עיצוב הלמינציה עומד בעיקר בשני כללים:
1. לכל שכבת חיווט חייבת להיות שכבת ייחוס סמוכה (שכבת חשמל או שכבת הארקה);
2. יש לשמור על מרחק מינימלי בין שכבת ההספק הראשית הסמוכה לשכבת הקרקע כדי לספק קיבול צימוד גדול יותר;
להלן רשימה של הערימה מלוח דו-שכבתי ללוח בעל שמונה שכבות, לדוגמה:
1. לוח PCB חד-צדדי ומחסנית לוח PCB דו-צדדית
עבור לוחות דו-שכבתיים, בשל מספר השכבות הקטן, אין עוד בעיית למינציה. בקרת קרינת EMI נלקחת בחשבון בעיקר מהחיווט והפריסה;
התאימות האלקטרומגנטית של לוחות חד-שכבתיים ולוחות דו-שכבתיים הופכת בולטת יותר ויותר. הסיבה העיקרית לתופעה זו היא ששטח לולאת האות גדול מדי, מה שלא רק מייצר קרינה אלקטרומגנטית חזקה, אלא גם הופך את המעגל לרגיש להפרעות חיצוניות. כדי לשפר את התאימות האלקטרומגנטית של המעגל, הדרך הקלה ביותר היא להפחית את שטח הלולאה של אות המפתח.
אות מפתח: מנקודת מבט של תאימות אלקטרומגנטית, אותות מפתח מתייחסים בעיקר לאותות המייצרים קרינה חזקה ולאותות הרגישים לעולם החיצון. האותות שיכולים לייצר קרינה חזקה הם בדרך כלל אותות מחזוריים, כגון אותות מסדר נמוך של שעונים או כתובות. אותות הרגישים להפרעות הם אותות אנלוגיים בעלי רמות נמוכות יותר.
לוחות חד-שכבתיים וכפולים משמשים בדרך כלל בעיצובים אנלוגיים בתדר נמוך מתחת ל-10 קילו-הרץ:
1) עקבות ההספק באותה שכבה מנותבות בצורה רדיאלית, והאורך הכולל של הקווים ממוזער;
2) בעת העברת חוטי החשמל והארקה, עליהם להיות קרובים זה לזה; יש להניח חוט הארקה לצד חוט אות המפתח, וחוט הארקה זה צריך להיות קרוב ככל האפשר לחוט האות. בדרך זו, נוצר שטח לולאה קטן יותר ורגישות הקרינה הדיפרנציאלית להפרעות חיצוניות מופחתת. כאשר מוסיפים חוט הארקה ליד חוט האות, נוצרת לולאה בעלת השטח הקטן ביותר, וזרם האות בהחלט ייקח לולאה זו במקום חוטי הארקה אחרים.
3) אם מדובר במעגל דו-שכבתי, ניתן להניח חוט הארקה לאורך קו האות בצד השני של המעגל, מיד מתחת לקו האות, והקו הראשון צריך להיות רחב ככל האפשר. שטח הלולאה שנוצר בדרך זו שווה לעובי המעגל כפול אורך קו האות.
למינציה דו-שכבתית וארבע-שכבתית
1. SIG-GND(PWR)-PWR (GND)-SIG;
2. GND-SIG(PWR)-SIG(PWR)-GND;
עבור שני עיצובי הלמינציה הנ"ל, הבעיה הפוטנציאלית היא בעובי הלוח המסורתי של 1.6 מ"מ (62 מיל). מרווח השכבות יהפוך לגדול מאוד, דבר שאינו רק שלילי לשליטה בעכבה, צימוד בין שכבות ומיגון; בפרט, המרווח הגדול בין מישורי הארקה של ההספק מפחית את קיבול הלוח ואינו תורם לסינון רעשים.
