แผงวงจรพิมพ์หลายชั้นถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากสามารถปรับปรุงการรวมวงจรและเพิ่มประสิทธิภาพการส่งสัญญาณได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อปรับแต่งแผงวงจรพิมพ์หลาย-ชั้น จำเป็นต้องปฏิบัติตามข้อควรระวังหลายประการอย่างจริงจัง รวมถึงการวางแผนการออกแบบ การเลือกวัสดุ กระบวนการผลิต ฯลฯ เพื่อให้แน่ใจว่าแผงวงจรพิมพ์หลายชั้น-ที่ปรับแต่งนั้นตรงตามมาตรฐานประสิทธิภาพที่คาดหวัง ต่อไป เราจะอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับข้อควรระวังในการปรับแต่งแผงวงจรพิมพ์หลาย-ชั้น
การปรับแต่ง PCB หลายชั้น
1 การวางแผนการออกแบบ
(1) ชี้แจงข้อกำหนดการทำงานของวงจร
ก่อนการปรับแต่ง จำเป็นต้องมีการตรวจสอบฟังก์ชันวงจรอย่างครอบคลุม โครงร่างวงจรและเส้นทางสัญญาณของโมดูลการทำงานต่างๆ จะแตกต่างกันไป ตัวอย่างเช่น สำหรับวงจรสัญญาณความเร็วสูง- สิ่งสำคัญคือต้องพิจารณาปัญหาความสมบูรณ์ของสัญญาณ และการเดินสายไฟควรสั้นและตรงที่สุดเท่าที่จะทำได้ เพื่อลดความล่าช้าและการสูญเสียการส่งสัญญาณ เช่นเดียวกับสายส่งข้อมูล CPU ในเมนบอร์ดคอมพิวเตอร์ เนื่องจากวงจรสัญญาณความเร็วสูง- การวางแผนเส้นทางสายอย่างระมัดระวังเป็นสิ่งจำเป็นในระหว่างการออกแบบเพื่อหลีกเลี่ยงเส้นทางมุมขวาและการสะท้อนของสัญญาณ สำหรับวงจรสัญญาณแอนะล็อก ควรให้ความสำคัญกับการออกแบบการป้องกัน-การรบกวนให้มากขึ้น และควรแยกวงจรออกจากวงจรสัญญาณดิจิทัลอย่างสมเหตุสมผลเพื่อลดการรบกวนระหว่างกัน
(2) วางแผนจำนวนชั้นอย่างสมเหตุสมผล
ยิ่งมีชั้นมากเท่าไรก็ยิ่งดีเท่านั้น จำเป็นต้องพิจารณาอย่างครอบคลุมโดยพิจารณาจากปัจจัยต่างๆ เช่น ความซับซ้อนของวงจร ประเภทของสัญญาณ และต้นทุน หากมีเลเยอร์มากเกินไปไม่เพียงแต่จะทำให้ต้นทุนการผลิตเพิ่มขึ้นเท่านั้น แต่ยังอาจทำให้เกิดปัญหาเช่นการลัดวงจรและวงจรเปิดเนื่องจากความยากลำบากในการจัดตำแหน่งระหว่างชั้นเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น สำหรับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กทั่วไปบางอย่าง เช่น แผงวงจรของกำไลอัจฉริยะ การใช้หลายชั้นมากเกินไปอาจเพิ่มต้นทุนได้อย่างมาก และเพิ่มความเสี่ยงที่จะเกิดข้อผิดพลาดในกระบวนการผลิต โดยทั่วไป เมื่อสเกลวงจรมีขนาดเล็กและสัญญาณค่อนข้างง่าย 4-6 เลเยอร์ก็อาจเพียงพอแล้ว สำหรับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ประสิทธิภาพสูง-ที่ซับซ้อน เช่น มาเธอร์บอร์ดเซิร์ฟเวอร์ระดับไฮเอนด์ อาจจำเป็นต้องใช้เลเยอร์ 10 เลเยอร์หรือมากกว่านั้น
(3) วางแผนการกระจายชั้นสัญญาณและชั้นพลังงาน
