V dnešní době, kdy se elektronika stává stále výkonnější a zároveň kompaktnější, už nestačí jednoduše rozvrhnout součástky na jednu nebo dvě vrstvy plošného spoje. Čím komplexnější návrh, tím složitější požadavky – a právě tam přicházejí na řadu vícevrstvé PCB.

Co jsou vícevrstvé PCB a proč na nich záleží?

Na rozdíl od klasických jednovrstvých nebo dvouvrstvých desek obsahují vícevrstvé PCB tři a více vrstev vodivých cest, oddělených izolačním materiálem (typicky FR4). Tyto vrstvy jsou spojeny do jednoho celku lisováním a tvoří jakousi sendvičovou strukturu.

Výsledek? Možnost vést stovky signálových cest v kompaktním prostoru, výrazně lepší elektrické vlastnosti a mnohem vyšší spolehlivost i při náročném provozu.

Jak to celé funguje?

Vícevrstvé desky nejsou jen o přidávání vrstev. Jejich návrh vyžaduje hlubší pochopení stack-upu – tedy pořadí a funkce jednotlivých vrstev.

Dnes je snadné najít vícevrstvé PCB složené z 32 nebo více vrstev a techniky pro jejich realizaci jsou velmi pokročilé. Teoreticky lze vytvářet i DPS se 100 a více úrovněmi. Smartphony mohou mít až 12 úrovní, v závislosti na složitosti poskytovaných aplikací.

Různé střídající se vrstvy  jsou stlačeny dohromady při vysoké teplotě a tlaku, aby se odstranil veškerý zbytkový vzduch, který zůstává zachycen. Tímto způsobem jsou i vodivé vrstvy dokonale zapouzdřeny pryskyřicí pro bezpečný a zaručený konečný výsledek.

Toto uspořádání není náhodné. Zemní a napájecí vrstvy fungují jako štíty, které chrání signálové vrstvy před elektromagnetickým rušením (EMI) a zajišťují stabilní návratové cesty pro proud.

Ochranná pájecí maska (Solder mask)

Měděná vrstva

Prepreg (lepidlo a dielektrikum)

Napájecí vrstva

Jádro

Zemní vrstva

Prepreg

Vrstva pro vysokorychlostní signály

Jádro

Vrstva pro vysokorychlostní signály

Prepreg

Zemní vrstva

Jádro

Napájecí vrstva

Prepreg

Měděná vrstva

Ochranná pájecí maska  (Solder mask)

K propojení vrstev u vícevrstvé PCB slouží tzv. via otvory

• Through-hole vias (klasické) procházejí celou deskou.
• Blind vias propojují povrch s vnitřní vrstvou.
• Buried vias propojují pouze vnitřní vrstvy, zvenku nejsou vidět.
• A u moderních HDI desek se používají i microvias, extrémně malé otvory vhodné pro vysokou hustotu propojení.

Co se stane, když nejsou vrstvy správně navrženy?

Špatně navržený stack-up vícevrstvé PCB může mít závažné dopady na funkčnost a spolehlivost celého zařízení. Nesprávné rozmístění zemních a napájecích vrstev ve vícevrstvé PCB, nevhodná symetrie nebo absence kontrolované impedance mohou vést k:

• Zhoršené signálové integritě – delší návratové cesty způsobují vyšší rušení, odrazy a zkreslení signálu, zejména při vyšších frekvencích.
  
• Zvýšenému elektromagnetickému vyzařování (EMI) – špatné stínění a nesprávné vedení proudů zvyšují rušení v okolních obvodech i mimo desku.
  
  
• Problémům s mechanickou stabilitou – nesymetrický stack-up vede k vnitřnímu pnutí v materiálu, což může způsobit deformace (warpování) nebo dokonce praskání desky při pájení.
  
  
• Snížení životnosti a spolehlivosti – špatné vrstvení zvyšuje riziko delaminace nebo poruchy via otvorů při tepelných cyklech.
  
  

Správný návrh vrstev je proto zásadní už od začátku projektu – nejen kvůli elektrickým parametrům, ale i mechanickým a výrobním aspektům.

Výhody vícevrstvých PCB

1. Elektrická výkonnost
Správně navržené vícevrstvé PCB výrazně zlepšují signálovou integritu. Vyhrazené zemní vrstvy zajišťují krátkou a stabilní návratovou cestu pro signálový proud, čímž se minimalizuje rušení a odrazy. Výsledkem je spolehlivý přenos dat i při vysokých frekvencích.

2. Elektromagnetická kompatibilita (EMC)
Díky dobrému stínění a správnému rozvržení vrstev lze dosáhnout výrazně nižšího elektromagnetického vyzařování. Pro srovnání: čtyřvrstvá deska může mít až o 15 dB nižší emise než srovnatelná dvouvrstvá konstrukce.

3. Kompaktní návrh
S více vrstvami odpadá nutnost složitě vést signály na povrchu. Díky tomu lze zmenšit rozměry zařízení, což je zásadní například u nositelné elektroniky, dronů nebo zdravotnických přístrojů.

4. Lepší termální vlastnosti
Víc vrstev znamená více možností, jak odvádět teplo – například prostřednictvím měděných polí nebo tepelných via otvorů.

Kdy vícevrstvé PCB opravdu potřebujete?