עבור הסכימה הראשונה, היא מיושמת בדרך כלל במצב בו יש יותר שבבים על הלוח. סכימה מסוג זה יכולה להשיג ביצועי SI טובים יותר, אך היא אינה טובה במיוחד לביצועי EMI, בעיקר באמצעות החיווט ופרטים אחרים שיש לשלוט בהם. תשומת לב עיקרית: שכבת הקרקע ממוקמת על שכבת החיבור של שכבת האות עם האות הצפוף ביותר, דבר המועיל לספיגת ודיכוי קרינה; הגדלת שטח הלוח כדי לשקף את כלל 20H.
באשר לפתרון השני, הוא משמש בדרך כלל כאשר צפיפות השבב על הלוח נמוכה מספיק ויש מספיק שטח סביב השבב (יש למקם את שכבת הנחושת הנדרשת להספק). בתכנית זו, השכבה החיצונית של המעגל המודפס היא שכבת הארקה, ושתי השכבות האמצעיות הן שכבות אות/הספק. ספק הכוח בשכבת האות מנותב בקו רחב, מה שיכול להפוך את עכבת הנתיב של זרם ספק הכוח לנמוכה, וגם העכבה של נתיב המיקרוסטריפ של האות נמוכה, וקרינת האות של השכבה הפנימית יכולה להיות מוגנת גם היא על ידי השכבה החיצונית. מנקודת מבט של בקרת EMI, זהו מבנה המעגל המודפס בעל 4 השכבות הטוב ביותר שקיים.
תשומת לב עיקרית: יש להרחיב את המרחק בין שתי השכבות האמצעיות של שכבות ערבוב האות והכוח, וכיוון החיווט צריך להיות אנכי כדי למנוע מעבר בין-שיחות; יש לשלוט כראוי על שטח הלוח כדי לשקף את כלל 20H; אם ברצונך לשלוט בעכבת החיווט, יש להקפיד מאוד על ניתוב החוטים תחת אי הנחושת לאספקת חשמל והארקה. בנוסף, יש לחבר את הנחושת בשכבת אספקת החשמל או הארקה ככל האפשר כדי להבטיח קישוריות DC ותדר נמוך.
למינציה בת שלוש שכבות, שש שכבות
עבור עיצובים עם צפיפות שבבים גבוהה יותר ותדר שעון גבוה יותר, יש לשקול עיצוב לוח בעל 6 שכבות, ושיטת הערימה מומלצת:
1. SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG;
עבור סוג זה של סכמה, סכמה למינציה מסוג זה יכולה להשיג שלמות אות טובה יותר, כאשר שכבת האות צמודה לשכבת הקרקע, שכבת ההספק ושכבת הקרקע משויכות זו לזו, ניתן לשלוט טוב יותר בעכבה של כל שכבת חיווט, ושתי השכבות יכולות לספוג את קווי השדה המגנטי היטב. וכאשר ספק הכוח ושכבת הקרקע שלמות, ניתן לספק נתיב חזרה טוב יותר לכל שכבת אות.
2. GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND;
עבור סוג זה של סכמה, סכמה זו מתאימה רק למצב בו צפיפות המכשיר אינה גבוהה במיוחד, לסוג זה של למינציה יש את כל היתרונות של הלמינציה העליונה, ומישור הקרקע של השכבות העליונות והתחתונות שלם יחסית, מה שיכול לשמש כשכבת מיגון טובה יותר. יש לציין ששכבת ההספק צריכה להיות קרובה לשכבה שאינה פני השטח של הרכיב הראשי, מכיוון שמישור השכבה התחתונה יהיה שלם יותר. לכן, ביצועי EMI טובים יותר מהפתרון הראשון.
