בעת תכנון PCB, אחת השאלות הבסיסיות ביותר שיש לקחת בחשבון היא ליישם את הדרישות של פונקציות המעגל צריכות לכמה שכבת חיווט, מטוס הקרקע ומישור הכוח, ושכבת חיווט של לוח המעגלים המודפס, מטוס הקרקע וקביעת מטוס החשמל של מספר השכבות ופונקציית המעגל, שלמות האות, EMI, EMC, עלויות ייצור ודרישות אחרות.

עבור מרבית העיצובים, ישנן דרישות סותרות רבות לגבי דרישות ביצועי ה- PCB, עלות היעד, טכנולוגיית הייצור ומורכבות המערכת. התכנון למינציה של PCB הוא בדרך כלל החלטת פשרה לאחר התחשבות בגורמים שונים. מעגלים דיגיטליים במהירות גבוהה ומעגלי Whisker מעוצבים בדרך כלל עם לוחות רב שכבתיים.

להלן שמונה עקרונות לעיצוב מדורגים:

1. Dהארה

ב- PCB רב שכבתי, יש בדרך כלל שכבות אות (ים), מישור אספקת חשמל (P) ומטוס הארקה (GND). מטוס החשמל ומטוס הקרקע הם בדרך כלל מטוסים מוצקים שלא הושלמו שיספקו נתיב החזרה זרם עכבה נמוך טוב לזרם של קווי האות הסמוכים.

מרבית שכבות האות ממוקמות בין מקורות כוח אלה או שכבות מישור התייחסות קרקעית, ויוצרים קווים פס סימטרי או אסימטרי. השכבות העליונות והתחתונות של PCB רב שכבתי משמשות בדרך כלל להצבת רכיבים וכמות קטנה של חיווט. החיווט של אותות אלה לא אמור להיות ארוך מדי כדי להפחית את הקרינה הישירה הנגרמת כתוצאה מחיווט.

2. קבע את מישור ההתייחסות לחשמל יחיד

השימוש בקבלים ניתוק הוא אמצעי חשוב לפתרון שלמות אספקת החשמל. ניתן למקם קבלים לניתוק רק בחלקו העליון והתחתון של ה- PCB. ניתוב קבלים לניתוק, כרית הלחמה ו- Hole Pass ישפיע ברצינות על ההשפעה של קבלים ניתוק, הדורש את העיצוב חייב לקחת בחשבון כי ניתוב קבל הקבל צריך להיות קצר ורחב ככל האפשר, והחוט המחובר לחור צריך להיות גם קצר ככל האפשר. לדוגמה, במעגל דיגיטלי במהירות גבוהה, ניתן למקם את קבל המנתק על השכבה העליונה של ה- PCB, הקצה שכבה 2 למעגל הדיגיטלי המהיר (כמו המעבד) כשכבת הכוח, שכבה 3 כשכבת האות, ושכבה 4 כקרקע המעגל הדיגיטלי המהיר.

בנוסף, יש צורך להבטיח כי ניתוב האות המונע על ידי אותו מכשיר דיגיטלי במהירות גבוהה לוקח את אותה שכבת חשמל כמו מישור ההתייחסות, ושכבת כוח זו היא שכבת אספקת החשמל של המכשיר הדיגיטלי המהיר.

3. קבע את מישור ההתייחסות הרב-כוחי

מישור ההתייחסות הרב-כוחי יחולק למספר אזורים מוצקים עם מתחים שונים. אם שכבת האות צמודה לשכבה הרב-עוצמתית, זרם האות בשכבת האות הסמוכה ייתקל בנתיב החזרה לא מספק, מה שיוביל לפערים בנתיב החזרה.

עבור אותות דיגיטליים במהירות גבוהה, תכנון נתיבי חזרה בלתי סביר זה יכול לגרום לבעיות חמורות, ולכן נדרש כי חיווט אות דיגיטלי במהירות גבוהה צריך להיות רחוק ממטוס ההתייחסות הרב-כוח.

4.קבעו מטוסי התייחסות קרקעיים מרובים

 מטוסי התייחסות קרקעיים מרובים (מטוסי הארקה) יכולים לספק נתיב החזרה זרם עכבה נמוך, שיכול להפחית את EML במצב משותף. יש לחבר בחוזקה את מטוס הקרקע ומישור הכוח, ויש לחבר את שכבת האות בחוזקה למישור ההתייחסות הסמוך. ניתן להשיג זאת על ידי הפחתת עובי המדיום בין שכבות.

5. שילוב חיווט עיצובי באופן סביר

שתי השכבות שנפרשו על ידי נתיב אות נקראות "שילוב חיווט". שילוב החיווט הטוב ביותר נועד להימנע מזרם ההחזרה הזורם ממישור התייחסות אחד למשנהו, אך במקום זאת זורם מנקודה אחת (פנים) של מטוס התייחסות אחד למשנהו. על מנת להשלים את החיווט המורכב, ההמרה הבין -שכבתית של החיווט היא בלתי נמנעת. כאשר המומר את האות בין שכבות, יש להבטיח את זרם ההחזרה לזרום בצורה חלקה ממישור התייחסות אחד למשנהו. בעיצוב, סביר לשקול שכבות סמוכות כשילוב חיווט.

אם נתיב איתות צריך לפרוש שכבות מרובות, בדרך כלל אין זה עיצוב סביר להשתמש בו כשילוב חיווט, מכיוון שנתיב דרך שכבות מרובות אינו מטושטש לזרמי החזרה. למרות שניתן להפחית את הקפיץ על ידי הנחת קבלים ניתוק ליד החור דרך או הפחתת עובי המדיום בין מטוסי ההתייחסות, זה לא עיצוב טוב.

6.קביעת כיוון חיווט

כאשר כיוון החיווט מוגדר על אותה שכבת האות, עליו להבטיח שרוב כיווני החיווט יהיו עקביים, וצריכים להיות אורתוגונליים 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. אמסמך את מבנה השכבה השווה 

ניתן למצוא ממינציה מעוצבת של PCB כי עיצוב הלמינציה הקלאסי הוא כמעט כל שכבות, ולא שכבות מוזרות, תופעה זו נגרמת על ידי מגוון גורמים.

מתהליך הייצור של לוח המעגלים המודפס, אנו יכולים לדעת כי כל השכבה המוליכת בלוח המעגל נשמרת בשכבת הליבה, חומר שכבת הליבה הוא בדרך כלל לוח חיפוי דו-צדדי, כאשר השימוש המלא בשכבת הליבה, השכבה המוליכת של לוח המעגל המודפס היא אפילו

אפילו לוחות מעגלים מודפסים בשכבה הם בעלי יתרונות עלות. בגלל היעדר שכבה של חיפוי מדיה ונחושת, העלות של שכבות מספר משונות של חומרי גלם PCB נמוכה מעט יותר מהעלות של שכבות אחידה של PCB. עם זאת, עלות העיבוד של PCB בשכבה מוזרה היא כמובן גבוהה יותר מזו של PCB שכבתי אפילו מכיוון ש- PCB בשכבה מוזרה צריך להוסיף תהליך מליטה של ​​שכבת ליבה למינציה לא סטנדרטית על בסיס תהליך מבנה שכבת הליבה. בהשוואה למבנה שכבת הליבה הנפוצה, הוספת חיפוי נחושת מחוץ למבנה שכבת הליבה תוביל ליעילות הייצור הנמוכה יותר ולמחזור הייצור הארוך יותר. לפני למינציה, שכבת הליבה החיצונית דורשת עיבוד נוסף, מה שמגדיל את הסיכון לשריטה ושגול שגוי של השכבה החיצונית. הטיפול החיצוני המוגבר יגדיל משמעותית את עלויות הייצור.

כאשר השכבות הפנימיות והחיצוניות של לוח המעגלים המודפס מתקררים לאחר תהליך ההדבקה בין שכבות, מתח למינציה שונה יפיק דרגות שונות של כיפוף על לוח המעגל המודפס. וככל שעובי הלוח גדל, הסיכון לכיפוף לוח מעגלים מודפס מורכב עם שני מבנים שונים עולה. קל לכיפוף של מעגלי שכבה מוזרים, ואילו לוחות מעגלים מודפסים בשכבה אחידה יכולים להימנע מכיפוף.

אם לוח המעגל המודפס מעוצב עם מספר אי -זוגי של שכבות כוח ומספר אחיד של שכבות אות, ניתן לאמץ את השיטה להוספת שכבות כוח. שיטה פשוטה נוספת היא להוסיף שכבת הארקה באמצע הערימה מבלי לשנות את ההגדרות האחרות. כלומר, ה- PCB מחובר במספר משונה של שכבות, ואז משוכפלת שכבת הארקה באמצע.

8.  שיקול עלות

מבחינת עלות הייצור, לוחות מעגלים רב שכבתיים הם בהחלט יקרים יותר מאשר לוחות מעגלים בשכבה יחידה וכפולה עם אותו שטח PCB, וככל יותר שכבות, כך העלות גבוהה יותר. עם זאת, כאשר בוחנים את מימוש פונקציות המעגלים ומזעור המעידים של מעגלים, כדי להבטיח שלמות האות, EML, EMC ומדדי ביצועים אחרים, יש להשתמש במעגלים רב שכבותיים ככל האפשר. בסך הכל, הפרש העלויות בין לוחות מעגלים רב שכבתיים לבין שכבה יחידה ומועצרים דו-שכבתיים אינו גבוה בהרבה מהצפוי