จะใช้ไวอาแบบซ้อนกัน (stacked vias) หรือไวอาแบบเลื่อนตำแหน่ง (staggered vias) บนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) อย่างไร

รูเชื่อมแบบซ้อนกันและแบบเรียงขั้นบันไดบนแผงวงจรพิมพ์ รวมทั้งรูเชื่อมแบบปิดด้านหน้าและฝังอยู่ภายใน

จะใช้ไวอาแบบซ้อนกัน (stacked vias) หรือไวอาแบบเลื่อนตำแหน่ง (staggered vias) บนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) อย่างไร

บทนำ

ความต้องการอย่างไม่ลดละต่อการย่อส่วนและประสิทธิภาพในอุปกรณ์ดิจิทัลสมัยใหม่ ทำให้การออกแบบแผงวงจรพิมพ์แบบ HDI กลายเป็นหัวใจสำคัญของการพัฒนาผลิตภัณฑ์อย่างมีประสิทธิผล แผงวงจรแบบความเร็วสูงและความหนาแน่นสูง (HDI) ขับเคลื่อนอุปกรณ์ต่าง ๆ ตั้งแต่โทรศัพท์มือถือ โมดูล 5G ไปจนถึงระบบยานยนต์อันทันสมัย เครื่องมืออินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT) และเทคโนโลยีสวมใส่สมัยใหม่ กลยุทธ์หลักคือการเพิ่มประสิทธิภาพของรูเชื่อมบนแผงวงจรพิมพ์ โดยเฉพาะการใช้รูเชื่อมแบบซ้อนกันและรูเชื่อมแบบเรียงขั้นบันได เพื่อปลดล็อกความหนาแน่นในการส่งสัญญาณรุ่นถัดไป ความปลอดภัยของสัญญาณ และประสิทธิภาพในการผลิต

การเลือกว่าจะใช้ไวอาแบบซ้อนกันหรือแบบกระโดดไม่ใช่เพียงรายละเอียดเชิงเทคนิคเท่านั้น แต่เป็นการตัดสินใจเชิงยุทธศาสตร์ที่ส่งผลต่อทุกองค์ประกอบของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ทั้งประสิทธิภาพ ความสมบูรณ์ ต้นทุนการผลิต และระยะเวลาในการนำสินค้าออกสู่ตลาด ในรูปแบบขั้นสูงที่มีชิ้นส่วนขนาดเล็กมากและมีการเชื่อมต่อระหว่างชั้นที่ซับซ้อน การเลือกโครงสร้างไวอาที่เหมาะสมสามารถทำให้เกิดความแตกต่างระหว่างผลิตภัณฑ์ที่ประสบความสำเร็จกับผลิตภัณฑ์ที่ล้มเหลว—โดยยังคงปฏิบัติตามงบประมาณการผลิตขั้นต่ำและข้อกำหนดด้านความเสถียรที่เข้มงวด  

ไวอาใน PCB คืออะไร ทำความเข้าใจประเภทของไวอาใน PCB

การใช้งานแบบวายา (via) ในการจัดวางแผงวงจรพิมพ์ (PCB) คือ รูที่ชุบโลหะไว้ทางไฟฟ้า ซึ่งยึดติดชั้นต่าง ๆ เข้าด้วยกันในแผงวงจรพิมพ์หลายชั้น วายาทำให้นักออกแบบสามารถส่งสัญญาณไฟฟ้าผ่านแนวตั้งได้ ไม่เพียงแต่ในแนวราบเท่านั้น จึงเพิ่มความยืดหยุ่นในการส่งสัญญาณและเพิ่มความหนาแน่นของการออกแบบแผงวงจรพิมพ์อย่างมาก การออกแบบวายาแบบผ่านชั้น (through-hole) ที่มีประสิทธิภาพสนับสนุนอุปกรณ์ทุกชนิด ตั้งแต่ผลิตภัณฑ์สวมใส่ขนาดเล็กไปจนถึงระบบเครือข่ายความเร็วสูงและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับการบินและอวกาศ

ชนิดทั่วไปของวายาบนแผงวงจรพิมพ์

ไมโครเวีย บลายน์เวีย และไบด์เวียคืออะไรในแผงวงจรพิมพ์ความหนาแน่นสูง (HDI PCB)

