Bij het ontwerpen van PCB's is een van de meest fundamentele vragen om te overwegen het implementeren van de vereisten van de circuitfuncties die nodig zijn voor hoeveel een bedradingslaag, het aardvlak en het voedingsvlak, en de bedradingslaag van de printplaat, het aardvlak en het vermogen vlakbepaling van het aantal lagen en de circuitfunctie, signaalintegriteit, EMI, EMC, productiekosten en andere vereisten.

Voor de meeste ontwerpen zijn er veel tegenstrijdige eisen op het gebied van PCB-prestatie-eisen, beoogde kosten, productietechnologie en systeemcomplexiteit. Het gelamineerde ontwerp van PCB's is meestal een compromisbeslissing na overweging van verschillende factoren. Digitale hogesnelheidscircuits en snorhaarcircuits zijn meestal ontworpen met meerlaagse platen.

Hier zijn acht principes voor trapsgewijs ontwerp:

1. Deliminatie

Op een meerlaagse PCB zijn er meestal een signaallaag (S), een voedingsvlak (P) en een aardingsvlak (GND). Het voedingsvlak en het GROUND-vlak zijn meestal niet-gesegmenteerde massieve vlakken die een goed stroomretourpad met lage impedantie bieden voor de stroom van aangrenzende signaallijnen.

De meeste signaallagen bevinden zich tussen deze stroombronnen of grondreferentievlaklagen en vormen symmetrische of asymmetrische gestreepte lijnen. De bovenste en onderste lagen van een meerlaagse printplaat worden meestal gebruikt om componenten en een kleine hoeveelheid bedrading te plaatsen. De bedrading van deze signalen mag niet te lang zijn om de directe straling veroorzaakt door de bedrading te verminderen.

2. Bepaal het enkele vermogensreferentievlak

Het gebruik van ontkoppelcondensatoren is een belangrijke maatregel om de integriteit van de stroomvoorziening op te lossen. Ontkoppelcondensatoren kunnen alleen aan de boven- en onderkant van de printplaat worden geplaatst. De routering van de ontkoppelcondensator, het soldeervlak en de gatdoorgang zal het effect van de ontkoppelcondensator ernstig beïnvloeden, wat vereist dat het ontwerp er rekening mee moet houden dat de routering van de ontkoppelcondensator zo kort en breed mogelijk moet zijn, en dat de draad die op het gat is aangesloten ook zo kort mogelijk zijn. In een snel digitaal circuit is het bijvoorbeeld mogelijk om de ontkoppelcondensator op de bovenste laag van de printplaat te plaatsen, laag 2 toe te wijzen aan het snelle digitale circuit (zoals de processor) als de vermogenslaag, laag 3 als de signaallaag, en laag 4 als de aarde van het snelle digitale circuit.

Bovendien is het noodzakelijk om ervoor te zorgen dat de signaalroutering die wordt aangestuurd door hetzelfde snelle digitale apparaat dezelfde vermogenslaag gebruikt als het referentievlak, en deze vermogenslaag is de voedingslaag van het snelle digitale apparaat.

3. Bepaal het multi-power referentievlak

Het referentievlak met meerdere vermogens wordt opgesplitst in verschillende vaste gebieden met verschillende spanningen. Als de signaallaag grenst aan de multi-powerlaag, zal de signaalstroom op de nabijgelegen signaallaag een onbevredigend retourpad tegenkomen, wat zal leiden tot gaten in het retourpad.

Voor digitale signalen met hoge snelheid kan dit onredelijke ontwerp van het retourpad ernstige problemen veroorzaken. Daarom is het vereist dat de bedrading voor digitale signalen met hoge snelheid zich uit de buurt van het referentievlak met meerdere vermogens bevindt.

4.Bepaal meerdere grondreferentievlakken

 Meerdere aardreferentievlakken (aardingsvlakken) kunnen een goed stroomretourpad met lage impedantie bieden, waardoor de common-mode EML kan worden verminderd. Het grondvlak en het vermogensvlak moeten nauw met elkaar zijn gekoppeld, en de signaallaag moet nauw met het aangrenzende referentievlak zijn gekoppeld. Dit kan worden bereikt door de dikte van het medium tussen de lagen te verminderen.

5. Ontwerp de bedradingscombinatie redelijk

De twee lagen die door een signaalpad worden overspannen, worden een “bedradingscombinatie” genoemd. De beste bedradingscombinatie is ontworpen om te voorkomen dat de retourstroom van het ene referentievlak naar het andere vloeit, maar in plaats daarvan van het ene punt (vlak) van het ene referentievlak naar het andere vloeit. Om de complexe bedrading te voltooien, is de conversie van de bedrading tussen de lagen onvermijdelijk. Wanneer het signaal tussen lagen wordt omgezet, moet ervoor worden gezorgd dat de retourstroom soepel van het ene referentievlak naar het andere stroomt. In een ontwerp is het redelijk om aangrenzende lagen als een bedradingscombinatie te beschouwen.

Als een signaalpad meerdere lagen moet overspannen, is het meestal geen redelijk ontwerp om het als bedradingscombinatie te gebruiken, omdat een pad door meerdere lagen niet fragmentarisch is voor retourstromen. Hoewel de veer kan worden verminderd door een ontkoppelcondensator nabij het doorgaande gat te plaatsen of door de dikte van het medium tussen de referentievlakken te verminderen, is het geen goed ontwerp.

6.Bedradingsrichting instellen

Wanneer de bedradingsrichting op dezelfde signaallaag wordt ingesteld, moet dit ervoor zorgen dat de meeste bedradingsrichtingen consistent zijn en orthogonaal moeten zijn ten opzichte van de bedradingsrichtingen van aangrenzende signaallagen. De bedradingsrichting van één signaallaag kan bijvoorbeeld worden ingesteld op de “Y-as”-richting, en de bedradingsrichting van een andere aangrenzende signaallaag kan worden ingesteld op de “X-as”-richting.

7. EENdopteerde de gelijkmatige laagstructuur 

Uit de ontworpen PCB-laminering blijkt dat het klassieke lamineringsontwerp bijna allemaal uit even lagen bestaat, in plaats van uit oneven lagen. Dit fenomeen wordt veroorzaakt door een verscheidenheid aan factoren.

Uit het productieproces van printplaten kunnen we weten dat alle geleidende lagen in de printplaat op de kernlaag worden opgeslagen. Het materiaal van de kernlaag is over het algemeen dubbelzijdige bekledingsplaat, wanneer het volledige gebruik van de kernlaag , de geleidende laag van de printplaat is gelijkmatig

Zelfs gelaagde printplaten hebben kostenvoordelen. Vanwege de afwezigheid van een laag media en koperbekleding zijn de kosten van oneven genummerde lagen PCB-grondstoffen iets lager dan de kosten van even lagen PCB. De verwerkingskosten van PCB's met een ODd-laag zijn echter duidelijk hoger dan die van PCB's met een gelijkmatige laag, omdat de PCB's met een ODd-laag een niet-standaard gelamineerd kernlaagbindingsproces moeten toevoegen op basis van het kernlaagstructuurproces. Vergeleken met de gewone kernlaagstructuur zal het toevoegen van koperbekleding buiten de kernlaagstructuur leiden tot een lagere productie-efficiëntie en een langere productiecyclus. Voorafgaand aan het lamineren vereist de buitenste kernlaag aanvullende bewerking, waardoor het risico op krassen en verkeerd etsen van de buitenste laag toeneemt. De grotere buitenbehandeling zal de productiekosten aanzienlijk verhogen.

Wanneer de binnen- en buitenlagen van de printplaat worden afgekoeld na het meerlaagse circuitverbindingsproces, zullen de verschillende lamineringsspanningen verschillende graden van buiging op de printplaat veroorzaken. En naarmate de dikte van de plaat toeneemt, neemt het risico op het buigen van een samengestelde printplaat met twee verschillende structuren toe. Printplaten met oneven lagen zijn gemakkelijk te buigen, terwijl printplaten met gelijkmatige lagen buigen kunnen voorkomen.

Als de printplaat is ontworpen met een oneven aantal energielagen en een even aantal signaallagen, kan de methode van het toevoegen van energielagen worden toegepast. Een andere eenvoudige methode is om een ​​aardingslaag in het midden van de stapel toe te voegen zonder de andere instellingen te wijzigen. Dat wil zeggen, de PCB is in een oneven aantal lagen aangesloten en vervolgens wordt een aardingslaag in het midden gedupliceerd.

8.  Kostenoverweging

In termen van productiekosten zijn meerlaagse printplaten beslist duurder dan enkel- en dubbellaagse printplaten met hetzelfde PCB-oppervlak, en hoe meer lagen, hoe hoger de kosten. Bij het overwegen van de realisatie van circuitfuncties en miniaturisatie van printplaten moeten echter zoveel mogelijk meerlaagse printplaten worden gebruikt om signaalintegriteit, EML, EMC en andere prestatie-indicatoren te garanderen. Over het geheel genomen is het kostenverschil tussen meerlaagse printplaten en enkellaags en tweelaags printplaten niet veel hoger dan verwacht