โปรเจกต์ต่อไปของคุณต้องการแผงวงจรพิมพ์ (PCB) 10 ชั้น แต่คุณกำลังสงสัยว่าผู้ผลิตสร้างแผงวงจรที่ซับซ้อนเช่นนี้ได้อย่างไร Wonderful PCB ให้ข้อมูลเกี่ยวกับการออกแบบโครงสร้างชั้นของแผงวงจรพิมพ์ 10 ชั้น การเลือกวัสดุ ขั้นตอนการผลิต และวิธีการเลือกโรงงานผลิตแผงวงจรพิมพ์ 10 ชั้นที่เหมาะสมกับความต้องการของคุณ

หลักการพื้นฐานของเทคโนโลยี PCB 10 ชั้น

ภาพรวม PCB หลายชั้น

แผ่นวงจรพิมพ์แบบหลายชั้นประกอบด้วยแผ่นทองแดงและวัสดุฉนวนซ้อนกันเป็นชั้นๆ สองชั้น? ง่าย สี่ชั้น? ก็ยังทำได้อยู่

แต่สิบชั้นเลยเหรอ?

ตอนนี้คุณกำลังเข้าสู่ดินแดนที่ความแม่นยำมีความสำคัญในทุกขั้นตอน แต่ละชั้นที่เพิ่มเข้ามาจะนำมาซึ่งพื้นที่สำหรับการเดินสายมากขึ้น การป้องกันที่ดีขึ้น การกระจายพลังงานที่ดีขึ้น แต่ความซับซ้อนก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว การจัดเรียงระหว่างชั้นต่างๆ ต้องมีความแม่นยำระดับไมครอน มิเช่นนั้น แผงวงจรของคุณจะล้มเหลว

แผงวงจรพิมพ์ 10 ชั้น เทียบกับแผงวงจรพิมพ์หลายชั้นแบบอื่นๆ

ทำไมถึงเลือกใช้สิบชั้นแทนที่จะเป็นแปดหรือสิบสองชั้น?

แผงวงจรหกชั้นใช้งานได้ดีสำหรับงานออกแบบที่มีความหนาแน่นปานกลาง แต่พื้นที่ไม่เพียงพอเมื่อจำนวนสัญญาณเพิ่มขึ้น แผงวงจรแปดชั้นช่วยได้ แต่ความเสถียรของพลังงานอาจลดลง แผงวงจรสิบสองชั้น? มากเกินไปสำหรับแอปพลิเคชันส่วนใหญ่ แถมราคายังสูงขึ้นอีกด้วย

สิบชั้นเป็นจำนวนที่ลงตัวที่สุด คุณจะได้ชั้นสัญญาณสี่ชั้น ชั้นกราวด์สองชั้น ชั้นจ่ายไฟสองชั้น และชั้นกำหนดเส้นทางภายนอกสองชั้น ความสมดุลนี้เหมาะสำหรับวงจรดิจิทัลความเร็วสูง โมดูล RF และการจัดวางชิ้นส่วนที่มีความหนาแน่นสูง โดยไม่ทำให้งบประมาณของคุณบานปลาย

ลองเปรียบเทียบกับแผงวงจรพิมพ์สี่ชั้นที่คุณต้องต่อสู้กับปัญหาความแออัดของเส้นทางเดินสายอยู่ตลอดเวลา แผงวงจรพิมพ์สิบชั้นให้พื้นที่ว่างที่ลงตัวในจุดที่คุณต้องการ

การจัดเรียงซ้อนมาตรฐานและชั้นวัสดุ

ชั้นสัญญาณ

ชั้นสัญญาณทำหน้าที่รองรับเส้นทางสัญญาณ ข้อมูล นาฬิกา และบัสแอดเดรส ในโครงสร้างแบบสิบชั้น การกำหนดเส้นทางสัญญาณจะเกิดขึ้นในชั้นที่ 1, 3, 4, 6, 7 และ 10

ชั้นนอกทำหน้าที่จัดการสัญญาณความเร็วต่ำ ส่วนชั้นในทำงานได้ดีกว่าสำหรับคู่สัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลความเร็วสูง เนื่องจากอยู่ระหว่างระนาบอ้างอิง

นักออกแบบบางคนวางสัญญาณความเร็วต่ำไว้ด้านนอกและสัญญาณความเร็วสูงไว้ด้านใน ในขณะที่บางคนผสมผสานกันตามข้อกำหนดความยาวของเส้นทาง ไม่มีวิธีการใดที่ถูกต้องเพียงวิธีเดียว การใช้งานของคุณจะเป็นตัวกำหนดลำดับความสำคัญ

ระนาบพลังงานและกราวด์

โดยทั่วไปแล้วเลเยอร์ 2 และ 9 มักใช้เป็นระนาบกราวด์ ส่วนเลเยอร์ 5 และ 8 ทำหน้าที่เป็นระนาบกำลังไฟฟ้า แม้ว่าคุณจะสามารถแบ่งเลเยอร์ 5 ออกเป็นโดเมนแรงดันไฟฟ้าหลายโดเมนได้ก็ตาม

ควรวางพื้นให้มั่นคงแข็งแรงเสมอเมื่อเป็นไปได้

การแยกกราวด์ทำให้เกิดปัญหาเส้นทางส่งกลับซึ่งลดทอนความสมบูรณ์ของสัญญาณ ระนาบพลังงานสามารถแยกได้ แต่ต้องทำอย่างระมัดระวัง เส้นทางที่ตัดผ่านขอบเขตการแยกจะทำให้เกิดความไม่ต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์ 

วัสดุไดอิเล็กทริกและวัสดุแกนกลาง

FR-4 ยังคงเป็นวัสดุหลักที่ใช้ในการผลิตโครงสร้าง 10 ชั้นส่วนใหญ่ การผลิต PCB โครงการต่างๆ แผ่น FR-4 มาตรฐานมีราคาถูกกว่าและทำงานได้ดีที่ความถี่สูงถึงไม่กี่กิกะเฮิร์ตซ์ ส่วนแผ่น FR-4 ที่มีค่า Tg สูง สามารถทนต่ออุณหภูมิการบัดกรีแบบไร้สารตะกั่วได้โดยไม่เกิดการแยกชั้น

ต้องการประสิทธิภาพเสียงความถี่สูงที่ดีขึ้นใช่ไหม?

