โครงสร้างเลเยอร์

ทำไมต้องซ้อนกัน?

การพัฒนาอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ที่ไม่อาจย้อนกลับได้กำลังผลักดันให้แผงวงจรพิมพ์ (PCB) มีแนวโน้มไปสู่ความต้องการด้านการย่อขนาด น้ำหนักเบา ความเร็วสูง การทำงานและความเชื่อถือได้ที่ดีขึ้น รวมถึงอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น ซึ่งส่งผลให้แผงวงจรพิมพ์แบบหลายชั้น (Multilayer PCB) ได้รับความนิยมมากขึ้น โดยการใช้กาวกึ่งแข็งชนิดหนึ่งที่เรียกว่า “prepreg” ในการยึดแผงวงจรพิมพ์แบบหน้าเดียวและ/หรือสองหน้าจำนวนสองแผ่นขึ้นไปซ้อนทับกัน เพื่อสร้างเป็นแผงวงจรพิมพ์แบบหลายชั้นผ่านการเชื่อมต่อระหว่างกันที่ถูกกำหนดไว้อย่างน่าเชื่อถือล่วงหน้า ภายในแผงวงจรพิมพ์แบบหลายชั้นหนึ่งแผ่นจะมีชั้นตัวนำไฟฟ้าตั้งแต่สามชั้นขึ้นไป โดยมีสองชั้นอยู่ด้านนอกและอีกหนึ่งชั้นถูกสร้างรวมอยู่ในแผ่นฉนวน เมื่อความซับซ้อนและความหนาแน่นของ PCB เพิ่มสูงขึ้น ก็มีความเป็นไปได้ที่จะเกิดปัญหาต่าง ๆ เช่น สัญญาณรบกวน ค่าคาปาซิแตนซ์รั่วไหล และการรบกวนข้ามสัญญาณ (crosstalk) หากการจัดเรียงชั้นมีการออกแบบที่ไม่มีประสิทธิภาพ

การวางแผนโครงสร้างซ้อนทับหลายชั้นที่เหมาะสมเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดในการกำหนดประสิทธิภาพด้านความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) ของผลิตภัณฑ์ โครงสร้างเลเยอร์ที่ออกแบบมาอย่างดีสามารถลดการแผ่รังสีได้ และยังสามารถป้องกันไม่ให้วงจรถูกรบกวนจากแหล่งสัญญาณรบกวนภายนอกได้อีกด้วย แผ่น PCB ที่จัดวางเลเยอร์ได้ดีสามารถลดปัญหาการครอสทอล์กของสัญญาณและการไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์ได้ อย่างไรก็ตาม โครงสร้างซ้อนทับที่ด้อยคุณภาพอาจทำให้การแผ่รังสี EMI (Electromagnetic Interference) เพิ่มสูงขึ้น เนื่องจากการสะท้อนและการสั่น (ringing) ภายในระบบอันเป็นผลมาจากการไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์ สามารถลดประสิทธิภาพและความเชื่อถือได้ของผลิตภัณฑ์ลงอย่างมาก บทความนี้จึงมุ่งเน้นไปที่คำจำกัดความของโครงสร้างเลเยอร์ กฎการออกแบบ และข้อพิจารณาที่สำคัญต่าง ๆ

Stack-up คืออะไร?

