การกำเนิดของ PCB หลายชั้น

ในอดีต แผงวงจรพิมพ์มีลักษณะเฉพาะเป็นหลักโดยโครงสร้างชั้นเดียวหรือสองชั้น ซึ่งกำหนดข้อจำกัดเกี่ยวกับความเหมาะสมสำหรับการใช้งานความถี่สูง เนื่องจากการเสื่อมสภาพของสัญญาณและการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) อย่างไรก็ตาม การเปิดตัวแผงวงจรพิมพ์แบบหลายชั้นส่งผลให้เกิดความก้าวหน้าที่โดดเด่นในด้านความสมบูรณ์ของสัญญาณ การบรรเทาสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) และประสิทธิภาพโดยรวม

PCB หลายชั้น (รูปที่ 1) ประกอบด้วยชั้นสื่อกระแสไฟฟ้าจำนวนมากซึ่งแยกจากกันด้วยวัสดุที่เป็นฉนวน การออกแบบนี้ช่วยให้สามารถส่งสัญญาณและระนาบกำลังในลักษณะที่ซับซ้อน

แผงวงจรพิมพ์ (PCB) หลายชั้นมีความแตกต่างจากแผงวงจรแบบชั้นเดียวหรือสองชั้นโดยมีชั้นสื่อกระแสไฟฟ้าสามชั้นขึ้นไปซึ่งแยกจากกันด้วยวัสดุฉนวน หรือที่เรียกกันทั่วไปว่าชั้นอิเล็กทริก การเชื่อมต่อระหว่างชั้นเหล่านี้ได้รับการอำนวยความสะดวกโดยจุดแวะ ซึ่งเป็นทางเดินนำไฟฟ้าขนาดจิ๋วที่อำนวยความสะดวกในการสื่อสารระหว่างชั้นที่แตกต่างกัน การออกแบบ PCB หลายชั้นที่ซับซ้อนช่วยให้สามารถรวมส่วนประกอบและวงจรที่ซับซ้อนได้มากขึ้น ทำให้มีความจำเป็นสำหรับเทคโนโลยีล้ำสมัย

โดยทั่วไปแล้ว PCB หลายชั้นจะแสดงความแข็งแกร่งในระดับสูง เนื่องจากความท้าทายโดยธรรมชาติในการบรรลุหลายชั้นภายในโครงสร้าง PCB ที่ยืดหยุ่น การเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างชั้นต่างๆ ถูกสร้างขึ้นโดยการใช้จุดแวะหลายประเภท (รูปที่ 2) รวมถึงจุดแวะแบบตาบอดและแบบฝัง

การกำหนดค่าประกอบด้วยการวางสองชั้นบนพื้นผิวเพื่อสร้างการเชื่อมต่อระหว่างแผงวงจรพิมพ์ (PCB) และสภาพแวดล้อมภายนอก โดยทั่วไป ความหนาแน่นของชั้นในแผงวงจรพิมพ์ (PCB) จะเท่ากัน สาเหตุหลักมาจากความอ่อนไหวของเลขคี่ต่อปัญหาต่างๆ เช่น การบิดเบี้ยว

โดยทั่วไปจำนวนชั้นจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับการใช้งานเฉพาะ โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงสี่ถึงสิบสองชั้น
โดยทั่วไปแล้ว การใช้งานส่วนใหญ่จำเป็นต้องมีชั้นอย่างน้อยสี่ชั้นและสูงสุดแปดชั้น ในทางตรงกันข้าม แอปอย่างสมาร์ทโฟนส่วนใหญ่ใช้เลเยอร์ทั้งหมด 12 เลเยอร์

การใช้งานหลัก

PCB หลายชั้นใช้ในงานอิเล็กทรอนิกส์หลายประเภท (รูปที่ 3) รวมไปถึง:

●อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ซึ่ง PCB หลายชั้นมีบทบาทพื้นฐานในการจ่ายพลังงานและสัญญาณที่จำเป็นสำหรับผลิตภัณฑ์หลากหลายประเภท เช่น สมาร์ทโฟน แท็บเล็ต เกมคอนโซล และอุปกรณ์สวมใส่ได้ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยและพกพาได้ที่เราต้องใช้ในชีวิตประจำวันนั้นมาจากการออกแบบที่กะทัดรัดและมีส่วนประกอบที่มีความหนาแน่นสูง

●ในด้านโทรคมนาคม การใช้ PCB หลายชั้นช่วยให้การส่งสัญญาณเสียง ข้อมูล และวิดีโอข้ามเครือข่ายเป็นไปอย่างราบรื่น จึงรับประกันการสื่อสารที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพ

●ระบบควบคุมทางอุตสาหกรรมอาศัยแผงวงจรพิมพ์ (PCB) หลายชั้นเป็นอย่างมาก เนื่องจากความสามารถในการจัดการระบบควบคุมที่ซับซ้อน กลไกการตรวจสอบ และขั้นตอนการทำงานอัตโนมัติที่ซับซ้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ แผงควบคุมเครื่องจักร หุ่นยนต์ และระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมใช้แผงควบคุมเหล่านี้เป็นระบบสนับสนุนขั้นพื้นฐาน

●PCB หลายชั้นยังเกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ทางการแพทย์ด้วย เนื่องจากมีความสำคัญอย่างยิ่งในการประกันความแม่นยำ ความน่าเชื่อถือ และความกะทัดรัด อุปกรณ์วินิจฉัย ระบบติดตามผู้ป่วย และอุปกรณ์ทางการแพทย์ช่วยชีวิตได้รับอิทธิพลอย่างมากจากบทบาทที่สำคัญของพวกเขา

ประโยชน์และข้อดี

PCB หลายชั้นให้ประโยชน์และข้อดีหลายประการในการใช้งานความถี่สูง ได้แก่:

●ความสมบูรณ์ของสัญญาณที่ได้รับการปรับปรุง: PCB แบบหลายชั้นอำนวยความสะดวกในการกำหนดเส้นทางอิมพีแดนซ์ที่ควบคุม ลดการบิดเบือนของสัญญาณ และรับประกันการส่งสัญญาณความถี่สูงที่เชื่อถือได้ การรบกวนสัญญาณที่ต่ำกว่าของแผงวงจรพิมพ์หลายชั้นส่งผลให้ประสิทธิภาพ ความเร็ว และความเชื่อถือได้ดีขึ้น

● EMI ที่ลดลง: ด้วยการใช้กราวด์และระนาบกำลังเฉพาะ PCB หลายชั้นจึงระงับ EMI ได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงเพิ่มความน่าเชื่อถือของระบบและลดการรบกวนกับวงจรข้างเคียงให้เหลือน้อยที่สุด

●การออกแบบกะทัดรัด: ด้วยความสามารถในการรองรับส่วนประกอบได้มากขึ้นและโครงร่างการกำหนดเส้นทางที่ซับซ้อน PCB หลายชั้นทำให้มีการออกแบบที่กะทัดรัด ซึ่งสำคัญมากสำหรับการใช้งานที่มีพื้นที่จำกัด เช่น อุปกรณ์เคลื่อนที่และระบบการบินและอวกาศ

●การจัดการระบายความร้อนที่ได้รับการปรับปรุง: PCB หลายชั้นนำเสนอการกระจายความร้อนที่มีประสิทธิภาพผ่านการบูรณาการจุดระบายความร้อนและชั้นทองแดงที่วางตำแหน่งอย่างมีกลยุทธ์ ช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานของส่วนประกอบกำลังสูง

●ความยืดหยุ่นในการออกแบบ: ความอเนกประสงค์ของ PCB หลายชั้นช่วยให้การออกแบบมีความยืดหยุ่นมากขึ้น ช่วยให้วิศวกรสามารถปรับพารามิเตอร์ประสิทธิภาพให้เหมาะสม เช่น การจับคู่อิมพีแดนซ์ ความล่าช้าในการแพร่กระจายสัญญาณ และการกระจายพลังงาน