เมื่อออกแบบ PCB หนึ่งในคำถามพื้นฐานที่สุดที่ต้องพิจารณาคือการใช้ข้อกำหนดของฟังก์ชันวงจรที่ต้องการจำนวนชั้นการเดินสาย ระนาบกราวด์และระนาบกำลัง และชั้นการเดินสายของแผงวงจรพิมพ์ ระนาบกราวด์ และกำลัง การกำหนดระนาบของจำนวนชั้นและฟังก์ชันของวงจร ความสมบูรณ์ของสัญญาณ EMI, EMC ต้นทุนการผลิต และข้อกำหนดอื่นๆ

สำหรับการออกแบบส่วนใหญ่ มีข้อกำหนดที่ขัดแย้งกันหลายประการเกี่ยวกับข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของ PCB ต้นทุนเป้าหมาย เทคโนโลยีการผลิต และความซับซ้อนของระบบ การออกแบบ PCB แบบเคลือบมักเป็นการตัดสินใจประนีประนอมหลังจากพิจารณาปัจจัยต่างๆ วงจรดิจิตอลความเร็วสูงและวงจรวิสเกอร์มักได้รับการออกแบบด้วยบอร์ดหลายชั้น

ต่อไปนี้เป็นหลักการแปดประการสำหรับการออกแบบแบบเรียงซ้อน:

1. Dการเคลือบ

ใน PCB หลายชั้น มักจะมีชั้นสัญญาณ (S) ระนาบแหล่งจ่ายไฟ (P) และระนาบกราวด์ (GND) ระนาบกำลังและระนาบ GROUND มักจะเป็นระนาบทึบที่ไม่ได้แบ่งส่วน ซึ่งจะให้เส้นทางส่งคืนกระแสอิมพีแดนซ์ต่ำที่ดีสำหรับกระแสของสายสัญญาณที่อยู่ติดกัน

ชั้นสัญญาณส่วนใหญ่จะอยู่ระหว่างแหล่งพลังงานเหล่านี้หรือชั้นระนาบอ้างอิงภาคพื้นดิน ทำให้เกิดเส้นแถบสีแบบสมมาตรหรือไม่สมมาตร ชั้นบนและล่างของ PCB หลายชั้นมักจะใช้เพื่อวางส่วนประกอบและสายไฟจำนวนเล็กน้อย การเดินสายสัญญาณเหล่านี้ไม่ควรยาวเกินไปเพื่อลดการแผ่รังสีโดยตรงที่เกิดจากการเดินสาย

2. กำหนดระนาบอ้างอิงกำลังเดี่ยว

การใช้ตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนเป็นมาตรการสำคัญในการแก้ปัญหาความสมบูรณ์ของแหล่งจ่ายไฟ ตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนสามารถวางได้ที่ด้านบนและด้านล่างของ PCB เท่านั้น การกำหนดเส้นทางของตัวเก็บประจุแยกตัว แผ่นประสาน และผ่านรูจะส่งผลร้ายแรงต่อผลกระทบของตัวเก็บประจุแยกตัว ซึ่งต้องมีการออกแบบต้องพิจารณาว่าการกำหนดเส้นทางของตัวเก็บประจุแยกตัวควรสั้นและกว้างที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และสายไฟที่เชื่อมต่อกับรูควร ให้สั้นที่สุดเท่าที่จะทำได้ ตัวอย่างเช่น ในวงจรดิจิตอลความเร็วสูง คุณสามารถวางตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนไว้ที่ชั้นบนสุดของ PCB แล้วกำหนดเลเยอร์ 2 ให้กับวงจรดิจิตอลความเร็วสูง (เช่น โปรเซสเซอร์) เป็นชั้นกำลัง เลเยอร์ 3 เป็นชั้นสัญญาณ และชั้น 4 เป็นกราวด์วงจรดิจิตอลความเร็วสูง

นอกจากนี้ จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าการกำหนดเส้นทางสัญญาณที่ขับเคลื่อนโดยอุปกรณ์ดิจิทัลความเร็วสูงเดียวกันนั้นใช้ชั้นพลังงานเดียวกันกับระนาบอ้างอิง และชั้นพลังงานนี้เป็นชั้นแหล่งจ่ายไฟของอุปกรณ์ดิจิทัลความเร็วสูง