การกระจายตัวของชั้นสัญญาณและชั้นพลังงานมีผลกระทบอย่างมากต่อความสมบูรณ์ของสัญญาณและความเสถียรของพลังงาน โดยปกติแล้วชั้นสัญญาณควรอยู่ติดกับชั้นพลังงานหรือชั้นทางธรณีวิทยาเพื่อให้มีระนาบอ้างอิงที่ดีและลดการรบกวนของสัญญาณ ชั้นพลังงานและชั้นทางธรณีวิทยาสามารถตั้งค่าได้ในชั้นกลาง และสามารถกระจายชั้นสัญญาณได้ที่ด้านนอก ในเวลาเดียวกัน สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือชั้นสัญญาณความเร็วสูง-ควรอยู่ติดกับชั้นหินอย่างใกล้ชิดเพื่อลดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างการส่งสัญญาณ ตัวอย่างเช่น เมื่อออกแบบมาเธอร์บอร์ดของโทรศัพท์มือถือ การยึดชั้นสัญญาณ RF ความเร็วสูง-กับชั้นกราวด์อย่างแน่นหนาสามารถลดการบิดเบือนของสัญญาณและปรับปรุงคุณภาพการสื่อสารของโทรศัพท์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
2 การเลือกวัสดุ
(1) การเลือกพื้นผิว
ประสิทธิภาพของพื้นผิวเกี่ยวข้องโดยตรงกับคุณสมบัติทางไฟฟ้า ทางกล และความต้านทานความร้อนของ PCB วัสดุพิมพ์ทั่วไป ได้แก่ FR-4 วัสดุ Rogers ฯลฯ FR-4 มีต้นทุนที่ต่ำกว่าและเหมาะสำหรับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปส่วนใหญ่ วัสดุของ Rogers มีลักษณะเฉพาะ เช่น ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกต่ำและการสูญเสียต่ำ และทำงานได้ดีในสถานการณ์การใช้งานความถี่สูง เช่น แผงวงจรพิมพ์ในอุปกรณ์สื่อสาร 5G หากผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง ควรเลือกวัสดุ TG สูงเพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรของแผงวงจรพิมพ์ที่อุณหภูมิสูง ตัวอย่างเช่น PCB ในชุดควบคุมเครื่องยนต์ของรถยนต์จำเป็นต้องใช้วัสดุ TG สูงเนื่องจากอุณหภูมิสภาพแวดล้อมการทำงานสูง
(2) การเลือกความหนาของฟอยล์ทองแดง
ความหนาของฟอยล์ทองแดงส่งผลต่อความสามารถในการรองรับกระแสไฟฟ้าของ PCB สำหรับวงจรกระแสสูง ควรใช้ฟอยล์ทองแดงที่หนาขึ้นเพื่อลดความต้านทานของเส้นและลดการสร้างความร้อน สำหรับวงจรไฟฟ้าในโมดูลจ่ายไฟ หากความหนาของฟอยล์ทองแดงไม่เพียงพอ วงจรอาจเกิดการเผาไหม้อย่างรุนแรงเนื่องจากความร้อนอย่างรุนแรงเมื่อมีกระแสสูงไหลผ่าน โดยทั่วไปแล้ว สายสัญญาณทั่วไปสามารถใช้ฟอยล์ทองแดงได้ 1-2 ออนซ์ ในขณะที่สำหรับสายกระแสไฟสูง อาจต้องใช้ฟอยล์ทองแดงหนา 3-4 ออนซ์หรือหนากว่านั้นด้วยซ้ำ
3 กลยุทธ์การเดินสายไฟ
(1) ควบคุมความยาวและความกว้างของสายไฟ
