zwłaszcza, gdy takie same efekty moglibyśmy uzyskać w inny sposób.