PCB แบบเดี่ยว สอง และหลายชั้น: ประเภทและวิธีการเลือก

PCB แบบด้านเดียวเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่เรียบง่ายและต้นทุนต่ำ PCB แบบสองด้านเหมาะกับความซับซ้อนปานกลางและมีข้อจำกัดด้านงบประมาณ และ PCB หลายชั้นมีความจำเป็นสำหรับการออกแบบที่มีความหนาแน่นสูง ความเร็วสูง หรือไวต่อสัญญาณรบกวน PCB ทั้งสามประเภทนี้แสดงถึงความก้าวหน้าในด้านความซับซ้อน ความสามารถ และต้นทุนในการผลิต โดยแต่ละประเภทมีชุดการใช้งานที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนซึ่งให้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด กระดานด้านเดียวที่มีค่าใช้จ่าย ผลิตจำนวน 0.50 เหรียญ เป็นการตัดสินใจทางวิศวกรรมและเชิงพาณิชย์ที่ถูกต้องสำหรับคอนโทรลเลอร์ LED พื้นฐาน บอร์ดเดียวกันนั้นจะเป็นจุดเริ่มต้นที่ใช้งานไม่ได้สำหรับโมเด็ม 5G การทำความเข้าใจความแตกต่างด้านโครงสร้าง ไฟฟ้า และการผลิตระหว่างสามประเภทนี้เป็นรากฐานในการตัดสินใจเกี่ยวกับ PCB ที่ดีตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบแรกสุด

PCB จำนวนเลเยอร์ กำหนดความสามารถอย่างไร

แผงวงจรพิมพ์เป็นโครงสร้างเคลือบของชั้นทองแดงนำไฟฟ้าที่แยกจากกันด้วยวัสดุพื้นผิวที่เป็นฉนวน ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นลามิเนตแก้ว-อีพ็อกซี่ FR4 จำนวนชั้นทองแดงจะกำหนดจำนวนช่องสัญญาณการกำหนดเส้นทางอิสระภายในบอร์ด ซึ่งจะควบคุมความหนาแน่นของเส้นทาง ความสมบูรณ์ของสัญญาณ คุณภาพการกระจายพลังงาน และประสิทธิภาพความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC)

การกำหนดค่าเลเยอร์พื้นฐานสามแบบแต่ละเลเยอร์แสดงถึงระดับความสามารถทางวิศวกรรมที่แตกต่างกัน:

• PCB ด้านเดียว (1 ชั้นทองแดง): รอยนำไฟฟ้าทั้งหมดอยู่ที่ด้านหนึ่งของวัสดุพิมพ์ การติดตั้งส่วนประกอบและการกำหนดเส้นทางการติดตามใช้ระนาบเดียวกัน ซึ่งจำกัดความหนาแน่นของการกำหนดเส้นทางให้ทำได้โดยไม่ต้องใช้ครอสโอเวอร์
• PCB สองด้าน (ทองแดง 2 ชั้น): มีรอยทองแดงอยู่ทั้งสองด้านของวัสดุพิมพ์ โดยเชื่อมต่อกันผ่านรูชุบทะลุ (PTH) สามารถติดตั้งส่วนประกอบด้านใดด้านหนึ่งหรือทั้งสองด้านก็ได้ โดยเพิ่มความสามารถในการกำหนดเส้นทางเป็นสองเท่าเมื่อเทียบกับบอร์ดด้านเดียว
• PCB หลายชั้น (ทองแดง 4 ชั้น): ชั้นทองแดงหลายชั้นถูกเคลือบเป็นโครงสร้างบอร์ดเดี่ยวพร้อมชั้นเส้นทางภายใน ระนาบกำลังเฉพาะ และระนาบกราวด์ จำนวนเลเยอร์มีตั้งแต่ 4 ถึง 50 ในแอปพลิเคชันขั้นสูงด้วย 4, 6, 8 และ 10 ชั้น เป็นการกำหนดค่าเชิงพาณิชย์ที่พบบ่อยที่สุด