ความยาวของสายไฟควรสั้นลงให้มากที่สุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการเดินสายสัญญาณความเร็วสูง- การเดินสายยาวจะเพิ่มความล่าช้าและการสูญเสียการส่งสัญญาณ ตัวอย่างเช่น ในการต่อสายอินเทอร์เฟซ USB ความเร็วสูง- ถ้าการกำหนดเส้นทางยาวเกินไป อาจทำให้การรับส่งข้อมูลไม่เสถียรและการสูญเสียแพ็กเก็ต ควรกำหนดความกว้างของสายไฟตามกระแสที่ไหลผ่าน สำหรับสายที่มีกระแสไฟสูง ควรใช้สายไฟที่กว้างขึ้นเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดในการรับกระแสไฟ ในขณะเดียวกัน ความกว้างของสายไฟยังต้องคำนึงถึงข้อจำกัดของกระบวนการผลิต PCB ด้วย เนื่องจากการเดินสายที่บางเกินไปอาจทำให้เกิดปัญหา เช่น วงจรแตกในระหว่างกระบวนการผลิต
(2) หลีกเลี่ยงการเดินสายไฟ 90 องศา
การกำหนดเส้นทาง 90 องศาอาจทำให้เกิดการสะท้อนของสัญญาณและความไม่ต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์ ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพของสัญญาณ ขอแนะนำให้ใช้วิธีการกำหนดเส้นทางที่มีมุม 45 องศาหรือการเปลี่ยนส่วนโค้งวงกลมให้มากที่สุด ในวงจรความถี่สูง- เอฟเฟกต์นี้จะเด่นชัดกว่า ตัวอย่างเช่น ในการเดินสายวงจร RF การหลีกเลี่ยงเส้นทาง 90 องศาอย่างเคร่งครัดสามารถลดการสะท้อนของสัญญาณได้อย่างมีประสิทธิภาพและปรับปรุงประสิทธิภาพการส่งสัญญาณ
(3) เจาะรูตามสมควร
Vias ใช้เพื่อเชื่อมต่อวงจรที่มีเลเยอร์ต่างๆ แต่พวกมันสามารถนำความจุและการเหนี่ยวนำของปรสิตมาได้ ซึ่งส่งผลเสียต่อสัญญาณความเร็วสูง- ดังนั้น สำหรับสายสัญญาณความเร็วสูง- ควรลดจำนวนจุดแวะให้เหลือน้อยที่สุด ในขณะเดียวกันก็จำเป็นต้องเลือกขนาดของทางให้สมเหตุสมผล ถ้าขนาดผ่านใหญ่เกินไป จะใช้พื้นที่มากเกินไป และส่งผลต่อความหนาแน่นของสายไฟ ขนาดรูเจาะทะลุ-เล็กเกินไป ซึ่งอาจเพิ่มความยากในการเจาะและทำให้ยากต่อการรับรองคุณภาพในระหว่างกระบวนการชุบด้วยไฟฟ้า
4 การสื่อสารกระบวนการผลิต
(1) ชี้แจงข้อกำหนดกระบวนการกับผู้ผลิต
ก่อนการปรับแต่ง จำเป็นต้องสื่อสารกับผู้ผลิต PCB อย่างเต็มที่เพื่อชี้แจงข้อกำหนดกระบวนการต่างๆ เช่น ความกว้างและระยะห่างของเส้นขั้นต่ำ ขนาดขั้นต่ำ ความแม่นยำในการจัดตำแหน่งระหว่างเลเยอร์ ฯลฯ ความสามารถของกระบวนการของผู้ผลิตแต่ละรายมีความแตกต่างกัน และหากข้อกำหนดของกระบวนการเกินความสามารถของผู้ผลิต ก็อาจนำไปสู่ปัญหาด้านคุณภาพของผลิตภัณฑ์หรือไม่สามารถผลิตได้ ตัวอย่างเช่น ผู้ผลิตบางรายสามารถบรรลุความกว้างของเส้นและระยะห่างขั้นต่ำเพียง 0.15 มม. เท่านั้น หากข้อกำหนดการออกแบบคือ 0.1 มม. ก็ไม่สามารถตอบสนองความต้องการในการผลิตได้
(2) เข้าใจกระบวนการผลิตและวงจรการผลิต
การทำความเข้าใจกระบวนการผลิตและวงจรของแผงวงจรพิมพ์สามารถช่วยในการจัดกำหนดการความคืบหน้าในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ กระบวนการผลิตประกอบด้วยการผลิตชั้นใน การเคลือบ การเจาะ การชุบด้วยไฟฟ้า การผลิตชั้นนอก การรักษาพื้นผิว และขั้นตอนอื่นๆ ซึ่งแต่ละขั้นตอนต้องใช้เวลาพอสมควร ตัวอย่างเช่น วงจรการผลิตโดยทั่วไปสำหรับ PCB 4- เลเยอร์อาจเป็น 3- 5 วัน ในขณะที่วงจรการผลิตสำหรับ PCB ที่มีความแม่นยำสูงหลายชั้นอาจนานถึง 7-10 วันหรือนานกว่านั้นด้วยซ้ำ เมื่อทำการปรับแต่ง จำเป็นต้องวางแผนเวลาการผลิตล่วงหน้าตามปัจจัยต่างๆ เช่น เวลาเปิดตัวผลิตภัณฑ์
