Multilayer PCB คืออะไร: การผลิตและการออกแบบ

แตกต่างจาก PCB แบบชั้นเดียวหรือสองชั้น PCB แบบหลายชั้นประกอบด้วยชั้นทองแดงตั้งแต่สามชั้นไปจนถึง 60 ชั้น คั่นด้วยวัสดุฉนวน และเคลือบเข้าด้วยกันภายใต้ความร้อนและแรงดัน ชั้นเพิ่มเติมเหล่านี้ช่วยให้สามารถออกแบบวงจรที่ซับซ้อนและหนาแน่นมากขึ้น รองรับส่วนประกอบจำนวนมากขึ้นบนแผ่นวงจรขนาดเล็ก ความสามารถนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ซึ่งอุปกรณ์ต่างๆ มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้นแต่มีประสิทธิภาพมากขึ้น การพัฒนา PCB แบบหลายชั้นได้รับแรงผลักดันจากความต้องการผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีประสิทธิภาพ เชื่อถือได้ และมีขนาดเล็กลงสำหรับแผ่นวงจร RF แบบหลายชั้น RO4450T ความหนาของชั้นเชื่อมต่อจะต้องได้รับการตรวจสอบในโครงสร้างสำเร็จรูป แทนที่จะใช้เป็นเพียงแค่ข้อกำหนดในการสั่งซื้อเท่านั้น

โครงสร้างหลายชั้นทั่วไป

• 4-6 ชั้น – ความซับซ้อนต่ำถึงปานกลาง
• 8-10 ชั้น – บอร์ดดิจิตอลที่ซับซ้อนมากขึ้น
• 12-16 ชั้น – RF ขั้นสูงและการประมวลผลข้อมูล
• 20+ ชั้น – การเชื่อมต่อที่มีความหนาแน่นสูงมาก
• 60+ ชั้น – เทคโนโลยี HDI ที่ทันสมัย

กระบวนการผลิต PCB หลายชั้น

1. การก่อตัวของชั้นใน

การสร้างรูปแบบการพิมพ์ด้วยแสงถูกนำไปใช้กับแผ่นลามิเนตเคลือบทองแดงเพื่อกำหนดรอยวงจร ตามด้วยการแกะสลักทองแดงที่ไม่ต้องการออก เพิ่มเป้าหมายการลงทะเบียนชั้นและรูเครื่องมือ การทดสอบทางไฟฟ้าของรอย และการเตรียมพื้นผิวสำหรับการเคลือบ

2. การเคลือบชั้น

แผ่นหลายชั้นถูกยึดติดโดยใช้เครื่องอัดแผ่น โดยมีการจัดเรียงแกน พรีเพร็ก ทองแดง และสารไดอิเล็กตริกเข้าด้วยกัน แล้วทำการบ่มภายใต้อุณหภูมิและแรงดันเพื่อสร้างเป็นแผ่นลามิเนตแข็ง

3. เจาะรู

การเจาะที่แม่นยำสูงจะสร้างเครื่องมือและรูทะลุที่มีการลงทะเบียนที่แม่นยำสำหรับแต่ละชั้น

4. การชุบรู

การชุบทองแดงแบบไม่ใช้ไฟฟ้าตามด้วยการชุบทองแดงแบบอิเล็กโทรไลต์จะสร้างทองแดงขึ้นบนชั้นในและรูที่เจาะ

5. การประมวลผลชั้นนอก

การประยุกต์ใช้สารเคลือบป้องกันการบัดกรี แบบเหลวที่สามารถสร้างภาพด้วยแสงได้ การพิมพ์เครื่องหมายระบุ การสร้างลวดลายและการกัดวงจรชั้นนอก และการเดินสายแผงไปยังแผ่น PCB แต่ละแผ่น

6. การทดสอบและการประกันคุณภาพ

ประกอบไปด้วยการตรวจสอบด้วยแสงอัตโนมัติ การทดสอบการเชื่อมต่อเน็ต อิมพีแดนซ์ แรงดันไฟฟ้าสูง และการทดสอบการทำงาน พร้อมด้วยการควบคุมคุณภาพมิติ

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบ PCB หลายชั้น

จำนวนเลเยอร์:

การตัดสินใจเลือกจำนวนชั้นถือเป็นขั้นตอนแรกในการออกแบบ PCB แบบหลายชั้น จำนวนชั้นซึ่งอาจมีตั้งแต่ 4 ถึง 10 ชั้นหรือมากกว่านั้น ขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของการออกแบบ จำนวนส่วนประกอบ และข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพไฟฟ้า

การจัดวางส่วนประกอบ

นักออกแบบใช้ซอฟต์แวร์เค้าโครง PCB เพื่อจัดเรียงส่วนประกอบและกำหนดการเชื่อมต่อทางไฟฟ้า การจัดเรียงควรเพิ่มประสิทธิภาพในการกำหนดเส้นทางสัญญาณ ลดการรบกวนให้เหลือน้อยที่สุด และช่วยกระจายความร้อน

