จํานวนชั้นและความหนา: การเลือก PCB Multilayer ที่เหมาะสมสําหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม

การเลือกโครงสร้างซ้อนของแผงวงจรพิมพ์หลายชั้น (multilayer PCB stack-up) ที่ถูกต้อง ถือเป็นการตัดสินใจที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งในกระบวนการออกแบบฮาร์ดแวร์ โครงสร้างซ้อนจะเป็นตัวกำหนดว่าแผงวงจรจะสามารถบรรลุประสิทธิภาพความสมบูรณ์ของสัญญาณ (signal integrity) ที่ต้องการได้หรือไม่ จะสามารถรองรับความต้องการในการจ่ายพลังงานของระบบได้หรือไม่ และจะทนทานต่อสภาพแวดล้อมทางความร้อนและทางกลของแอปพลิเคชันปลายทางได้หรือไม่ การตัดสินใจผิดพลาดมักหมายถึงการต้องออกแบบแผงวงจรใหม่ทั้งหมด ซึ่งส่งผลกระทบต่อต้นทุนและกำหนดการ

จุดเริ่มต้นของการเลือกจำนวนชั้นคือการทำความเข้าใจข้อกำหนดในการเดินสายสัญญาณ แผงวงจรที่มี 200 สัญญาณเน็ต (signal nets) โดยทั่วไปจะต้องการจำนวนชั้นมากกว่าแผงวงจรที่มี 30 สัญญาณเน็ต เพียงเพราะความหนาแน่นในการเดินสาย อย่างไรก็ตาม จำนวนชั้นไม่ได้ถูกกำหนดโดยจำนวนเน็ตเพียงอย่างเดียว: จำนวนโดเมนพลังงาน ความจำเป็นในการใช้ระนาบกราวด์เฉพาะ (dedicated ground planes) และข้อกำหนดสำหรับการเดินสายแบบควบคุมอิมพีแดนซ์ (controlled impedance routing) ล้วนมีอิทธิพลต่อการตัดสินใจเลือกจำนวนชั้น

ในฐานะกรอบการทำงานที่เป็นประโยชน์: แผงวงจร 4 ชั้น เหมาะสำหรับวงจรที่ค่อนข้างง่าย มีความหนาแน่นในการเดินสายปานกลาง และไม่มีสัญญาณความเร็วสูงที่สำคัญ แผงวงจร 6 ชั้น รองรับแอปพลิเคชันควบคุมอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ รวมถึง PLC, ไดรฟ์มอเตอร์ และเซ็นเซอร์อุตสาหกรรม โดยทั่วไปแล้ว แผงวงจร 8 ถึง 10 ชั้น จำเป็นสำหรับระบบสื่อสารความเร็วสูง, อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ขั้นสูง และระบบที่ใช้ FPGA ที่ซับซ้อน

หนึ่งในแง่มุมที่มักถูกมองข้ามมากที่สุดในการระบุคุณสมบัติของแผงวงจรพิมพ์หลายชั้นคือข้อกำหนดสำหรับความสมมาตรทางกลในโครงสร้างซ้อน การก่อสร้างแผงวงจรหลายชั้น ซึ่งสลับชั้นทองแดงและวัสดุฉนวนพรีเพรก (prepreg) จะสร้างความเค้นทางกลภายใน หากโครงสร้างซ้อนไม่สมมาตรตามแนวศูนย์กลางของแผงวงจร ความเค้นนี้จะทำให้แผงวงจรบิดงอในระหว่างกระบวนการเคลือบ (lamination) และระหว่างการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในสนามใช้งาน

การบิดงอไม่ใช่แค่ปัญหาด้านความสวยงามเท่านั้น: แผงวงจรที่บิดงอจะไม่สามารถติดตั้งเข้ากับโครงเครื่องของผลิตภัณฑ์ได้อย่างถูกต้อง อาจไม่สามารถบัดกรีแบบรีโฟลว์ (reflow) ได้อย่างเหมาะสมในระหว่างการประกอบ SMT และอาจเกิดรอยแตกในรูที่ชุบ (plated through-holes) และจุดบัดกรีตลอดอายุการใช้งานในสนามใช้งาน โครงสร้างซ้อนที่ออกแบบมาอย่างดีจะสมมาตรตามแนวศูนย์กลาง โดยมีความหนาของวัสดุในแต่ละด้านของระนาบกลางเท่ากัน

ความหนามาตรฐานของแผงวงจรพิมพ์สำหรับแอปพลิเคชันเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมส่วนใหญ่คือ 1.57 มม. (0.062 นิ้ว) ซึ่งตรงกับฮาร์ดแวร์ยึดและฟุตพรินต์คอนเนคเตอร์มาตรฐานที่ใช้กันทั่วทั้งอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ มีแผงวงจรที่หนากว่า (2.0 มม., 2.4 มม.) และบางกว่า (0.8 มม., 1.0 มม.) แต่โดยทั่วไปแล้วจะต้องใช้เครื่องมือที่กำหนดเองและอาจมีความเข้ากันได้กับคอนเนคเตอร์ลดลง

สำหรับผู้ซื้อในภาคอุตสาหกรรมของยุโรปที่ระบุแผงวงจรสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการการติดตั้งในโครงเครื่องมาตรฐาน ความหนา 1.57 มม. ถือเป็นข้อกำหนดเริ่มต้นที่เหมาะสม

โครงสร้างซ้อนไม่ใช่แค่ข้อกำหนดการออกแบบเท่านั้น แต่เป็นปัญหาการปรับปรุงให้เหมาะสมแบบร่วมมือที่เกี่ยวข้องกับความสามารถในการผลิตของผู้ผลิตแผงวงจรพิมพ์ ความพร้อมของวัสดุ และข้อกำหนดเฉพาะของแอปพลิเคชันปลายทาง ซัพพลายเออร์แผงวงจรพิมพ์ที่มีประสบการณ์จะตรวจสอบโครงสร้างซ้อนที่เสนอเทียบกับสินค้าคงคลังวัสดุและอุปกรณ์การผลิตของตน เพื่อระบุปัญหาใดๆ ก่อนเริ่มการผลิต การมีส่วนร่วมกับซัพพลายเออร์ตั้งแต่เนิ่นๆ ในกระบวนการออกแบบ ก่อนที่โครงสร้างซ้อนจะเสร็จสมบูรณ์ สามารถป้องกันการออกแบบใหม่ที่มีค่าใช้จ่ายสูงในภายหลังได้

สรุป: การเลือกซัพพลายเออร์แผงวงจรพิมพ์หลายชั้นที่เหมาะสม จำเป็นต้องประเมินความสามารถในการผลิต การรับรองคุณภาพ และความสามารถในการขยายขนาดจากการผลิตต้นแบบไปจนถึงการผลิตจำนวนมาก Dongguan Xingqiang Circuit Board Technology Co., Ltd. ได้ให้บริการตลาดแผงวงจรพิมพ์ทั่วโลกตั้งแต่ปี 1995 โดยมีฐานการผลิตสองแห่งครอบคลุมพื้นที่ 205,000 ตารางเมตร และมีกำลังการผลิตรายเดือน 200,000 ตารางเมตร ผลิตภัณฑ์ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO, CE และ ROHS