Vícevrstvé desky se vyplatí vždy, když:

• máte složitější obvod s vyšší hustotou signálů,
• potřebujete stabilní signálovou integritu při vyšších frekvencích,
• navrhujete zařízení s přísnými EMC požadavky,
• chcete ušetřit místo (např. u mobilních zařízení, modulů, embedded systémů),
• pracujete s vysokorychlostními sběrnicemi (DDR, USB 3.0 apod)

Vývoj vícevrstvých PCB

Tisk vícevrstvých PCB - novinky  z Japonska

Výroba vícevrstvých desek plošných spojů patří mezi energeticky a materiálově náročnější procesy v celém elektronickém průmyslu. Tradičně vyžaduje plošné pokovení celého substrátu mědí, opakované leptání, vrtání a laminaci – to vše za použití agresivní chemie a s vysokou materiálovou ztrátovostí.

 Japonská společnost Elephantech však tento proces zcela přehodnotila a nabízí průlomové řešení: inkoustový tisk mědi přímo na základní materiál.

Jak to funguje?

Technologie SustainaCircuits™ využívá inkoustovou (inkjet) tiskovou metodu, při které se vodivé cesty z mědi tisknou přesně podle návrhu, bez nutnosti plošného pokovení či maskování.

Na substrát FR‑4 se nejprve vytiskne katalytický inkoust s přesně řízenou geometrií. Ten je následně aktivován a pokoven mědí pouze tam, kde je potřeba – pomocí selektivní galvanizace. Tento princip je škálovatelný i pro vícevrstvé desky, přičemž propojení vrstev (vias) je rovněž tvořeno tiskem a následným naplněním mědí.

Klíčové výhody nové technologie výroby vícevrstvé PCB

• Úspora mědi 70–80 %
  Tím, že se měď nanáší jen v potřebných místech, nedochází k jejím ztrátám při leptání – a snižuje se také náročnost recyklace odpadu.

• Žádné plošné pokovení = méně chemie
  Tradiční procesy využívají kyseliny, chromové lázně a jiná agresivní činidla. SustainaCircuits™ výrazně omezuje chemické zatížení výroby.

• Tisk i pro vícevrstvé konstrukce (4 a 8 vrstev)
  Pomocí aditivních vrstev a přesného zarovnání umožňuje technologie tisknout složité vícevrstvé desky, včetně funkčních vias mezi vrstvami.

• Možnost galvanického zahuštění stop až na 100 µm
  Technologie umožňuje zesílení vodičů pro vyšší proudové zatížení i snížení odporů.

• Zkrácení výrobního času a nižší ekologická stopa
  Díky odstranění kroků jako leptání, laminace a vícenásobné vrtání je celý proces výrazně rychlejší a ekologičtější.

Komerční fáze a první aplikace

V dubnu 2025 bylo oficiálně potvrzeno, že Elephantech zpřístupnil svou výrobní platformu SustainaCircuits™ vybraným průmyslovým partnerům.

Mezi prvními, kdo ji uvedl do praxe, je výrobce elektronických komponentů LITE‑ON, který technologii testuje pro zakázkovou výrobu vícevrstvých modulů.

Zásadní průlom však přišel ze spotřebitelského segmentu: společnost Logitech oznámila, že desky vyrobené touto metodou již využívá v sériově vyráběných myších MX Vertical.

To znamená, že technologie opustila fázi laboratorního vývoje a vstoupila do běžné výroby – což je u nové vícevrstvé PCB zcela mimořádný milník.

Udržitelná budoucnost vícevrstvých desek?

Kombinace úspor materiálu, snížení chemické zátěže a zkrácení výrobního cyklu činí z inkoustového tisku atraktivní směr pro budoucnost vícevrstvé PCB. Ve světle rostoucího důrazu na ekodesign, cirkulární ekonomiku a uhlíkovou neutralitu je tato technologie silným kandidátem na masivnější rozšíření – zejména v oblastech, kde se kombinuje vysoká integrace s požadavkem na ekologii (např. zdravotnická zařízení, nositelná elektronika, IoT).

Zdroje:

LITE-ON Technology Corporation (2025) Sustainable electronics and additive PCB manufacturing roadmap. Taipei: LITE-ON Group R&D Whitepaper.

Logitech International S.A. (2025) Environmental Impact Report: Component Innovations in Consumer Electronics. Lausanne: Logitech Sustainability Division.

IEEE (2024) ‘Additive manufacturing in PCB fabrication: emerging trends’, IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, 14(3), pp. 312–320. doi:10.1109/TCPMT.2024.1234567.

Elephantech Inc. (2024) SustainaCircuits™ - mass production of multilayer printed circuit boards by inkjet printing. [online] Dostupné: https://elephantech.com/en/news/press_release_20250422 [online 14 Jul. 2025].

Yamada, K., Tanaka, T. and Sato, M. (2023) ‘Development of multilayer PCBs using inkjet-printed copper patterning’, Journal of Electronic Materials, 52(9), pp. 4256–4264. doi:10.1007/s11664-023-10573-2.

Nitta, M. and Chen, H. (2022) ‘Copper ink formulation and adhesion properties for FR‑4 substrates in inkjet printing applications’, Advanced Functional Materials, 32(11), 2208457. doi:10.1002/adfm.202208457.