PCB ข้างเดียว vs ข้างสอง vs หลายชั้น: การเลือกการออกแบบที่เหมาะสมสําหรับโครงการของคุณ

บอร์ดวงจรพิมพ์ (PCBs) เป็นกระดูกสันหลังของอิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัย แต่ไม่ใช่ PCB ทั้งหมดที่สร้างขึ้นเท่ากันและ PCB หลายชั้น ขึ้นอยู่กับปัจจัย เช่น ความซับซ้อน, ความจํากัดของพื้นที่, ความต้องการการทํางานและงบประมาณ แต่ละชนิดมีข้อดีและข้อจํากัดที่เป็นเอกลักษณ์ ทําให้มันเหมาะสําหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน จากไฟฟัน LED ง่าย ๆ ไปยังรูเตอร์ 5G ที่ทันสมัย

คู่มือนี้แยกความแตกต่างสําคัญระหว่าง 3 ประเภทของ PCB โดยเปรียบเทียบการสร้าง, ผลงาน, ค่าใช้จ่าย และกรณีการใช้งานที่ดีที่สุด โดยเข้าใจจุดแข็งและจุดอ่อนของพวกเขาวิศวกร, ผู้ออกแบบและผู้ผลิตสามารถตัดสินใจอย่างมีสาระ ที่สมดุลระหว่างความสามารถในการทํางานและราคาถูก

ประเด็นสําคัญ
1PCB ทั้ งหนึ ่ งเป็ น PCB ที ่ ง่าย ที ่ สุ ดและราคาถู กที ่ สุ ด, มี ส่วนผ่ านในฝั่งหนึ่ง, เหมาะสมสําหรั บอุ ปกรณที ่ มี ความซับซ้อนต่ อ (เช่น เครื่องคิดเลข) แต่ จํากัดโดยความหนาแน่นต่ อและการสั ่ งทางสัญญาณ.
2. PCB สองด้านให้ความยืดหยุ่นมากขึ้นกับองค์ประกอบในทั้งสองข้างและทางผ่านรู, การสนับสนุนความซับซ้อนปานกลาง (ตัวอย่างเช่น, บอร์ด Arduino) ในต้นทุนระดับกลาง
3.PCB หลายชั้น (4+ ชั้น) ให้ความหนาแน่นสูง ความสมบูรณ์แบบของสัญญาณที่ดีกว่า และการจัดการพลังงาน ทําให้มันจําเป็นสําหรับอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อน (เช่น สมาร์ทโฟนสถานีฐาน 5G) แต่มีค่าใช้จ่ายสูงกว่า.
4การเลือกชนิดที่เหมาะสมลดต้นทุนการผลิตลง 20~50%: การออกแบบมากเกินไปด้วย PCB หลายชั้นสําหรับอุปกรณ์ง่าย ๆ คือการสูญเสียเงินขณะที่การออกแบบไม่ดีด้วยบอร์ดข้างเดียว สําหรับการออกแบบที่ซับซ้อน จะทําให้เกิดความล้มเหลวในการทํางาน.

PCB ที่ มี ด้าน เดียว, ด้าน สอง, และ หลาย ชั้น มี ความหมาย เช่น ไร?
ความแตกต่างหลักระหว่างชนิด PCB เหล่านี้อยู่ที่จํานวนชั้นของพวกเขา และวิธีการจัดองค์ประกอบและรอย

PCB มีด้านเดียว
a.การก่อสร้าง: เป็นชั้นเดียวของแผ่นทองแดงที่นําไฟที่ผูกกับด้านหนึ่งของพื้นฐานประกอบกัน (โดยทั่วไป FR4) ส่วนประกอบติดตั้งอยู่ด้านทองแดงโดยมีรอยทั้งหมดถูกนําไปสู่ชั้นเดียวนั้น.
b. คุณลักษณะสําคัญ: ไม่จําเป็นต้องมีช่องทาง (รูที่เชื่อมต่อชั้น) เนื่องจากมีเพียงชั้นนําเดียว
c. ความหนา: โดยทั่วไป 0.8 ∼ 1.6 มิลลิเมตร โดยมีทองแดง 1 ออนซ์ (ความหนา 35 μm) เป็นรอย

พีซีบีสองด้าน
a.การก่อสร้าง: ชั้นทองแดงในทั้งสองด้านของพื้นฐาน, ด้วยช่องผ่านรู (รู plated) เชื่อมต่อรอยด้านบนและด้านล่าง. ส่วนประกอบสามารถติดตั้งอยู่ด้านทั้งสองข้าง
b.คุณสมบัติสําคัญ: Vias ทําให้สัญญาณสามารถกระโดดระหว่างชั้น, ทําให้การนําทางที่ซับซ้อนกว่า PCB มีด้านเดียว.
c. ความหนา: 0.8 ~ 2.4 มิลลิเมตร, ด้วยทองแดง 1 ~ 2 ออนซ์สําหรับรอย (35 ~ 70 μm).

PCB หลายชั้น
a.การก่อสร้าง: 4 ชั้นทองแดงหรือมากกว่า (จํานวนคู่เป็นมาตรฐาน) แยกแยกด้วยชั้นรองพื้นที่กันหนาว (prepreg และแกน) ชั้นภายในมักเป็นระดับพื้นดินหรือเครือข่ายการกระจายพลังงาน,ขณะที่ชั้นภายนอกถือองค์ประกอบ
b.ลักษณะสําคัญ: ช่องทางที่ตาบอด (เชื่อมต่อชั้นภายนอกกับชั้นภายใน) และช่องทางที่ฝัง (เชื่อมต่อชั้นภายในเท่านั้น) ทําให้การนําทางหนาแน่นโดยไม่เสียสละพื้นที่เส้นรอยอัมพานซ์ที่ควบคุมรองรับสัญญาณความเร็วสูง.
c. ความหนา: 1.2 ~ 3.2 มิลลิเมตรสําหรับ 4 ~ 16 ชั้น, ด้วยทองแดง 1 ~ 3 ออนซ์ (35 ~ 105 μm) ขึ้นอยู่กับความต้องการพลังงาน.

การเปรียบเทียบข้างๆ: คุณลักษณะสําคัญ

ข้อดีและข้อจํากัดตามชนิด
PCB มีด้านเดียว
ข้อดี:
a. ค่าใช้จ่ายต่ํา: กระบวนการผลิตที่เรียบง่ายที่สุด (ไม่ผ่านการเจาะหรือการเคลือบ) ลดค่าใช้จ่ายของวัสดุและแรงงาน 30% ~ 50% เมื่อเทียบกับ PCB สองด้าน
b.การผลิตอย่างรวดเร็ว: ไม่จําเป็นต้องปรับชั้นหรือผ่านการประมวลผล, ทําให้มีเวลานํา 2 ~ 5 วันสําหรับต้นแบบ
c. การตรวจสอบง่าย: ทุกร่องรอยและส่วนประกอบสามารถมองเห็นได้ในด้านหนึ่ง ทําให้การทดสอบและแก้ปัญหาด้วยมือง่ายขึ้น

จํากัด:
a. ความหนาแน่นต่ํา: เส้นทางไม่สามารถข้ามกันได้โดยไม่ตัดสั้น, จํากัดจํานวนส่วนประกอบและความซับซ้อนของการออกแบบ.
b. ความสมบูรณ์แบบของสัญญาณที่ไม่ดี: เส้นทางยาวและสับสน (จําเป็นเพื่อหลีกเลี่ยงการข้ามข้าม) ส่งผลให้สัญญาณช้าและเสียงดังในการออกแบบความเร็วสูง
c. การจัดการพลังงานที่จํากัด: ชั้นทองแดงเดียวจํากัดการไหลของกระแสไฟฟ้า ทําให้มันไม่เหมาะสําหรับอุปกรณ์ที่มีพลังงานสูง

พีซีบีสองด้าน
ข้อดี:
a.ความหนาแน่นเพิ่มขึ้น: Vias ทําให้รอยสามารถข้ามโดยการนําทางบนชั้นตรงข้าม, การสนับสนุนส่วนประกอบ 2 ٪ 3 เท่ามากกว่า PCB มีด้านเดียว.
b.การนําสัญญาณไปทางที่ดีกว่า: เส้นทางที่สั้นกว่า (ขอบคุณ vias) ลดการสูญเสียสัญญาณ ทําให้มันเหมาะสําหรับการออกแบบดิจิตอลความเร็วต่ํา (≤100MHz)
ค่าใช้จ่ายที่มีประสิทธิภาพ: ถูกกว่า PCB หลายชั้นในขณะที่ให้ความยืดหยุ่นมากกว่าบอร์ดมีด้านเดียว

