การใช้งาน PCB หลายชั้น: การปฏิวัติอุตสาหกรรมผ่านวงจรขั้นสูง

รูปภาพที่สร้างขึ้นโดยลูกค้า

พีซีบีหลายชั้น (PCB) ผสมผสานกันของร่องรอยการนําไฟที่แยกกันด้วยพื้นฐานประกอบกันได้ กลายเป็นกระดูกสันหลังของอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่การปรับปรุงความสมบูรณ์ของสัญญาณและการจัดการความร้อนที่ดีกว่าแผ่นแผ่นชั้นเดียวหรือชั้นสอง พวกเขาขับเคลื่อนอุปกรณ์ที่กําหนดชีวิตประจําวันของเรา และขับเคลื่อนนวัตกรรมอุตสาหกรรมจากเครือข่าย 5G ไปยังอุปกรณ์การแพทย์ที่ช่วยชีวิต, PCB หลายชั้นมีความสําคัญในอุตสาหกรรมที่ผลงาน, การลดขนาดเล็ก, และความน่าเชื่อถือไม่ต่อรอง. คู่มือนี้สํารวจวิธีการที่ภาคต่าง ๆ ใช้เทคโนโลยี PCB หลายชั้นย้ําความต้องการพิเศษของตนเอง, การพิจารณาด้านการออกแบบ และผลประโยชน์ที่วงจรที่ทันสมัยเหล่านี้นํามา

อะไร ทํา ให้ PCB หลาย ชั้น เป็น สิ่ง สําคัญ?
PCB หลายชั้นประกอบด้วยสามชั้นหรือมากกว่าที่นําไฟ (โดยทั่วไปเป็นทองแดง) ที่เชื่อมโยงกันด้วยวัสดุไฟฟ้า (FR-4, โพลีไมด์, หรือโลเมเนตเฉพาะเจาะจง)ข้อดีหลักของพวกเขาเหนือ PCBs ง่าย ๆ ได้แก่:
  1ความหนาแน่นสูงกว่า: หลายชั้นทําให้การนําทางที่ซับซ้อนได้โดยไม่ต้องเพิ่มขนาดพาน, ทําให้อุปกรณ์ขนาดเล็กมีฟังก์ชันมากขึ้น
  2การปรับปรุงความสมบูรณ์ของสัญญาณ: เครื่องบินพื้นดินและเครื่องขับเคลื่อนพิเศษลดเสียงและเสียงข้ามสาย ที่สําคัญสําหรับสัญญาณความถี่สูง (1GHz+)
  3การจัดการความร้อนที่ดีขึ้น: เครื่องบินทองแดงกระจายความร้อนจากส่วนประกอบ ป้องกันจุดร้อนในระบบพลังงานสูง
  4ความยืดหยุ่นในการออกแบบ: สามารถปรับแต่งชั้นให้เหมาะกับฟังก์ชันเฉพาะเจาะจง (เช่น ชั้นหนึ่งสําหรับการกระจายพลังงาน ชั้นหนึ่งสําหรับสัญญาณความเร็วสูง)
ข้อดีเหล่านี้ทําให้ PCB หลายชั้นมีความจําเป็นในอุตสาหกรรมที่ผลักดันขอบเขตของผลงานอิเล็กทรอนิกส์

1การโทรคมนาคมและเครือข่าย
อุตสาหกรรมโทรคมนาคมพึ่งพาการใช้ PCB หลายชั้นในการจัดการกับความต้องการความกว้างแบนด์วิธที่เพิ่มขึ้นของ 5G, ไฟเบอร์ออปติกส์ และพื้นฐานคลาวด์

การใช้งานหลัก
  a สถานีฐาน 5G:PCB ชั้น 6 หน่วย 12 หน่วยที่มีอัตราต่อต้านที่ควบคุม (50Ω) สําหรับเครื่องรับรังสี mmWave (28 หน่วย 60GHz) บอร์ดเหล่านี้ต้องการระยะห่างรอยที่แน่น (2 หน่วย 3 มิล) และแผ่น laminates ความสูญเสียต่ํา (เช่นRogers RO4830) เพื่อลดความอ่อนแอของสัญญาณให้น้อยที่สุด.
  b.รูเตอร์และสวิตช์:PCB ชั้น 8 หน่วย 16 หน่วยที่มีอินเตอร์เฟซความเร็วสูง (100Gbps + Ethernet) ที่ใช้ช่องทางที่ฝังและสายตาบอดในการนําสัญญาณระหว่างชั้นโดยไม่ต้องมีการขัดแย้ง
 c.การสื่อสารผ่านดาวเทียม:PCB ชั้น 12-20 ที่มีวัสดุที่แข็งแรงต่อการรังสีเพื่อทนต่อรังสีจักรวาลและความอืดหยุ่นของอุณหภูมิที่รุนแรง (-200 °C ถึง 150 °C)

ความต้องการการออกแบบ

ประโยชน์
ทําให้อัตราการส่งข้อมูลเร็วกว่า 4G ถึง 10 เท่า โดยรองรับความเร็วสูงสุด 10Gbps ของ 5G
ลดความช้าเหลือ <10ms ที่สําคัญสําหรับการใช้งานในเวลาจริง เช่นรถยนต์ที่ใช้ตัวเอง

2อิเล็กทรอนิกส์รถยนต์
รถยนต์ที่ทันสมัย โดยเฉพาะรถไฟฟ้า (EVs) และรถที่มีระบบช่วยคนขับที่ทันสมัย (ADAS) ใช้ PCB หลายชั้นสําหรับระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อน

การใช้งานหลัก
a.โมดูล ADAS:PCB ชั้น 8-12 สําหรับระบบราดาร์ (77GHz), ลีดาร์ และกล้อง. บอร์ดเหล่านี้ใช้การนําทางและการป้องกันเส้นเส้นเพื่อป้องกันการแทรกแซงระหว่างเซ็นเซอร์
b.ระบบจัดการแบตเตอรี่ EV (BMS)PCB ชั้น 6 หมื่น 10 หมื่นที่มีทองแดงหนา (3 หมื่น 6 oz) เพื่อจัดการกับกระแสไฟฟ้าสูง (100 หมื่น 500 A) และติดตามความกระชับของเซลล์ในแพ็คแบตเตอรี่
  c.ระบบสารสนเทศ: PCB 4 8 ชั้นรวมจอสัมผัส, GPS, และโมเดม 4G / 5G, กับส่วนยืดหยุ่นสําหรับจอโค้ง

ความต้องการการออกแบบ
ความทนทานต่ออุณหภูมิ: ต้องทํางานในระดับ -40 °C ถึง 125 °C (ภายใต้กระโปรง) และ -40 °C ถึง 85 °C (ภายใน)
ความอดทนต่อการสั่นสะเทือน: ตอบสนองมาตรฐาน IPC-A-600 ชั้น 3 เพื่อทนต่อการสั่นสะเทือน 10~2000Hz
ความสามารถในการป้องกันไฟ: UL94 V-0 เพื่อลดความเสี่ยงจากไฟ

ประโยชน์
พีซีบีเอส (ADAS) ทําให้การหลีกเลี่ยงการชนกัน และการควบคุมความเร็วแบบปรับตัว ช่วยลดอัตราอุบัติเหตุ 20%+
PCBs BMS ขยายอายุของแบตเตอรี่ EV โดย 15~20% ผ่านการสมดุลเซลล์ที่แม่นยํา

3อุปกรณ์การแพทย์
อิเล็กทรอนิกส์ทางการแพทย์ต้องการ PCB หลายชั้น ที่รวมการลดขนาดเล็กกับความน่าเชื่อถือสูงมาก มักอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ไร้สาระหรือรุนแรง

การใช้งานหลัก
   a.อุปกรณ์ที่สามารถปลูก:4?? 8 ชั้น PCBs นุ่มนวล (พอลิไมด์สับสราต) สําหรับเครื่องกําหนดหัวใจ, เครื่องกระตุ้นประสาท, และปั๊มอินซูลิน. บอร์ดเหล่านี้มีความสอดคล้องทางชีวภาพ (ISO 10993) และปิดปิด
   b.อุปกรณ์การวินิจฉัยPCB ชั้น 816 สําหรับเครื่อง MRI, เครื่องสแกน CT และเครื่องวิเคราะห์เลือด พวกเขาต้องการการแทรกแซงแม่เหล็กต่ําและความละเอียดสูง (การสอดคล้องรอย ± 0.1 มม)
   c มอนิเตอร์ที่ใส่ได้:PCB 4 ละ 6 ชั้นที่มีเซ็นเซอร์บูรณาการ (ECG, SpO2) ที่สมดุลขนาดเล็กกับอายุการใช้งานแบตเตอรี่ยาวนาน

ความต้องการการออกแบบ

ประโยชน์
PCBs ที่สามารถปลูกได้ทํางานได้อย่างน่าเชื่อถือตลอด 5~10 ปี ลดความต้องการในการเปลี่ยนผ่าตัด
PCBs การวินิจฉัยทําให้ 99% + ความแม่นยําในการทดสอบเช่นการตรวจสอบน้ําตาลในเลือด

4การบินและอวกาศและการป้องกัน
ระบบอากาศและการป้องกันต้องการ PCB หลายชั้น ที่ทํางานในสภาพที่รุนแรง จากแรง G ที่สูงไปยังสภาพแวดล้อมที่รุนแรงต่อการรังสี

การใช้งานหลัก
   a.เครื่องบิน:PCB ชั้น 10-20 สําหรับระบบควบคุมการบิน, การนําทาง (GPS), และบันเทิงในระหว่างการบิน. บอร์ดเหล่านี้ตอบสนองมาตรฐาน DO-254 สําหรับความเหมาะสําหรับการบิน.
   b.วิทยุทหาร:PCB ชั้น 8 หน่วย 14 หน่วยที่มีโมดูลสื่อสารที่เข้ารหัส ทนต่อการบดบังและการโจมตี EMP (EMP)
เครื่องบินไร้คนขับ (UAVs): PCB น้ําหนักเบา 6 ผิว 12 ชั้น (แกนอลูมิเนียม) สําหรับระบบเฝ้าระวังและสํารวจ

ความต้องการการออกแบบ
ความน่าเชื่อถือ: MTBF (Mean Time Between Failures) > 10,000 ชั่วโมง
ความทนทานต่อสิ่งแวดล้อม: ทนกับสเปรย์เกลือ (ASTM B117), ความชื้น (95% RH) และความสูง (สูงถึง 60,000 ฟุต)
ความปลอดภัย: การออกแบบที่ป้องกันการปลอมแปลงที่มีการติดตั้งส่วนประกอบที่ปลอดภัย

ประโยชน์
PCBs ของเครื่องบินให้ความปลอดภัย < 1 ความผิดพลาดต่อ 1 ล้านชั่วโมงการบิน ที่สําคัญต่อความปลอดภัยของผู้โดยสาร
PCBs ของทหารทํางานในสภาพสนามรบ เพื่อรักษาการสื่อสารในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

5อิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภค
จากสมาร์ทโฟนถึงอุปกรณ์ในบ้านที่ฉลาด อิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภคพึ่งพา PCB หลายชั้น เพื่อบรรจุคุณสมบัติมากขึ้นในรูปแบบที่เล็กกว่า

การใช้งานหลัก
   a.สมาร์ทโฟน: PCB HDI (High-Density Interconnect) ชั้น 6?? 12 ชั้นที่มีไมโครวิอา (0.1mm กว้าง) สําหรับโมเดม 5G กล้องและโปรเซสเซอร์ (เช่น Qualcomm Snapdragon 8 Gen 3).
  b.คอมพิวเตอร์เล็ปต็อปและแท็บเล็ตPCB ชั้น 8 หมวด 10 กับวงจรการจัดการพลังงานที่สมดุลการทํางานและอายุของแบตเตอรี่
  c.อุปกรณ์บ้านฉลาด:PCB 4?? 6 ชั้นสําหรับเครื่องเสียงฉลาด, เตอร์โมสแตต และกล้องวงจรปิด พร้อมโมดูล Wi-Fi / Bluetooth

ความต้องการการออกแบบ
การลดขนาด: ความยาวของส่วนประกอบที่เล็กเพียง 0.3 มิลลิเมตร (BGAs) และระยะห่างรอย < 2 มิล
ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน: ส่วนประกอบที่มีพลังงานต่ํา และระดับพื้นที่ที่ปรับปรุงเพื่อขยายอายุการใช้งานของแบตเตอรี่
ค่าใช้จ่าย: วัสดุประหยัด (FR-4 มาตรฐาน) สําหรับการผลิตปริมาณสูง

ประโยชน์
สามารถออกแบบขนาดเล็ก (เช่น สมาร์ทโฟนขนาด 7 มม.) ด้วยกล้อง 10+ และการเชื่อมต่อ 5G
ลดการบริโภคพลังงาน 30% เมื่อเทียบกับ PCB ชั้นเดียวในอุปกรณ์ เช่น เครื่องเสียงฉลาด

6อัตโนมัติอุตสาหกรรม
เครื่องจักรอุตสาหกรรมใช้ PCB หลายชั้น เพื่อรองรับการควบคุมความแม่นยํา การเชื่อมต่อ และความทนทานในสภาพแวดล้อมโรงงาน

การใช้งานหลัก
   a.PLCs (Programmable Logic Controllers) ระบบควบคุมโลจิกที่สามารถเขียนโปรแกรมได้:PCB ชั้น 610 สําหรับการควบคุมกระบวนการในสายการผลิต มีความแข็งแกร่งต่อเสียงเสียงสูง
   b.หุ่นยนต์:PCB ชั้น 8-12 สําหรับไดรเวอร์มอเตอร์, เซนเซอร์ และโมดูลการสื่อสาร (EtherCAT, PROFINET)
  c.เซ็นเซอร์:PCB ชั้น 4 8 สําหรับอุตสาหกรรม IoT (IIoT) อุปกรณ์ตรวจสอบอุณหภูมิ ความดัน และการสั่นสะเทือน

ความต้องการการออกแบบ
ความคุ้มกันเสียง: ชั้นที่ป้องกันเพื่อต้านทานการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) จากมอเตอร์และเครื่องจักรหนัก
อายุยาว: อายุการใช้งาน 10+ ปี ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่รุนแรง (ฝุ่น, ความชื้น, สารเคมี)
การจัดการกับกระแสไฟฟ้าสูง: ทองแดงหนา (24 oz) สําหรับวงจรควบคุมมอเตอร์

ประโยชน์
ลดเวลาหยุดทํางานที่ไม่ได้วางแผนลงถึง 40% ผ่านการทํางานของเซ็นเซอร์และตัวควบคุมที่น่าเชื่อถือ
ทําให้อุตสาหกรรม 4.0 อัตโนมัติ ด้วยการประมวลผลข้อมูลในเวลาจริง และการสื่อสารระหว่างเครื่อง

แนวโน้ม PCB หลายชั้นในอุตสาหกรรม
มีแนวโน้มหลายอย่างที่กําลังปรับปรุงการนํา PCB หลายชั้นมาใช้ในทุกสาขา
  เพิ่มจํานวนชั้น:PCB ชั้น 16-24 กําลังกลายเป็นเรื่องปกติใน 5G และ AI แอพลิเคชั่น โดยการขับเคลื่อนโดยความต้องการของพลังงานและสัญญาณชั้นมากขึ้น
  การบูรณาการ HDIไมโครวิอาและไฟสต็อป (stacked vias) กําลังเปลี่ยนไฟสต็อปผ่านรูแบบดั้งเดิม ทําให้ความหนาแน่นของส่วนประกอบสูงขึ้น 30%
  วัสดุที่ยั่งยืน:แลมเนตไร้ฮาโลเจนและทองแดงรีไซเคิลกําลังได้รับความนิยม โดยเฉพาะในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์รถยนต์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภค (ความเป็นมาของ EU RoHS, REACH)
  การออกแบบที่ใช้ AI:อุปกรณ์การเรียนรู้เครื่องยนต์ทําให้การคัดสรรชั้นและการติดตามเส้นทางดีที่สุด โดยลดเวลาในการออกแบบ 50% และปรับปรุงความสมบูรณ์ของสัญญาณ