แผ่นลามิเนตของ Rogers ให้ค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสียต่ำและค่าคงที่ไดอิเล็กตริกที่เสถียรแม้ในสภาวะอุณหภูมิเปลี่ยนแปลง โพลีอิไมด์ทนต่อวงจรความร้อนสูงได้ดี วัสดุที่ใช้ PTFE เหมาะสำหรับความถี่ไมโครเวฟ แต่มีราคาสูงกว่ามาก

แผ่นพรีเพรกทำหน้าที่ยึดชั้นแกนกลางเข้าด้วยกันระหว่างกระบวนการเคลือบ ความหนาจะแตกต่างกันไป เช่น พรีเพรก 2116 มีความหนาประมาณ 4 มิลลิเมตร และพรีเพรก 7628 มีความหนาประมาณ 7 มิลลิเมตร สามารถผสมผสานพรีเพรกชนิดต่างๆ เพื่อให้ได้ความหนาของแผ่นวงจรพิมพ์ 10 ชั้นตามต้องการ

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบเฉพาะสำหรับโครงสร้าง 10 ชั้น

การควบคุมความต้านทาน

เมื่อสัญญาณมีความถี่เกินสองสามร้อยเมกะเฮิร์ตซ์ คุณจะเจอปัญหาเรื่องอิมพีแดนซ์ นี่เป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ แผงวงจรความเร็วสูงแผ่นแรกของคุณอาจล้มเหลวได้หากคุณละเลยค่าคงที่ไดอิเล็กตริก ทำไม? เพราะความกว้างของลายวงจรและน้ำหนักของทองแดงไม่ใช่แค่ตัวเลข แต่เป็นกฎเกณฑ์ 

โครงสร้างแบบสิบชั้นช่วยให้คุณวางสัญญาณไว้ระหว่างระนาบได้ แล้วอย่างไรล่ะ? มันทำให้วงจร 50 โอห์มใช้งานได้จริง ชั้นในจะอยู่ใกล้กับจุดอ้างอิง ในขณะที่ชั้นนอกจะอยู่ห่างออกไปอย่างโดดเดี่ยวและคาดเดาไม่ได้

 นั่นหมายความว่าคุณต้องใช้ลายวงจรที่กว้างขึ้นในชั้นที่ 1 และ 10 เพื่อให้มีค่าความต้านทานเท่ากับลายวงจรที่แคบกว่าในชั้นที่ 3 หรือ 6

เครื่องคำนวณการเรียงซ้อนของชั้นวัสดุช่วยได้ แต่ควรขอการทดสอบค่าความต้านทานจากผู้ผลิตแผงวงจรพิมพ์ 10 ชั้นเสมอ

ความสมบูรณ์ของสัญญาณ

สัญญาณความเร็วสูงไม่ชอบความไม่ต่อเนื่อง

การใช้ vias stubs จะเพิ่มความจุไฟฟ้า การเปลี่ยนผ่านระหว่างชั้นจะทำให้เกิดการสะท้อน การรบกวนระหว่างเส้นทางสัญญาณที่อยู่ติดกันจะทำให้รูปคลื่นผิดเพี้ยนไป เลเยอร์ทั้งสิบช่วยให้คุณมีตัวเลือกในการลดปัญหาเหล่านี้ได้

กระแสไหลย้อนกลับจะไหลในระนาบที่อยู่ใต้เส้นทางสัญญาณโดยตรง เมื่อเส้นทางสัญญาณเปลี่ยนชั้น กระแสไหลย้อนกลับจะต้องหาเส้นทางผ่านรูเชื่อมต่อหรือตัวเก็บประจุไปยังระนาบอ้างอิงใหม่

เส้นทางส่งกลับที่ไม่ดีทำให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าและการสะท้อนลงดิน

วาง vias สำหรับการเย็บใกล้กับรอยต่อของชั้นต่างๆ เพื่อให้วงจรของกระแสไฟไหลกลับแน่นหนา

การจ่ายพลังงานและการจัดการความร้อน

ยิ่งมีชั้นพลังงานมากเท่าไหร่ การกระจายพลังงานก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น ระนาบพลังงานเฉพาะจะช่วยลดความต้านทานกระแสตรงและกระจายกระแสได้อย่างสม่ำเสมอ

แต่ความร้อนกลายเป็นปัญหา เพราะทองแดงนำความร้อนได้ดี ในขณะที่ FR-4 เป็นฉนวน วัสดุถึงสิบชั้นกักเก็บความร้อนไว้ภายในแผ่นวงจร

รูระบายความร้อนใต้ชิ้นส่วนที่ร้อนจะนำความร้อนไปยังชั้นนอก ซึ่งอากาศหรือแผ่นระบายความร้อนจะช่วยระบายความร้อนออกไป ควรออกแบบแผงวงจรจ่ายไฟให้รองรับกระแสไฟฟ้าได้โดยไม่ทำให้อุณหภูมิสูงเกินไป

