การถือกำเนิดของ PCB หลายชั้น

ในอดีต แผงวงจรพิมพ์มีลักษณะเด่นคือมีโครงสร้างชั้นเดียวหรือสองชั้น ซึ่งจำกัดความเหมาะสมในการใช้งานความถี่สูงเนื่องจากสัญญาณเสื่อมสภาพและสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) อย่างไรก็ตาม การนำแผงวงจรพิมพ์แบบหลายชั้นมาใช้ทำให้มีการพัฒนาที่โดดเด่นในด้านความสมบูรณ์ของสัญญาณ การบรรเทาสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) และประสิทธิภาพโดยรวม

PCB หลายชั้น (รูปที่ 1) ประกอบด้วยชั้นตัวนำจำนวนมากที่แยกจากกันด้วยวัสดุฉนวน การออกแบบนี้ช่วยให้ส่งสัญญาณและระนาบพลังงานได้อย่างซับซ้อน

แผงวงจรพิมพ์แบบหลายชั้น (PCB) แตกต่างจากแผงวงจรพิมพ์แบบชั้นเดียวหรือสองชั้นตรงที่มีชั้นตัวนำไฟฟ้าสามชั้นขึ้นไปคั่นกลางด้วยวัสดุฉนวนซึ่งเรียกกันทั่วไปว่าชั้นไดอิเล็กตริก การเชื่อมต่อระหว่างชั้นเหล่านี้ทำได้สะดวกด้วยเวียส ซึ่งเป็นทางเดินตัวนำขนาดเล็กที่ช่วยให้สื่อสารระหว่างชั้นต่างๆ ได้ง่ายขึ้น การออกแบบ PCB แบบหลายชั้นที่ซับซ้อนทำให้สามารถรวมส่วนประกอบและวงจรที่ซับซ้อนเข้าด้วยกันได้มากขึ้น จึงจำเป็นสำหรับเทคโนโลยีที่ทันสมัย

โดยทั่วไปแล้ว PCB หลายชั้นจะมีความแข็งแกร่งสูงเนื่องจากความท้าทายโดยธรรมชาติในการสร้างหลายชั้นภายในโครงสร้าง PCB ที่มีความยืดหยุ่น การเชื่อมต่อไฟฟ้าระหว่างชั้นต่างๆ จะเกิดขึ้นได้โดยใช้รูพรุนหลายประเภท (รูปที่ 2) รวมถึงรูพรุนแบบปิดและแบบฝัง

การกำหนดค่านี้เกี่ยวข้องกับการวางสองชั้นบนพื้นผิวเพื่อสร้างการเชื่อมต่อระหว่างแผงวงจรพิมพ์ (PCB) และสภาพแวดล้อมภายนอก โดยทั่วไป ความหนาแน่นของชั้นในแผงวงจรพิมพ์ (PCB) จะเท่ากัน สาเหตุหลักคือจำนวนคี่อาจเกิดปัญหาต่างๆ เช่น การบิดงอ

จำนวนชั้นมักจะแตกต่างกันขึ้นอยู่กับการใช้งานเฉพาะ โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 4 ถึง 12 ชั้น
โดยทั่วไป แอปพลิเคชันส่วนใหญ่จำเป็นต้องมีอย่างน้อย 4 เลเยอร์และสูงสุด 8 เลเยอร์ ในทางตรงกันข้าม แอปพลิเคชันเช่นสมาร์ทโฟนส่วนใหญ่ใช้เลเยอร์ทั้งหมด 12 เลเยอร์

การใช้งานหลัก

แผงวงจรพิมพ์หลายชั้นใช้ในแอปพลิเคชันอิเล็กทรอนิกส์หลากหลาย (รูปที่ 3) รวมถึง:

● อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ซึ่ง PCB หลายชั้นมีบทบาทพื้นฐานในการจ่ายพลังงานและสัญญาณที่จำเป็นสำหรับผลิตภัณฑ์หลากหลายประเภท เช่น สมาร์ทโฟน แท็บเล็ต คอนโซลเกม และอุปกรณ์สวมใส่ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เพรียวบางและพกพาสะดวกซึ่งเราใช้ทุกวันนั้นมาจากการออกแบบที่กะทัดรัดและความหนาแน่นของส่วนประกอบสูง

● ในด้านโทรคมนาคม การใช้ PCB หลายชั้นช่วยให้การส่งสัญญาณเสียง ข้อมูล และวิดีโอผ่านเครือข่ายได้อย่างราบรื่น จึงรับประกันการสื่อสารที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้

●ระบบควบคุมอุตสาหกรรมนั้นพึ่งพาแผงวงจรพิมพ์หลายชั้น (PCB) เป็นอย่างมาก เนื่องจากแผงวงจรพิมพ์เหล่านี้มีความสามารถในการจัดการระบบควบคุมที่ซับซ้อน กลไกการตรวจสอบ และขั้นตอนการทำงานอัตโนมัติได้อย่างมีประสิทธิภาพ แผงควบคุมเครื่องจักร หุ่นยนต์ และระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรมนั้นพึ่งพาแผงวงจรพิมพ์เหล่านี้ในฐานะระบบสนับสนุนพื้นฐาน

●PCB หลายชั้นยังมีความสำคัญต่ออุปกรณ์ทางการแพทย์ เนื่องจากมีความสำคัญต่อการรับรองความแม่นยำ ความน่าเชื่อถือ และความกะทัดรัด อุปกรณ์วินิจฉัย ระบบติดตามผู้ป่วย และอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ช่วยชีวิตได้รับอิทธิพลอย่างมากจากบทบาทสำคัญของอุปกรณ์เหล่านี้

ประโยชน์และข้อดี

PCB หลายชั้นมีข้อดีและข้อดีหลายประการในแอปพลิเคชันความถี่สูง รวมถึง:

● ความสมบูรณ์ของสัญญาณที่เพิ่มขึ้น: PCB หลายชั้นช่วยให้กำหนดเส้นทางอิมพีแดนซ์ที่ควบคุมได้ ลดการบิดเบือนสัญญาณ และรับรองการส่งสัญญาณความถี่สูงได้อย่างน่าเชื่อถือ การรบกวนสัญญาณที่น้อยลงของแผงวงจรพิมพ์หลายชั้นส่งผลให้ประสิทธิภาพ ความเร็ว และความน่าเชื่อถือดีขึ้น

●ลด EMI: โดยการใช้ระนาบกราวด์และไฟฟ้าเฉพาะ PCB หลายชั้นจะยับยั้ง EMI ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่งผลให้ระบบมีความน่าเชื่อถือมากขึ้นและลดการรบกวนกับวงจรข้างเคียงให้น้อยที่สุด

● การออกแบบที่กะทัดรัด: ด้วยความสามารถในการรองรับส่วนประกอบต่างๆ ได้มากขึ้นและรูปแบบการกำหนดเส้นทางที่ซับซ้อน PCB หลายชั้นจึงทำให้มีการออกแบบที่กะทัดรัด ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชันที่มีพื้นที่จำกัด เช่น อุปกรณ์เคลื่อนที่และระบบการบินและอวกาศ

● การจัดการความร้อนที่ได้รับการปรับปรุง: แผงวงจรพิมพ์หลายชั้นช่วยกระจายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยการผสานรวมช่องระบายความร้อนและชั้นทองแดงที่วางไว้อย่างมีกลยุทธ์ ช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานของส่วนประกอบที่มีกำลังไฟสูง

● ความยืดหยุ่นในการออกแบบ: ความคล่องตัวของ PCB หลายชั้นช่วยให้มีความยืดหยุ่นในการออกแบบมากขึ้น ช่วยให้วิศวกรสามารถเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์ประสิทธิภาพต่างๆ เช่น การจับคู่อิมพีแดนซ์ ความล่าช้าในการแพร่กระจายสัญญาณ และการกระจายกำลังไฟ