ไมโครเวีย

ไมโครเวียเป็นพื้นฐานของนวัตกรรมสมัยใหม่สำหรับแผงวงจรพิมพ์ความหนาแน่นสูง (HDI PCB) ในปัจจุบัน ตามมาตรฐาน IPC-2226 กำหนดให้มีเส้นผ่านศูนย์กลาง ≤ 0.15 มิลลิเมตร (150 μ ไมโครเมตร) ไมโครเวียผลิตด้วยการเจาะด้วยเลเซอร์ และมักใช้เชื่อมระหว่างชั้นที่อยู่ติดกัน (เช่น ชั้นที่ 1 กับชั้นที่ 2) ขนาดเล็กของไมโครเวียทำให้สามารถวางไว้ใต้ชิ้นส่วน BGA ที่มีระยะห่างระหว่างขาแคบมาก และภายในเครือข่ายการเดินสายจำกัดซึ่งการเจาะแบบทั่วไปไม่สามารถเข้าถึงได้

ข้อเท็จจริง:

รองรับความหนาของการเดินสายประมาณ 1,500+ การเชื่อมต่อต่อตารางเซนติเมตร

สามารถเรียงซ้อนกันแบบแนวตั้ง หรือเรียงแบบสลับกันเพื่อเชื่อมต่อกับชั้นที่ลึกยิ่งขึ้น

เวียแบบบอด

บลายน์เวียเชื่อมระหว่างชั้นภายนอกกับชั้นภายในหลายชั้น แต่ไม่ทะลุผ่านแผงวงจรทั้งหมด

ใช้เพื่อ "ปล่อยสัญญาณ" ออกจากพื้นที่ติดต่อของชิ้นส่วนที่มีความหนาแน่นสูงไปยังชั้นการส่งสัญญาณภายใน

ลดค่าความจุไฟฟ้าและค่าเหนี่ยวนำแบบรบกวน เมื่อเทียบกับแบบผ่านทั้งแผง

มักใช้เป็นการดำเนินการหลักในการเจาะผ่านแบบตอก

วายัสแบบฝัง

รูเชื่อมที่ฝังอยู่จะเชื่อมเฉพาะชั้นภายในเท่านั้น ไม่สามารถมองเห็นได้จากพื้นผิวของแผงวงจรพิมพ์ (PCB)

ช่วยให้สามารถจัดเรียงชั้นของแผงวงจรพิมพ์ได้แน่นขึ้น โดยไม่รบกวนชั้นสัญญาณหรือชั้นกราวด์ภายนอก

สำคัญต่อการใช้งานแผงวงจรพิมพ์แบบหลายชั้น ขนาดเล็กมาก หรือมีความปลอดภัยสูง

รูเชื่อมแบบซ้อน: นิยาม คุณลักษณะ และการประยุกต์ใช้งาน

รูเชื่อมแบบซ้อนคือโครงสร้างที่ประกอบด้วยรูไมโครหลายรู (และมักมีรูแบบบลายน์ด์หรือรูแบบฝัง) ที่จัดเรียงแนวตั้งตรงกันตามลำดับชั้นของแผงวงจรพิมพ์ (PCB stackup) โครงสร้างนี้รองรับการวางรูเชื่อมแนวตั้งซ้อนกัน (การออกแบบแบบ 'via-on-via') ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักที่ทำให้สามารถออกแบบแผงวงจรพิมพ์ให้มีขนาดกะทัดรัดและมีความหนาแน่นของการส่งสัญญาณสูง  

คุณลักษณะสำคัญของรูเชื่อมแบบซ้อน

ประสิทธิภาพการใช้พื้นที่สูงสุด: โครงสร้างแบบซ้อนช่วยให้สามารถส่งสัญญาณจำนวนมากในแนวตั้งเพียงคอลัมน์เดียว ทำให้มีพื้นที่ว่างเหลือเฟือสำหรับชั้นจ่ายพลังงานและชั้นกราวด์ในส่วนอื่นของแผงวงจร