Stack-up หมายถึงการจัดเรียงของชั้นทองแดงและชั้นฉนวนที่ประกอบกันเป็นแผ่น PCB ก่อนการออกแบบเลย์เอาต์ของบอร์ด แม้ว่าการซ้อนชั้น (layer stack-up) จะช่วยให้คุณสามารถใส่วงจรได้มากขึ้นบนบอร์ดเดียวผ่านชั้นต่าง ๆ ของแผ่น PCB แต่โครงสร้างของการออกแบบ PCB stackup ยังมอบข้อดีอื่น ๆ อีกมากมาย:
• การจัดเรียงเลเยอร์ของแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB layer stack) สามารถช่วยลดความไวของวงจรต่อสัญญาณรบกวนจากภายนอก รวมทั้งลดการแผ่รังสี และลดปัญหาอิมพีแดนซ์กับครอสทอล์กในงานออกแบบ PCB ความเร็วสูง
• การจัดเรียงเลเยอร์ของแผ่น PCB ที่ดีสามารถช่วยให้คุณสร้างสมดุลระหว่างความต้องการวิธีการผลิตที่มีประสิทธิภาพและต้นทุนต่ำ กับข้อกังวลด้านปัญหาความสมบูรณ์ของสัญญาณ
• การเลือกโครงสร้างเลเยอร์ของแผ่น PCB ที่เหมาะสมสามารถช่วยเพิ่มความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าของการออกแบบของคุณได้เช่นกัน

บ่อยครั้งมาก การเลือกใช้การออกแบบแผงวงจรพิมพ์แบบซ้อนชั้น (stacked PCB) สำหรับแอปพลิเคชันที่ใช้แผงวงจรพิมพ์ของคุณจะเป็นประโยชน์ต่อคุณอย่างยิ่ง

สำหรับแผงวงจรพิมพ์หลายชั้น (Multilayer PCB) เลเยอร์ทั่วไปประกอบด้วยระนาบกราวด์ (GND plane), ระนาบจ่ายไฟ (PWR plane) และเลเยอร์สัญญาณด้านใน ด้านล่างคือตัวอย่างโครงสร้างซ้อนของแผงวงจรพิมพ์ 8 ชั้น

โครงสร้างชั้นของแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB Layer Stackup) - PCBCart

ตามรูปนี้จะเห็นได้อย่างชัดเจนว่าการจัดเรียงเลเยอร์ในแผ่น PCB นั้นเป็นไปตามโครงสร้างที่สมมาตรหรือสมดุล นอกจากการจัดเรียงเลเยอร์แล้ว ระยะห่างระหว่างเลเยอร์ก็เป็นสิ่งที่ต้องให้ความสำคัญเช่นกัน เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านการย่อขนาด ต้องกำหนดระยะห่างลายวงจรขั้นต่ำให้ได้ในขณะวางแผนโครงสร้างเลเยอร์ ระยะห่างระหว่างเลเยอร์อาจเป็นแบบคอร์หรือพรีเพรก แผ่นวงจรหลายชั้นมักประกอบด้วยคอร์และพรีเพรกอย่างน้อยหนึ่งชั้นขึ้นไป คอร์ทำจากแผ่นลามิเนตอีพ็อกซี่เสริมใยแก้วเคลือบทองแดง ความหนาของคอร์อยู่ในช่วง 0.1 มม. ถึง 0.3 มม.

Prepreg เป็นคำที่ใช้เรียกผ้าสำหรับเสริมแรงที่ได้ถูกอิมเพร็กเนตด้วยระบบเรซินล่วงหน้า ระบบเรซินนี้ (โดยทั่วไปคืออีพ็อกซี) มีสารช่วยการบ่มในปริมาณที่เหมาะสมอยู่แล้ว หน้าที่หลักของ prepreg คือการซ้อนทุกชั้นให้เป็นแผ่นบอร์ดเดียวกันด้วยอุณหภูมิสูง ตารางต่อไปนี้แสดงคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของหมวดหมู่หลักของ Prepreg ได้แก่ 7628, 2116 และ 1080

ความจริงแล้ว ความหนาของพรีเพรกแต่ละประเภทไม่ได้คงที่เสมอไป และจะมีการปรับให้สอดคล้องกับความต้องการความหนา PCB เฉพาะงาน ปัจจัยหลายอย่างต้องนำมาพิจารณาเมื่อกำหนดจำนวนชั้นพรีเพรก รวมถึงความหนาของชั้นใน ความต้องการความหนาตามการออกแบบผลิตภัณฑ์หรือข้อกำหนดด้านเทคโนโลยีการผลิต คุณลักษณะของพรีเพรก ประสิทธิภาพการใช้งานจริง และความหนาที่ได้จริงหลังการทดลองวางซ้อน ชั้นภาพด้านล่างแสดงตัวอย่าง PCB แบบ 4 ชั้น ซึ่งมีการแสดงการกระจายชั้นและความหนาไว้แล้ว