บทบาทของวัสดุพื้นผิว

PCB ทั้งสามประเภทใช้ตัวเลือกพื้นผิวฐานเดียวกัน แม้ว่าการเลือกวัสดุจะมีความสำคัญมากขึ้นเมื่อจำนวนชั้นเพิ่มขึ้น FR4 (อีพอกซีเสริมใยแก้ว Tg 130–170°C) เป็นมาตรฐานสำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ การออกแบบความถี่สูงด้านบน 1 กิกะเฮิร์ตซ์ ต้องการลามิเนตสูญเสียต่ำมากขึ้นเรื่อยๆ เช่น Rogers 4003C (ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก εr = 3.55, สูญเสียแทนเจนต์ 0.0027) หรือ Isola IS680 เพื่อรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณบนหลายเลเยอร์ ซึ่งเป็นข้อพิจารณาที่ไม่เกิดขึ้นในการใช้งานแบบด้านเดียวส่วนใหญ่

PCB ด้านเดียว : โครงสร้าง จุดแข็ง และการใช้งานในอุดมคติ

PCB ด้านเดียวมีชั้นฟอยล์ทองแดงหนึ่งชั้นที่เชื่อมติดกับด้านหนึ่งของสารตั้งต้นที่เป็นฉนวน โดยทั่วไปส่วนประกอบจะติดตั้งที่ด้านทองแดง (สำหรับส่วนประกอบที่มีรูทะลุ สายไฟตะกั่วจะผ่านบอร์ดและบัดกรีที่ด้านทองแดง) หรือบนด้านซับสเตรตเปลือยที่มีส่วนประกอบ SMD บัดกรีกับแผ่นทองแดงที่ด้านตรงข้าม

กระบวนการผลิตและความได้เปรียบด้านต้นทุน

บอร์ดด้านเดียวผลิตโดยกระบวนการหักล้างที่ตรงไปตรงมา: พื้นผิวที่หุ้มทองแดงจะถูกเคลือบด้วยโฟโตรีซิสต์ และเผยผ่านฟิล์มลวดลายวงจร พัฒนาและแกะสลักเพื่อขจัดทองแดงที่ไม่ต้องการ การไม่มีการชุบทะลุรู การเคลือบชั้นใน และการดำเนินการจัดตำแหน่งหลายจุด ทำให้ PCB ด้านเดียวเป็นประเภท PCB ที่ง่ายที่สุดและถูกที่สุดในการผลิต

ในการผลิตปริมาณมาก (100,000 ยูนิต) สามารถผลิตบอร์ด FR4 ด้านเดียวมาตรฐานขนาด 100 × 80 มม. สำหรับ $0.10–$0.50 ต่อหน่วย . ความได้เปรียบด้านต้นทุนนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคโดยมีเป้าหมายด้านรายการวัสดุที่จำกัด

ข้อจำกัดในการออกแบบบอร์ดด้านเดียว

ข้อจำกัดพื้นฐานของการออกแบบด้านเดียวคือเส้นสายไม่สามารถข้ามได้หากไม่มีสายจัมเปอร์หรือตัวต้านทานศูนย์โอห์ม เนื่องจากไม่มีชั้นที่สองในเส้นทางผ่านเส้นสายที่มีอยู่ สิ่งนี้จำกัดความซับซ้อนของวงจรในการออกแบบที่สามารถกำหนดเส้นทางการเชื่อมต่อทั้งหมดในรูปแบบระนาบแบบไม่ข้ามได้ โดยทั่วไปขีดจำกัดสูงสุดที่ใช้งานได้จริงสำหรับการออกแบบด้านเดียวคือ:

• จำนวนส่วนประกอบต่ำกว่าประมาณ 30–50 ทะลุผ่านรูหรือส่วนประกอบ SMD
• จำนวนสุทธิต่ำกว่าประมาณ 50–80 การเชื่อมต่อ
• ไม่มีเส้นทางสัญญาณความถี่สูงที่ต้องการการควบคุมอิมพีแดนซ์หรือการป้องกัน
• ไม่มีข้อกำหนดสำหรับกำลังเฉพาะหรือระนาบกราวด์

โดยที่ PCB ด้านเดียว Excel

บอร์ดด้านเดียวยังคงมีการผลิตในปริมาณมากในการใช้งานที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง:

• ไดรเวอร์และตัวควบคุมไฟ LED: วงจรสวิตชิ่งกำลังอย่างง่ายที่มีความหนาแน่นของส่วนประกอบต่ำและไม่มีข้อกำหนดด้านความถี่สูง
• บอร์ดจ่ายไฟพื้นฐาน: วงจรหม้อแปลง วงจรเรียงกระแส และตัวกรองที่ต้องการทองแดงที่แข็งแกร่งสำหรับการติดตามพลังงาน แต่มีความซับซ้อนในการกำหนดเส้นทางสัญญาณน้อยที่สุด
• รีโมทคอนโทรลและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคทั่วไป: เครื่องคิดเลข ของเล่นพื้นฐาน และรีโมทคอนโทรล IR ที่ออกแบบวงจรไว้อย่างดีและลดต้นทุนให้เหลือน้อยที่สุด
• บอร์ดอินเทอร์เฟซเซ็นเซอร์: วงจรปรับสภาพแบบอะนาล็อกอย่างง่ายสำหรับเซ็นเซอร์อุณหภูมิ ความดัน หรือพรอกซิมิตี้ในเครื่องใช้ไฟฟ้า
• แผงรีเลย์และฟิวส์รถยนต์: วงจรสวิตชิ่งกระแสสูงที่ความกว้างของการติดตามและการจัดการความร้อนมีความสำคัญมากกว่าความหนาแน่นของเส้นทาง

PCB สองด้าน: เพิ่มความหนาแน่นและช่วงการใช้งานที่กว้างขึ้น

PCB สองด้านจะเพิ่มชั้นทองแดงชั้นที่สองที่ด้านตรงข้ามของวัสดุพิมพ์ และเชื่อมต่อสองชั้นผ่านรูชุบทะลุ (PTH) ซึ่งเป็นรูเจาะที่มีเส้นทองแดงที่สร้างการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างชั้นทองแดงด้านบนและด้านล่าง การเพิ่มเพียงครั้งเดียวนี้จะเปลี่ยนพื้นที่การออกแบบที่มีอยู่สำหรับวิศวกรโดยพื้นฐาน

การชุบทะลุรู: เทคโนโลยีการเปิดใช้งานที่สำคัญ

PTH vias ถูกเจาะผ่านความหนาของแผ่นกระดานทั้งหมด จากนั้นจึงชุบทองแดงด้วยไฟฟ้าจนถึงความหนาของผนัง ขั้นต่ำ 25 µm ต่อ IPC-6012 Class 2 (มาตรฐานเชิงพาณิชย์) หรือ ขั้นต่ำ 20 µm ต่อคลาส 1 การชุบสร้างการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าและเครื่องกลที่เชื่อถือได้ระหว่างชั้น ผ่านเส้นผ่านศูนย์กลางของสว่านในการผลิตสองด้านมาตรฐานตั้งแต่ 0.2 มม. ถึง 6.3 มม โดยมีขนาดรูสำเร็จรูปเล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของดอกสว่าน 0.1–0.15 มม. หลังการชุบ

การเพิ่มการผลิต PTH จะเพิ่มการสะสมทองแดงทางเคมี การชุบด้วยไฟฟ้า และขั้นตอนการตรวจสอบเพิ่มเติมในกระบวนการผลิต ทำให้ต้นทุนต่อหน่วยเพิ่มขึ้นประมาณ 30–60% สำหรับด้านเดียว ด้วยขนาดและปริมาตรของบอร์ดที่เท่ากัน แต่ให้ความจุในการกำหนดเส้นทางเพิ่มขึ้นประมาณสองเท่า

ความสามารถในการออกแบบของบอร์ดสองด้าน

• ติดตามความละเอียดครอสโอเวอร์: ข้อขัดแย้งในการติดตามใดๆ บนเลเยอร์บนสุดสามารถแก้ไขได้โดยการวางไปที่เลเยอร์ด้านล่างผ่านทาง via กำหนดเส้นทางภายใต้การติดตามที่ขัดแย้ง แล้วส่งคืน ซึ่งช่วยลดข้อจำกัดของสายจัมเปอร์ของการออกแบบด้านเดียว
• ความหนาแน่นของส่วนประกอบเพิ่มขึ้น: ส่วนประกอบ SMD สามารถวางทั้งสองด้านของบอร์ดได้ ซึ่งอาจเพิ่มความหนาแน่นของส่วนประกอบเป็นสองเท่าในขนาดบอร์ดเดียวกัน ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมและผู้บริโภคที่มีพื้นที่จำกัด
• การอ้างอิงกำลังและกราวด์บางส่วน: ชั้นหนึ่งสามารถนำมาใช้เป็นส่วนใหญ่ในการกระจายกำลังและภาคพื้นดิน ในขณะที่ชั้นอื่นๆ จัดการเส้นทางสัญญาณ ซึ่งเป็นการปรับปรุงที่เหนือกว่าด้านเดียว แต่ไม่ได้รับประโยชน์เต็มที่จากระนาบภายในโดยเฉพาะ
• การกำหนดเส้นทางสัญญาณความถี่ปานกลาง: บอร์ดสองด้านรองรับการติดตามความต้านทานที่ควบคุมได้สำหรับสัญญาณที่สูงถึงประมาณ 100–200 เมกะเฮิรตซ์ ด้วยการออกแบบอย่างระมัดระวัง แม้ว่าจะไม่มีการอ้างอิงระนาบกราวด์ การควบคุมอิมพีแดนซ์จะมีความแม่นยำน้อยกว่าในการออกแบบหลายชั้น

การใช้งานทั่วไปสำหรับ PCB สองด้าน

• แผงควบคุมอุตสาหกรรม: PLC, ตัวควบคุมมอเตอร์, ลอจิกรีเลย์ และแผงควบคุม HVAC ที่ต้องใช้ความหนาแน่นของส่วนประกอบปานกลางและการกำหนดเส้นทางสัญญาณ/กำลังแบบผสม
• เครื่องมือแพทย์: อุปกรณ์วินิจฉัย อุปกรณ์ติดตามผู้ป่วย และปั๊มแช่ที่ความน่าเชื่อถือเป็นสิ่งสำคัญแต่ความถี่ของสัญญาณอยู่ในระดับปานกลาง
• อิเล็กทรอนิกส์ตัวถังรถยนต์: โมดูลแดชบอร์ด หน่วยควบคุมตัวถัง และกลุ่มเซ็นเซอร์ที่ความซับซ้อนของวงจรเกินกว่าความสามารถด้านเดียว แต่ไม่สามารถปรับต้นทุนหลายชั้นได้
• อิเล็กทรอนิกส์กำลัง: อินเวอร์เตอร์ ตัวแปลง DC-DC และบอร์ด UPS ที่มีทั้งกำลังไฟและการติดตามสัญญาณอยู่ร่วมกัน และการแยกด้านบน/ล่างให้ข้อดีของโครงร่าง
• เครื่องใช้ไฟฟ้าระดับกลาง: เครื่องขยายเสียง สวิตช์เครือข่าย และตัวควบคุมระบบอัตโนมัติภายในบ้าน

PCB หลายชั้น : ความหนาแน่นสูง ประสิทธิภาพสูง และความสมบูรณ์ของสัญญาณ

PCB หลายชั้นบรรลุความสามารถที่ไม่สามารถเข้าถึงได้โดยพื้นฐานในการออกแบบด้านเดียวหรือสองด้าน ไม่เพียงแต่ผ่านความสามารถในการกำหนดเส้นทางเพิ่มเติมเท่านั้น แต่ยังผ่านประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่แตกต่างกันในเชิงคุณภาพซึ่งทำได้โดยระนาบกราวด์ภายใน ระนาบกำลัง และการกำหนดเส้นทางคู่ดิฟเฟอเรนเชียลที่มีการควบคุมในสภาพแวดล้อมที่มีการป้องกัน

วิธีการผลิตบอร์ดหลายชั้น

การผลิตหลายชั้นเริ่มต้นด้วยแกนชั้นในสองด้านแต่ละแกน แต่ละแกนประมวลผลเหมือนกระดานสองด้านแบบสแตนด์อโลน (รูปภาพ กัด ตรวจสอบ) จากนั้นชั้นในจะถูกจัดเรียงโดยใช้หมุดลงทะเบียนที่มีความแม่นยำและเคลือบร่วมกับชั้นพันธะพรีเพก (อีพ็อกซี่ใยแก้วที่เตรียมไว้ล่วงหน้า) ในเครื่องอัดไฮดรอลิกแบบให้ความร้อนที่ 170–200°C และ 250–400 psi . หลังจากการเคลือบ ชั้นนอกจะถูกประมวลผล การเจาะและการชุบ PTH จะเชื่อมต่อทุกชั้น และบอร์ดก็เสร็จสิ้น

โดยทั่วไปความแม่นยำในการลงทะเบียนแบบชั้นต่อชั้นในการผลิตหลายชั้นคุณภาพสูง ±75–100 ไมโครเมตร เพื่อให้แน่ใจว่าตำแหน่งการเจาะจะสอดคล้องกับแผ่นทองแดงบนชั้นภายในทั้งหมด การผลิตขั้นสูงด้วยไมโครเวียที่เจาะด้วยเลเซอร์ทำให้สามารถลงทะเบียนภายในได้ ±25 ไมโครเมตร สำหรับบอร์ด HDI (การเชื่อมต่อความหนาแน่นสูง)

เครื่องบินกำลังและภาคพื้นดิน: ข้อได้เปรียบหลักหลายชั้น

การทุ่มเทชั้นภายในให้กับพลังงานทองแดงแข็งและระนาบกราวด์ให้ประโยชน์ที่สำคัญสามประการที่ไม่สามารถทำซ้ำในการออกแบบสองชั้น:

• การกำหนดเส้นทางอิมพีแดนซ์ที่ควบคุม: ร่องรอยสัญญาณบนชั้นนอกที่มีระนาบกราวด์อยู่ติดกันโดยตรง (โดยทั่วไป ระยะห่าง 0.1–0.2 มม ) สร้างสายส่งที่กำหนดไว้อย่างดีพร้อมอิมพีแดนซ์คุณลักษณะที่คำนวณได้ ไมโครสตริป 50Ω บนบอร์ด 4 ชั้นมาตรฐานต้องมีความกว้างของร่องรอยประมาณ 0.2–0.3 มม ขึ้นอยู่กับความหนาของอิเล็กทริก—สามารถทำได้และคำนวณได้ด้วยความแม่นยำที่ไม่มีอยู่ในการออกแบบสองชั้น
• ประสิทธิภาพของเครือข่ายการจ่ายพลังงาน (PDN): ระนาบกำลังทองแดงแข็งให้การส่งกำลังที่มีความต้านทานต่ำไปยังส่วนประกอบทั้งหมดบนบอร์ดพร้อมกัน ช่วยลดสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟ (Vdd ripple) และการเหนี่ยวนำของเส้นทางการส่งกำลัง นี่เป็นสิ่งสำคัญสำหรับไอซีดิจิทัลความเร็วสูงที่ดึงกระแสชั่วคราวขนาดใหญ่ในระหว่างการสลับเหตุการณ์
• การป้องกัน EMI: ระนาบกราวด์ภายในทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างชั้นสัญญาณ ลดการครอสทอล์คระหว่างชั้นเส้นทางที่อยู่ติดกัน และจำกัดการปล่อยรังสี โดยทั่วไปบอร์ด 4 ชั้นจะมี EMI ที่แผ่รังสีต่ำกว่า 10–15 dB กว่าการออกแบบ 2 ชั้นที่เทียบเท่ากันที่ความถี่สูง มักจะมีความแตกต่างระหว่างการผ่านและไม่ผ่านการรับรอง FCC หรือ CE

กลยุทธ์การซ้อนเลเยอร์สำหรับการกำหนดค่าทั่วไป

การจัดเรียงชั้นสัญญาณ กำลังไฟ และกราวด์ภายในการซ้อนกันหลายชั้นจะกำหนดประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของบอร์ด การออกแบบการวางซ้อนกันที่ไม่ดีจะลบล้างข้อดีของเลเยอร์เพิ่มเติม การออกแบบสแต็คอัพที่ดีช่วยเพิ่มความสมบูรณ์ของสัญญาณและประสิทธิภาพ PDN ภายในจำนวนเลเยอร์ขั้นต่ำ

Vias ที่มองไม่เห็นและถูกฝังในการออกแบบหลายชั้นขั้นสูง

จุดผ่านรูมาตรฐานในบอร์ดหลายชั้นจะใช้พื้นที่แผ่นและแผ่นป้องกันบนทุกชั้นที่แผงทะลุผ่าน แม้แต่ชั้นที่ไม่ได้เชื่อมต่อกันก็ตาม ในการออกแบบที่มีความหนาแน่นสูงพร้อมส่วนประกอบ BGA ระดับละเอียด ( ระยะพิทช์ 0.4–0.5 มม ) จุดผ่านรูทะลุใช้พื้นที่เส้นทางมากเกินไป Blind Vias (การเชื่อมต่อด้านนอกกับชั้นในเท่านั้น) และ Vias แบบฝัง (การเชื่อมต่อชั้นในโดยไม่ต้องไปถึงพื้นผิวด้านนอก) ช่วยให้สามารถกำหนดเส้นทาง Fan-out ภายใต้ BGA ที่ Vias แบบทะลุผ่านรูไม่สามารถทำได้ เทคโนโลยีเหล่านี้เพิ่ม ต้นทุนการผลิต 30–80% แต่จำเป็นสำหรับโปรเซสเซอร์ความหนาแน่นสูงและการกำหนดเส้นทางหน่วยความจำสมัยใหม่

แอปพลิเคชันที่ต้องใช้ PCB หลายชั้น

• สมาร์ทโฟนและแท็บเล็ต: บอร์ด 6–10 เลเยอร์ที่มีโครงสร้าง HDI, BGA ระดับละเอียด และคู่ดิฟเฟอเรนเชียลอิมพีแดนซ์แบบควบคุมสำหรับอินเทอร์เฟซ USB 3.x, MIPI และ PCIe
• อุปกรณ์เซิร์ฟเวอร์และเครือข่าย: บอร์ด 8–16 เลเยอร์ที่กำหนดเส้นทาง SerDes หลายกิกะบิต อินเทอร์เฟซหน่วยความจำ DDR5 และการเชื่อมต่อ PCIe Gen4/Gen5
• ADAS และ ECU ของยานยนต์: บอร์ด 6–12 เลเยอร์ในระบบที่มีความสำคัญด้านความปลอดภัยซึ่งต้องเป็นไปตามมาตรฐาน EMC และการกำหนดเส้นทางอินเทอร์เฟซเซ็นเซอร์ความเร็วสูง
• สถานีฐาน 5G และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ RF: บอร์ดหลายชั้นเคลือบลามิเนตพร้อมชั้น RF การสูญเสียต่ำและชั้นดิจิตอล FR4 มาตรฐานในสแต็กเดียวกัน
• อิเล็กทรอนิกส์การบินและอวกาศและการป้องกัน: บอร์ดหลายชั้นความน่าเชื่อถือสูงตามมาตรฐาน IPC Class 3 พร้อมลามิเนตช่วงอุณหภูมิที่ขยาย

การเปรียบเทียบโดยตรง: PCB แบบด้านเดียวและสองด้านและหลายชั้น

วิธีเลือกประเภท PCB ที่เหมาะสมสำหรับการออกแบบของคุณ

กรอบการตัดสินใจสำหรับการเลือกประเภท PCB ควรทำงานผ่านข้อจำกัดการออกแบบหลายชุดตามลำดับความสำคัญ การเพิ่มประสิทธิภาพต้นทุนจะมีผลก็ต่อเมื่อได้รับการยืนยันว่าเป็นไปตามข้อกำหนดด้านการทำงานแล้วเท่านั้น การเลือกบอร์ดด้านเดียวเพื่อประหยัดต้นทุน จากนั้นพบว่าการกำหนดเส้นทางเป็นไปไม่ได้ จะทำให้เสียเวลาและเงินมากกว่าการประหยัดครั้งแรก

1. ประเมินข้อกำหนดด้านความถี่ของสัญญาณ: หากมีสัญญาณใดๆ บนบอร์ดทำงานข้างต้น 100 เมกะเฮิรตซ์ หรือหากอินเทอร์เฟซใดๆ ต้องมีการควบคุมอิมพีแดนซ์ (USB 2.0/3.x, HDMI, PCIe, หน่วยความจำ DDR, RF Trace) จำเป็นต้องใช้บอร์ดหลายชั้นที่มีการอ้างอิงระนาบกราวด์ เกณฑ์เดียวนี้ตัดการใช้บอร์ดด้านเดียวและสองด้านสำหรับการออกแบบดิจิทัลสมัยใหม่ส่วนใหญ่
2. ประเมินจำนวนส่วนประกอบและบรรจุภัณฑ์: หากการออกแบบมีส่วนประกอบ BGA, QFN หรือ CSP ระดับละเอียดใดๆ ที่มีระยะห่างต่ำกว่า 0.8 มม. การกำหนดเส้นทางการกระจายออกจำเป็นต้องใช้บอร์ด 4 ชั้นเป็นอย่างน้อยเสมอ โดยทั่วไปส่วนประกอบ BGA ที่มีระยะพิทช์ต่ำกว่า 0.5 มม. มักจะต้องใช้ HDI ที่มีจุดผ่านแบบซ่อน/ฝัง โดยไม่คำนึงถึงจำนวนเลเยอร์
3. ตรวจสอบข้อกำหนด EMC: การออกแบบที่ต้องมีการรับรอง FCC Part 15 Class B, CE หรือยานยนต์ EMC เมื่อมีสัญญาณนาฬิกาหรือความถี่ในการสลับข้างต้น 30 เมกะเฮิรตซ์ เกือบทุกครั้งจะผ่านการรับรองได้อย่างน่าเชื่อถือมากขึ้นด้วยการใช้บอร์ดหลายชั้นที่มีระนาบกราวด์ที่เหมาะสมมากกว่าการออกแบบ 2 ชั้น โดยไม่คำนึงถึงวิธีการกรองที่ใช้
4. ประเมินความซับซ้อนของเส้นทาง: หากการวางส่วนประกอบเบื้องต้นและความพยายามในการกำหนดเส้นทางบนบอร์ด 2 เลเยอร์ส่งผลให้มีการเชื่อมต่อที่ไม่ได้กำหนดเส้นทางมากกว่า 5–10% หรือต้องลดความยาวการติดตามที่มากเกินไปสำหรับสัญญาณวิกฤต การย้ายไปยังบอร์ด 4 เลเยอร์จะประหยัดกว่าการทำซ้ำเพิ่มเติมบนโครงร่าง 2 เลเยอร์
5. ยืนยันเป้าหมายปริมาณและต้นทุน: หลังจากยืนยันว่าตรงตามข้อกำหนดด้านการทำงานแล้วเท่านั้น จึงควรพิจารณาการตัดสินใจนับเลเยอร์ของไดรฟ์ สำหรับผลิตภัณฑ์สินค้าโภคภัณฑ์ปริมาณมากที่ความต้องการด้านการทำงานได้รับการตอบสนองอย่างแท้จริงด้วยบอร์ดแบบด้านเดียวหรือสองด้าน ความได้เปรียบด้านต้นทุนนั้นมีมากมายและคุ้มค่าที่จะปรับให้เหมาะสม

เมื่อการอัพเกรดจำนวนเลเยอร์ประหยัดกว่าที่ปรากฏ

ความเข้าใจผิดที่พบบ่อยคือการเลือกจำนวนเลเยอร์ที่ต่ำกว่าจะช่วยลดต้นทุนโครงการทั้งหมดได้เสมอ ในทางปฏิบัติ เวลาวิศวกรรมเพิ่มเติมที่ใช้ในการกำหนดเส้นทางการออกแบบที่มีความหนาแน่นบนเลเยอร์น้อยเกินไป พื้นที่บอร์ดที่เพิ่มขึ้นซึ่งจำเป็นในการแก้ไขข้อขัดแย้งในการกำหนดเส้นทาง และค่าใช้จ่ายในการทดสอบซ้ำของ EMC จากการดำเนินการรับรองที่ล้มเหลวมักจะสูงกว่าความแตกต่างของต้นทุนการผลิตระหว่างบอร์ด 2 เลเยอร์และ 4 เลเยอร์ บอร์ด 4 ชั้นมีราคาสูงกว่าบอร์ด 2 ชั้นประมาณ 2–2.5 เท่าในปริมาณต้นแบบ —โดยมากจะต่างกัน 30–$80 ต่อบอร์ด—แต่การหลีกเลี่ยงรอบการทดสอบ EMC หนึ่งรอบจะช่วยประหยัดค่าห้องปฏิบัติการและเวลาวิศวกรรมได้ 5,000–20,000 ดอลลาร์

กฎการออกแบบ PCB และขนาดคุณสมบัติขั้นต่ำตามประเภทของบอร์ด

การทำความเข้าใจขนาดคุณสมบัติขั้นต่ำที่ทำได้บน PCB แต่ละประเภทช่วยให้นักออกแบบหลีกเลี่ยงการระบุขนาดที่เกินความสามารถของผู้ผลิตที่เลือก ซึ่งเป็นสาเหตุทั่วไปของความล่าช้าของต้นแบบและต้นทุนที่เพิ่มขึ้นอย่างไม่คาดคิด

ตรวจสอบกฎการออกแบบเฉพาะกับผู้ผลิตที่คุณเลือกเสมอก่อนที่จะสรุปโครงร่าง ความสามารถของผู้ผลิตจะแตกต่างกันไป และการออกแบบให้เป็นค่าต่ำสุดที่แน่นอนข้างต้นโดยไม่มีการยืนยันจะเพิ่มความเสี่ยงของปัญหาผลผลิตและบทลงโทษด้านต้นทุนที่เกี่ยวข้อง แนวทางปฏิบัติคือการกำหนดเป้าหมาย 130–150% ของค่าขั้นต่ำที่ระบุไว้ของผู้ผลิต สำหรับการติดตามและพื้นที่ที่ไม่สำคัญ ให้สงวนคุณสมบัติกฎขั้นต่ำเฉพาะสำหรับพื้นที่ที่จำเป็นอย่างแท้จริง