คืออะไร PCB หลายชั้น?

PCB หลายชั้นถูกกำหนดให้เป็น PCB ที่ทำจากฟอยล์ทองแดงที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสามชั้นขึ้นไป พวกเขาดูเหมือนชั้นของแผงวงจรสองด้านเคลือบและติดกาวเข้าด้วยกันโดยมีฉนวนหลายชั้นอยู่ระหว่างพวกเขา โครงสร้างทั้งหมดถูกจัดเรียงโดยวางสองชั้นบนพื้นผิวของ PCB เพื่อเชื่อมต่อกับสิ่งแวดล้อม การเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างชั้นต่างๆ จะทำผ่านรูต่างๆ เช่น การชุบด้วยไฟฟ้าผ่านรู รูตัน และรูฝัง วิธีนี้สามารถนำมาใช้เพื่อสร้าง PCBS ที่มีความซับซ้อนสูงซึ่งมีขนาดต่างกันได้

เหตุใด PCBS หลายชั้นจึงใช้กันอย่างแพร่หลาย

Multilayer PCBS เกิดขึ้นเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลาในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ เมื่อเวลาผ่านไป หน้าที่ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีความซับซ้อนมากขึ้น ทำให้ต้องใช้ PCBS ที่ซับซ้อนมากขึ้น น่าเสียดายที่ PCBS ถูกจำกัดด้วยปัญหาต่างๆ เช่น เสียงรบกวน ความจุที่หลงทาง และครอสทอล์ค ดังนั้นจึงต้องปฏิบัติตามข้อจำกัดด้านการออกแบบบางประการ ข้อพิจารณาในการออกแบบเหล่านี้ทำให้ยากที่จะได้ประสิทธิภาพที่น่าพอใจจาก PCBS แบบด้านเดียวหรือแบบสองด้าน จึงเป็นที่มาของ PCBS แบบหลายชั้น

การห่อหุ้มพลังของ PCBS แบบสองชั้นในรูปแบบนี้เป็นเพียงเศษเสี้ยวของขนาด และ PCBS แบบหลายชั้นกำลังเป็นที่นิยมมากขึ้นในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ มีหลายขนาดและความหนาเพื่อตอบสนองความต้องการของการใช้งานแบบขยาย โดยมีให้เลือกตั้งแต่ 4 ถึง 12 ชั้น จำนวนชั้นมักจะเป็นคู่เพราะชั้นที่คี่อาจทำให้เกิดปัญหาในวงจร เช่น การบิดเบี้ยว และไม่คุ้มทุนในการผลิต แอปพลิเคชันส่วนใหญ่ต้องการ 12-100 ชั้น แต่แอปพลิเคชันเช่นอุปกรณ์พกพาและสมาร์ทโฟนมักใช้ประมาณ XNUMX ชั้นในขณะที่ผู้ผลิต PCB ผู้เชี่ยวชาญบางรายมีความสามารถในการผลิตได้เกือบ XNUMX ชั้น อย่างไรก็ตาม PCBS แบบหลายชั้นที่มีหลายชั้นนั้นหาได้ยากเนื่องจากมีความคุ้มค่ามาก

เหตุใด PCBS หลายชั้นจึงใช้กันอย่างแพร่หลาย

แม้ว่า PCBS แบบหลายชั้นจะมีราคาแพงกว่าและใช้แรงงานมากในการผลิต แต่ก็กำลังกลายเป็นส่วนสำคัญของเทคโนโลยีสมัยใหม่ สาเหตุหลักมาจากประโยชน์มากมายที่พวกเขานำเสนอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเปรียบเทียบกับพันธุ์เดี่ยวและสองชั้น

ประโยชน์ของ PCBS หลายชั้น

จากมุมมองทางเทคนิค PCBS แบบหลายชั้นมีข้อดีหลายประการในการออกแบบ ข้อดีของ PCB แบบหลายชั้น ได้แก่:

• ขนาดเล็ก: หนึ่งในข้อดีที่โดดเด่นและน่ายกย่องที่สุดของการใช้แผงวงจรพิมพ์แบบหลายชั้นคือขนาด เนื่องจากการออกแบบหลายชั้น PCBS แบบหลายชั้นจึงมีขนาดเล็กกว่า PCBS อื่นๆ ที่มีฟังก์ชันการทำงานที่คล้ายคลึงกัน สิ่งนี้ได้นำประโยชน์มากมายมาสู่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ เนื่องจากเทรนด์ในปัจจุบันกำลังมุ่งไปที่อุปกรณ์พกพาที่เล็กกว่า กะทัดรัดกว่า แต่ทรงพลังกว่า เช่น สมาร์ทโฟน แล็ปท็อป แท็บเล็ต และอุปกรณ์สวมใส่