3. กำหนดระนาบอ้างอิงหลายกำลัง

ระนาบอ้างอิงหลายกำลังจะถูกแบ่งออกเป็นบริเวณทึบหลายจุดซึ่งมีแรงดันไฟฟ้าต่างกัน หากชั้นสัญญาณอยู่ติดกับชั้นหลายกำลัง กระแสสัญญาณบนชั้นสัญญาณใกล้เคียงจะพบกับเส้นทางกลับที่ไม่น่าพอใจ ซึ่งจะนำไปสู่ช่องว่างในเส้นทางกลับ

สำหรับสัญญาณดิจิตอลความเร็วสูง การออกแบบเส้นทางกลับที่ไม่สมเหตุสมผลอาจทำให้เกิดปัญหาร้ายแรงได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเดินสายสัญญาณดิจิตอลความเร็วสูงให้ห่างจากระนาบอ้างอิงหลายกำลัง

4.กำหนดระนาบอ้างอิงภาคพื้นดินหลายระนาบ

 ระนาบอ้างอิงกราวด์หลายระนาบ (ระนาบกราวด์) สามารถให้เส้นทางส่งกลับกระแสอิมพีแดนซ์ต่ำที่ดี ซึ่งสามารถลด EMl ในโหมดทั่วไปได้ ระนาบกราวด์และระนาบกำลังควรเชื่อมต่อกันอย่างแน่นหนา และชั้นสัญญาณควรเชื่อมต่ออย่างแน่นหนากับระนาบอ้างอิงที่อยู่ติดกัน ซึ่งสามารถทำได้โดยการลดความหนาของตัวกลางระหว่างชั้น

5. ออกแบบชุดสายไฟให้เหมาะสม

สองชั้นที่ขยายด้วยเส้นทางสัญญาณเรียกว่า "การรวมสายไฟ" การรวมสายไฟที่ดีที่สุดได้รับการออกแบบมาเพื่อหลีกเลี่ยงกระแสไหลกลับที่ไหลจากระนาบอ้างอิงหนึ่งไปยังอีกระนาบหนึ่ง แต่ไหลจากจุดหนึ่ง (หน้า) ของระนาบอ้างอิงหนึ่งไปยังอีกระนาบหนึ่งแทน เพื่อให้การเดินสายที่ซับซ้อนเสร็จสมบูรณ์ การแปลงสายไฟระหว่างชั้นจึงเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ เมื่อสัญญาณถูกแปลงระหว่างชั้นต่างๆ ควรแน่ใจว่ากระแสที่ไหลกลับจะไหลได้อย่างราบรื่นจากระนาบอ้างอิงหนึ่งไปยังอีกระนาบหนึ่ง ในการออกแบบมีความสมเหตุสมผลที่จะพิจารณาเลเยอร์ที่อยู่ติดกันเป็นชุดสายไฟ

ถ้าเส้นทางสัญญาณจำเป็นต้องขยายหลายชั้น โดยปกติแล้วการออกแบบที่ไม่สมเหตุสมผลจะใช้เป็นชุดสายไฟ เนื่องจากเส้นทางที่ผ่านหลายชั้นไม่ปะติดปะต่อสำหรับกระแสย้อนกลับ แม้ว่าสปริงสามารถลดลงได้โดยการวางตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนไว้ใกล้กับรูทะลุหรือลดความหนาของตัวกลางระหว่างระนาบอ้างอิง แต่ก็ไม่ใช่การออกแบบที่ดี

6.การตั้งทิศทางการเดินสายไฟ

เมื่อกำหนดทิศทางการเดินสายไฟบนชั้นสัญญาณเดียวกัน ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าทิศทางการเดินสายไฟส่วนใหญ่มีความสอดคล้องกัน และควรตั้งฉากกับทิศทางการเดินสายไฟของชั้นสัญญาณที่อยู่ติดกัน ตัวอย่างเช่น ทิศทางการเดินสายไฟของชั้นสัญญาณหนึ่งสามารถตั้งค่าเป็นทิศทาง "แกน Y" และทิศทางการเดินสายไฟของชั้นสัญญาณอีกชั้นที่อยู่ติดกันสามารถตั้งค่าเป็นทิศทาง "แกน X" ได้

7. กประกบโครงสร้างชั้นคู่ 

สามารถพบได้จากการเคลือบ PCB ที่ออกแบบว่าการออกแบบการเคลือบแบบคลาสสิกนั้นมีชั้นคู่เกือบทั้งหมด แทนที่จะเป็นชั้นคี่ ปรากฏการณ์นี้เกิดจากปัจจัยหลายประการ

