هنگام طراحی PCB ، یکی از اساسی ترین سؤال مورد توجه ، اجرای الزامات عملکرد مدار نیاز به میزان لایه سیم کشی ، هواپیمای زمین و هواپیمای برق و لایه سیم کشی صفحه مدار چاپی ، صفحه زمین و تعیین هواپیمای برق تعداد لایه ها و عملکرد مدار ، یکپارچگی سیگنال ، EMI ، EMC ، هزینه های تولید و سایر الزامات است.

برای اکثر طرح ها ، بسیاری از الزامات متناقض در مورد نیازهای عملکرد PCB ، هزینه هدف ، فناوری تولید و پیچیدگی سیستم وجود دارد. طراحی چند لایه PCB معمولاً پس از در نظر گرفتن عوامل مختلف ، تصمیم سازش است. مدارهای دیجیتالی با سرعت بالا و مدارهای ویسکر معمولاً با تابلوهای چند لایه طراحی شده اند.

در اینجا هشت اصل برای طراحی آبشار وجود دارد:

1. Dالحاق

در یک PCB چند لایه ، معمولاً لایه (های) سیگنال ، هواپیمای منبع تغذیه (P) و هواپیمای زمینی (GND) وجود دارد. هواپیمای قدرت و هواپیمای زمین معمولاً هواپیماهای جامد بدون تقسیم هستند که مسیر بازگشت جریان کم تحرک را برای جریان خطوط سیگنال مجاور فراهم می کنند.

بیشتر لایه های سیگنال بین این منابع قدرت یا لایه های هواپیمای مرجع زمینی قرار دارند و خطوط باند متقارن یا نامتقارن را تشکیل می دهند. لایه های بالا و پایین یک PCB چند لایه معمولاً برای قرار دادن قطعات و مقدار کمی سیم کشی استفاده می شود. سیم کشی این سیگنال ها نباید برای کاهش تابش مستقیم ناشی از سیم کشی خیلی طولانی باشد.

2. صفحه مرجع تنها قدرت را تعیین کنید

استفاده از خازن های جداشده یک اقدام مهم برای حل یکپارچگی منبع تغذیه است. خازن های جداشده فقط در قسمت بالا و پایین PCB قرار می گیرند. مسیریابی خازن جدا کردن ، پد لحیم و سوراخ عبور به طور جدی بر تأثیر خازن جداشونده تأثیر می گذارد ، که نیاز به طراحی دارد باید در نظر بگیرد که مسیریابی خازن جداشنگ باید تا حد امکان کوتاه و گسترده باشد و سیم متصل به سوراخ نیز باید تا حد امکان کوتاه باشد. به عنوان مثال ، در یک مدار دیجیتالی با سرعت بالا ، می توان خازن جداشنگ را روی لایه بالایی PCB قرار داد ، لایه 2 را به مدار دیجیتال با سرعت بالا (مانند پردازنده) به عنوان لایه برق ، لایه 3 به عنوان لایه سیگنال اختصاص دهید و لایه 4 را به عنوان اتصال دیجیتال با سرعت بالا قرار دهید.

علاوه بر این ، لازم است اطمینان حاصل شود که مسیریابی سیگنال توسط همان دستگاه دیجیتال با سرعت بالا همان لایه برق را به عنوان هواپیمای مرجع هدایت می کند و این لایه برق لایه منبع تغذیه دستگاه دیجیتال با سرعت بالا است.

3. صفحه مرجع چند نیرو را تعیین کنید

هواپیمای مرجع چند نیرو به چندین منطقه جامد با ولتاژهای مختلف تقسیم می شود. اگر لایه سیگنال مجاور لایه چند نیرو باشد ، جریان سیگنال در لایه سیگنال مجاور با یک مسیر بازگشت نامطلوب روبرو می شود ، که منجر به شکاف در مسیر بازگشت می شود.

برای سیگنال های دیجیتالی با سرعت بالا ، این طراحی مسیر بازگشت غیر منطقی می تواند باعث مشکلات جدی شود ، بنابراین لازم است که سیم کشی سیگنال دیجیتال با سرعت بالا از صفحه مرجع چند نیرو دور باشد.

4.چند هواپیمای مرجع زمینی را تعیین کنید

 هواپیماهای مرجع چند زمینی (هواپیماهای زمینی) می توانند یک مسیر بازگشت جریان کم تحرک را فراهم کنند ، که می تواند EML حالت مشترک را کاهش دهد. هواپیمای زمین و هواپیمای برق باید محکم همراه باشد و لایه سیگنال باید به طور محکم به صفحه مرجع مجاور همراه باشد. این می تواند با کاهش ضخامت محیط بین لایه ها حاصل شود.

5. طراحی سیم کشی را به طور منطقی طراحی کنید

دو لایه که توسط یک مسیر سیگنال در آن قرار دارد "ترکیب سیم کشی" نامیده می شود. بهترین ترکیب سیم کشی برای جلوگیری از جریان بازگشت از یک هواپیمای مرجع به دیگری طراحی شده است ، اما در عوض از یک نقطه (صورت) یک هواپیمای مرجع به دیگری جریان می یابد. به منظور تکمیل سیم کشی پیچیده ، تبدیل لایه ای از سیم کشی اجتناب ناپذیر است. هنگامی که سیگنال بین لایه ها تبدیل می شود ، باید از جریان بازگشت اطمینان حاصل شود که از یک هواپیمای مرجع به صورت هموار جریان یابد. در یک طراحی ، منطقی است که لایه های مجاور را به عنوان یک ترکیب سیم کشی در نظر بگیرید.