กระบวนการผลิต PCB 10 ชั้น

1. การออกแบบและการสร้างต้นแบบ

  เริ่มจากแผนผังวงจร ทำไมต้องรอ? แปลงเป็นเลย์เอาต์ใน Altium หรือ KiCad เลย กำหนดโครงสร้างตั้งแต่เนิ่นๆ ไม่งั้นคุณจะแย่แน่ ส่งออกไฟล์ Gerber, ขนาดรูเจาะ และแบบเขียนแบบสำหรับการผลิต—ระบุน้ำหนักและค่าความคลาดเคลื่อนของทองแดงให้ชัดเจน

สร้างต้นแบบก่อน แก้ไขข้อผิดพลาดตั้งแต่เนิ่นๆ หากคุณรอจนถึงการผลิตเต็มรูปแบบ ค่าใช้จ่ายจากความผิดพลาดเล็กๆ น้อยๆ จะตามหลอกหลอนบัญชีธนาคารของคุณ

2. การเตรียมและการคัดเลือกวัสดุ

ผู้ผลิตจะเก็บสต็อกแผ่นลามิเนตแกนกลางและม้วนแผ่นพรีเพรกไว้ จากนั้นจึงตัดแผ่นให้ได้ขนาดตามต้องการ สำหรับแผ่นไม้อัดสิบชั้น คุณต้องใช้แผ่นแกนกลางหลายชั้นรวมถึงแผ่นพรีเพรกเพื่อยึดติดกัน

การเลือกใช้วัสดุมีผลต่อประสิทธิภาพและราคา

แผ่นทองแดง FR-4 มาตรฐานใช้งานได้กับวงจรดิจิทัลส่วนใหญ่ วงจรความถี่สูงต้องการแผ่นลามิเนตที่มีการสูญเสียต่ำ ส่วนวงจรที่ใช้กระแสสูงต้องการแผ่นทองแดงที่หนากว่า

3. การประดิษฐ์ชั้นใน

ชั้นภายในจะถูกขึ้นรูปก่อนการเคลือบ กระบวนการเริ่มต้นด้วยแกนกลางที่หุ้มด้วยทองแดง จากนั้นจึงเคลือบทองแดงด้วยสารไวแสง

แสง UV จะฉายแสงลงบนสารต้านทานผ่านฟิล์มหรือการสร้างภาพโดยตรงด้วยเลเซอร์ การล้างจะกำจัดสารต้านทานที่ไม่ได้รับแสงออกไป เหลือไว้เพียงทองแดงเปลือยในบริเวณที่ไม่ต้องการ การกัดกร่อนจะละลายทองแดงนั้นออกไป

แต่ละชั้นจะได้รับการตรวจสอบภายใต้ AOI เพื่อยืนยันความกว้างของเส้นทางเดินสัญญาณ ระยะห่าง และเครื่องหมายการลงทะเบียน

4. การจัดเรียงและการลงทะเบียนเลเยอร์

เครื่องหมายลงทะเบียน ซึ่งเป็นเป้าหมายขนาดเล็กที่สลักไว้ในแต่ละชั้น ช่วยในการจัดแนวแกนและวัสดุพรีเพรกในระหว่างการซ้อน การจัดแนวที่ไม่ตรงกันเกินกว่าไม่กี่มิลลิเมตรจะทำให้รูเชื่อมต่อพลาดแผ่นรอง หรือเส้นทางวงจรลัดวงจรกับระนาบ

โรงงานผลิตแผงวงจรพิมพ์ 10 ชั้นบางแห่งใช้การเคลือบด้วยหมุด โดยใช้หมุดเจาะทะลุทุกชั้นเพื่อรักษาแนวการจัดวาง ในขณะที่บางแห่งใช้ระบบการมองเห็นเพียงอย่างเดียว

ข้อกำหนดด้านความคลาดเคลื่อนเข้มงวดขึ้นเมื่อขนาดของรูเชื่อมต่อเล็กลง และรูเชื่อมต่อขนาดเล็ก (microvias) ต้องการการจัดเรียงที่แม่นยำภายใน ±2 มิลลิเมตรหรือดีกว่านั้น

5. กระบวนการเคลือบ

กระบวนการเรียงซ้อนเกิดขึ้นในห้องปลอดเชื้อ โดยแต่ละชั้นจะถูกป้อนเข้าเครื่องอัดตามลำดับ และใช้ระบบสุญญากาศกำจัดฟองอากาศ

ความร้อนและแรงดันจะทำให้เรซินพรีเพรกแข็งตัว ทำให้ทุกอย่างเชื่อมติดกันเป็นแผ่นเดียวที่แข็งแรง

การระบายความร้อนต้องเกิดขึ้นอย่างช้าๆ เพื่อป้องกันการบิดงอ การระบายความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอจะสร้างความเครียดภายในซึ่งทำให้แผงวงจรโค้งงอ

6. การขุดเจาะ

หลังจากเคลือบแล้ว คุณจะได้แผงวงจรหลายชั้นเปล่าๆ ขั้นตอนต่อไปคือการเจาะรูสำหรับเชื่อมต่อวิอัสและขาของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์

เครื่องเจาะ CNC ใช้ดอกเจาะที่ทำจากคาร์ไบด์หรือเคลือบด้วยเพชร ค่าความคลาดเคลื่อนของเส้นผ่านศูนย์กลางรูอยู่ที่ ±2 มิลลิเมตรสำหรับรูทะลุ และแคบกว่าสำหรับรูขนาดเล็กมาก (ไมโครเวีย)