• โครงสร้างน้ำหนักเบา: PCBS ขนาดเล็กกว่าใช้สำหรับน้ำหนักเบา โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากตัวเชื่อมต่อหลายตัวที่จำเป็นสำหรับการเชื่อมต่อ PCBS แบบชั้นเดียวและสองชั้นถูกตัดออกเพื่อการออกแบบหลายชั้น อีกครั้ง สิ่งนี้อยู่ในมือของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ซึ่งมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนที่ได้มากกว่า

• คุณภาพสูง: PCBS ประเภทนี้มักจะดีกว่า PCBS แบบชั้นเดียวและสองชั้นเนื่องจากปริมาณงานและการวางแผนที่ต้องทำเมื่อสร้าง PCBS แบบหลายชั้น เป็นผลให้พวกเขายังมีความน่าเชื่อถือมากขึ้น

• ความทนทานที่ดีขึ้น: PCBS แบบหลายชั้นมีแนวโน้มที่จะใช้งานได้นานขึ้นเนื่องจากลักษณะของมัน PCBS แบบหลายชั้นเหล่านี้ต้องไม่เพียงแค่รับน้ำหนักของตัวเองเท่านั้น แต่ยังต้องสามารถจัดการกับความร้อนและแรงดันที่ใช้ในการติดกาวเข้าด้วยกันได้อีกด้วย นอกเหนือจากปัจจัยเหล่านี้แล้ว PCBS แบบหลายชั้นยังใช้ฉนวนหลายชั้นระหว่างชั้นของวงจร รวมกับกาวพรีเพกและวัสดุป้องกัน

• ความยืดหยุ่นที่เพิ่มขึ้น: แม้ว่าสิ่งนี้จะใช้ไม่ได้กับส่วนประกอบ PCB หลายชั้นทั้งหมด แต่บางส่วนใช้เทคนิคการก่อสร้างที่ยืดหยุ่น ส่งผลให้ PCBS หลายชั้นมีความยืดหยุ่น นี่อาจเหมาะสำหรับงานที่มีการดัดงอเล็กน้อยและการดัดแบบกึ่งปกติ อีกครั้ง สิ่งนี้ใช้ไม่ได้กับ PCBS แบบหลายชั้นทั้งหมด และยิ่งคุณเพิ่มเลเยอร์ลงใน PCB ที่ยืดหยุ่นมากเท่าใด PCB ก็ยิ่งมีความยืดหยุ่นน้อยลงเท่านั้น

• มีประสิทธิภาพมากขึ้น: Multilayer PCBS เป็นส่วนประกอบที่มีความหนาแน่นสูงมากซึ่งรวมหลายชั้นเป็น PCB เดียว ระยะใกล้เหล่านี้ทำให้บอร์ดเชื่อมต่อกันได้มากขึ้น และคุณสมบัติทางไฟฟ้าโดยธรรมชาติช่วยให้มีความจุและความเร็วมากขึ้น แม้ว่าจะมีขนาดเล็กกว่า

• จุดเชื่อมต่อเดี่ยว: PCBS หลายชั้นได้รับการออกแบบเพื่อใช้เป็นหน่วยเดียว แทนที่จะใช้แบบอนุกรมร่วมกับส่วนประกอบ PCB อื่นๆ ด้วยเหตุนี้ จึงมีจุดเชื่อมต่อเพียงจุดเดียว แทนที่จะเป็นหลายการเชื่อมต่อที่จำเป็นต่อการใช้ PCBS แบบชั้นเดียวหลายชุด ปรากฎว่ามีประโยชน์ในการออกแบบผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์เช่นกัน เนื่องจากต้องรวมจุดเชื่อมต่อเพียงจุดเดียวในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย สิ่งนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์ขนาดเล็กที่ออกแบบมาเพื่อลดขนาดและน้ำหนัก

ข้อดีเหล่านี้ทำให้ PCBS แบบหลายชั้นมีประโยชน์ในการใช้งานที่หลากหลาย โดยเฉพาะอุปกรณ์พกพาและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีประสิทธิภาพสูง ในทางกลับกัน เมื่ออุตสาหกรรมจำนวนมากเปลี่ยนไปใช้โซลูชั่นมือถือ PCBS แบบหลายชั้นกำลังค้นหาสถานที่ในแอพพลิเคชั่นเฉพาะอุตสาหกรรมที่มีจำนวนเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ

เหตุใด PCBS หลายชั้นจึงใช้กันอย่างแพร่หลาย

ข้อเสียของ PCBS หลายชั้น

PCB แบบหลายชั้นมีข้อดีหลายประการและเหมาะสมกับเทคโนโลยีขั้นสูงต่างๆ อย่างไรก็ตาม PCBS ประเภทนี้ไม่เหมาะกับทุกการใช้งาน อันที่จริง ข้อเสียหลายประการอาจมีมากกว่าข้อดีของ PCBS แบบหลายชั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีต้นทุนและความซับซ้อนต่ำกว่า ข้อเสียเหล่านี้รวมถึง:

• ต้นทุนที่สูงขึ้น: PCBS แบบหลายชั้นมีราคาแพงกว่า PCBS แบบชั้นเดียวและแบบสองชั้นในทุกขั้นตอนของกระบวนการผลิต ออกแบบได้ยากและใช้เวลานานในการแก้ปัญหาที่อาจเกิดขึ้น พวกเขายังต้องการกระบวนการผลิตที่มีความซับซ้อนสูง ซึ่งต้องใช้เวลาและแรงงานจำนวนมากสำหรับแอสเซมเบลอร์ นอกจากนี้ เนื่องจากธรรมชาติของ PCBS เหล่านี้ ข้อผิดพลาดใดๆ ที่เกิดขึ้นระหว่างการผลิตหรือการประกอบจึงทำใหม่ได้ยากมาก ส่งผลให้ค่าแรงหรือค่าเศษเหล็กเพิ่มขึ้น ยิ่งไปกว่านั้น อุปกรณ์ที่ใช้ในการผลิต PCBS แบบหลายชั้นนั้นมีราคาแพงมากเพราะยังเป็นเทคโนโลยีที่ค่อนข้างใหม่ ด้วยเหตุผลทั้งหมดนี้ เว้นแต่ขนาดเล็กจะมีความจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชัน ทางเลือกที่ถูกกว่าอาจเป็นทางเลือกที่ดีกว่า

• การผลิตที่ซับซ้อน: PCBS แบบหลายชั้นผลิตได้ยากกว่า PCB ชนิดอื่นๆ ซึ่งต้องใช้เวลาในการออกแบบและเทคนิคการผลิตที่รอบคอบมากขึ้น นั่นเป็นเพราะว่าแม้แต่ข้อบกพร่องเล็กๆ น้อยๆ ในการออกแบบหรือการผลิต PCB ก็ทำให้ไม่มีประสิทธิภาพ

• ความพร้อมใช้งานที่จำกัด: หนึ่งในปัญหาที่ใหญ่ที่สุดของ PCBS แบบหลายชั้นคือเครื่องจักรที่จำเป็นในการผลิต ผู้ผลิต PCB บางรายไม่ได้มีความต้องการหรือความจำเป็นสำหรับเครื่องดังกล่าว ดังนั้นผู้ผลิต PCB บางรายจึงไม่มีอุปกรณ์ดังกล่าว ซึ่งเป็นการจำกัดจำนวนผู้ผลิต PCB ที่สามารถผลิต PCBS แบบหลายชั้นให้กับลูกค้าได้ ดังนั้นจึงแนะนำให้สอบถามอย่างรอบคอบเกี่ยวกับความสามารถของผู้ผลิต PCB ใน PCBS แบบหลายชั้นก่อนตัดสินใจเลือกผู้ผลิต PCB ในฐานะผู้ผลิตตามสัญญา

• จำเป็นต้องมีนักออกแบบด้านเทคนิค: ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ PCBS แบบหลายชั้นจำเป็นต้องมีการออกแบบล่วงหน้าเป็นจำนวนมาก หากไม่มีประสบการณ์มาก่อน อาจเป็นปัญหาได้ บอร์ดหลายชั้นต้องการการเชื่อมต่อระหว่างเลเยอร์ แต่จะต้องลดปัญหาครอสทอล์คและอิมพีแดนซ์ไปพร้อม ๆ กันปัญหาเดียวในการออกแบบอาจส่งผลให้บอร์ดทำงานไม่ถูกต้อง

• เวลาในการผลิต: เมื่อความซับซ้อนเพิ่มขึ้น ข้อกำหนดในการผลิตก็เช่นกัน สิ่งนี้มีบทบาทสำคัญในการหมุนเวียนของ PCBS แบบหลายชั้น – แต่ละบอร์ดต้องใช้เวลามากในการผลิต ส่งผลให้ค่าแรงเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ อาจทำให้ช่วงเวลาระหว่างการสั่งซื้อกับการรับสินค้านานขึ้น ซึ่งอาจเป็นปัญหาได้ในบางกรณี

