การออกแบบความสามารถในการผลิตสำหรับชั้นในของ PCB

เมื่อวิศวกร PCB วางโครงร่างผลิตภัณฑ์ จะต้องมีมากกว่าแค่การจัดวางและการเดินสายส่วนประกอบ การออกแบบระนาบพลังงานและกราวด์ในชั้นในก็มีความสำคัญพอๆ กัน การจัดการชั้นในต้องคำนึงถึงความสมบูรณ์ของพลังงาน ความสมบูรณ์ของสัญญาณ ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า และการออกแบบเพื่อการผลิต

ความแตกต่างระหว่างชั้นในและชั้นนอก

ชั้นนอกใช้สำหรับกำหนดเส้นทางและบัดกรีส่วนประกอบ ในขณะที่ชั้นในใช้สำหรับระนาบพลังงานและกราวด์ ชั้นเหล่านี้มีอยู่เฉพาะในบอร์ดหลายชั้นเท่านั้น โดยที่ชั้นเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นเส้นทางสำหรับพลังงานและกราวด์ การออกแบบทั่วไป เช่น บอร์ดสองชั้น สี่ชั้น และหกชั้น หมายถึงจำนวนชั้นสัญญาณและชั้นพลังงาน/กราวด์ภายใน

การออกแบบชั้นใน

1. ชั้นพื้นดินภายใต้สัญญาณวิกฤต

สำหรับสัญญาณความเร็วสูง สัญญาณนาฬิกา และความถี่สูง การวางชั้นดินโดยตรงใต้สัญญาณเหล่านี้จะช่วยลดความยาวเส้นทางลูปและลดการแผ่รังสี

2. พื้นที่ระนาบไฟฟ้าและระนาบดิน

ในการออกแบบวงจรความเร็วสูง จะต้องลดการแผ่รังสีของระนาบพลังงานและการรบกวนของระบบให้เหลือน้อยที่สุด โดยทั่วไป พื้นที่ระนาบพลังงานควรมีขนาดเล็กกว่าระนาบกราวด์เพื่อให้ระนาบกราวด์สามารถป้องกันระนาบพลังงานได้ กฎทั่วไปคือให้ย่อระนาบพลังงานเข้าด้านในโดย ความหนาของฉนวนไฟฟ้าสองเท่า เมื่อเทียบกับระนาบพื้นดิน

3. แผนการวางซ้อนชั้น

ระนาบพลังงานควรอยู่ติดกับระนาบกราวด์ที่สอดคล้องกันเพื่อสร้างความจุแบบคัปปลิ้ง เมื่อใช้ร่วมกับตัวเก็บประจุแบบคัปปลิ้ง จะช่วยลดอิมพีแดนซ์ของระนาบพลังงานและให้การกรองที่มีประสิทธิภาพ

4. การเลือกระนาบอ้างอิง

การเลือกระนาบอ้างอิงเป็นสิ่งสำคัญ แม้ว่าระนาบไฟฟ้าและระนาบกราวด์จะทำหน้าที่เป็นระนาบอ้างอิงได้ แต่ระนาบกราวด์มักจะให้การป้องกันที่ดีกว่าเนื่องจากมักจะต่อลงกราวด์ ระนาบกราวด์จึงได้รับความนิยมใช้เป็นระนาบอ้างอิง

5. หลีกเลี่ยงการกำหนดเส้นทางข้ามพื้นที่

สัญญาณที่สำคัญในชั้นที่อยู่ติดกันจะต้องไม่ตัดกันเป็นพื้นที่ การแบ่งส่วนแบบตัดกันอาจสร้างวงจรสัญญาณขนาดใหญ่ ส่งผลให้เกิดการแผ่รังสีและการจับคู่กันในปริมาณมาก

6. การเดินสายไฟฟ้าและสายดิน

รักษาความสมบูรณ์ของระนาบกราวด์ หลีกเลี่ยงการเดินสายสัญญาณผ่านระนาบกราวด์ หากความหนาแน่นของสัญญาณสูง ให้พิจารณาเดินสายตามขอบของระนาบไฟฟ้า