รูที่มีอัตราส่วนความกว้างต่อความสูงสูงเป็นความท้าทายสำหรับกระบวนการชุบโลหะ แผ่นวงจรพิมพ์สิบชั้นที่มีความหนา 2 มม. และมีรูขนาด 0.2 มม. จะมีอัตราส่วนความกว้างต่อความสูง 10:1 ซึ่งอยู่ในระดับที่ใกล้เคียงกับขีดจำกัดของมาตรฐาน

7. การชุบและการเคลือบทองแดง

 ผนังอีพ็อกซี่เปล่าๆ นั้นไร้ประโยชน์จนกว่าจะมีการเคลือบทองแดงแบบไร้กระแสไฟฟ้าเพื่อสร้างชั้นนำไฟฟ้า จากนั้นจึงใช้กระบวนการชุบด้วยไฟฟ้าเพื่อสร้างชั้นนำไฟฟ้าให้มีความหนา 25 ไมครอน เหตุผลก็คือ เพราะมันคือสะพานไฟฟ้าเชื่อมระหว่างชั้นต่างๆ หากตรงกลางบางเกินไป ความเครียดจากความร้อนอาจทำให้รูเชื่อมต่อแตกได้ ความสม่ำเสมอจึงเป็นสิ่งสำคัญ

8. การสร้างภาพและการกัดลายวงจร

 ชั้นนอกสุดจะถูกสร้างลวดลายหลังจากการชุบโลหะ โดยใช้ฟิล์มกันรอยแห้ง หน้ากาก และการกัดกรด เช่นเดียวกับชั้นใน เหตุผลก็คือ ความแม่นยำ ลายวงจรที่มีระยะห่างแคบมากต้องการการควบคุมที่เข้มงวด มิฉะนั้นสัญญาณจะหายไปในสารละลายทองแดง

9. แอปพลิเคชั่นหน้ากากประสาน

โดยปกติแล้ว สารเคลือบป้องกันการบัดกรีจะเป็นสีเขียว แต่ก็มีสีอื่นๆ ให้เลือกใช้เคลือบชั้นนอกสุด โดยปล่อยให้แผ่นรองและรูเชื่อมต่อยังคงเปิดโล่งอยู่

สารเคลือบป้องกันการบัดกรีชนิดเหลวที่สามารถสร้างภาพด้วยแสงได้ จะถูกทาเป็นชั้นบางๆ แล้วนำไปฉายแสง UV จากนั้นจึงนำไปล้าง สารนี้จะช่วยป้องกันทองแดงจากการออกซิเดชันและป้องกันการเกิดสะพานบัดกรีระหว่างการประกอบ

10. การตกแต่งพื้นผิว

ทองแดงเปลือยจะเกิดออกซิเดชันอย่างรวดเร็ว การเคลือบผิวจะช่วยปกป้องแผ่นรองจนกว่าจะประกอบเสร็จ

HASL ใช้วิธีการจุ่มแผ่นวงจรลงในตะกั่วหลอมเหลว ซึ่งราคาถูกแต่ได้ผลลัพธ์ที่ไม่สม่ำเสมอ ในขณะที่ ENIG ชุบนิกเกิลแล้วชุบทองทับแผ่นรอง ทำให้ได้พื้นผิวเรียบ เหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่มีระยะห่างระหว่างขาแคบ แต่มีราคาแพงกว่า

การเลือกใช้ขึ้นอยู่กับกระบวนการประกอบและระยะเวลาการเก็บรักษา ENIG เหมาะสำหรับโครงการผลิต PCB 10 ชั้นส่วนใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องการการเชื่อมต่อสายไฟหรืออายุการเก็บรักษาที่ยาวนาน

11. การทดสอบไฟฟ้า

แผงวงจรทุกแผงต้องผ่านการทดสอบทางไฟฟ้า

 เครื่องทดสอบแบบหัววัดเคลื่อนที่ (Flying probe testers) ใช้เข็มที่เคลื่อนที่ได้ ซึ่งเหมาะสำหรับต้นแบบ แต่สำหรับการผลิตจำนวนมาก? เครื่องทดสอบแบบใช้ตัวยึด (Fixture-based testers) ที่มีขาเสียบจะเร็วกว่า แม้ว่าตัวยึดแบบกำหนดเองนั้นจะมีราคาไม่ถูกก็ตาม ทำไมต้องเดาว่ามันใช้งานได้หรือไม่? เครื่องวัดการสะท้อนแบบโดเมนเวลา (Time-Domain Reflectometer) จะส่งสัญญาณไปตามสายเพื่อตรวจสอบว่าวงจร 50 โอห์มของคุณตรงตามข้อกำหนดจริงหรือไม่ ความแม่นยำเป็นสิ่งสำคัญ

12. การตรวจสอบขั้นสุดท้ายและการควบคุมคุณภาพ

การตรวจสอบด้วยสายตาช่วยตรวจจับสิ่งที่ไม่พึงประสงค์ เช่น รอยขีดข่วนหรือช่องว่างของชั้นเคลือบบัดกรี แต่ทำไมต้องหยุดแค่นั้น? การตรวจสอบขนาดช่วยยืนยันว่าแผงวงจรนั้นพอดีกับกล่องหรือไม่ การเอ็กซ์เรย์ช่วยส่องดูภายในรูเชื่อมต่อเพื่อหาการเบี่ยงเบนหรือช่องว่างที่ซ่อนอยู่ มาตรฐาน ISO 9001 หมายความว่าพวกเขาปฏิบัติตามกฎ แต่ระดับ IPC คือสิ่งสำคัญที่สุด ระดับ 2 ยอมรับข้อบกพร่องเล็กน้อยได้ ในขณะที่ระดับ 3 ต้องการความสมบูรณ์แบบ