จากกระบวนการผลิตแผงวงจรพิมพ์ เราสามารถรู้ได้ว่าชั้นสื่อกระแสไฟฟ้าทั้งหมดในแผงวงจรถูกบันทึกไว้บนชั้นแกน วัสดุของชั้นแกนโดยทั่วไปจะเป็นแผ่นหุ้มสองด้าน เมื่อใช้ชั้นแกนอย่างเต็มที่ ชั้นสื่อกระแสไฟฟ้าของแผงวงจรพิมพ์จะเท่ากัน

แม้แต่แผงวงจรพิมพ์แบบชั้นก็มีข้อได้เปรียบด้านต้นทุน เนื่องจากไม่มีชั้นของสื่อและการหุ้มทองแดง ต้นทุนของวัตถุดิบ PCB ในชั้นเลขคี่จึงต่ำกว่าต้นทุนของ PCB ชั้นคู่เล็กน้อย อย่างไรก็ตาม ต้นทุนการประมวลผลของ PCB ชั้น ODd นั้นสูงกว่า PCB ชั้นคู่อย่างเห็นได้ชัด เนื่องจาก PCB ชั้น ODd จำเป็นต้องเพิ่มกระบวนการเชื่อมชั้นแกนเคลือบที่ไม่เป็นมาตรฐานบนพื้นฐานของกระบวนการโครงสร้างชั้นแกนกลาง เมื่อเปรียบเทียบกับโครงสร้างชั้นแกนกลางทั่วไป การเพิ่มการหุ้มทองแดงภายนอกโครงสร้างชั้นแกนกลางจะส่งผลให้ประสิทธิภาพการผลิตลดลงและรอบการผลิตยาวนานขึ้น ก่อนที่จะเคลือบ ชั้นแกนด้านนอกต้องมีการประมวลผลเพิ่มเติม ซึ่งจะเพิ่มความเสี่ยงของการขีดข่วนและการกัดกร่อนของชั้นนอก การจัดการภายนอกที่เพิ่มขึ้นจะทำให้ต้นทุนการผลิตเพิ่มขึ้นอย่างมาก

เมื่อชั้นด้านในและด้านนอกของแผงวงจรพิมพ์เย็นลงหลังจากกระบวนการเชื่อมวงจรหลายชั้น ความตึงในการเคลือบที่แตกต่างกันจะทำให้เกิดการโค้งงอบนแผงวงจรพิมพ์ในระดับที่แตกต่างกัน และเมื่อความหนาของบอร์ดเพิ่มขึ้น ความเสี่ยงในการดัดงอแผงวงจรพิมพ์คอมโพสิตที่มีโครงสร้างที่แตกต่างกันสองแบบก็จะเพิ่มขึ้น แผงวงจรชั้นแปลกสามารถโค้งงอได้ง่าย ในขณะที่แผงวงจรพิมพ์ที่มีชั้นคู่สามารถหลีกเลี่ยงการโค้งงอได้

หากแผงวงจรพิมพ์ได้รับการออกแบบให้มีชั้นพลังงานเป็นจำนวนคี่และชั้นสัญญาณเป็นจำนวนคู่ ก็สามารถนำวิธีการเพิ่มชั้นพลังงานมาใช้ได้ วิธีง่ายๆ อีกวิธีหนึ่งคือการเพิ่มเลเยอร์กราวด์ตรงกลางสแต็กโดยไม่ต้องเปลี่ยนการตั้งค่าอื่นๆ นั่นคือ PCB ถูกต่อสายเป็นจำนวนคี่ของชั้นจากนั้นชั้นกราวด์จะถูกทำซ้ำตรงกลาง

8.  การพิจารณาต้นทุน

ในแง่ของต้นทุนการผลิต แผงวงจรหลายชั้นจะมีราคาแพงกว่าแผงวงจรชั้นเดียวและสองชั้นที่มีพื้นที่ PCB เท่ากันอย่างแน่นอน และยิ่งชั้นมากเท่าใดต้นทุนก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม เมื่อพิจารณาถึงการใช้งานวงจรและการย่อขนาดแผงวงจร เพื่อให้แน่ใจว่าสัญญาณสมบูรณ์ EMl, EMC และตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพอื่นๆ ควรใช้แผงวงจรหลายชั้นให้มากที่สุด โดยรวมแล้ว ความแตกต่างของต้นทุนระหว่างแผงวงจรหลายชั้นกับแผงวงจรชั้นเดียวและสองชั้นนั้นไม่ได้สูงกว่าที่คาดไว้มากนัก