สวัสดีครับเพื่อน ๆ ในยุคอุตสาหกรรม 5.0 การเข้ามาถึงของเทคโนโลยี Internet of Things (IoT) และเครือข่าย 5G ไม่ได้เป็นเพียงวิวัฒนาการด้านความเร็วในการสื่อสาร หากแต่เป็นจุดเปลี่ยนเชิงโครงสร้างของระบบอิเล็กทรอนิกส์ ที่บังคับให้การออกแบบต้องยกระดับมาตรฐานทางวิศวกรรมในทุกมิติ
ซึ่งในเมื่ออุปกรณ์ที่ต้องรองรับการสื่อสารแบบ Real-Time ความถี่สูง และความหนาแน่นของข้อมูลที่เพิ่มขึ้นอย่างก้าวกระโดด องค์ประกอบพื้นฐานอย่างแผงวงจรพิมพ์ Printed Circuit Board หรือที่เราคุ้นเคยกันว่า ‘PCB’ จึงไม่สามารถทำหน้าที่เป็นเพียงฐานยึดชิ้นส่วนเชิงกลได้อีกต่อไป แต่ต้องทำงานในฐานะส่วนหนึ่งของระบบไฟฟ้าและแม่เหล็กไฟฟ้าโดยตรง
ขอยกตัวอย่างนะครับ เช่น ในระบบความเร็วสูง PCB มีบทบาทต่อคุณลักษณะสำคัญของระบบ เช่น
- Signal Integrity (SI) ผ่านการควบคุม impedance, reflection และ crosstalk
- Power Integrity (PI) ผ่านโครงสร้าง plane และการกระจายพลังงาน
- Thermal Performance ผ่านวัสดุและการจัดการความร้อน
- Reliability ระยะยาว ผ่านการออกแบบเชิงโครงสร้างและการเลือกวัสดุ
คุณสมบัติเหล่านี้ล้วนเป็นปัจจัยที่กำหนดสมรรถนะและเสถียรภาพของอุปกรณ์ IoT และ 5G ในการใช้งานจริง
ดังนั้น ในยุค IoT และ 5G การพัฒนา PCB จึงไม่ใช่เพียงเรื่องของการผลิตให้ได้ตามแบบ แต่คือการออกแบบเชิงวิศวกรรมที่ต้องผสานความเข้าใจด้านสัญญาณ พลังงาน ความร้อน และความน่าเชื่อถือเข้าไว้ด้วยกัน เพื่อให้ระบบอิเล็กทรอนิกส์สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและยั่งยืนในระยะยาวนั่นเองครับ ที่เราไดูในหลายๆมิติกันนะครับว่ามีความน่าสนใจอย่างไรบ้างครับผม
1. แรงผลักดันขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงของ PCB
อย่างที่บอกไปเบื้องต้นครับว่า “การมาถึงของเทคโนโลยี IoT และเครือข่าย 5G ได้เปลี่ยนข้อกำหนดทางวิศวกรรมของแผงวงจรพิมพ์อย่างมีนัยสำคัญ” เมื่ออัตราการส่งข้อมูลขยับสู่ระดับ 10–20 Gbps และความถี่ทำงานสูงขึ้นถึง Sub-6 GHz และ 28–40 GHz (mmWave)
ส่งผลให้เจ้าบอร์ด PCB ของเราจึงไม่สามารถถูกมองว่าเป็นเพียงฐานยึดชิ้นส่วนเชิงกลได้อีกต่อไป ลายทองแดงบนบอร์ดทำหน้าที่เสมือน transmission line ที่ต้องควบคุมอิมพีแดนซ์ 50Ω หรือ 90–100Ω แบบ differential อย่างแม่นยำ ขณะที่วัสดุไดอิเล็กทริก โครงสร้าง stack-up และคุณภาพการผลิตส่งผลโดยตรงต่อ signal integrity, power integrity, EMI และความน่าเชื่อถือของระบบ แรงผลักดันเหล่านี้กำลังผลักให้การออกแบบ PCB เปลี่ยนจากงานเชิงการผลิตไปสู่งานเชิงวิศวกรรมระบบอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้
1.1 ความต้องการทางวิศวกรรมจาก IoT และ 5G
ระบบ 5G การทำงานในช่วงความถี่ดังด้านล่างนะครับ
- Sub-6 GHz (FR1): ~0.6–6 GHz
- mmWave (FR2): ~24–40 GHz
โดยในช่วงความถี่ดังกล่าว ตัวบอร์ด PCB จำเป็นต้องรองรับ
- Data rate ระดับ 1–20 Gbps ต่อ channel
- Differential signaling เช่น 90Ω / 100Ω ±10%
- Insertion loss ต่ำกว่า -1 dB/inch @ 10 GHz (ขึ้นกับ application)
สำหรับความต้องการของเทคโนโลยี IoT จำนวนมาก ความท้าทายทีมีต่อบอร์ด PCB ก็คือ
- Power consumption ต่ำ
- Always-on connectivity
- ขนาดเล็ก แต่มี RF + Digital อยู่ร่วมกันบนบอร์ดเดียว
1.2 PCB ในฐานะส่วนหนึ่งของระบบสัญญาณ
ในระดับวิศวกรรม
- Trace PCB = Transmission line
- Via = Discontinuity
- Dielectric = ตัวกำหนด propagation delay
ขอยกตัวอย่างเชิงตัวเลขนะครับ
- Propagation delay ≈ 150–180 ps/inch (FR4)
- Skew ระหว่างคู่ differential ต้อง < 5–10 ps สำหรับ high-speed interface