ข้อควรพิจารณาที่สำคัญในกระบวนการผลิต

ความคลาดเคลื่อนในการลงทะเบียนระหว่างชั้น

ความผิดพลาดสะสมเร็วมาก การเลื่อนของชั้นใน 2 มิลลิเมตร บวกกับ 3 มิลลิเมตรจากการเคลือบ และการเบี่ยงเบนของดอกสว่านอีก 2 มิลลิเมตร รวมเป็น 7 มิลลิเมตรของความโกลาหล ทันใดนั้น ดอกสว่านของคุณก็พลาดแผ่นรองไปโดยสิ้นเชิง วงจรเปิด จบเกม ความคลาดเคลื่อนที่แม่นยำไม่ได้มาฟรีๆ เพราะมันต้องใช้เครื่องจักรที่ช้ากว่าและทันสมัยกว่า

การจัดการอัตราส่วนภาพ

นี่คือความลึกของรูหารด้วยเส้นผ่านศูนย์กลาง แผ่นวงจรขนาด 1.6 มม. ที่มีรูเจาะขนาด 0.2 มม. จะมีอัตราส่วน 8:1 เมื่ออัตราส่วนนี้สูงขึ้น คุณภาพการชุบก็จะลดลง เกิน 12:1 ล่ะ? นั่นหมายถึงคุณจะได้ทองแดงที่บางหรือมีช่องว่างตรงกลาง ควรใช้การชุบแบบพัลส์หรือรูเจาะแบบปิดเพื่อลดความลึก

คุณภาพและความน่าเชื่อถือของรูเจาะ

รูเชื่อมต่อ (vias) จะเสียหายเมื่อเกิดรอยแตกร้าวจากการชุบเนื่องจากความเครียดจากความร้อน ทองแดงและอีพ็อกซี่ขยายตัวในอัตราที่ต่างกัน ทำให้เกิดปฏิกิริยาต่อต้านกัน มาตรฐาน IPC-6012 กำหนดกฎเกณฑ์เกี่ยวกับความหนาของการชุบ หากความน่าเชื่อถือคือสิ่งสำคัญที่สุดของคุณ จงขอรายงานการตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์จากโรงงานผู้ผลิต

วัสดุที่ใช้ในการผลิตแผงวงจรพิมพ์ 10 ชั้น

 FR-4 เกรดมาตรฐาน

มันคือวัสดุอีพ็อกซี่แก้วราคาถูกแบบคลาสสิก ทำไมต้องใช้วัสดุอื่นสำหรับงานพื้นฐานล่ะ? ด้วยอุณหภูมิเกือบ 130°C มันจะอ่อนตัวลงหากอุณหภูมิสูงเกินไป ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกอยู่ที่ประมาณ 4.4 แต่จะเปลี่ยนแปลงไปตามความถี่

วัสดุ FR-4 ที่มีค่า Tg สูง

การเพิ่มค่า Tg ให้สูงถึง 180°C เปลี่ยนโฉมหน้าของแผ่นวงจรพิมพ์ไร้สารตะกั่วไปเลย มันทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ซึ่งเป็นปัญหาที่พบได้ทั่วไปในแผ่นวงจรพิมพ์ราคาถูก อุปกรณ์ยานยนต์และอุตสาหกรรมชื่นชอบวัสดุนี้เพราะมันทนทานต่อความร้อนได้ดีเยี่ยม

แผ่นลามิเนตความถี่สูงของโรเจอร์ส

สำหรับงาน RF หรือความเร็ว 10 Gbps ขึ้นไป FR-4 มาตรฐานนั้นมีการรั่วไหลมากเกินไป Rogers ให้คุณสมบัติที่แน่นหนาและมีการสูญเสียต่ำ เคล็ดลับสำหรับมืออาชีพ: ใช้โครงสร้างแบบไฮบริด—Rogers สำหรับเส้นทางความเร็วสูง และ FR-4 สำหรับส่วนที่เหลือ ทำไมต้องจ่ายเงินซื้อบอร์ด Rogers ทั้งแผ่น?

โพลีอิไมด์สำหรับอุณหภูมิสูง

นี่คือวัสดุที่ใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ทนความร้อนได้ถึง 260 องศาเซลเซียส มีความยืดหยุ่นและรับมือกับการขยายตัวจากความร้อนได้ดีเยี่ยม ข้อเสียคือ ราคาสูงกว่า FR-4 ถึงห้าเท่า และระยะเวลารอคอยก็ยาวนานขึ้น เพราะไม่ใช่ทุกโรงงานที่จะมีวัสดุราคาแพงนี้อยู่ในสต็อก

ตัวเลือกความหนาของแผ่นฟอยล์ทองแดง

น้ำหนักวัดเป็นออนซ์ 1 ออนซ์เท่ากับ 35 ไมครอน ครึ่งออนซ์เป็นมาตรฐานสำหรับวงจรสัญญาณ แต่สำหรับวงจรจ่ายไฟต้องใช้ 1 หรือ 2 ออนซ์ ทองแดงที่หนากว่าสามารถรับกระแสได้ดีกว่า แต่ทำให้การกัดเส้นละเอียดทำได้ยาก เป็นการแลกเปลี่ยนกันระหว่างข้อดีและข้อเสีย

ทองแดงหนาสำหรับชั้นกระแสไฟฟ้าสูง

มีกระแสไฟ 10 แอมป์ใช่ไหม? จัดไปเลยหนาๆ มันช่วยลดความร้อนและการสูญเสียความต้านทาน แต่ระวัง "รอยบาก" ระหว่างการกัดกรดตรงที่ผนังด้านข้างลาดเอียง นอกจากนี้ยังทำให้ความหนาของแผ่นวงจร 10 ชั้นของคุณเพิ่มขึ้นด้วย วางแผนให้ดี ไม่งั้นแผ่นวงจรของคุณจะไม่พอดีกับขั้วต่อ