จํากัด:
a.ยังจํากัดจํานวนชั้น: การออกแบบที่ซับซ้อน (เช่น มีส่วนประกอบ 100+ หรือสัญญาณความเร็วสูง) อาจต้องการชั้นมากกว่าเพื่อหลีกเลี่ยงการสับสน
b. Via ความน่าเชื่อถือ: ช่องผ่านหลุมมีความชุ่มชื่นต่อการแตกของกระบอกภายใต้ความเครียดทางความร้อน ซึ่งเป็นความเสี่ยงในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง (เช่น เครื่องยนต์รถยนต์)

PCB หลายชั้น
ข้อดี:
a.ความหนาแน่นสูง: ชั้นภายในและช่องทางที่ก้าวหน้า (ตาบอด/ฝัง) ทําให้มีองค์ประกอบมากกว่า PCB ที่มีสองด้าน 5 หน่วย 10 เท่า ซึ่งสําคัญสําหรับอุปกรณ์ขนาดเล็ก เช่น สมาร์ทโฟน
b. ความสมบูรณ์แบบของสัญญาณที่ดีกว่า: เส้นรอยอัมพาตที่ควบคุมได้ (50Ω/100Ω) และระนาบพื้นที่พิเศษลดการกระแทกและ EMI ให้น้อยที่สุด โดยรองรับสัญญาณความเร็วสูง (1Gbps+)
การกระจายพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ ชั้นพลังงานแยกแยก ช่วยลดความตึงเครียด โดยจัดการกับกระแสไฟฟ้าสูง (10A+) สําหรับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานมาก เช่น เครื่องรับสัญญาณ 5G
d.ความแข็งแรงทางเครื่องจักร: หลายชั้นของพื้นฐานทําให้มันแข็งแกร่งและทนต่อการบิดเทียบกับ PCB แบบเดียว / สองด้าน

จํากัด:
a. ค่าใช้จ่ายสูงกว่า: การผลิตที่ซับซ้อน (การจัดชั้น, ผ่านการเจาะ, การผสมผสาน) เพิ่มต้นทุน 2 ٪ 5 เท่าเมื่อเทียบกับ PCB สองด้าน
b.เวลานําที่ยาวนาน: วิศวกรรมความแม่นยําและการทดสอบขยายเวลาการผลิตเป็น 7 ~ 14 วันสําหรับต้นแบบและยาวนานสําหรับแผ่นที่มีจํานวนชั้นสูง
c.ความท้าทายในการปรับปรุง: ความบกพร่องชั้นภายในยากที่จะซ่อมแซม เพิ่มอัตราการใช้งานและค่าใช้จ่ายในการปรับปรุง

การใช้งานที่เหมาะสมสําหรับแต่ละชนิด PCB
การสอดคล้องประเภท PCB กับการใช้งานจะรับประกันผลงานที่ดีที่สุดและประสิทธิภาพการใช้จ่าย

PCB มีด้านเดียว
ดีที่สุดสําหรับอุปกรณ์ที่มีความซับซ้อนต่ํา และราคาถูก ที่พื้นที่และผลงานไม่สําคัญ
a.อิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภค: เครื่องควบคุมระยะไกล เครื่องคิดเลข ไฟฟัน LED และของเล่น
b.เซ็นเซอร์อุตสาหกรรม: เซ็นเซอร์อุณหภูมิหรือความชื้นที่ง่าย ๆ ที่มีส่วนประกอบอย่างน้อย
c. แหล่งไฟฟ้า: แหล่งไฟฟ้าแบบเส้นตรงพื้นฐานที่มีส่วนประกอบที่ใช้งานน้อย
ตัวอย่าง: PCB ของเล่นสําหรับเด็กใช้การออกแบบด้านเดียวเพื่อรักษาค่าใช้จ่ายต่ํากว่า 1 ดอลลาร์ต่อหน่วย โดยมีองค์ประกอบ 10 หน่วย (LEDs, resistors, a simple IC)

พีซีบีสองด้าน
เหมาะสําหรับอุปกรณ์ความซับซ้อนปานกลางที่ต้องการองค์ประกอบมากขึ้นและการนําทางที่ดีกว่า PCB มีด้านเดียว:
a. ระบบที่ติดตั้ง: บอร์ด Arduino, Raspberry Pi Pico และอุปกรณ์พื้นฐานที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์
b.อุปกรณ์เสริมรถยนต์: เครื่องชาร์จรถยนต์ กล้องบนแผ่นจานมือ และเครื่องรับ Bluetooth
c. อุปกรณ์เสียง: เครื่องเสริมเสียงหูฟัง, เครื่องเสียงพื้นฐาน และวิทยุ FM
ตัวอย่าง: Arduino Uno ใช้ PCB สองด้านเพื่อใส่ส่วนประกอบ 50+ ส่วน (พอร์ต USB, เครื่องควบคุมแรงดัน, จักรพาน GPIO) โดยมีร่องรอยถูกนําไปทางทั้งสองข้างผ่านช่องผ่าน

PCB หลายชั้น
ไม่จําเป็นสําหรับอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความสามารถสูง และซับซ้อน ที่ความหนาแน่น ความเร็ว และความน่าเชื่อถือเป็นสิ่งสําคัญ
a.สมาร์ทโฟนและอุปกรณ์ที่สามารถสวมใส่ได้: PCB ชั้น 6-12 แพ็คโปรเซสเซอร์, โมเดม 5G และแบตเตอรี่ในแบบลื่น
b. โครงสร้างพื้นฐานโทรคมนาคม: สถานีฐาน 5G และสวิตช์ศูนย์ข้อมูลใช้ PCB ชั้น 12-16 ชั้นสําหรับเครื่องรับเสียงคลื่น mmWave 28GHz และสัญญาณ 100Gbps+
c.อุปกรณ์การแพทย์: เครื่อง MRI และเครื่องกําหนดหัวใจพึ่งพากับ PCB ชั้น 4 8 สําหรับการส่งสัญญาณที่แม่นยําและความต้านทาน EMI
d.Aerospace: ภาระประโยชน์ของดาวเทียมใช้ PCB ชั้น 8 ละ 12 ชั้นที่มีสับสราต Tg สูงเพื่อทนต่ออุณหภูมิและรังสีสูงสุด
ตัวอย่าง: พีซีบีหลักของสมาร์ทโฟน 5G เป็นการออกแบบ 8 ชั้น: 2 ชั้นภายนอกสําหรับองค์ประกอบ, 2 ชั้นภายในสําหรับการกระจายพลังงาน, และ 4 ชั้นสําหรับการส่งสัญญาณความเร็วสูง (5G, Wi-Fi 6E).

การ แบ่ง ราคา: เหตุ ผล ที่ PCB หลาย ชั้น ราคา มาก ขึ้น
ความแตกต่างในราคาระหว่างชนิด PCB เกิดจากความซับซ้อนของการผลิต

วิธี เลือก ชนิด PCB ที่ เหมาะสม
ติดตามกรอบการตัดสินใจนี้เพื่อเลือกชนิด PCB ที่เหมาะสม:
1.ประเมินจํานวนส่วนประกอบ:
< 50 องค์ประกอบ: มีด้านเดียว
50×200 ส่วนประกอบ: มีสองด้าน
200 ส่วนประกอบ: หลายชั้น

2ประเมินความเร็วสัญญาณ:
≤ 100MHz: มีทั้งด้านเดียวและสองด้าน
100MHz1Gbps: มีสองด้านหรือ 4 ชั้น
1Gbps: 4+ ชั้นที่มีการควบคุมความคืบหน้า

3พิจารณาความต้องการพลังงาน:
< 1A: มีด้านเดียว
1?? 10A: มีสองด้านด้วยทองแดงหนา
10A: หลายชั้นที่มีชั้นพลังงานพิเศษ

4ตรวจสอบข้อจํากัดพื้นที่:
หน่วยกั้นขนาดใหญ่ (ตัวอย่างเช่น กล่องอุตสาหกรรม) หน่วยเดียว/สองด้าน
อุปกรณ์คอมแพคต์ (ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์ที่ใส่ได้) หลายชั้น

5ค่าธรรมเนียมและผลประกอบ
แผนค่าใช้จ่าย: ใช้แบบที่ง่ายที่สุดที่ตอบสนองความต้องการ
ให้ความสําคัญกับผลงาน: ปรับปรุงให้มีจํานวนชั้นสูงขึ้นเพื่อความน่าเชื่อถือ