รักษาคุณสมบัติความเร็วสูงและระยะห่างของเส้นทางสัญญาณที่ละเอียด: เนื่องจากเส้นทางสัญญาณระหว่างชั้นสั้นลงอย่างมากและตรงขึ้นอย่างมาก ไมโครไวอาแบบซ้อนกันจึงช่วยลดการหน่วงเวลา (ลดค่าพาราซิติก) ซึ่งมีความสำคัญยิ่งต่อการวางเส้นทางบนแผงวงจรพิมพ์ความเร็วสูง  

ความยากลำบากในการผลิต — ต้องใช้เทคโนโลยีการผลิตขั้นสูง: การสร้างไวอาแบบซ้อนกันจำเป็นต้องอาศัยกระบวนการลามิเนตแบบตามลำดับที่มีความแม่นยำสูง การเจาะด้วยเลเซอร์ และโครงสร้างแบบผ่านทั้งแผ่นที่มีการโหลดปกติหรือเคลือบด้วยทองแดง ซึ่งส่งผลให้เกิดความเสี่ยงต่อความเสถียรเพิ่มขึ้นและต้นทุนสูงขึ้น

เหมาะสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูง: ใช้งานในอุปกรณ์อัจฉริยะ แท็บเล็ต อุปกรณ์สวมใส่ ชิ้นส่วนหน่วยความจำ DDR และบอร์ด FPGA/โปรเซสเซอร์รุ่นถัดไป

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานทั่วไป

"เราสามารถลดจำนวนชั้นของบอร์ด FPGA ประสิทธิภาพสูงจากรวม 12 ชั้น ให้เหลือเพียง 6 ชั้นโดยใช้เทคโนโลยีไมโครไวอาแบบซ้อนกันแบบ HDI ซึ่งช่วยปรับปรุงความเสถียรของสัญญาณและประหยัดพื้นที่ได้ถึงร้อยละ 40" — ผู้พัฒนาแผงวงจรพิมพ์หลัก บริษัทโทรคมนาคมที่จดทะเบียนใน NASDAQ

ไวอาแบบสลับตำแหน่ง: การวิเคราะห์ คุณลักษณะ และการประยุกต์ใช้งาน

การจัดเรียงรูเชื่อมแบบขั้นบันได หมายถึง การตั้งค่าที่ใช้รูเชื่อมหลายรู (มักเป็นรูไมโคร) ที่วางเรียงกันในแนวเฉียงแทนที่จะซ้อนกันตรงๆ ทั้งนี้โดยลักษณะภายนอก จะสร้างเส้นทางแบบ "ซิกแซก" หรือแบบขั้นบันไดผ่านชั้นของแผงวงจรพิมพ์ (PCB)!

ฟังก์ชันลับของการจัดเรียงรูเชื่อมแบบขั้นบันได

ความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้น: โครงสร้างที่เว้นระยะกันนี้ช่วยกระจายแรงเครื่องกลและแรงจากความร้อนได้อย่างสม่ำเสมอมากขึ้นอย่างมาก จึงลดความเสี่ยงของการแตกร้าวของรูเชื่อม การแยกชั้นของผนังรู (barrel delamination) หรือการชุบโลหะไม่เพียงพอลงอย่างมีนัยสำคัญตลอดอายุการใช้งานของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ซึ่งมีความสำคัญยิ่งในระบบที่ต้องอาศัยความแม่นยำสูงและระบบยานยนต์

การจัดการความร้อนที่ดีขึ้น: เนื่องจากความร้อนไม่ถูกสะสมไว้ในแนวตั้งเดียวเหมือนรูเชื่อมแบบซ้อนกัน โครงสร้างแบบขั้นบันไดจึงช่วยให้การกระจายความร้อนมีประสิทธิภาพมากขึ้น—ลดจุดร้อนสะสมและยืดอายุการใช้งาน

ความเรียบง่ายในการผลิต: การจัดวางแบบขั้นบันไดช่วยลดความต้องการความแม่นยำในการเจาะแนวตั้ง ส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องน้อยลง ลดความจำเป็นในการใช้การเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่มีราคาสูง และเพิ่มผลตอบแทนโดยรวมในกระบวนการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB)