ข้อควรพิจารณาและแนวทางในการออกแบบ

แนวปฏิบัติที่ดีที่สุดในการออกแบบ Stackup

การจัดเรียงชั้นแบบสมมาตร

การจัดเรียงชั้นแบบสมดุลจะมีคู่ชั้นที่สมมาตรกันอยู่รอบศูนย์กลาง ความสมมาตรนี้ช่วยให้แผ่นวงจรเรียบในระหว่างการเคลือบ และลดการบิดเบี้ยวในระหว่างการบัดกรี

การเรียงซ้อนแบบไม่สมมาตรทำให้แผ่นวงจรโค้งงอ เนื่องจากทองแดงมีการขยายตัวแตกต่างจาก FR-4

การกำหนดตำแหน่งระนาบภาคพื้นดินและพลังงาน

ควรวางแผ่นกราวด์ให้ใกล้กับชั้นนอกสุดมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ วิธีนี้จะช่วยลดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) และสร้างเส้นทางส่งสัญญาณกลับที่มีความต้านทานต่ำสำหรับสัญญาณในชั้นที่ 1 และ 10

ควรวางแผ่นจ่ายไฟไว้ระหว่างชั้นสัญญาณเพื่อลดสัญญาณรบกวนความถี่สูง

การแยกแผ่นกราวด์ออกเป็นสองส่วนมักเป็นความคิดที่ไม่ดี สัญญาณที่ข้ามจุดแยกจะพบกับเส้นทางส่งกลับที่ไม่ต่อเนื่อง ทำให้เกิดการแผ่รังสีและการรบกวนข้ามช่องสัญญาณ

ข้อกำหนดอิมพีแดนซ์ควบคุม

สัญญาณความเร็วสูงต้องการพฤติกรรมแบบสายส่ง นั่นหมายความว่าค่าความต้านทานที่ควบคุมได้มักจะเป็น 50 โอห์มแบบซิงเกิลเอนด์ หรือ 100 โอห์มแบบดิฟเฟอเรนเชียล

ค่าอิมพีแดนซ์ขึ้นอยู่กับความกว้างของลายวงจร ความหนา ระยะห่างจากระนาบอ้างอิง และค่า Dk

ใช้เครื่องคำนวณค่าอิมพีแดนซ์ระหว่างการออกแบบโครงสร้างชั้นของแผงวงจรพิมพ์ จากนั้นตรวจสอบค่าอิมพีแดนซ์อีกครั้งหลังการผลิต ผู้ผลิตแผงวงจรพิมพ์ 10 ชั้นส่วนใหญ่คิดค่าบริการเพิ่มเติมสำหรับการควบคุมค่าอิมพีแดนซ์ แต่คุ้มค่าสำหรับงานออกแบบระดับกิกะบิต

ผ่านทางเทคโนโลยี

รูทะลุ

รูทะลุ (Vias) เจาะจากชั้นที่ 1 ถึงชั้นที่ 10 เชื่อมต่อทุกชั้นเข้าด้วยกัน มีราคาถูก เชื่อถือได้ และตรวจสอบได้ง่าย

ข้อเสีย: มันกินพื้นที่และทำให้เกิดส่วนที่ยื่นออกมาใต้จุดเชื่อมต่อที่ต่ำที่สุด ส่วนที่ยื่นออกมาเหล่านี้ทำหน้าที่เหมือนเสาอากาศ สะท้อนสัญญาณความถี่สูง

จุดบกพร่องตาบอด

vias แบบปิด (Blind vias) ใช้เชื่อมต่อชั้นนอกกับชั้นใน แต่ไม่ได้ทะลุผ่านทั้งหมด ตัวอย่างเช่น ชั้นที่ 1 กับชั้นที่ 4

ช่วยประหยัดพื้นที่และลดปัญหาการเหลือเศษวัสดุ

แต่ต้นทุนสูงกว่าเพราะต้องผ่านขั้นตอนการเจาะและการชุบหลายขั้นตอน

ฝัง Vias

รูเชื่อมต่อแบบฝัง (Buried vias) เชื่อมต่อชั้นภายในสองชั้นโดยไม่ทะลุถึงชั้นนอก รูเชื่อมต่อเหล่านี้จะถูกสร้างขึ้นก่อนการเคลือบขั้นสุดท้าย ซึ่งทำให้กระบวนการมีความซับซ้อนมากขึ้น

รูเชื่อมต่อแบบฝังใต้พื้นผิวเป็นเรื่องปกติในแผงวงจร HDI แต่พบได้น้อยในแผงวงจรมาตรฐานสิบชั้น เว้นแต่ว่าการเดินสายจะแน่นมากเป็นพิเศษ

การจัดการความร้อน

การวางตำแหน่งรูระบายความร้อน

ชิ้นส่วนกำลังไฟฟ้า ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า FPGA และตัวขยายสัญญาณ RF ก่อให้เกิดความร้อน รูระบายความร้อนที่อยู่ใต้ชิ้นส่วนเหล่านี้จะนำความร้อนจากชั้นบนสุดผ่านแผงวงจรไปยังระนาบกราวด์หรือแผ่นกระจายความร้อนที่ชั้นล่างสุด

เจาะรูขนาดเล็ก 20-50 รูใต้แผ่นระบายความร้อนของชิ้นส่วน ยิ่งมีรูมาก ความต้านทานความร้อนก็จะยิ่งต่ำลง