การวิเคราะห์เปรียบเทียบ: PCB หลายชั้นตามอุตสาหกรรม

FAQ
Q: จํานวนชั้นสูงสุดใน PCB หลายชั้นทางการค้าคือเท่าไหร่?
A: PCBs ทางการค้าโดยทั่วไปจะมีความยาวจาก 3 ถึง 40 ชั้น โดยมี 16 ~ 24 ชั้นที่พบได้ในด้านโทรคมนาคมระดับสูงและการใช้งานด้านอากาศ

คําถาม: จํานวนชั้นส่งผลต่อราคาอย่างไร?
ตอบ: ค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้นอย่างเร่งขันกับจํานวนชั้น PCB 12 ชั้นมีค่าใช้จ่าย ~ 3 เท่ามากกว่า PCB 4 ชั้นเนื่องจากขั้นตอนการละเมิน, การเจาะและการทดสอบเพิ่มเติม

ถาม: PCBs ที่ยืดหยุ่นมีในการออกแบบหลายชั้นหรือไม่
ตอบ: ครับ PCB หลายชั้นยืดหยุ่น (2?? 10 ชั้น) ใช้โพลีไมด์สับสราต และเป็นเรื่องปกติในอุปกรณ์การแพทย์, เครื่องสวม และจอโค้งในรถยนต์

คําถาม: ระยะเวลาในการนํามาใช้ PCB หลายชั้นเป็นประจําเท่าไหร่?
ตอบ: ระยะเวลาในการนําไปใช้ตั้งแต่ 2 ช่วงสัปดาห์สําหรับ PCB ชั้น 4 ช่วงสัปดาห์สําหรับ PCB ชั้น 8 ช่วงสัปดาห์สําหรับแผ่นชั้น 16 + ที่มีความซับซ้อนที่ต้องการวัสดุพิเศษ

สรุป
พีซีบีหลายชั้นเป็นฮีโร่ที่ไม่เป็นที่รู้จักของเทคโนโลยีที่ทันสมัย ทําให้เกิดนวัตกรรมใหม่ในสาขาโทรคมนาคม รถยนต์ การแพทย์ การบินอวกาศ อิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภค และอุตสาหกรรมความสามารถในการสมดุลความหนาแน่น, ผลงานและความน่าเชื่อถือทําให้มันจําเป็นในแอพลิเคชั่นที่แผ่นชั้นเดียวไม่เพียงพอ

เนื่องจากอุตสาหกรรมต้องการความเร็วที่เร็วขึ้น ขนาดเล็กลง และมีฟังก์ชันที่ดีขึ้น เทคโนโลยี PCB หลายชั้นจะดําเนินการพัฒนาต่อไปสําหรับช่างและผู้ผลิต, การเข้าใจความต้องการเฉพาะของแต่ละอุตสาหกรรมเป็นสิ่งสําคัญในการนํา PCB หลายชั้นไปใช้อย่างมีประสิทธิภาพ ไม่ว่าจะเป็นการสร้างสถานีฐาน 5G หรืออุปกรณ์การแพทย์ที่ช่วยชีวิตหรือรุ่นใหม่ของรถไฟฟ้า.
ข้อสรุปสําคัญ: พีซีบีหลายชั้น ไม่ใช่แค่ส่วนประกอบ มันคือรากฐานของความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ทําให้อุปกรณ์และระบบที่เชื่อมต่อ ป้องกัน และปรับปรุงชีวิตของเราสามารถใช้ได้