ความยืดหยุ่นในการจัดเส้นทางที่ดีขึ้น: โดยการจัดวางรูไมโครไวอาแบบขั้นบันได จะรักษาโครงข่ายการจัดเส้นทางเพิ่มเติมไว้ระหว่างชั้น ทำให้สามารถออกแบบการนำสัญญาณออก (escape routing) และการกระจายสัญญาณ (fanout) ได้ล้ำสมัยยิ่งขึ้นในแผงวงจรพิมพ์หลายชั้น

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานทั่วไป

"เราใช้ไมโครไวอาแบบขั้นบันไดในแผงควบคุมเชิงพาณิชย์ที่แข็งแรงของเรา ผลลัพธ์คือความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้นภายใต้สภาวะความร้อนและแรงสั่นสะเทือนที่รุนแรง โดยต้นทุนการผลิตต่ำกว่าทางเลือกแบบต่อเนื่อง (stacked) ประมาณ 30%" — วิศวกรอาวุโส ผู้ผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับยานยนต์

ตารางสรุปกรณีการใช้งานไมโครไวอาแบบขั้นบันได

ข้อดีและข้อจำกัดของการเจาะแบบซ้อนกัน

ข้อจำกัด (ต่อเนื่อง):

ความเสี่ยงด้านความน่าเชื่อถือ: การเพิ่มชั้นการเจาะแบบซ้อนกันแต่ละชั้นจะเพิ่มโอกาสเกิดปัญหา เช่น การแยกตัวของชั้น ชั้นทองแดงเคลือบไม่สมบูรณ์ หรือความล้าของผนังหลอด — โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากการควบคุมกระบวนการผลิตหรือสัดส่วนของวัสดุไม่ได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด การเคลือบชั้นซ้อนกันหรือการชุบทองแดงที่ไม่สม่ำเสมออาจก่อให้เกิดจุดอ่อน ซึ่งอาจส่งผลต่อความแข็งแรงโดยรวมเมื่อเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงเชิงกลหรือความร้อนซ้ำ ๆ

ข้อกำหนดด้านความสามารถของผู้ผลิตที่เข้มงวด: ไม่ใช่ผู้ผลิตแผงวงจรพิมพ์ทุกรายที่สามารถรองรับเทคโนโลยีไมโครเวียแบบซ้อนกันขั้นสูงได้ ผู้ผลิตแผงวงจรความหนาแน่นสูง (HDI) จำเป็นต้องมีระบบเลเซอร์สำหรับการเจาะแม่นยำ สภาพแวดล้อมการเคลือบชั้นซ้อนกันที่ควบคุมได้ใกล้เคียงความสมบูรณ์แบบ และความสามารถในการเติมทองแดงอย่างมีประสิทธิภาพ หากขาดสิ่งเหล่านี้ อาจทำให้เกิดของเสียเพิ่มขึ้น และทำให้ระยะเวลาในการนำผลิตภัณฑ์ออกสู่ตลาดยืดเยื้อ

ความลึกสูงสุดที่อนุญาตสำหรับการซ้อนไมโครเวีย: ข้อกำหนดทั่วไปตามมาตรฐาน IPC-2226 จำกัดจำนวนชั้นไมโครเวียที่ซ้อนกัน โดยมักแนะนำให้ใช้เพียง 2 หรือ 3 ชั้นเท่านั้น ก่อนที่ความน่าเชื่อถือจะลดลงอย่างมาก การใช้งานที่ต้องการซ้อนไมโครเวียลึกอาจจำเป็นต้องเปลี่ยนไปใช้ทางเลือกแบบฝัง (buried) หรือแบบที่ผ่านกระบวนการพิเศษ (blinded)

ข้อดีและข้อจำกัดของไมโครเวียแบบเรียงสลับ

โครงสร้างไมโครเวียแบบเรียงสลับ — ทางเลือกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแผงวงจรพิมพ์แบบ HDI ที่เน้นความน่าเชื่อถือ — มีทั้งข้อดีและข้อจำกัดเฉพาะตัว:

ข้อดี

ความน่าเชื่อถือในระยะยาวที่เหนือกว่า: การจัดเรียงไมโครเวียแบบเรียงสลับอย่างสมดุลช่วยลดความเข้มข้นของแรงเครื่องกลและแรงจากความร้อน ทำให้เกือบขจัดความเสี่ยงของการแตกร้าวในแนวตั้ง ซึ่งมักเกิดขึ้นในโครงสร้างแบบซ้อนที่ผลิตได้ไม่ดี

ทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิซ้ำ ๆ ได้ดีกว่ามาก: สภาพแวดล้อมการใช้งานในยานยนต์และภาคอุตสาหกรรมมักเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรุนแรง — ไมโครเวียแบบบอด (blind) และแบบฝัง (buried) ที่เรียงสลับสามารถทนต่อรอบการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเหล่านี้ได้ดีขึ้น ส่งผลให้อายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ยืนยาวขึ้น

ความเรียบง่ายในการผลิต = การประหยัดต้นทุนทางการเงิน: เนื่องจากวิธีการเจาะรูแบบผ่าน (vias) ไม่จำเป็นต้องจัดวางในแนวตั้งที่สมบูรณ์แบบ หรือต้องผ่านกระบวนการลามิเนตซ้ำหลายครั้ง ทำให้อัตราผลตอบแทนเพิ่มขึ้น และลดอัตราการเสียหายลง — ส่งผลให้การผลิตแผงวงจร HDI ที่มีจำนวนชั้นสูงและเชื่อถือได้ง่ายขึ้น

ความยืดหยุ่นในการจัดเส้นทางสัญญาณมากขึ้น: รูปแบบการเจาะรูแบบซิกแซก (staggered via placement) เปิดโอกาสให้มีเครือข่ายเส้นทางเดินสายเพิ่มเติม ทำให้สามารถออกแบบรูปแบบการจัดเส้นทางที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น และปรับปรุงการเชื่อมต่อระหว่างชั้นได้ดีขึ้น ความยืดหยุ่นนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการออกแบบสำหรับการส่งสัญญาณแบบคู่ (differential pair) หรือการออกแบบที่ต้องควบคุมความไวต่อสัญญาณรบกวน (controlled impedance)

ข้อจำกัด

ใช้พื้นที่บนแผงวงจร (PCB) มากขึ้นเล็กน้อย: เนื่องจากรูแบบผ่าน (vias) ไม่ได้ถูกซ้อนกัน (stacked) จึงใช้พื้นที่บนระนาบ X/Y ของแผงวงจรเพิ่มขึ้น ซึ่งอาจเป็นข้อจำกัดในงานออกแบบที่มีขนาดเล็กมากหรือมีความหนาแน่นสูงมากเป็นพิเศษ โดยเฉพาะเมื่อแต่ละมิลลิเมตรมีความสำคัญอย่างยิ่ง

ระยะทางสัญญาณยาวขึ้นและมีพาราซิติกเพิ่มเติมเล็กน้อย: เนื่องจากสัญญาณต้องเดินทางผ่านเส้นทางแนวตั้งที่คดเคี้ยวและยาวกว่า จึงเกิดอินดักแตนซ์รวมและเวลาหน่วงเล็กน้อยเมื่อเปรียบเทียบกับวายาแบบซ้อนแนวดิ่งแบบตรง

อาจทำให้การออกแบบซับซ้อนขึ้น: การรับประกันความแม่นยำของส่วนประกอบพิเศษ ระยะห่าง และการจัดชั้นอย่างเหมาะสม จำเป็นต้องใช้การออกแบบอย่างรอบคอบ และอาจเพิ่มภาระงานในการออกแบบ ECAD โดยเฉพาะในแผงวงจรพิมพ์แบบหลายชั้น

ผลกระทบต่อความถูกต้อง ความเสถียร และประสิทธิภาพของสัญญาณ

ความเสถียรของสัญญาณเป็นปัจจัยสำคัญอันดับต้นๆ ในการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ความเร็วสูง และการเลือกระหว่างวายาแบบซ้อน (stacked vias) กับวายาแบบสลับ (staggered vias) จะส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ และความเข้ากันได้ด้านแม่เหล็กไฟฟ้าของระบบ

วิธีที่วายาแบบซ้อนส่งผลต่อความถูกต้องของสัญญาณ

ความยาวเส้นทางไฟฟ้าสั้นลง: วายาแบบซ้อนให้ระยะทางเชื่อมระหว่างชั้นแนวตั้งสั้นที่สุด จึงลดเวลาหน่วงและ ESR (ความต้านทานอนุกรมที่เทียบเท่า) ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อสัญญาณความถี่สูง เช่น สัญญาณในระบบ DDR, PCIe และ SerDes