อย่างไรก็ตาม ปัญหาเหล่านี้ไม่ได้หายไปจากประโยชน์ของ PCBS แบบหลายชั้น แม้ว่าจะมีราคาสูงกว่า PCBS แบบชั้นเดียว แต่ PCBS แบบหลายชั้นก็มีข้อดีหลายประการเหนือแผงวงจรพิมพ์ประเภทนี้

ข้อดีของ PCBS แบบหลายชั้นเหนือทางเลือกแบบชั้นเดียว

ข้อดีของ PCBS แบบหลายชั้นเหนือทางเลือกแบบชั้นเดียวนั้นชัดเจนยิ่งขึ้น การปรับปรุงที่สำคัญบางประการที่ PCBS หลายชั้นมีให้ ได้แก่:

• ความหนาแน่นของการประกอบที่สูงขึ้น: แม้ว่าความหนาแน่นของ PCBS ชั้นเดียวจะถูกจำกัดโดยพื้นที่ผิว PCBS แบบหลายชั้นจะเพิ่มความหนาแน่นของ PCBS แบบแบ่งชั้น แม้จะมีขนาดที่เล็กกว่าของ PCB แต่ความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้นทำให้มีฟังก์ชันการทำงานที่มากขึ้น เพิ่มความจุและความเร็ว

• ขนาดที่เล็กกว่า: โดยรวมแล้ว PCBS แบบหลายชั้นมีขนาดเล็กกว่า PCBS ชั้นเดียว แม้ว่า PCBS ชั้นเดียวจะต้องเพิ่มพื้นที่ผิวของวงจรโดยการเพิ่มขนาด แต่ PCBS แบบหลายชั้นจะเพิ่มพื้นที่ผิวโดยการเพิ่มชั้นซึ่งจะเป็นการลดขนาดโดยรวม ซึ่งช่วยให้สามารถใช้ PCBS แบบหลายชั้นที่มีความจุสูงกว่าในอุปกรณ์ขนาดเล็กได้ ในขณะที่ PCBS แบบชั้นเดียวที่มีความจุสูงกว่าจะต้องติดตั้งในผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดใหญ่กว่า

• น้ำหนักเบา: การรวมส่วนประกอบใน PCBS แบบหลายชั้นหมายถึงความต้องการตัวเชื่อมต่อและส่วนประกอบอื่นๆ น้อยลง ซึ่งเป็นโซลูชันที่มีน้ำหนักเบาสำหรับการใช้งานทางไฟฟ้าที่ซับซ้อน PCBS แบบหลายชั้นสามารถทำงานให้สำเร็จได้ในปริมาณเท่ากันกับ PCBS ชั้นเดียวหลายชั้น แต่ด้วยขนาดที่เล็กกว่า ส่วนประกอบที่เชื่อมต่อน้อยกว่า และน้ำหนักที่ลดลง นี่เป็นข้อพิจารณาที่สำคัญสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กที่มีน้ำหนักเป็นกังวล

• คุณสมบัติการออกแบบที่ได้รับการปรับปรุง: โดยรวมแล้ว PCBS หลายชั้นสามารถทำงานได้ดีกว่า PCBS ชั้นเดียวโดยเฉลี่ย ด้วยการรวมคุณลักษณะอิมพีแดนซ์ที่ควบคุมได้มากขึ้น การป้องกัน EMI ที่สูงขึ้น และคุณภาพการออกแบบที่ดีขึ้นโดยรวม ทำให้ PCBS แบบหลายชั้นสามารถทำงานได้มากขึ้น แม้ว่าจะมีขนาดเล็กกว่าและเบากว่า

เหตุใด PCBS หลายชั้นจึงใช้กันอย่างแพร่หลาย

ปัจจัยเหล่านี้มีความหมายอย่างไรเมื่อตัดสินใจเลือกโครงสร้างแบบหลายชั้นและแบบชั้นเดียว โดยพื้นฐานแล้ว หากคุณต้องการผลิตอุปกรณ์ขนาดเล็ก น้ำหนักเบา และซับซ้อนซึ่งคุณภาพเป็นสิ่งสำคัญ PCBS แบบหลายชั้นอาจเป็นทางเลือกที่ดีที่สุดของคุณ อย่างไรก็ตาม หากขนาดและน้ำหนักไม่ใช่ปัจจัยหลักในการออกแบบผลิตภัณฑ์ การออกแบบ PCB แบบชั้นเดียวหรือสองชั้นอาจคุ้มค่ากว่า