ทำไมต้องใช้ PCB หลายชั้น?
ในยุคที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีความซับซ้อนมากขึ้น PCB หลายชั้น กลายเป็นสิ่งจำเป็น ตามข้อมูลจาก IPC มากกว่า 70% ของ PCB ที่ผลิตในปัจจุบันมีตั้งแต่ 4 ชั้นขึ้นไป
> "Stackup ที่ออกแบบไม่ดีคือสาเหตุอันดับ 1 ของปัญหา EMI และ Signal Integrity ผมเคยช่วยลูกค้าแก้ปัญหา noise ที่หายไปทันทีหลังปรับ Stackup ใหม่" — Hommer Zhao, ผู้เชี่ยวชาญ PCB
เหตุผลที่ต้องเพิ่มจำนวนชั้น
| เหตุผล | รายละเอียด |
|---|---|
| ความหนาแน่นสูง | มี Component และ Net มาก |
| Impedance Control | ต้องการ Controlled impedance traces |
| EMI Reduction | ต้องมี Shield layers |
| Power Integrity | ต้องการ Power/Ground planes |
| High-Speed Signals | สัญญาณความถี่สูง |
หลักการพื้นฐานของ Stackup
Layer Types
1. Signal Layers
- เส้นสัญญาณและ Routing
- Microstrip (ชั้นนอก) หรือ Stripline (ชั้นใน)
2. Plane Layers
- Ground Plane (GND)
- Power Plane (VCC, 3.3V, 5V, etc.)
- ช่วย Return path และลด EMI
3. Mixed Layers
- ผสม Signal กับ Power
- ใช้เมื่อจำนวนชั้นจำกัด
กฎพื้นฐาน
| กฎ | คำอธิบาย |
|---|---|
| Symmetry | Stackup ต้องสมมาตรจากกลาง |
| Signal-Plane Pair | Signal layer ต้องมี Reference plane |
| No Adjacent Signals | หลีกเลี่ยง Signal layers ติดกัน |
| Power-Ground Pair | Power/Ground ควรอยู่ติดกัน |
Stackup มาตรฐานสำหรับแต่ละจำนวนชั้น
4-Layer Stackup (ยอดนิยม)
เหมาะสำหรับ: งานทั่วไป, Mixed-signal, Low-cost
Configuration แนะนำ:
| Layer | ประเภท | การใช้งาน |
|---|---|---|
| L1 (Top) | Signal | Components, Traces |
| L2 | Ground Plane | GND (Complete) |
| L3 | Power Plane | VCC, 3.3V, etc. |
| L4 (Bot) | Signal | Routing, Components |
ข้อดี:
- ต้นทุนต่ำ
- ผลิตง่าย
- Lead time สั้น
ข้อจำกัด:
- Routing space จำกัด
- EMI สูงกว่า 6+ layers
6-Layer Stackup
เหมาะสำหรับ: High-speed digital, HDI, Complex routing
Configuration แนะนำ:
| Layer | ประเภท | การใช้งาน |
|---|---|---|
| L1 (Top) | Signal | High-speed, Components |
| L2 | Ground Plane | GND (Shield) |
| L3 | Signal | Routing |
| L4 | Power Plane | VCC |
| L5 | Ground Plane | GND |
| L6 (Bot) | Signal | Components |
ข้อดี:
- EMI ดีกว่า 4-layer มาก
- Signal layers มี Reference plane ทั้งหมด
- เหมาะกับ DDR, USB 3.0
8-Layer Stackup
เหมาะสำหรับ: High-speed, Server, Telecom
Configuration แนะนำ:
| Layer | ประเภท | การใช้งาน |
|---|---|---|
| L1 | Signal | High-speed, BGA escape |
| L2 | GND | Shield |
| L3 | Signal | Routing |
| L4 | Power | Multiple voltages |
| L5 | GND | Split return |
| L6 | Signal | Routing |
| L7 | GND | Shield |
| L8 | Signal | Components |
10+ Layer Stackup
สำหรับ: FPGA, GPU, High-end servers, Aerospace
เพิ่ม Signal และ Plane layers ตามความต้องการ โดยรักษากฎ:
- Symmetry
- Signal-Plane pairing
- Power-Ground coupling
Impedance Control
ประเภทของ Transmission Lines
1. Microstrip
- อยู่ชั้นนอก
- Reference plane ด้านล่าง
- Z0 ≈ 50Ω ทั่วไป
2. Stripline
- อยู่ชั้นใน
- Reference plane ทั้งบนและล่าง
- Better shielding
3. Differential Pair
- สำหรับ USB, HDMI, Ethernet
- Z_diff ≈ 90-100Ω
ตารางค่า Impedance ทั่วไป
| สัญญาณ | Impedance | ประเภท |
|---|---|---|
| USB 2.0 | 90Ω diff | Differential |
| USB 3.0 | 90Ω diff | Differential |
