בעת תכנון PCB, אחת השאלות הבסיסיות ביותר שיש לקחת בחשבון היא ליישם את הדרישות של פונקציות המעגל הנדרשות לכמה שכבת חיווט, מישור ההארקה ומישור החשמל, ושכבת החיווט של המעגלים המודפסים, מישור ההארקה והכוח קביעת מישור של מספר השכבות ותפקוד המעגל, שלמות האות, EMI, EMC, עלויות ייצור ודרישות אחרות.

עבור רוב העיצובים, קיימות דרישות סותרות רבות לגבי דרישות ביצועי PCB, עלות יעד, טכנולוגיית ייצור ומורכבות המערכת. עיצוב למינציה של PCB הוא בדרך כלל החלטת פשרה לאחר שקילת גורמים שונים. מעגלים דיגיטליים במהירות גבוהה ומעגלי שפם מתוכננים בדרך כלל עם לוחות רב שכבתיים.

להלן שמונה עקרונות לעיצוב מדורג:

1. Dאלמינציה

ב-PCB רב שכבתי, יש בדרך כלל שכבת אות (S), מישור ספק כוח (P) ומישור הארקה (GND). מישור הכוח ומישור ה-GROUND הם בדרך כלל מישורים מוצקים לא מפולחים שיספקו נתיב החזרת זרם טוב עם עכבה נמוכה לזרם של קווי אות סמוכים.

רוב שכבות האותות ממוקמות בין מקורות הכוח הללו או שכבות מישור הייחוס הקרקע, ויוצרות קווי פס סימטריים או אסימטריים. השכבות העליונות והתחתונות של PCB רב שכבתי משמשות בדרך כלל להצבת רכיבים וכמות קטנה של חיווט. החיווט של אותות אלה לא צריך להיות ארוך מדי כדי להפחית את הקרינה הישירה הנגרמת על ידי החיווט.

2. קבע את מישור ייחוס ההספק היחיד

השימוש בקבלי ניתוק הוא מדד חשוב לפתרון שלמות אספקת החשמל. ניתן למקם קבלים לניתוק רק בחלק העליון והתחתון של ה-PCB. הניתוב של קבל הניתוק, רפידת ההלחמה ומעבר החורים ישפיע ברצינות על ההשפעה של קבל ניתוק, מה שמחייב את התכנון צריך לקחת בחשבון שהניתוב של קבל הניתוק צריך להיות קצר ורחב ככל האפשר, והחוט המחובר לחור צריך גם להיות קצר ככל האפשר. לדוגמה, במעגל דיגיטלי במהירות גבוהה, ניתן למקם את קבל הניתוק על השכבה העליונה של ה-PCB, להקצות שכבה 2 למעגל הדיגיטלי המהיר (כגון המעבד) כשכבת הכוח, שכבה 3 כשכבת האות, ושכבה 4 כהארקת המעגל הדיגיטלי המהיר.

בנוסף, יש צורך להבטיח כי ניתוב האות המונע על ידי אותו מכשיר דיגיטלי מהיר לוקח את אותה שכבת הספק כמו מישור הייחוס, ושכבת הספק זו היא שכבת אספקת החשמל של המכשיר הדיגיטלי המהיר.

3. קבע את מישור הייחוס מרובה הספקים

מישור הייחוס מרובה הספקים יפוצל למספר אזורים מוצקים עם מתחים שונים. אם שכבת האות צמודה לשכבת רב הספק, זרם האות בשכבת האות הסמוכה ייתקל בנתיב חזרה לא מספק, מה שיוביל לפערים בנתיב החזרה.

עבור אותות דיגיטליים במהירות גבוהה, תכנון נתיב חזרה בלתי סביר זה עלול לגרום לבעיות חמורות, ולכן נדרש שחיווט אות דיגיטלי במהירות גבוהה צריך להיות רחוק ממישור הייחוס הרב-הספק.

4.קבע מספר מישורי ייחוס קרקעיים

 מישורי ייחוס קרקע מרובים (מישורי הארקה) יכולים לספק נתיב החזרת זרם נמוך עם עכבה נמוכה, שיכול להפחית EMl במצב נפוץ. מישור ההארקה ומישור הכוח צריכים להיות מחוברים בחוזקה, ושכבת האות צריכה להיות מחוברת בחוזקה למישור הייחוס הסמוך. ניתן להשיג זאת על ידי הפחתת עובי המדיום בין השכבות.

5. עיצוב שילוב חיווט בצורה סבירה

שתי השכבות המתפרשות על ידי נתיב אות נקראות "שילוב חיווט". שילוב החיווט הטוב ביותר נועד למנוע את זרם ההחזרה הזורם ממישור ייחוס אחד למשנהו, אך במקום זאת זורם מנקודה אחת (פנים) של מישור ייחוס אחד לאחר. על מנת להשלים את החיווט המורכב, ההמרה הבין-שכבתית של החיווט היא בלתי נמנעת. כאשר האות מומר בין שכבות, יש לוודא שזרם ההחזרה יזרום בצורה חלקה ממישור ייחוס אחד למשנהו. בעיצוב, סביר לשקול שכבות סמוכות כשילוב חיווט.

אם נתיב אות צריך להתפרש על פני שכבות מרובות, בדרך כלל אין זה תכנון סביר להשתמש בו כשילוב חיווט, מכיוון שנתיב דרך שכבות מרובות אינו חלק עבור זרמי החזרה. למרות שניתן להקטין את הקפיץ על ידי הצבת קבל ניתוק ליד החור המעבר או הפחתת עובי המדיום בין מישורי הייחוס, זה לא תכנון טוב.

6.הגדרת כיוון החיווט

כאשר כיוון החיווט מוגדר על אותה שכבת האות, זה צריך להבטיח שרוב כיווני החיווט יהיו עקביים, וצריכים להיות אורתוגונלים לכיווני החיווט של שכבות האות הסמוכות. לדוגמה, ניתן להגדיר את כיוון החיווט של שכבת אות אחת לכיוון "ציר Y", וניתן להגדיר את כיוון החיווט של שכבת אות סמוכה אחרת לכיוון "ציר X".

7. אעיבד את מבנה השכבה השווה 

ניתן למצוא מלמינציה PCB המעוצבת שעיצוב הלמינציה הקלאסי הוא כמעט כולו שכבות אחידות, ולא שכבות מוזרות, תופעה זו נגרמת ממגוון גורמים.

מתהליך הייצור של מעגלים מודפסים, אנו יכולים לדעת שכל השכבה המוליכה במעגל נשמרת על שכבת הליבה, החומר של שכבת הליבה הוא בדרך כלל לוח חיפוי דו צדדי, כאשר השימוש המלא בשכבת הליבה , השכבה המוליכה של המעגל המודפס אחידה

אפילו למעגלים מודפסים שכבות יש יתרונות עלות. בגלל היעדר שכבת מדיה וחיפויי נחושת, העלות של שכבות אי-זוגיות של חומרי גלם PCB נמוכה במעט מהעלות של שכבות זוגיות של PCB. עם זאת, עלות העיבוד של PCB בשכבת ODd גבוהה יותר מזו של PCB בשכבה אחידה, מכיוון שה-ODd שכבת PCB צריך להוסיף תהליך הדבקת שכבת ליבה לא סטנדרטית על בסיס תהליך מבנה שכבת הליבה. בהשוואה למבנה שכבת הליבה הנפוצה, הוספת חיפוי נחושת מחוץ למבנה שכבת הליבה תוביל ליעילות ייצור נמוכה יותר ולמחזור ייצור ארוך יותר. לפני הלמינציה, שכבת הליבה החיצונית דורשת עיבוד נוסף, מה שמגביר את הסיכון לשריטות ושגיאות השכבה החיצונית. הטיפול החיצוני המוגבר יגדיל משמעותית את עלויות הייצור.

כאשר השכבות הפנימיות והחיצוניות של המעגל המודפס מקוררות לאחר תהליך חיבור המעגל הרב-שכבתי, מתח הלמינציה השונה ייצור דרגות שונות של כיפוף על המעגל המודפס. וככל שעובי הלוח גדל, הסיכון לכיפוף לוח מעגלים מודפס מורכב עם שני מבנים שונים עולה. קל לכופף לוחות מעגלים בשכבה מוזרה, בעוד שמעגלים מודפסים בשכבה אחידה יכולים להימנע מכיפוף.

אם המעגל המודפס מתוכנן עם מספר אי זוגי של שכבות הספק ומספר זוגי של שכבות אות, ניתן לאמץ את השיטה של ​​הוספת שכבות הספק. שיטה פשוטה נוספת היא להוסיף שכבת הארקה באמצע הערימה מבלי לשנות את ההגדרות האחרות. כלומר, ה-PCB מחווט במספר אי-זוגי של שכבות, ואז שכפלת שכבת הארקה באמצע.

8.  שיקול עלות

מבחינת עלות הייצור, לוחות מעגלים רב-שכבתיים הם בהחלט יקרים יותר ממעגלים חד-שכבתיים ודו-שכבתיים בעלי אותו שטח PCB, וככל שיש יותר שכבות, כך העלות גבוהה יותר. עם זאת, כאשר בוחנים את מימוש פונקציות המעגל ומזעור המעגלים, כדי להבטיח שלמות האות, EML, EMC ומחווני ביצועים אחרים, יש להשתמש במעגלים רב-שכבתיים ככל האפשר. בסך הכל, ההבדל בעלויות בין לוחות מעגלים רב-שכבתיים למעגלים חד-שכבתיים ודו-שכבתיים אינו גבוה בהרבה מהצפוי