ในตัวอย่างนี้ เนื่องจากความหนาของทองแดงคงที่ผู้ผลิตแผงวงจรพิมพ์จะปรับความหนาของพรีเพรกและคอร์ให้ตรงตามความต้องการด้านความหนา โดยมี 2 วิธีในการให้สอดคล้องกับการปรับตามที่กล่าวมาข้างต้น
•การเยื้องระหว่างชั้นร่องถอยเรซินถูกใช้ในการออกแบบด้านขอบบอร์ดแทนแผ่นรองแบบชะลอการไหล สำหรับตำแหน่งของโครงสร้างซ้อนชั้น สามารถใช้วิธีการหลอมร้อนร่วมกับการย้ำหมุดและเดาเวลเพื่อแก้ปัญหาการเยื้องศูนย์ของโครงสร้างซ้อนชั้น
•การเกิดจุดเม็ดบนโครงสร้างซ้อนชั้นในกระบวนการจัดวางแผ่นบอร์ด สามารถเพิ่มแผ่นซิลิกอนร่วมกับการใช้แผ่นอีพ็อกซีเพื่อช่วยให้ความดันคงที่สมดุล ซึ่งทั้งช่วยขจัดปัญหาเม็ดจุดบนโครงซ้อนชั้น (stack-up measles) และควบคุมความสม่ำเสมอของความหนาบอร์ดได้อย่างมีประสิทธิภาพ

จากคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพของพรีเพรก คุณสามารถประมาณความหนาหรือปริมาณทองแดงของแผงวงจรไฟฟ้าสำเร็จรูปได้ผ่านการคำนวณอย่างง่าย

เพื่อให้ได้ความหนาที่ต้องการของพรีเพรก จำเป็นต้องนำพรีเพรกชนิดต่าง ๆ มาประกอบรวมกันเพื่อให้ได้ความหนาตามต้องการ ตัวอย่างเช่น ความหนา 0.14 มม. ได้มาจากการประกอบพรีเพรกชนิด 1080 จำนวนสองแผ่น ในขณะที่ความหนา 0.19 มม. ได้มาจากการประกอบพรีเพรกชนิด 2116 และ 1080 รวมกัน

โครงสร้างเลเยอร์มาตรฐานของแผ่นวงจรพิมพ์ของ PCBCart

PCBCart ให้บริการแผงวงจรหลายชั้นรองรับจำนวนชั้นตั้งแต่ 4 ถึง 32 ชั้น, ความหนาบอร์ดตั้งแต่ 0.4 มม. ถึง 3.2 มม., ความหนาทองแดงตั้งแต่ 18μm ถึง 210μm (0.5oz ถึง 6oz), ความหนาทองแดงชั้นในตั้งแต่ 18μm ถึง 70μm (0.5oz ถึง 2oz), และระยะห่างขั้นต่ำระหว่างชั้นถึง 3mil.

รูปภาพต่อไปนี้แสดงโครงสร้างเลเยอร์มาตรฐานที่ใช้บ่อยของ PCBCart สำหรับบริการ PCB มาตรฐานโครงสร้างเลเยอร์จริงจะถูกกำหนดโดยวัสดุของแผ่น PCB และปัจจัยอื่น ๆ อีกมากมาย หากคุณมีข้อกำหนดพิเศษเกี่ยวกับโครงสร้างเลเยอร์ของ PCB โปรดส่งความหนาแผงวงจรและจำนวนเลเยอร์ของคุณทางอีเมล เราจะส่งโครงสร้างเลเยอร์ที่สอดคล้องให้ตามนั้น