กลยุทธ์การกระจายความร้อน

แผ่นทองแดงหนาระบายความร้อนได้ดีกว่าแผ่นทองแดงบาง ควรใช้แผ่นทองแดงขนาด 2 ออนซ์สำหรับแผ่นจ่ายไฟหากมีภาระความร้อนสูง

เพิ่มแผ่นระบายความร้อนบนแผ่นจ่ายไฟเพื่อช่วยให้การบัดกรีง่ายขึ้น แม้ว่าแผ่นระบายความร้อนจะเพิ่มความต้านทานความร้อนก็ตาม

การระบายอากาศช่วยได้ หากเคสของคุณมีพัดลม ให้จัดวางแผงวงจรเพื่อให้อากาศไหลเวียนไปยังส่วนที่ร้อนได้มากที่สุด

การพิจารณาความสมบูรณ์ของสัญญาณ

การกำหนดเส้นทางสัญญาณความเร็วสูง

สัญญาณที่มีความเร็วสูงกว่า 1 Gbps จำเป็นต้องมีการกำหนดเส้นทางอย่างระมัดระวัง

รักษาความยาวของเส้นทางสัญญาณให้สั้น หลีกเลี่ยงการต่อสายแบบสั้นเกินไป จับคู่ความยาวสำหรับคู่สัญญาณแบบดิฟเฟอเรนเชียลและบัสแบบหลายบิต วางเส้นทางสัญญาณความเร็วสูงบนชั้นภายในเมื่อเป็นไปได้ สายสไตรป์ไลน์มีการป้องกันสัญญาณรบกวนได้ดีกว่าสายไมโครสไตรป์

การกำหนดเส้นทางคู่ที่แตกต่างกัน

USB, HDMI, PCIe และ Ethernet ล้วนใช้สายคู่แบบดิฟเฟอเรนเชียล โดยสายสองเส้นจะส่งสัญญาณที่มีทิศทางตรงกันข้ามกัน

เพื่อให้ระบบนี้ทำงานได้ เส้นทางเดินสัญญาณจะต้องเชื่อมต่อกันอย่างแน่นหนาและมีความยาวที่เหมาะสม

โดยทั่วไปแล้วคู่สายส่วนใหญ่จะรองรับความต้านทานเชิงอนุพันธ์ 100 โอห์ม ควรเดินสายคู่ไว้ด้วยกัน ไม่ควรแยกสายออกจากกัน และควรหลีกเลี่ยงการใช้ vias ตรงกลางคู่สาย

เลือก Wonderful PCB ผู้ผลิต

คุณได้ออกแบบโครงสร้าง PCB 10 ชั้นเสร็จเรียบร้อยแล้ว ตอนนี้คุณต้องการโรงงานที่จะผลิตมัน

คุณเลือกอย่างไร?

ราคาเป็นสิ่งสำคัญ แต่คุณภาพ ระยะเวลาในการส่งมอบ และการบริการหลังการขายก็สำคัญเช่นกัน

ความสามารถในการผลิตและกำลังการผลิต

โรงงานสามารถผลิตชิ้นงานที่มี 10 ชั้นได้หรือไม่? สอบถามเกี่ยวกับจำนวนชั้นสูงสุด ความกว้างของลายวงจรขั้นต่ำ ขนาดรูขั้นต่ำ และข้อจำกัดของอัตราส่วนด้านต่างๆ

หากการออกแบบของคุณต้องการเทคโนโลยีที่ก้าวล้ำ เช่น ลายวงจรขนาด 3 มิลลิเมตร, รูเชื่อมต่อขนาด 6 มิลลิเมตร, อัตราส่วนความกว้างต่อความสูง 12:1 คุณจำเป็นต้องใช้ผู้ผลิตที่มีอุปกรณ์ที่ทันสมัย

กำลังการผลิตมีผลต่อระยะเวลาการส่งมอบ โรงงานที่ผลิตเต็มกำลังการผลิตอาจแจ้งระยะเวลาส่งมอบได้หกสัปดาห์ ในขณะที่โรงงานที่มีกำลังการผลิตเหลือเฟืออาจแจ้งได้ภายในสามสัปดาห์

มีประสบการณ์ในการทำงานกับแผงวงจรหลายชั้นที่ซับซ้อน

ประสบการณ์หลายปีในธุรกิจไม่ได้เป็นหลักประกันว่าคุณจะมีความเชี่ยวชาญในหลายด้านเสมอไป

ขอตัวอย่างโครงสร้าง PCB 10 ชั้น ภาพถ่ายของแผงวงจรที่ผลิตเสร็จแล้ว คำรับรองจากลูกค้า หรือกรณีศึกษาต่างๆ หากเป็นไปได้ ขอเยี่ยมชมโรงงานด้วย

การรับรอง IPC แสดงให้เห็นว่าโรงงานปฏิบัติตามมาตรฐานอุตสาหกรรม ISO 9001 หมายถึงกระบวนการควบคุมคุณภาพที่มีการบันทึกไว้ เลือกการรับรองให้เหมาะสมกับอุตสาหกรรมของคุณ

การรับรองคุณภาพและมาตรฐาน

มาตรฐาน IPC Class 2 ใช้กับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปในเชิงพาณิชย์ ซึ่งยอมรับข้อบกพร่องเล็กน้อยด้านความสวยงามได้ ส่วนมาตรฐาน IPC Class 3 ใช้สำหรับงานด้านการบินและอวกาศ การแพทย์ และการทหาร ที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูง ซึ่งไม่สามารถยอมรับข้อบกพร่องได้

สอบถามว่าโรงงานทำการทดสอบทางไฟฟ้า 100% หรือทดสอบเฉพาะตัวอย่าง สำหรับการใช้งานที่สำคัญ การทดสอบ 100% คุ้มค่ากับค่าใช้จ่ายที่เพิ่มขึ้น