ลดการเหนี่ยวนำและประจุไฟฟ้ารบกวนให้น้อยที่สุด: การจัดเรียงแบบซ้อนกันอย่างปลอดภัยช่วยรักษาค่าความต้านทานที่ควบคุมได้ดีที่สุด ทำให้สัญญาณมีคุณภาพสูงแม้ในขณะเปลี่ยนสถานะ

ความเสี่ยงจากสัญญาณรบกวนข้ามและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ารบกวน (EMI): ในบริเวณที่หนาเป็นพิเศษ การจัดเรียงแบบซ้อนกันตามแนวคอลัมน์อาจก่อให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (crosstalk) จำเป็นต้องออกแบบการเปลี่ยนแปลงสัญญาณแบบขนานและรูเชื่อมกลับสู่พื้นดินอย่างรอบคอบ

ใช้การป้องกันด้วยพื้นดินและการจับคู่สัญญาณแบบต่างศักย์

ใช้อุปกรณ์ตรวจสอบความถูกต้องของสัญญาณในโปรแกรม Allegro PCB Designer หรือโปรแกรมออกแบบวงจรพิมพ์ Pace

วิธีที่รูเชื่อมแบบสลับส่งผลต่อความมั่นคงของสัญญาณ

เพิ่มความเป็นส่วนตัวของสัญญาณ: รูปแบบการจัดเรียงแบบสลับช่วยเพิ่มระยะห่างเชิงพื้นที่ จึงลดโอกาสในการรบกวนแบบความจุและแบบเหนี่ยวนำระหว่างรูเชื่อมที่อยู่ใกล้กัน

เส้นทางยาวขึ้นเล็กน้อย ค่ารบกวนเพิ่มขึ้นเล็กน้อย: เส้นทางแบบซิกแซกทำให้ความยาวรวมของสัญญาณเพิ่มขึ้น แต่โดยทั่วไปแล้วมีผลน้อยมากสำหรับการใช้งานทั่วไป หากยังคงอยู่ภายในข้อกำหนดการออกแบบ

ลดความเสี่ยงจาก EMI: การกระจายตำแหน่งการใช้งานช่วยแยกจุดที่อาจเกิดช่องโหว่และลดการรั่วไหล

ข้อพิจารณาด้านความน่าเชื่อถือ

ผลกระทบต่อค่าใช้จ่าย: รูเชื่อมแบบซ้อนทับและแบบสลับตำแหน่ง

บัญชีค่าใช้จ่ายสำหรับรูเชื่อมแบบซ้อนทับ

ความซับซ้อนในการผลิตสูง: การลามิเนตต่อเนื่อง การเจาะรูด้วยเลเซอร์ที่แม่นยำสูง การเติมรูเชื่อม และการจัดชั้นพิเศษ ส่งผลให้ต้นทุนการผลิตเพิ่มขึ้นอย่างมาก ค่าใช้จ่ายโดยรวมสำหรับรูเชื่อมขนาดเล็กที่มีความหนาแน่นสูงมักสูงกว่ารูเชื่อมแบบบลายน์หรือแบบสลับตำแหน่งทั่วไป 15–40%

ความเสี่ยงต่ออัตราการได้ผลผลิตและงานปรับปรุงใหม่: กระบวนการที่ซับซ้อนมากขึ้นส่งผลให้มีโอกาสสูงขึ้นที่จะเกิดการสูญเสียผลผลิต จึงจำเป็นต้องใช้การทดสอบที่มีข้อกำหนดสูงขึ้นหรือการปรับปรุงใหม่ ซึ่งส่งผลให้ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานโดยรวมเพิ่มขึ้นอีก  

ตัวอย่างตารางต้นทุน:

กรณีศึกษา

ในแผงวงจรแบบ HDI หลายชั้น การเจาะรูแบบไม่ลึกทั้งหมด (blind vias) ที่วางซ้อนกัน หรือการเจาะรูที่อยู่ใกล้ขอบแผงมากเกินไป จะก่อให้เกิดความไม่สมดุลระหว่างขั้นตอนการผลิต ดังนั้น เราขอแนะนำให้ใช้รูแบบสลับ (staggered vias) แทนรูแบบซ้อนกัน (stacked vias) เพื่อลดจำนวนรอบการอัดชั้น (lamination cycles) และต้นทุนที่เกี่ยวข้อง พร้อมทั้งเพิ่มความน่าเชื่อถือภายใต้สภาวะการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิซ้ำๆ

คำถามที่พบบ่อย

1. ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างรูแบบโหลด (loaded vias) กับรูแบบสลับ (staggered vias) คืออะไร?

รูเจาะแบบซ้อนทับ (Piled vias) จัดเรียงแบบย้อนกลับและไปข้างหน้าโดยใช้ชั้นใกล้เคียงกันที่ซ้อนกัน ทำให้เกิดคอลัมน์ส่งสัญญาณแนวตั้งที่ตรงมากเป็นพิเศษและสามารถเคลื่อนย้ายได้ง่าย ในทางกลับกัน รูเจาะแบบสลับชั้น (Staggered vias) จัดเรียงแบบแบนราบจากชั้นหนึ่งไปยังอีกชั้นหนึ่ง — เป็นโครงสร้างแบบ "ซิกแซก" หรือเอียง ซึ่งช่วยเพิ่มความมั่นคงและประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน

2. ควรใช้รูเจาะแบบซ้อนทับในแผงวงจรพิมพ์แบบ HDI ของฉันในสถานการณ์ใดบ้าง  

ใช้รูเจาะแบบซ้อนทับเมื่อต้องการความหนาแน่นของการเดินสายสูงสุดในรูปแบบแผงวงจรพิมพ์ที่เล็กมากเป็นพิเศษ เช่น ใต้ชิ้นส่วน BGA ในสมาร์ทโฟน แท็บเล็ต หรือชิ้นส่วน RAM แบบ DDR4 และเมื่อต้องการให้สัญญาณมีระยะทางเดินสายสั้นที่สุดสำหรับสัญญาณความเร็วสูง  

3. รูเจาะแบบสลับชั้นให้ประโยชน์เพิ่มเติมในกรณีใดบ้าง

รูเจาะแบบสลับชั้นเหมาะอย่างยิ่งสำหรับงานที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูง เช่น งานยานยนต์ อุตสาหกรรม หรืองานกำลังไฟฟ้าสูง — ซึ่งแรงกระแทกเชิงกล การสั่นสะเทือน หรือการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิซ้ำ ๆ อาจส่งผลต่อความสมบูรณ์ของระบบ นอกจากนี้ยังมีประโยชน์เมื่อต้องการลดต้นทุนการผลิตโดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพด้านไฟฟ้า

4. การออกแบบแบบ thru structure ส่งผลต่อต้นทุนการผลิต PCB หรือไม่

ส่งผลแน่นอน รูผ่านแบบ piled vias มีต้นทุนการผลิตสูงกว่ามาก เนื่องจากกระบวนการพิเศษที่ต้องใช้ เช่น การเจาะด้วยเลเซอร์ การเคลือบชั้นซ้ำๆ การชุบโลหะ และการอัดสารกรอกเข้าไปอย่างละเอียด ส่วนรูผ่านแบบ staggered vias มีต้นทุนต่ำกว่า ผลิตได้ง่ายกว่า และให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าในสภาพแวดล้อมการผลิตส่วนใหญ่

5. อัตราส่วนและขนาดของรูผ่านมีผลต่อความน่าเชื่อถืออย่างไร

อัตราส่วนของรูผ่าน (ความลึกของรูหารด้วยเส้นผ่านศูนย์กลาง) มีความสำคัญยิ่ง หากเกินข้อกำหนดของผู้จัดจำหน่ายหรือมาตรฐาน IPC จะเพิ่มความเสี่ยงต่อการแตกหักและการชุบโลหะไม่สมบูรณ์ รูผ่านแบบ microvia โดยทั่วไปควรใช้อัตราส่วนไม่เกิน 1:1 เสมอ และควรปฏิบัติตามขีดความสามารถที่ผู้จัดจำหน่ายระบุไว้