(3) ยืนยันมาตรฐานการตรวจสอบคุณภาพ
ยืนยันมาตรฐานการทดสอบคุณภาพกับผู้ผลิต เช่น มาตรฐานการทดสอบรูปลักษณ์ มาตรฐานการทดสอบประสิทธิภาพทางไฟฟ้า ฯลฯ วิธีการตรวจจับทั่วไป ได้แก่ การตรวจสอบด้วยแสงอัตโนมัติ การทดสอบเข็มบิน การตรวจสอบรังสีเอกซ์- ฯลฯ ด้วยการกำหนดมาตรฐานการทดสอบที่ชัดเจน ทำให้มั่นใจได้ว่าแผงวงจรพิมพ์แบบกำหนดเองจะตรงตามข้อกำหนดด้านคุณภาพ ตัวอย่างเช่น สำหรับแผงวงจรพิมพ์ของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ระดับไฮเอนด์บางประเภท จำเป็นต้องมีการตรวจสอบรังสีเอกซ์- เพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือของการเชื่อมต่อระหว่างเลเยอร์ และไม่มีข้อบกพร่องภายใน
5, การควบคุมต้นทุน
(1) เพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบเพื่อลดต้นทุน
ลดต้นทุนด้วยการออกแบบที่ปรับให้เหมาะสมในขณะที่ตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพ เช่น การลดจำนวนชั้นอย่างสมเหตุสมผล การใช้แผงวงจรพิมพ์ขนาดมาตรฐาน และลดข้อกำหนดกระบวนการพิเศษให้เหลือน้อยที่สุด ตัวอย่างเช่น หากสามารถปรับโครงร่างวงจรให้เหมาะสมเพื่อลดการออกแบบที่เดิมต้องใช้ 8 ชั้นเป็น 6 ชั้น ต้นทุนการผลิตก็จะลดลงอย่างมาก
(2) เลือกกระบวนการผลิตที่เหมาะสม
กระบวนการผลิตที่แตกต่างกันมีต้นทุนที่แตกต่างกัน และจำเป็นต้องเลือกกระบวนการที่เหมาะสมตามความต้องการของผลิตภัณฑ์ ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการปรับสภาพพื้นผิว ค่าใช้จ่ายในการพ่นดีบุกค่อนข้างต่ำ ในขณะที่ต้นทุนการสะสมทองคำค่อนข้างสูง หากผลิตภัณฑ์มีข้อกำหนดสูงสำหรับความน่าเชื่อถือในการเชื่อมและต้นทุนเอื้ออำนวย ก็สามารถเลือกกระบวนการแช่ทองได้ หากต้นทุนมีความละเอียดอ่อนและข้อกำหนดความน่าเชื่อถือในการเชื่อมไม่สูงมากนัก กระบวนการพ่นดีบุกอาจมีความเหมาะสมมากกว่า
(3) การจัดซื้อจำนวนมากช่วยลดต้นทุนวัสดุ
หากปริมาณที่กำหนดเองมีขนาดใหญ่ สามารถเจรจาการจัดซื้อจำนวนมากกับซัพพลายเออร์วัสดุเพื่อลดต้นทุนวัสดุได้ ในขณะเดียวกัน การเจรจาต่อรองส่วนลดราคากับผู้ผลิต PCB เพื่อการผลิตจำนวนมากสามารถลดต้นทุนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น การซื้อซับสเตรตและฟอยล์ทองแดงจำนวนมากในคราวเดียวสามารถได้รับส่วนลดราคาที่แน่นอน ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนการผลิตโดยรวม