นวัตกรรมทางเทคโนโลยีและการประยุกต์ใช้งานของ PCB ที่ขับเคลื่อนโดย 5G และ AI

ด้วยการบูรณาการการสื่อสาร 5G และเทคโนโลยี AI ในระดับขนาดใหญ่ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็วไปสู่การส่งผ่านความเร็วสูง การรองรับพลังประมวลผลสูง และการบูรณาการในระดับสูง ในฐานะตัวกลางหลักของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แผงวงจรพิมพ์ (PCB) เป็นตัวกำหนดโดยตรงถึงประสิทธิภาพการทำงาน ความเสถียรของสัญญาณ และความน่าเชื่อถือในระยะยาวของอุปกรณ์ปลายทาง จึงกลายเป็นรากฐานฮาร์ดแวร์ระดับล่างที่รองรับการปรับใช้แอปพลิเคชันสำคัญต่าง ๆ เช่น สถานีฐาน 5G เซิร์ฟเวอร์ AI และอุปกรณ์อัจฉริยะ เมื่อต้องเผชิญกับทั้งข้อกำหนดการส่งสัญญาณความถี่สูงของ 5G และความต้องการพลังประมวลผลความหนาแน่นสูงของ AI เทคโนโลยี PCB จำเป็นต้องสร้างความก้าวหน้าในสามเป้าหมายพื้นฐาน คือ “การสูญเสียต่ำ ความแม่นยำสูง และการรองรับที่แข็งแกร่ง” และสร้างระบบนวัตกรรมรอบด้านที่ครอบคลุมวัสดุ กระบวนการ และการออกแบบโครงสร้าง

I. การส่งสัญญาณความเร็วสูงและความถี่สูง: การเชื่อมโยง AI และ 5G เพื่อฝ่าฟัน “คอขวดของสัญญาณ”

ย่านความถี่คลื่นมิลลิเมตรสำหรับการสื่อสาร 5G (26/28GHz) และความต้องการการเชื่อมต่อความเร็วสูงระดับ 10Gbps+ ของอุปกรณ์ AI ทำให้เกิดข้อกำหนดที่เข้มงวดมากต่อคุณสมบัติ “การสูญเสียต่ำ” และ “ความเสถียรสูง” ของการส่งสัญญาณบนแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) แผ่นวงจรพิมพ์ทั่วไปเนื่องจากข้อจำกัดด้านคุณสมบัติของวัสดุและกระบวนการผลิต ไม่สามารถตอบสนองต่อประสิทธิภาพการลดทอนสัญญาณ การสะท้อนกลับ และการรบกวนระหว่างสัญญาณ (crosstalk) ในการใช้งานความถี่สูงได้ จึงกลายเป็นคอขวดสำคัญที่จำกัดประสิทธิภาพของอุปกรณ์ 5G และ AI

(I) ข้อบกพร่องความถี่สูงของแผงวงจรพิมพ์ทั่วไป

1. การลดทอนสัญญาณที่เพิ่มขึ้น: “เอฟเฟกต์สกิน” ของสัญญาณความถี่สูงมีแนวโน้มทำให้กระแสไฟฟ้าถูกจำกัดอยู่ที่ผิวของตัวนำ (กระแสจะแผ่กระจายได้เพียงภายในระยะ 5μm จากผิวของชั้นทองแดงที่ความถี่ 10GHz) ส่งผลให้ค่าความต้านทานเทียบเท่าสูงขึ้นอย่างมาก ในขณะเดียวกัน ค่าแทนเจนต์การสูญเสียไดอิเล็กทริก (tanδ) ของแผ่นรองมาตรฐาน FR-4 มีค่าประมาณ 0.02 ที่ความถี่ 10GHz และเพิ่มขึ้นเป็น 0.03 ที่ความถี่ 28GHz ทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานมากกว่า 60% สำหรับสัญญาณที่เดินทางไกลเกิน 10 ซม. ซึ่งไม่สามารถรองรับความต้องการครอบคลุมระยะไกลของสถานีฐาน 5G ได้

2. การรบกวนสัญญาณอย่างรุนแรง: ความยาวคลื่นของสัญญาณความถี่สูงนั้นสั้นมาก (ความยาวคลื่นของคลื่นมิลลิเมตร 28GHz อยู่ในระดับประมาณ 10 มม.) และการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยของความยาวลายวงจรก็สามารถทำให้เกิดการเลื่อนเฟสได้ การคัปปลิงทางแม่เหล็กไฟฟ้า (crosstalk) ระหว่างลายวงจรที่อยู่ติดกันจะทำให้เกิด “crosstalk” ของสัญญาณ เมื่อความเร็วการส่งข้อมูลอยู่ที่ 10Gbps หาก crosstalk มีค่ามากกว่า -20dB (การคัปปลิงพลังงานสัญญาณ 10%) จะนำไปสู่ความผิดพลาดในการส่งข้อมูลโดยตรง ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่า crosstalk ของสัญญาณ 10Gbps ทั่วไปสามารถสูงได้ถึง -15dB ในขณะที่ crosstalk ของ PCB สำหรับ 5G และ AI จำเป็นต้องควบคุมให้ต่ำกว่า -25dB

(II) เส้นทางการบุกเบิกทางเทคโนโลยี: “การอัปเกรดคู่” ของกระบวนการและวัสดุ

1. การคัดเลือกวัสดุที่มีการสูญเสียต่ำ: ใช้แผ่นรองพื้นชนิดเติมเซรามิกความถี่สูงที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริก Dk = 3.0±0.05 สำหรับแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ของสถานีฐานขนาดเล็กคลื่นมิลลิเมตร 5G การสูญเสียการส่งสัญญาณในย่านความถี่ 10GHz ถูกควบคุมไว้ที่ 0.25dB/in ซึ่งลดลง 45% เมื่อเทียบกับแผ่นรองพื้น FR-4 แบบดั้งเดิม และแทบจะทำให้ระยะทางการส่งสัญญาณความถี่สูงเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ในขณะเดียวกันมีการใช้ “แผ่นทองแดงผิวเรียบมาก (VLP copper foil)” เพื่อควบคุมความขรุขระผิว (Ra) ที่ 0.3μm ซึ่งช่วยหลีกเลี่ยง “การสูญเสียแบบกระเจิง (scattering loss)” ของสัญญาณที่เกิดจากแผ่นทองแดงอิเล็กโทรไลต์ทั่วไป (Ra≈1.5μm) และลดการสูญเสียการส่งสัญญาณที่ความถี่ 28GHz ลงได้ 15%-20%

2. การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการความแม่นยำสูง: หนึ่งในกระบวนการของ “ความแม่นยำการควบคุมอิมพีแดนซ์+ เส้นที่มีความขรุขระต่ำได้รับการแก้ไขแล้ว สายส่งสัญญาณถูกประมวลผลด้วยเทคโนโลยีการกัดด้วยเลเซอร์ โดยมีความขรุขระของขอบ Ra<0.5μm ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนของสัญญาณ (S11) ในย่านความถี่ 28GHz ได้รับการปรับให้เหมาะสมที่ -30dB ซึ่งดีกว่าระดับอุตสาหกรรม 20% เพื่อให้สามารถส่งสัญญาณความเร็วสูง 10Gbps ได้โดยไม่บิดเบือน ในขณะเดียวกัน เทคโนโลยีการถ่ายภาพด้วยเลเซอร์โดยตรง (LDI) ถูกนำมาใช้เพื่อให้ได้การควบคุมค่าความคลาดเคลื่อนของความกว้างลายวงจรที่ ±0.005mm ความแม่นยำของการแมตช์อิมพีแดนซ์ถึง ±2% ซึ่งเหนือกว่าระดับ ±10% ของแผงวงจรพิมพ์ทั่วไปอย่างมาก ลดความเสี่ยงของการสะท้อนสัญญาณจากด้านกระบวนการ

(III) ผลของการประยุกต์ใช้: การเสริมประสิทธิภาพการทำงานของอุปกรณ์ 5G และ AI

ผลการทดสอบของผู้ผลิตอุปกรณ์สถานีฐาน 5G แสดงให้เห็นว่า โมดูล RF ที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับความถี่สูงซึ่งมีขอบเขตสัญญาณที่กว้างขึ้นและความเสถียรของอัตราที่ดีขึ้น สามารถทำให้ได้ขอบเขตสัญญาณที่กว้างขึ้น 15% และความเสถียรของอัตราที่สูงขึ้น 30% เมื่อมีผู้ใช้งานหลายรายเข้าถึงพร้อมกัน บนลิงก์การเชื่อมต่อความเร็วสูงของเซิร์ฟเวอร์ AI อัตราบิตผิดพลาดของการส่งสัญญาณ 10Gbps ลดลงจาก 1e-12 (เมื่อใช้แผงวงจรพิมพ์ทั่วไป) เหลือ 1e-15 ซึ่งตอบสนองความต้องการของการประมวลผลข้อมูลแบบเรียลไทม์ของ AI ที่มีความหน่วงต่ำ

II. การออกแบบการบูรณาการความหนาแน่นสูง: “การปฏิวัติอวกาศ” ที่เสริมศักยภาพการประมวลผลของปัญญาประดิษฐ์

การเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องของความหนาแน่นของพลังประมวลผลในชิป AI (โดยที่พลังประมวลผลของชิปเดี่ยวทำงานได้สูงกว่าหลายสิบ TOPS) ได้ผลักดันให้แผงวงจรพิมพ์ (PCB) พัฒนาไปสู่ “ความหนาแน่นสูงและขนาดเล็ก” แผงวงจรพิมพ์มาตรฐานถูกจำกัดด้วยความหนาแน่นของลายวงจรและระดับการบูรณาการของชิป จึงไม่สามารถรองรับการทำงานแบบขนานบนชิปที่มีพลังประมวลผลสูงจำนวนมากได้ ความก้าวหน้าในการแก้ปัญหาคอขวดด้านการบูรณาการจำเป็นต้องอาศัยการสร้างสรรค์เชิงโครงสร้างในงานออกแบบ

(I) นวัตกรรมเทคโนโลยีหลัก

1. เทคโนโลยี HDI แบบ Via ตาบอดและฝังตัวลำดับที่สาม: ผ่านเทคโนโลยีการผลิตไมโครเวียขนาด 0.1 มม. ทำให้ความหนาแน่นของลายวงจรบนแผ่น PCB เพิ่มขึ้นเป็น 200 เส้น/ซม.² มากกว่ามาตรฐานแผ่น PCB ทั่วไป 50% ในแผ่น PCB สำหรับการ์ดเร่งความเร็ว AI เทคโนโลยีนี้รองรับชิปประมวลผลประสิทธิภาพสูงได้มากถึง 8 ตัวได้อย่างไม่มีปัญหา เพิ่มความหนาแน่นของพลังประมวลผลเป็น 20 TOPS/ซม.² และมอบการรองรับพลังประมวลผลความหนาแน่นสูงสำหรับงานอนุมานของ AI

2. การผสมผสานแบบยืดหยุ่น-แข็ง + การเดินสาย 3 มิติ: ใช้โครงสร้างการเดินสายแบบ 3 มิติที่เชื่อมต่อเมนบอร์ดแบบแข็งผ่านชิ้นส่วนแบบยืดหยุ่น ช่วยลดจำนวนคอนเน็กเตอร์ได้ 60% ลดเส้นทางการส่งสัญญาณได้ 30% และควบคุมความหน่วงของสัญญาณให้อยู่ภายใน 50 นาโนวินาที สำหรับแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ของอุปกรณ์ปลายทางอัจฉริยะ โครงสร้างนี้ไม่เพียงตอบโจทย์ความบางและน้ำหนักเบาของอุปกรณ์ แต่ยังรับประกันความเร็วการตอบสนองสำหรับการโต้ตอบ AI แบบเรียลไทม์อีกด้วย

ในแอปพลิเคชันเซิร์ฟเวอร์สำหรับเอดจ์คอมพิวติ้ง เทคโนโลยีการบูรณาการความหนาแน่นสูงจัดสรรพื้นที่บนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) 40% และรองรับการประมวลผลข้อมูลแบบขนาน 16 ช่องสัญญาณ เพื่อตอบสนองความต้องการคู่ของ “ขนาดเล็กและพลังการประมวลผลสูง” สำหรับการอนุมานแบบเรียลไทม์ของ AI และมอบแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์สำหรับการปรับใช้ AI ในสถานการณ์เอดจ์

III. การเพิ่มประสิทธิภาพการรองรับพลังประมวลผล: ทำลาย “ภาวะกลืนไม่เข้าคายไม่ออกด้านการระบายความร้อนและการจ่ายพลังงาน” ของอุปกรณ์ AI

ลักษณะการใช้พลังงานจำนวนมากของอุปกรณ์ AI (การใช้พลังงานของชิปเดี่ยวสูงถึง 300W) ก่อให้เกิดความท้าทายอย่างยิ่งต่อประสิทธิภาพการระบายความร้อนและความเสถียรของการจ่ายพลังงานบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) หากการระบายความร้อนล่าช้า อุณหภูมิจังชันของชิปจะเพิ่มสูงขึ้น ส่งผลให้สมรรถนะการประมวลผลลดลง; การกระเพื่อมของแหล่งจ่ายไฟที่มากเกินไปไม่สามารถตอบสนองความต้องการการใช้พลังงานฉับพลันของชิปที่มีพลังการประมวลผลสูงได้ การออกแบบโครงสร้างและวงจรจึงจำเป็นต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมไปพร้อมกันเพื่อเอาชนะข้อจำกัดเหล่านี้