ระยะเวลาดำเนินการและประสิทธิภาพในการจัดส่ง

โดยปกติแล้ว ระยะเวลารอผลิตแผ่นไม้ 10 ชั้นจะอยู่ที่ 2-4 สัปดาห์ บริการเร่งด่วนช่วยลดระยะเวลาเหลือ 5-10 วัน แต่จะมีค่าใช้จ่ายสูงขึ้น 50-100%

การส่งมอบตรงเวลาสำคัญพอๆ กับระยะเวลาที่แจ้งไว้ล่วงหน้า

โรงงานที่สัญญาว่าจะส่งของภายในสองสัปดาห์ แต่กลับส่งภายในสามสัปดาห์ จะทำให้ตารางงานของคุณปั่นป่วน ตรวจสอบรีวิวหรือขอข้อมูลประสิทธิภาพการจัดส่งก่อนตัดสินใจซื้อ

ความพร้อมให้บริการของบริการสร้างต้นแบบ

การสร้างต้นแบบและการผลิตนั้นแตกต่างกัน การสร้างต้นแบบจะผลิตในปริมาณน้อย (1-10 แผ่น) เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของการออกแบบ ในขณะที่การผลิตจะผลิตในปริมาณหลายร้อยหรือหลายพันแผ่น

ร้านค้าที่เน้นการสร้างต้นแบบจะตอบสนองรวดเร็ว รับออเดอร์ขนาดเล็ก และยอมรับการเปลี่ยนแปลงการออกแบบได้ แต่ต้นทุนต่อแผ่นนั้นสูง

ในอุดมคติแล้ว ควรหาโรงงานผลิตแผงวงจรพิมพ์ 10 ชั้น ที่สามารถผลิตต้นแบบและขยายขนาดการผลิตได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนผู้ผลิต

การสนับสนุนทางเทคนิคและความช่วยเหลือด้าน DFM

การออกแบบเพื่อการผลิตช่วยตรวจจับข้อผิดพลาดก่อนการผลิตจริง

ผู้ผลิตที่ดีจะตรวจสอบไฟล์ Gerber ของคุณและระบุปัญหาต่างๆ เช่น เส้นทางเดินสัญญาณที่แคบเกินไป ช่องว่างที่แคบเกินไป และรูเชื่อมต่อที่เล็กเกินไป

ฝ่ายสนับสนุนด้านเทคนิคจะตอบคำถามระหว่างการออกแบบ ควรใช้โครงสร้างแบบใด? สามารถสร้างลายวงจรขนาด 4 มิลลิเมตรบนทองแดง 2 ออนซ์ได้หรือไม่?

การสนับสนุนที่ตอบสนองรวดเร็วจะช่วยเร่งความคืบหน้าของโครงการของคุณ

การแข่งขันราคา

ราคาแตกต่างกันอย่างมาก แผ่นต้นแบบสิบชั้นมีราคา 200-500 ดอลลาร์ต่อแผ่นหากผลิตจากโรงงานในประเทศที่ต้องการความรวดเร็ว หรือ 50-150 ดอลลาร์หากผลิตจากโรงงานในต่างประเทศ

ราคาสินค้าตามสั่งจะลดลง การผลิตแผงวงจรพิมพ์ 100 แผ่นอาจมีราคาแผ่นละ 20-40 ดอลลาร์ ควรขอใบเสนอราคาแผงวงจรพิมพ์ 10 ชั้นจากหลายๆ ผู้ผลิตเพื่อเปรียบเทียบราคา

ระวังการเสนอราคาต่ำเกินจริง หากโรงงานแห่งหนึ่งเสนอราคาต่ำกว่าโรงงานอื่นครึ่งหนึ่ง ให้ถามเหตุผล

ปริมาณการสั่งซื้อขั้นต่ำ

ปริมาณการสั่งซื้อขั้นต่ำ (Minimum Order Quantity หรือ MOQ) กำหนดจำนวนแผงวงจรขั้นต่ำที่คุณสามารถสั่งซื้อได้ โดยทั่วไปแล้ว ร้านค้าที่ผลิตชิ้นงานต้นแบบมักมี MOQ อยู่ที่ 1-5 แผงวงจร ในขณะที่โรงงานผลิตขนาดใหญ่จะกำหนด MOQ ที่ 50, 100 หรือมากกว่านั้น

หากแอปพลิเคชันของคุณต้องการแผงวงจรเพียงไม่กี่แผ่น ให้เลือกผู้ผลิตแผงวงจรพิมพ์ 10 ชั้นที่มีปริมาณการสั่งซื้อขั้นต่ำ (MOQ) ต่ำ สำหรับผลิตภัณฑ์สำหรับผู้บริโภคที่กำลังจะเข้าสู่การผลิตจำนวนมาก ปริมาณการสั่งซื้อขั้นต่ำที่สูงขึ้นไม่ใช่ปัญหา

การสร้างแผงวงจรพิมพ์ 10 ชั้นต้องอาศัยความแม่นยำในทุกขั้นตอน ตั้งแต่การออกแบบโครงสร้างไปจนถึงการทดสอบขั้นสุดท้าย คุณต้องใช้วัสดุที่เหมาะสม การควบคุมกระบวนการที่เข้มงวด และผู้ผลิตที่มีประสบการณ์ด้านแผงวงจรพิมพ์หลายชั้นที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว การเข้าใจความหนาและการควบคุมอิมพีแดนซ์ของแผงวงจรพิมพ์ 10 ชั้นจะช่วยให้คุณออกแบบแผงวงจรที่ใช้งานได้ตั้งแต่ครั้งแรก