اگر یک مسیر سیگنال نیاز به چندین لایه داشته باشد ، معمولاً استفاده از آن به عنوان یک ترکیب سیم کشی طراحی معقول نیست ، زیرا یک مسیر از طریق چندین لایه برای جریان های برگشتی لکه دار نیست. اگرچه با قرار دادن یک خازن جدا کننده در نزدیکی سوراخ یا کاهش ضخامت محیط بین هواپیماهای مرجع ، می توان چشمه را کاهش داد ، اما طراحی خوبی نیست.

6.تنظیم جهت سیم کشی

هنگامی که جهت سیم کشی روی همان لایه سیگنال تنظیم شده است ، باید اطمینان حاصل کند که بیشتر مسیرهای سیم کشی سازگار هستند و باید به جهت سیم کشی لایه های سیگنال مجاور متعامد باشند. به عنوان مثال ، جهت سیم کشی یک لایه سیگنال را می توان در جهت "محور y" تنظیم کرد و جهت سیم کشی یک لایه سیگنال مجاور دیگر را می توان در جهت "محور x" تنظیم کرد.

7. الفساختار لایه یکنواخت را دوپ کرد 

از لمینیت PCB طراحی شده می توان یافت که طراحی لمینیت کلاسیک تقریباً همه لایه ها است ، نه لایه های عجیب و غریب ، این پدیده توسط عوامل مختلفی ایجاد می شود.

از فرآیند تولید برد مدار چاپی ، می توانیم بدانیم که تمام لایه های رسانا موجود در صفحه مدار روی لایه هسته ذخیره می شود ، مواد لایه هسته به طور کلی تخته روکش دو طرفه است ، هنگامی که استفاده کامل از لایه هسته ، لایه رسانا برد مدار چاپی حتی است

حتی تابلوهای مدار چاپی لایه دارای مزایای هزینه هستند. به دلیل عدم وجود لایه ای از رسانه ها و روکش های مس ، هزینه لایه های شماره عجیب و غریب از مواد اولیه PCB کمی پایین تر از هزینه حتی لایه های PCB است. با این حال ، هزینه پردازش PCB لایه ای عجیب و غریب از PCB یکنواخت بالاتر است زیرا PCB با لایه عجیب و غریب باید بر اساس فرآیند ساختار لایه هسته ، یک فرآیند پیوند لایه لایه لایه ای غیر استاندارد اضافه کند. در مقایسه با ساختار لایه هسته مشترک ، اضافه کردن روکش مس در خارج از ساختار لایه هسته منجر به کاهش کارایی تولید و چرخه تولید طولانی تر خواهد شد. قبل از لمینیت ، لایه هسته بیرونی نیاز به پردازش اضافی دارد که باعث افزایش خطر خراشیدن و سوء استفاده از لایه بیرونی می شود. افزایش برخورد بیرونی باعث افزایش چشمگیر هزینه های تولید می شود.

هنگامی که لایه های داخلی و بیرونی برد مدار چاپی پس از فرآیند اتصال مدار چند لایه خنک می شود ، تنش لمینیت های مختلف درجه های مختلفی از خم شدن روی برد مدار چاپی را تولید می کند. و با افزایش ضخامت تخته ، خطر خم شدن یک برد مدار چاپی کامپوزیت با دو ساختار مختلف افزایش می یابد. تابلوهای مدار عجیب و غریب به راحتی خم می شوند ، در حالی که تابلوهای مدار چاپی یکنواخت می توانند از خم شدن خودداری کنند.

اگر برد مدار چاپی با تعداد عجیب و غریب لایه های قدرت و تعداد لایه های سیگنال طراحی شود ، می توان روش اضافه کردن لایه های برق را اتخاذ کرد. روش ساده دیگر اضافه کردن یک لایه زمینی در وسط پشته بدون تغییر تنظیمات دیگر است. یعنی PCB در تعداد لایه های عجیب و غریب سیم کشی می شود ، و سپس یک لایه زمینی در وسط کپی می شود.

8.  بررسی هزینه

از نظر هزینه تولید ، تابلوهای مدار چند لایه قطعاً گران تر از تابلوهای مدار تک و دو لایه با همان منطقه PCB هستند و هرچه لایه های بیشتر باشد ، هزینه نیز بیشتر می شود. با این حال ، هنگام در نظر گرفتن تحقق توابع مدار و مینیاتوریزاسیون صفحه مدار ، برای اطمینان از یکپارچگی سیگنال ، EML ، EMC و سایر شاخص های عملکرد ، باید از تابلوهای مدار چند لایه تا حد امکان استفاده شود. به طور کلی ، تفاوت هزینه بین تابلوهای مدار چند لایه و تابلوهای مدار تک لایه و دو لایه بسیار بالاتر از حد انتظار نیست