(I) นวัตกรรมของโซลูชันการระบายความร้อน

มีการสร้างโครงสร้างระบายความร้อนแบบคอมโพสิต “ฐานทองแดง + ฮีตไปป์ฝังตัว” โดยเพิ่มค่าการนำความร้อนของแผ่น PCB ให้สูงถึง 5W/(m·K) ซึ่งเพิ่มขึ้น 60% เมื่อเทียบกับแผ่นอลูมิเนียมแบบดั้งเดิม ในแผ่น PCB ของเซิร์ฟเวอร์ AI โครงสร้างนี้สามารถควบคุมอุณหภูมิจังชันของชิปให้ต่ำกว่า 85℃ ที่อุณหภูมิแวดล้อม 40℃ ช่วยยับยั้งการลดลงของความถี่ประมวลผลที่เกิดจากอุณหภูมิสูง

(II) การเพิ่มประสิทธิภาพของโครงข่ายการกระจายพลังงานไฟฟ้า

ใช้แผ่นฟอยล์ทองแดงหนา 2 ออนซ์และการออกแบบระนาบจ่ายไฟแบบหลายกลุ่มเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเครือข่ายกระจายพลังงาน ควบคุมริปเปิลของแหล่งจ่ายไฟให้อยู่ภายใน ±2% และให้เอาต์พุตกระแสสูงที่เชื่อถือได้ที่ 12V/80A ในการ์ดฝึกสอน AI แบบ PCB โซลูชันนี้สามารถตอบสนองความต้องการการใช้พลังงานฉับพลันของชิปประมวลผลประสิทธิภาพสูง ช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือในการทำงานของการ์ดฝึกสอนภายใต้ภาระงานสูงต่อเนื่องได้ 40% และเพิ่มอัตราการใช้ประโยชน์ของพลังประมวลผลจาก 85% เป็น 95%

IV. ความน่าเชื่อถือในทุกสถานการณ์: การทำให้เป็นจริงซึ่ง “ความเสถียรระยะยาว” ของอุปกรณ์ 5G และ AI

การประยุกต์ใช้อุปกรณ์ 5G และ AI มีความหลากหลาย ตั้งแต่สถานีฐาน 5G กลางแจ้งที่เผชิญกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความชื้นอย่างรุนแรง รวมถึงแรงสั่นสะเทือน ไปจนถึงเซิร์ฟเวอร์ AI ที่ต้องรองรับภาระงานสูงเป็นเวลานาน สิ่งนี้ทำให้ต้องมี PCB ที่มีความน่าเชื่อถือครอบคลุมตลอดวงจรอายุ ระบบควบคุมคุณภาพแบบครบกระบวนการสามารถรับประกันการทำงานที่เสถียรของ PCB ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงได้

1. การควบคุมวัตถุดิบ: เลือกใช้สารเคลือบผิวที่ทนต่อสภาพอากาศ (ความหนาทองชุบแบบจุ่ม ≥0.8μm) และวัสดุแผ่นฐานที่มีเสถียรภาพสูง (อุณหภูมิการเปลี่ยนแก้ว Tg=170℃) พื้นที่การกัดกร่อนบนผิวหน้าไม่เกิน <5% หลังการทดสอบพ่นหมอกเกลือ 2000 ชั่วโมง (มาตรฐาน NSS) บนแผ่น PCB ของอุปกรณ์ 5G กลางแจ้ง ซึ่งต่ำกว่าค่าเฉลี่ยอุตสาหกรรมที่ 15% อย่างมาก

2. การตรวจสอบระหว่างกระบวนการผลิต: ใช้การถ่ายภาพด้วยเลเซอร์ LDI ที่มีความแม่นยำในการจัดตำแหน่ง ±2μm และเทคโนโลยีการตรวจสอบแบบคู่ AOI+AXI เพื่อควบคุมอัตราข้อบกพร่องของการลัดวงจร/วงจรเปิดของลายวงจรให้ต่ำกว่า 0.03% และความแตกต่างของประสิทธิภาพระหว่างแต่ละล็อตให้ต่ำกว่า 4% เพื่อให้เกิดความเสถียรในการผลิตในระดับขนาดใหญ่

3. การตรวจสอบความเชื่อถือได้ของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป: ผ่านการทดสอบความร้อนชื้น 85℃/85%RH เป็นเวลา 1000 ชั่วโมง และการทดสอบวัฏจักรอุณหภูมิ -40℃~85℃ จำนวน 5000 รอบ อัตราการเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์หลักมีค่าน้อยกว่า 5% ทำให้แผงวงจรพิมพ์ (PCB) สามารถทำงานได้อย่างเสถียรในระยะยาวภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความชื้นที่รุนแรง รวมถึงการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิสลับไปมา

V. PCBCart: ผู้สนับสนุนโซลูชัน PCB ในยุค 5G และ AI

ในฐานะบริษัทผู้ผลิตอิเล็กทรอนิกส์ระดับนานาชาติที่มีฐานอยู่ในสิงคโปร์ PCBCart ใช้ประโยชน์จากความได้เปรียบด้านการผลิตที่คุ้มค่าในประเทศไทยและจีน ร่วมกับประสบการณ์ทางเทคนิคในกระบวนการผลิตอิเล็กทรอนิกส์ที่สั่งสมมากว่า 20 ปี โดยให้บริการแบบครบวงจร เช่นการผลิตแผงวงจรพิมพ์การประกอบและการจัดหาชิ้นส่วนให้กับบริษัทมากกว่า 10,000 แห่งใน 120 ประเทศทั่วโลก ด้วยอัตราความพึงพอใจของลูกค้าที่ 99% ทำให้กลายเป็นพันธมิตรที่เชื่อถือได้สำหรับผู้ผลิตอุปกรณ์ด้าน AI และ 5G

ในด้านเทคโนโลยี PCBCart ครอบคลุมการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) หลายประเภท เช่น แบบแข็ง แบบยืดหยุ่น HDI ความถี่สูง และแบบแกนโลหะ (MCPCB) และยังเกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีการประกอบระดับสูง เช่นทีเอชที, SMT และ PoP และสามารถปรับแต่งได้เพื่อตอบสนองความต้องการที่แตกต่างกันของสถานีฐาน 5G มิลลิเมตรเวฟ เซิร์ฟเวอร์ AI และอุปกรณ์อัจฉริยะ ในด้านเทคนิค ให้บริการ “การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว + การทดลองผลิตแบบล็อตเล็ก” ตัวอย่าง PCB แบบบูรณาการสูงที่มีจำนวนน้อยกว่า 50 แผ่น มีระยะเวลาจัดส่งตามมาตรฐานภายใน 7 วัน และคำสั่งซื้อส่วนใหญ่จะเสร็จสิ้นภายในสองสัปดาห์ ช่วยให้ลูกค้าเร่งกระบวนการยืนยันและปล่อยผลิตภัณฑ์ 5G และ AI สู่ตลาด

เกี่ยวกับการควบคุมคุณภาพ PCBCart ปฏิบัติตามมาตรฐาน IPC 2/3 อย่างเคร่งครัด และได้รับการรับรองจากองค์กรที่มีอำนาจใบรับรองเช่น ISO 9001, UL, RoHS และ TS16949 และนำกลไกการตรวจสอบตลอดกระบวนการมาใช้เพื่อให้มั่นใจว่าประสิทธิภาพของ PCB เป็นไปตามมาตรฐาน ในขณะเดียวกันยังให้บริการทดสอบแบบปรับแต่งตามความต้องการและบริการประกอบแบบล็อตเล็กที่ช่วยประหยัดต้นทุนเพื่อช่วยให้ลูกค้าลดการลงทุนด้านวิจัยและพัฒนาในระยะเริ่มต้น ในอนาคต โดยอิงตามข้อกำหนดทางเทคนิคเชิงอนาคตของย่านความถี่เทราเฮิรตซ์ 6G (100GHz-10THz) PCBCart จะขยายการใช้วัสดุสูญเสียต่ำและความแม่นยำในการประมวลผลระดับนาโนให้มากยิ่งขึ้น เพื่อมอบการรองรับด้านฮาร์ดแวร์ที่มีเสถียรภาพยิ่งกว่าเดิมสำหรับการพัฒนาเชิงลึกในเทคโนโลยี 5G และ AI

ขอใบเสนอราคาแผงวงจรพิมพ์ความถี่สูง

แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์:
•แผงวงจรพิมพ์ความถี่สูง
•แนวโน้มการพัฒนาของอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์และแผงวงจรพิมพ์สำหรับยานยนต์
•คู่มือการผลิตและการประกอบแผงวงจรพิมพ์ทางการแพทย์
•เทคโนโลยีการติดตั้งแบบผิวหน้า (SMT) คืออะไร?
•กระบวนการต้นแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB)
•วัสดุความถี่สูง: Rogers เทียบกับ FR-4