หมายเหตุ: บริการต้นแบบ PCB ของเรามีตัวเลือกที่จำกัดสำหรับการปรับแต่งโครงสร้างซ้อนทับของเลเยอร์ หากการใช้งานของคุณต้องการโครงสร้างเลเยอร์แบบเฉพาะเจาะจง เราขอแนะนำให้ใช้บริการ PCB มาตรฐาน

โครงสร้างเลเยอร์ที่ใช้กันทั่วไปสำหรับแผงวงจรพิมพ์ 4 เลเยอร์

ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายโครงสร้างเลเยอร์สำหรับแผ่นวงจรพิมพ์ 6 ชั้น

โครงสร้างเลเยอร์ที่ใช้กันทั่วไปสำหรับแผ่นวงจรพิมพ์ 8 เลเยอร์

โครงสร้างเลเยอร์ที่ใช้กันทั่วไปสำหรับแผ่นวงจรพิมพ์ 10 เลเยอร์

โครงสร้างเลเยอร์ที่ใช้กันทั่วไปสำหรับแผงวงจรพิมพ์แบบ 12 เลเยอร์

เลือกใช้ PCBCart สำหรับความต้องการด้านโครงสร้างซ้อนชั้นแผ่น PCB ของคุณ

หากคุณชื่นชอบแนวคิดการจัดซ้อนเลเยอร์ของแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB stack-up) สำหรับการใช้งานอิเล็กทรอนิกส์ของคุณ สถานที่ที่ดีที่สุดที่คุณควรไปเพื่อออกแบบเลเยอร์สแตกอัปคือ PCBCart เราให้บริการโซลูชันแบบครบวงจรสำหรับทุกเรื่องที่เกี่ยวกับแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) เราสามารถช่วยคุณได้ในด้านต่อไปนี้:
• พัฒนาเลเยอร์สแต็กอัปของคุณในการออกแบบ PCB
• ผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบซ้อนของคุณ
• สร้างต้นแบบเพื่อทดสอบการออกแบบของคุณสำหรับข้อบกพร่องที่อาจเกิดขึ้น
• ทำการรันแผงวงจรพิมพ์ (PCB) แบบเต็มรูปแบบ

ด้วยประสบการณ์ยาวนานกว่ายี่สิบปีในด้านการผลิตแผงวงจรพิมพ์ คุณจึงมั่นใจได้ว่า PCBCart เป็นชื่อที่คุณสามารถไว้วางใจได้สำหรับแผงวงจรพิมพ์หลายชั้นของคุณและความต้องการที่เกี่ยวข้องกับ PCB ทั้งหมดของคุณ เราโดดเด่นในด้านความรวดเร็วในการดำเนินการสั่งซื้อ คุณภาพ และความคุ้มค่าในระดับที่ผู้ผลิตแผงวงจรพิมพ์รายอื่นไม่สามารถเทียบได้ แผงวงจรพิมพ์มาตรฐานของเราผ่านมาตรฐานคุณภาพที่เข้มงวดระดับ IPC2 และบริษัทของเราปฏิบัติตามมาตรฐาน ISO9001:2008 อย่างครบถ้วน ต้องการพูดคุยกับเราเกี่ยวกับความต้องการด้านโครงสร้างเลเยอร์ของ PCB ของคุณหรือไม่?ติดต่อเราได้ที่นี่.หรือคลิกปุ่มด้านล่างเพื่อรับใบเสนอราคา PCB ออนไลน์

ใบเสนอราคาสำหรับการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์ด้วยโครงสร้างเลเยอร์แบบกำหนดเอง

แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
•องค์ประกอบของแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) และคู่มือการเลือกวัสดุ
•ปัจจัยที่กำหนดจำนวนชั้นและการกระจายชั้นในแผงวงจรพิมพ์ (PCB)
•ประโยชน์และการประยุกต์ใช้ของแผงวงจรพิมพ์หลายชั้น
•PCBCart นำเสนอการจัดวางเลเยอร์ PCB แบบกำหนดเองตามความต้องการเฉพาะของคุณ ขอใบเสนอราคา PCB ตอนนี้เลย!