סיכום: עבור ערכת הלוח בעלת שש השכבות, יש למזער את המרחק בין שכבת החשמל לשכבת הארקה כדי להשיג צימוד חשמל והארקה טוב. עם זאת, למרות שעובי הלוח הוא 62 מיל ומרווח השכבות מצטמצם, לא קל לשלוט על המרווח בין ספק הכוח הראשי לשכבת הארקה כך שיהיה קטן. בהשוואה בין התוכנית הראשונה לתוכנית השנייה, עלות התוכנית השנייה תגדל מאוד. לכן, בדרך כלל אנו בוחרים באפשרות הראשונה בעת ערימה. בעת התכנון, יש לפעול לפי כלל 20H וכלל שכבת המראה.
למינציות בעלות ארבע ושמונה שכבות
1. שיטת ערימה זו אינה טובה עקב ספיגה אלקטרומגנטית ירודה ועכבת אספקת חשמל גדולה. המבנה שלה הוא כדלקמן:
1. משטח רכיב 1 של אות, שכבת חיווט מיקרוסטריפ
2. שכבת חיווט מיקרוסטריפ פנימית של אות 2, שכבת חיווט טובה יותר (כיוון X)
3. קרקע
4. שכבת ניתוב סטריפליין של אות 3, שכבת ניתוב טובה יותר (כיוון Y)
5. שכבת ניתוב סטריפליין של אות 4
6. כוח
7. שכבת חיווט מיקרוסטריפ פנימית של אות 5
8. שכבת עקבות מיקרוסטריפ של אות 6
2. זוהי גרסה של שיטת הערימה השלישית. הודות להוספת שכבת הייחוס, יש לה ביצועי EMI טובים יותר, וניתן לשלוט היטב בעכבה האופיינית של כל שכבת אות.
1. משטח רכיב 1 של אות, שכבת חיווט מיקרוסטריפ, שכבת חיווט טובה
2. שכבת קרקע, יכולת ספיגת גלים אלקטרומגנטיים טובה
3. שכבת ניתוב סטריפליין של אות 2, שכבת ניתוב טובה
4. שכבת הספק כוח, היוצרת ספיגה אלקטרומגנטית מצוינת עם שכבת הקרקע שמתחת.
6. שכבת ניתוב stripline של אות 3, שכבת ניתוב טובה
7. שכבת הספק, עם עכבת אספקת חשמל גדולה
8. שכבת חיווט מיקרוסטריפ אות 4, שכבת חיווט טובה
3. שיטת הערימה הטובה ביותר, בשל השימוש במישורי ייחוס קרקעיים רב-שכבתיים, יש לה יכולת ספיגה גיאומגנטית טובה מאוד.
1. משטח רכיב 1 של אות, שכבת חיווט מיקרוסטריפ, שכבת חיווט טובה
2. שכבת קרקע, יכולת ספיגת גלים אלקטרומגנטיים טובה יותר
3. שכבת ניתוב סטריפליין של אות 2, שכבת ניתוב טובה
4. שכבת כוח, היוצרת ספיגה אלקטרומגנטית מצוינת עם שכבת הקרקע שמתחת
6. שכבת ניתוב stripline של אות 3, שכבת ניתוב טובה
7. שכבת קרקע, יכולת ספיגת גלים אלקטרומגנטיים טובה יותר
8. שכבת חיווט מיקרוסטריפ אות 4, שכבת חיווט טובה
כיצד לבחור כמה שכבות של לוחות יש להשתמש בתכנון וכיצד לערום אותן תלוי בגורמים רבים כגון מספר רשתות האותות על הלוח, צפיפות ההתקן, צפיפות ה-PIN, תדר האות, גודל הלוח וכן הלאה. עלינו לשקול גורמים אלה בצורה מקיפה. עבור יותר רשתות אות, ככל שצפיפות ההתקן גבוהה יותר, צפיפות ה-PIN גבוהה יותר ותדר האות גבוה יותר, יש לאמץ ככל האפשר את תכנון הלוח הרב-שכבתי. כדי לקבל ביצועי EMI טובים, עדיף לוודא שלכל שכבת אות יש שכבת ייחוס משלה.