การผลิตชั้นใน

กระบวนการผลิตสำหรับชั้นในเป็นเพียงส่วนหนึ่งของเวิร์กโฟลว์การผลิต PCB ที่ซับซ้อน การผลิตชั้นในต้องคำนึงถึงขั้นตอนอื่นๆ ในกระบวนการ เช่น ความคลาดเคลื่อนของการเคลือบและการเจาะ ซึ่งอาจส่งผลต่อคุณภาพและผลผลิต โดยเฉพาะอย่างยิ่ง PCB หลายชั้นต้องใช้กระบวนการที่ซับซ้อนกว่าเมื่อเทียบกับบอร์ดชั้นเดียวหรือสองชั้น นักออกแบบต้องพิจารณาความซับซ้อนเหล่านี้ในระหว่างขั้นตอนการออกแบบ

1. ถอดแผ่นที่ไม่สามารถใช้งานได้ (NFPs) ออก

แผ่นรองที่ไม่มีฟังก์ชัน (NFP) คือแผ่นรองในชั้นในที่ไม่ได้เชื่อมต่อกับเครือข่ายใดๆ ในระหว่างการผลิต PCB แผ่นรองจะถูกนำออกเนื่องจากแผ่นรองเหล่านี้ไม่ส่งผลกระทบต่อการทำงานของผลิตภัณฑ์ แต่สามารถส่งผลกระทบต่อคุณภาพและประสิทธิภาพการผลิตได้

（ชั้นใน PIC-PCB-4）

2. จัดการกับ Vias หนาแน่นในพื้นที่ BGA

อุปกรณ์ BGA มักมีรอยขนาดเล็กและมีพินที่แน่นหนา ทำให้เกิดการแผ่กระจายของรูพรุนระหว่างรูพรุน ในระหว่างการผลิต รูพรุนจะต้องรักษาระยะห่างที่ปลอดภัยจากรอยและบริเวณที่เป็นทองแดงเพื่อป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรในระหว่างการเคลือบและการเจาะ หากไม่สามารถเก็บทองแดงระหว่างรูพรุนได้ อาจทำให้วงจรเปิดในเครือข่าย วิศวกร CAM ต้องแก้ไขปัญหานี้โดยเพิ่มสะพานทองแดงระหว่างรูพรุนเพื่อให้แน่ใจว่าเครือข่ายเชื่อมต่อกันได้

3. ที่อยู่ของความผิดปกติในการออกแบบเลเยอร์ด้านใน

ในการออกแบบชั้นในโดยใช้ฟิล์มเนกาทีฟ หากเวียสทั้งหมดแยกออกจากทองแดงอย่างสมบูรณ์ การเชื่อมต่อที่ใช้งานได้ก็จะเกิดขึ้นไม่ได้ การออกแบบดังกล่าวทำให้ชั้นในไม่มีประสิทธิภาพ ผู้ผลิตจะยืนยันกับนักออกแบบเพื่อตรวจสอบว่าการออกแบบนั้นตั้งใจหรือไม่ หรือว่าทองแดงไม่ได้ถูกกำหนดให้ทำงานบนเครือข่าย

4. ปัญหาคอขวดของฟิล์มเนกาทีฟในชั้นใน

ระหว่างการแบ่งระนาบไฟฟ้าและพื้นดินในชั้นใน ช่องว่างที่หนาแน่นอาจสร้างคอขวดในสภาพการนำไฟฟ้าของเครือข่ายได้ หากสะพานทองแดงที่เชื่อมต่อเครือข่ายไฟฟ้ามีขนาดแคบเกินไป ก็ไม่สามารถส่งกระแสไฟฟ้าได้เพียงพอ ซึ่งอาจส่งผลให้แผงวงจรเสียหายได้ ในกรณีที่ร้ายแรง คอขวดอาจทำให้วงจรเปิด ซึ่งส่งผลให้การออกแบบล้มเหลว

ด้วยการจัดการกับข้อควรพิจารณาเหล่านี้ วิศวกร PCB จึงสามารถปรับปรุงการผลิตและความน่าเชื่อถือของชั้นในได้พร้อมทั้งหลีกเลี่ยงปัญหาในการออกแบบในระหว่างการผลิต