2. เทคโนโลยีและกระบวนการผลิต PCB ที่เปลี่ยนแปลงไป
ในเมื่อข้อกำหนดด้าน ‘ความถี่ ความเร็ว และความหนาแน่น’ ของวงจรเพิ่มสูงขึ้น เทคโนโลยีการผลิต PCB จึงต้องพัฒนาเพื่อควบคุมค่าทางวิศวกรรมอย่างแม่นยำยิ่งขึ้น ตั้งแต่โครงสร้าง multi-layer และ HDI ที่ช่วยจัดการสัญญาณความเร็วสูง ไปจนถึงการเลือกวัสดุ loss ต่ำและกระบวนการผลิตอัตโนมัติที่ลดความแปรปรวน การเปลี่ยนแปลงของกระบวนการผลิตเหล่านี้ไม่เพียงเพิ่มความสามารถในการผลิต แต่เป็นปัจจัยสำคัญที่กำหนด Signal integrity, Reliability และสมรรถนะของระบบอิเล็กทรอนิกส์ยุค IoT รวมถึง 5G อีกด้วยนะครับ
2.1 High Density & Multi-layer PCB (HDI)
HDI (High Density Interconnect PCB) คือ PCB ที่มีการเพิ่มความหนาแน่นของการเชื่อมต่อวงจรต่อหน่วยพื้นที่ โดยอาศัยโครงสร้าง หลายชั้น (Multi-layer) ร่วมกับเทคโนโลยีการผลิตขั้นสูง เพื่อให้สามารถวางลายสัญญาณจำนวนมากในพื้นที่จำกัดได้ โดยไม่กระทบต่อสมรรถนะทางไฟฟ้า เพื่อรองรับ ความหนาแน่นของวงจรสูง ความเร็วสัญญาณสูง และการย่อขนาดของอุปกรณ์ โดยเฉพาะในระบบอย่าง IoT, 5G, สมาร์ทโฟน และอุปกรณ์อุตสาหกรรมขั้นสูง
ลักษณะทางวิศวกรรม
- Layer count: 8–20 layers (industrial / telecom)
- Line/space: ≤75/75 µm, บางกรณีถึง 50/50 µm
- Microvia diameter: ≤100 µm
โดยประโยชน์เชิงวิศวกรรมมีดังนี้นะครับ
- ควบคุม Impedance ได้แม่นยำ (±5–10%)
- ลด loop Inductance
- ลด EMI Radiation
- เพิ่ม Thermal Spreading ผ่าน Copper Plane
2.2 วัสดุ PCB สำหรับความถี่สูงของ 5G
เมื่อการสื่อสาร 5G ขยับเข้าสู่ย่านความถี่ Sub-6 GHz และ mmWave (28–40 GHz) วัสดุ PCB กลายเป็นปัจจัยกำหนดคุณภาพสัญญาณโดยตรง ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก (Dk) และค่าการสูญเสีย (loss tangent, Df) ของวัสดุมีผลต่อ Insertion Loss, Phase Stability และการรบกวนของสัญญาณ อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ทำให้วัสดุแบบเดิมอย่าง FR4 ไม่เพียงพออีกต่อไป และผลักดันให้เกิดการใช้งานวัสดุ loss ต่ำที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับระบบความถี่สูงของ 5G
| วัสดุ | Dk (εr @10GHz) | Loss Tangent (Df) |
| FR4 (ทั่วไป) | 4.2–4.8 | 0.018–0.025 |
| Rogers RO4003C | ~3.55 | ~0.0027 |
| Rogers RO3003 (PTFE) | ~3.0 | ~0.0013 |
| PTFE Ceramic | 2.9–3.2 | <0.001 |
| Ceramic-filled | 5–10 | ~0.002 |
3. ทิศทางการปรับตัวของอุตสาหกรรม PCB ในอุตสาหกรรมไทย
อุตสาหกรรม PCB กำลังเปลี่ยนจาก ‘Manufacturing-Driven’ เป็น ‘Engineering-Driven’ ประเทศไทยกำลังถูกวางตำแหน่งให้เป็นศูนย์กลางการผลิต PCB ระดับภูมิภาค โดยมีการลงทุนจากต่างชาติและนโยบายสนับสนุนจากรัฐเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ส่งผลให้อุตสาหกรรมต้องเปลี่ยนจากการเน้นปริมาณและต้นทุนไปสู่การยกระดับเทคโนโลยี วัสดุ และความสามารถด้านวิศวกรรมเพื่อรองรับตลาด 5G, EV, AI และอุปกรณ์ IoT ที่ต้องการบอร์ดความซับซ้อนสูงขึ้น
การมาของ IoT และ 5G ได้ยกระดับบทบาทของ PCB จากฐานยึดเชิงกลสู่การเป็นส่วนหนึ่งของระบบสัญญาณ พลังงาน และความร้อนโดยตรง ซึ่งต้องควบคุมความถี่ ความเร็ว และความหนาแน่นของวงจรในระดับวิศวกรรมขั้นสูง เทคโนโลยีอย่าง HDI, Multi-Layer และวัสดุที่มีการสูญเสีย หรือ Loss ต่ำจึงกลายเป็นหัวใจสำคัญของสมรรถนะระบบ
ขณะที่อุตสาหกรรม PCB ในไทยเองก็กำลังปรับตัวจากการผลิตเชิงปริมาณไปสู่การเป็นฐานการผลิต PCB มูลค่าสูงสำหรับ 5G, EV และ IoT ในระดับภูมิภาคนั่นเองนะครับ
