การพิจารณาพื้นฐานที่สุดประการหนึ่งในการออกแบบ PCB คือการกำหนดว่าต้องใช้เลเยอร์การกำหนดเส้นทาง ระนาบกราวด์ และระนาบพลังงานจำนวนเท่าใดจึงจะตอบสนองความต้องการด้านการทำงานของวงจรได้ โดยทั่วไปแล้ว การออกแบบ PCB แบบเรียงซ้อนจะถือเป็นการประนีประนอมโดยคำนึงถึงปัจจัยต่างๆ ต่อไปนี้คือหลักการสำคัญสำหรับการออกแบบ PCB แบบเรียงซ้อน
การวางแผนการซ้อน
ชั้นนอกสุดที่มี GND และ PWR : ชั้นเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการเดินสายและการลัดวงจรของวงจร สำหรับการใช้งาน HDI (High-Density Interconnect) ชั้นที่สองมักจะเป็นชั้นสัญญาณที่ใช้สำหรับการเดินสายระหว่างส่วนประกอบ BGA ที่มีระยะห่างแคบ ในการใช้งาน HDI นี้ ผู้ผลิตมักใช้การเจาะด้วยเลเซอร์เพื่อเจาะลึกอย่างควบคุมได้เพื่อเข้าถึงชั้นที่สอง
การจัดเรียงชั้นอย่างสมดุล : การจัดเรียงชั้นทั้งหมดต้องมีความสมดุลจากเส้นกึ่งกลางของแผ่น PCB เพื่อลดหรือขจัดปัญหาการบิดเบี้ยว ประเภทและความหนาของวัสดุพรีเพรก (วัสดุที่เคลือบสารไว้ล่วงหน้า) ต้องกำหนดก่อนเริ่มออกแบบด้วยโปรแกรม CAD
ข้อควรพิจารณาในการผลิต : จำเป็นต้องทำการวิเคราะห์โครงสร้างร่วมกับผู้ผลิตเพื่อกำหนดน้ำหนักของทองแดง วัสดุพรีเพรก และความหนาของแกนก่อนการออกแบบด้วยโปรแกรม CAD เพื่อให้มั่นใจได้ว่าค่าความต้านทานถูกควบคุม
ความหนาของวัสดุ :
- วัสดุ FR1.6 ขนาด 4 มม. ใช้สำหรับการซ้อน 2–16 ชั้น
- FR1.8 ขนาด 4 มม. ใช้สำหรับการซ้อนกัน 10–20 ชั้น
- FR2.3 ขนาด 4 มม. ใช้สำหรับการซ้อนกัน 10–32 ชั้น
ความหนาของแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ทั่วไป :
- ก. 0.8 มม. (0.031 นิ้ว)
- ข. 1.0 มม. (0.040 นิ้ว)
- 1.6 มม. (0.062 นิ้ว)
- ลึก 1.8 มม. (0.070 นิ้ว)
- อี. 2.3 มม. (0.090 นิ้ว)
- กว้าง 3.2 มม. (0.125 นิ้ว)
หลักการออกแบบแบบซ้อนกัน
การแบ่งส่วนชั้น
ใน PCB หลายชั้น ชั้นต่างๆ มักประกอบด้วยชั้นสัญญาณ (S) ชั้นกำลัง (P) และชั้นกราวด์ (GND) ชั้นกำลังและชั้นกราวด์มักจะอยู่ติดกันและให้เส้นทางกลับอิมพีแดนซ์ต่ำสำหรับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านรอยสัญญาณที่อยู่ติดกัน ชั้นสัญญาณส่วนใหญ่จะวางอยู่ระหว่างชั้นอ้างอิงกำลังหรือกราวด์เหล่านี้ ชั้นบนและชั้นล่างของ PCB หลายชั้นมักใช้สำหรับวางส่วนประกอบและกำหนดเส้นทางจำนวนเล็กน้อย
การกำหนดระนาบอ้างอิงกำลังเดี่ยว
ควรติดตั้งตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนเฉพาะบนเลเยอร์ด้านบนและด้านล่างของ PCB เท่านั้น การเดินสาย แพด และช่องทางที่เชื่อมต่อกับตัวเก็บประจุเหล่านี้อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของตัวเก็บประจุได้อย่างมาก ดังนั้น จึงมีความสำคัญที่จะต้องแน่ใจว่ารอยเชื่อมที่เชื่อมต่อกับตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนนั้นสั้นและกว้างที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยช่องทางที่เชื่อมต่อกับรอยเชื่อมเหล่านี้สั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
การกำหนดระนาบอ้างอิงกำลังหลายระนาบ
ระนาบอ้างอิงกำลังไฟฟ้าหลายระนาบถูกแบ่งออกเป็นภูมิภาคที่แยกจากกัน โดยแต่ละระนาบให้ระดับแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน หากชั้นสัญญาณอยู่ติดกับระนาบอ้างอิงกำลังไฟฟ้าหลายระนาบเหล่านี้ สัญญาณในชั้นเหล่านี้อาจพบเส้นทางการส่งคืนที่ไม่ดี ซึ่งอาจส่งผลกระทบเชิงลบต่อความสมบูรณ์ของสัญญาณ ดังนั้น ควรหลีกเลี่ยงเส้นทางสัญญาณดิจิทัลความเร็วสูงจากระนาบอ้างอิงกำลังไฟฟ้าหลายระนาบ
การกำหนดระนาบอ้างอิงพื้นดินหลายระนาบ (ระนาบพื้นดิน)
ระนาบอ้างอิงกราวด์หลายระนาบช่วยให้กระแสไฟฟ้าไหลกลับด้วยค่าอิมพีแดนซ์ต่ำ ช่วยลดสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) โหมดทั่วไป ระนาบกราวด์และไฟฟ้าควรเชื่อมต่อกันอย่างแน่นหนา และชั้นสัญญาณควรเชื่อมต่อกันอย่างแน่นหนากับระนาบอ้างอิงที่อยู่ติดกัน
การออกแบบการรวมเส้นทาง
การรวมกันของชั้นที่รอยสัญญาณข้ามเรียกว่า "การผสมผสานเส้นทาง" การออกแบบการผสมผสานเส้นทางที่ดีที่สุดจะหลีกเลี่ยงไม่ให้กระแสย้อนกลับไหลระหว่างระนาบอ้างอิงที่แตกต่างกัน โดยในอุดมคติ กระแสย้อนกลับควรไหลจากจุดหนึ่งบนระนาบอ้างอิงไปยังอีกจุดหนึ่งบนระนาบเดียวกัน
