חסרונות של ערימה ארבע שכבתית PCB מסורתית

אם הקיבול הבין-שכבתי אינו גדול מספיק, השדה החשמלי יתפזר על פני שטח גדול יחסית של הלוח, כך שהעכבה הבין-שכבתית מצטמצמת וזרם החוזר יוכל לזרום חזרה לשכבה העליונה. במקרה זה, השדה שנוצר על ידי אות זה עלול להפריע לשדה של אות השכבה המשתנה הקרובה. זה בכלל לא מה שקיווינו לו. למרבה הצער, על לוח 4 שכבות של 0.062 אינץ', השכבות רחוקות זו מזו והקיבול הבין-שכבתי קטן
כאשר החיווט משתנה משכבה 1 לשכבה 4 או להיפך, הבעיה הזו תוביל כתמונה
חדשות13
התרשים מראה שכאשר האות עוקב משכבה 1 לשכבה 4 (קו אדום), הזרם החוזר חייב גם הוא לשנות מישור (קו כחול). אם תדירות האות גבוהה מספיק והמישורים קרובים זה לזה, זרם החוזר יכול לזרום דרך הקיבול הבין-שכבתי הקיים בין שכבת האדמה לשכבת הכוח. עם זאת, בשל היעדר חיבור מוליך ישיר לזרם החוזר, נתיב ההחזרה מופרע, ואנחנו יכולים לחשוב על הפרעה זו כעל עכבה בין מישורים המוצגים כמו בתמונה למטה
חדשות14
אם הקיבול הבין-שכבתי אינו גדול מספיק, השדה החשמלי יתפזר על פני שטח גדול יחסית של הלוח, כך שהעכבה הבין-שכבתית מצטמצמת וזרם החוזר יוכל לזרום חזרה לשכבה העליונה. במקרה זה, השדה שנוצר על ידי אות זה עלול להפריע לשדה של אות השכבה המשתנה הקרובה. זה בכלל לא מה שקיווינו לו. לרוע המזל, על לוח 4 שכבות של 0.062 אינץ', השכבות רחוקות זו מזו (לפחות 0.020 אינץ'), והקיבול בין השכבות קטן. כתוצאה מכך מתרחשת הפרעת השדה החשמלי שתוארה לעיל. זה אולי לא יגרום לבעיות שלמות האות, אבל זה בהחלט יצור יותר EMI. זו הסיבה שבשימוש במפל, אנו נמנעים משינוי שכבות, במיוחד עבור אותות בתדר גבוה כגון שעונים.
מקובל להוסיף קבל ניתוק ליד חור מעבר המעבר כדי להפחית את העכבה שחווה זרם החוזר המוצג כתמונה למטה. עם זאת, קבל ניתוק זה אינו יעיל עבור אותות VHF בשל תדר התהודה העצמית הנמוך שלו. עבור אותות AC עם תדרים גבוהים מ-200-300 מגה-הרץ, איננו יכולים להסתמך על קבלים לניתוק כדי ליצור נתיב חזרה עם עכבה נמוכה. לכן, אנחנו צריכים קבל ניתוק (עבור מתחת ל-200-300 מגה-הרץ) וקבל בין-לוח גדול יחסית לתדרים גבוהים יותר.
חדשות15
ניתן למנוע בעיה זו על ידי אי שינוי השכבה של אות המפתח. עם זאת, הקיבול הבין-לוח הקטן של לוח ארבע השכבות מוביל לבעיה חמורה נוספת: העברת כוח. IC שעון דיגיטלי דורש בדרך כלל זרמי אספקת כוח חולפים גדולים. ככל שזמן העלייה/ירידה של תפוקת ה-IC פוחת, עלינו לספק אנרגיה בקצב גבוה יותר. כדי לספק מקור טעינה, אנו בדרך כלל מציבים קבלי ניתוק קרוב מאוד לכל IC לוגי. עם זאת, קיימת בעיה: כאשר אנו עוברים את התדרים התהודה העצמית, קבלי ניתוק אינם יכולים לאגור ולהעביר ביעילות אנרגיה, מכיוון שבתדרים אלו הקבל יפעל כמו משרן.
מכיוון שלרוב ה-ICs כיום יש זמני עלייה/נפילה מהירים (כ-500 ps), אנו זקוקים למבנה ניתוק נוסף עם תדר תהודה עצמית גבוה יותר מזה של קבל הניתוק. הקיבול הבין-שכבתי של לוח מעגלים יכול להיות מבנה ניתוק יעיל, בתנאי שהשכבות קרובות מספיק זו לזו כדי לספק קיבול מספק. לכן, בנוסף לקבלי הניתוק הנפוצים בשימוש, אנו מעדיפים להשתמש בשכבות הספק מרווחות ובשכבות הארקה כדי לספק הספק חולף לאיקס דיגיטלי.
שימו לב שבשל תהליך ייצור המעגלים הנפוץ, לרוב אין לנו מבודדים דקים בין השכבה השנייה והשלישית של לוח ארבע השכבות. לוח ארבע שכבתי עם מבודדים דקים בין השכבה השנייה לשכבה השלישית יכול לעלות הרבה יותר מלוח ארבע שכבתי רגיל.