การกำหนดเส้นทางสัญญาณ

การกำหนดเส้นทางไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับการระบุความกว้าง ระยะห่าง และการกำหนดชั้นของการเชื่อมต่อ โดยเน้นที่ความสมบูรณ์ของสัญญาณ ลดการสื่อสารข้ามสาย และป้องกันการสะท้อนสัญญาณ

ข้อควรพิจารณาในการซ้อนชั้น:

ควรวางเลเยอร์เป็นเลขคู่ และเลเยอร์สัญญาณทั้งหมดควรอยู่ใกล้กับระนาบกราวด์ให้มากที่สุด ทิศทางการเดินสายในเลเยอร์สัญญาณเดียวกันควรสม่ำเสมอ การเลือกจำนวนเลเยอร์ยังขึ้นอยู่กับประเภทของสัญญาณที่ต้องการส่ง โดยแบ่งเป็นความถี่สูง ความถี่ต่ำ กราวด์ หรือไฟฟ้า

การจัดเรียงส่วนประกอบและอินเทอร์เฟซ:

ตามหลักการแล้ว ควรวางส่วนประกอบต่างๆ ไว้ด้านใดด้านหนึ่ง และจัดวางตำแหน่งและทิศทางของส่วนประกอบอินเทอร์เฟซอย่างเหมาะสม ส่วนประกอบที่มีการเชื่อมต่อไฟฟ้าอย่างใกล้ชิดควรวางไว้ด้วยกัน

การสร้างไฟล์ Gerber:

เมื่อกำหนดเส้นทางไฟฟ้าแล้ว ไฟล์ Gerber จะถูกสร้างขึ้นซึ่งประกอบด้วยข้อมูลเกี่ยวกับการซ้อนเลเยอร์ การเชื่อมต่อทางไฟฟ้า การวางส่วนประกอบ และข้อมูลการออกแบบอื่นๆ

การผลิต:

ผู้ผลิตใช้ไฟล์ Gerber เพื่อสร้างโฟโตมาสก์ จากนั้นจึงใช้เพื่อสร้างเลเยอร์ PCB แต่ละเลเยอร์ เลเยอร์เหล่านี้จะถูกเคลือบเพื่อสร้าง PCB หลายเลเยอร์ขั้นสุดท้าย

ข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับความสมบูรณ์ของสัญญาณของ PCB หลายชั้น

การวางซ้อนเลเยอร์: การวางแผนการวางซ้อนเลเยอร์อย่างเหมาะสมถือเป็นสิ่งสำคัญ เลเยอร์สัญญาณและกราวด์ควรเชื่อมต่อกันอย่างใกล้ชิดเพื่อลดความต้านทานและการสะท้อนของสัญญาณ

การกำหนดเส้นทางการติดตาม: ควรกำหนดเส้นทางการติดตามเพื่อหลีกเลี่ยงการสนทนาข้ามสายและสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) การรักษาเส้นทางสัญญาณให้สั้นและตรงจะช่วยปรับปรุงความสมบูรณ์ของสัญญาณ

การควบคุมอิมพีแดนซ์ : การรักษาอิมพีแดนซ์ให้คงที่ทั่วทั้งแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ช่วยป้องกันการบิดเบือนของสัญญาณและการสะท้อน

ตัวเก็บประจุแบบแยกส่วน: มีความจำเป็นสำหรับการจัดการความสมบูรณ์ของพลังงานและลดสัญญาณรบกวนบนระนาบพลังงาน

การออกแบบช่องทาง: การออกแบบและการวางช่องทางจะส่งผลกระทบต่อเส้นทางสัญญาณและควรได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณ

การพิจารณาต้นทุนของ PCB หลายชั้น

ความซับซ้อนและจำนวนชั้น: ยิ่งมีชั้นและความซับซ้อนในการออกแบบมากเท่าไหร่ ต้นทุนการผลิตก็จะยิ่งเพิ่มมากขึ้นเท่านั้น

วัสดุที่ใช้: วัสดุคุณภาพสูงหรือเฉพาะทางอาจทำให้ต้นทุนโดยรวมเพิ่มขึ้น

เทคนิคการผลิต: เทคนิคการผลิตขั้นสูงสำหรับการออกแบบที่ซับซ้อนยังสามารถเพิ่มต้นทุนได้

ขนาดของ PCB: PCB ขนาดใหญ่จะต้องใช้วัสดุและการประมวลผลมากขึ้น ทำให้มีต้นทุนที่เพิ่มมากขึ้น

ปริมาณ: การผลิตจำนวนมากขึ้นสามารถลดต้นทุนต่อหน่วยได้เนื่องจากการประหยัดต่อขนาด