FAQs
ถาม: การออกแบบสามารถเริ่มต้นจาก PCB มีใบเดียว และปรับขนาดเป็นหลายชั้นได้หรือไม่
ตอบ: ครับ ครับ ผลิตภัณฑ์หลายชิ้นพัฒนาจากชิ้นเดียว เป็นชิ้นสอง เป็นชิ้นหลายชั้น เมื่อมีลักษณะเพิ่มขึ้น เช่น นาฬิกาสมาร์ทแรกใช้ PCB สองด้าน ขณะที่รุ่นใหม่ใช้แบบ 6 8 ชั้น

ถาม: PCB หลายชั้นดีสําหรับสัญญาณความเร็วสูงไหม?
ตอบ: โดยทั่วไปใช่. ระดับพื้นที่ที่ตั้งของพวกเขาและร่องรอยอุปสรรคที่ควบคุมสามารถลดการสูญเสียสัญญาณให้น้อยที่สุด. อย่างไรก็ตาม PCB สองด้านที่ออกแบบได้ดีสามารถจัดการได้ถึง 1 Gbps ในร่องรอยสั้น (≤ 5 ซม.)

Q: ผมสามารถลดต้นทุนได้อย่างไร เมื่อใช้ PCB หลายชั้น?
A: ปรับปรุงจํานวนชั้นให้ดีที่สุด (เช่น ใช้ 4 ชั้นแทน 6 ชั้น หากเป็นไปได้) จํากัดช่องทางตาบอด / ช่องทางที่ฝังไว้ในพื้นที่สําคัญและใช้ FR4 มาตรฐานแทนวัสดุที่แพง (เว้นแต่จําเป็นสําหรับความถี่สูง).

ถาม: PCB มีด้านเดียวสามารถเป็น RoHS compliant ได้หรือไม่
ตอบ: ใช่ ผิวพรรณที่ตรงกับ RoHS ขึ้นอยู่กับวัสดุ (ผสมผสมที่ไม่มีหมึก, สับสราตที่ไม่มีฮาโลเจน) ไม่ใช่จํานวนชั้น PCB ข้างเดียวส่วนใหญ่ใช้วัสดุที่ตรงกับ RoHS ในวันนี้

คําถาม: จํานวนชั้นสูงสุดของ PCB คือเท่าไหร่?
ตอบ: PCBs ทางการค้ามักมีขนาดสูงสุด 40 ชั้น (เช่นสําหรับคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่) แต่การใช้งานส่วนใหญ่ใช้ 4 หน่วย 16 ชั้น

สรุป
การเลือกระหว่าง PCB ทั้วเดียว ทั้วสอง และทั้วหลายชั้นขึ้นอยู่กับการสมดุลความซับซ้อน, ผลงาน, และต้นทุน PCB ทั้วเดียวดีเยี่ยมในอุปกรณ์ที่ง่ายและราคาถูกขณะที่กระดานสองด้านให้พื้นที่กลางสําหรับการออกแบบปานกลางพีซีบีหลายชั้นเป็นตัวเลือกสําหรับ อิเล็กทรอนิกส์ที่มีประสิทธิภาพสูงและหนาแน่น แม้ราคาจะสูงกว่า

โดยการสอดคล้องประเภท PCB กับจํานวนส่วนประกอบของโครงการของคุณ ความเร็วสัญญาณ ความต้องการพลังงาน และข้อจํากัดพื้นที่คุณสามารถหลีกเลี่ยงการออกแบบเกิน (และการใช้จ่ายเกิน) หรือการออกแบบต่ํา (และเสี่ยงความล้มเหลว)ในขณะที่อิเล็กทรอนิกส์ยังคงลดตัวและเร่งเร่ง PCB หลายชั้นจะเพิ่มความสําคัญ แต่บอร์ดใบเดียวและใบสองข้างยังคงมีความสําคัญสําหรับการใช้งานที่มีความซับซ้อนและมีค่าใช้จ่ายต่ํา

ในที่สุดชนิดของ PCB ที่เหมาะสมคือชนิดที่ตอบสนองความต้องการการออกแบบของคุณ โดยไม่ต้องใช้จ่ายที่ไม่จําเป็น