| HDMI | 100Ω diff | Differential |
| PCIe | 85Ω diff | Differential |
| DDR4 | 40Ω single | Single-ended |
| Ethernet | 100Ω diff | Differential |
ปัจจัยที่มีผลต่อ Impedance
| ปัจจัย | ผลต่อ Z0 |
|---|---|
| Trace width ↑ | Z0 ↓ |
| Dielectric height ↑ | Z0 ↑ |
| Dielectric constant ↑ | Z0 ↓ |
| Copper thickness ↑ | Z0 ↓ (เล็กน้อย) |
Material Selection
FR4 มาตรฐาน
| คุณสมบัติ | ค่า |
|---|---|
| Dk (Dielectric constant) | 4.2-4.8 |
| Df (Loss tangent) | 0.02-0.025 |
| Tg | 130-140°C |
| ความถี่สูงสุด | ~3GHz |
เหมาะสำหรับ: งานทั่วไป, Low-cost
High-Tg FR4
| คุณสมบัติ | ค่า |
|---|---|
| Tg | 170-180°C |
| ทนความร้อน | ดีกว่า Standard |
| ราคา | +10-15% |
เหมาะสำหรับ: Automotive, Lead-free assembly
High-Speed Materials (Rogers, Megtron)
| คุณสมบัติ | ค่า |
|---|---|
| Dk | 3.0-3.5 |
| Df | 0.002-0.005 |
| ความถี่ | >10GHz |
| ราคา | 5-10x FR4 |
เหมาะสำหรับ: RF, 5G Telecom, Radar
Signal Integrity Considerations
Layer Assignment Strategy
High-speed signals:
- วางบน Layer ที่มี Solid ground plane ติดกัน
- หลีกเลี่ยงการ Route ข้าม Split plane
- ใช้ Via stitching สำหรับ Return path
Clock signals:
- แยก Layer จาก Sensitive analog
- Route สั้นที่สุด
- Shield ถ้าจำเป็น
Analog signals:
- แยกจาก Digital
- มี Dedicated ground area
- หลีกเลี่ยง Noise coupling
Return Path
ทุก Signal ต้องมี Return path ที่ชัดเจน:
- Via ที่ผ่าน Reference plane ต้องมี Ground via ใกล้
- หลีกเลี่ยง Route ข้าม Slot ใน Plane
- ใช้ Stitching vias สำหรับ Differential pairs
Power Integrity
Power Plane Design
Multiple Voltages:
- แบ่ง Plane เป็น Islands
- วาง Decoupling capacitors ที่ขอบ
- ใช้ Via สำหรับ Power delivery
Decoupling Strategy:
| ระดับ | Capacitor | ตำแหน่ง |
|---|---|---|
| Bulk | 100μF-470μF | ใกล้ Power entry |
| Mid-freq | 1μF-10μF | กระจายบน Board |
| High-freq | 0.1μF | ใกล้ IC pins |
| Local | 10nF-100nF | ที่ Power pins |
EMI Reduction
Shield Layers
- Ground plane ชั้นนอก (L2) ทำหน้าที่เป็น Shield
- ลด Emission และ Susceptibility
- สำคัญสำหรับอุปกรณ์การแพทย์
Edge Plating
สำหรับ Application ที่ต้องการ EMI shield สูง:
- Plated edges รอบ Board
- เพิ่ม Shielding effectiveness
- ใช้ใน Military, Medical
Design for Manufacturing (DFM)
Layer-to-Layer Registration
| จำนวนชั้น | Tolerance ทั่วไป |
|---|---|
| 4 layers | ±75μm |
| 6-8 layers | ±100μm |
| 10+ layers | ±125μm |
Via Considerations
- Aspect ratio (ความลึก:เส้นผ่านศูนย์กลาง) ไม่เกิน 10:1
- สำหรับ HDI: Microvia ≤ 150μm
- Blind/Buried vias เพิ่มต้นทุนและ Lead time
รายละเอียดเพิ่มเติมที่ คู่มือ DFM
ต้นทุนและ Lead Time
| จำนวนชั้น | ต้นทุน (เทียบ 2L) | Lead Time |
|---|---|---|
| 4 layers | 2-3x | 5-7 วัน |
| 6 layers | 3-4x | 7-10 วัน |
| 8 layers | 4-6x | 10-14 วัน |
| 10+ layers | 6-10x | 14-21 วัน |
ดูรายละเอียดค่าใช้จ่ายที่ คู่มือต้นทุน PCB
บริการ PCB หลายชั้น
เราผลิต PCB หลายชั้นได้ถึง 32 ชั้น:
| บริการ | รายละเอียด |
|---|---|
| Multilayer PCB | 4-32 layers |
| HDI PCB | Microvia, Laser drill |
| Impedance Control | ±10% tolerance |
| Prototype | 24-48 ชม. |
---
พร้อมเริ่มโปรเจคหรือยัง?
ส่ง Stackup requirements มาวันนี้ รับ DFM Review และ Impedance calculation ฟรี!
