Elektroniikan tuotekehityksessä piirilevyn kerrosluvun valinta on kriittinen päätös, joka vaikuttaa projektin onnistumiseen tai epäonnistumiseen. Topfastin big data -analyysitilastojen mukaan noin 38 prosenttia piirilevysuunnittelun uudelleenkäsittelystä johtuu virheellisestä alkuperäisestä kerrossuunnittelusta. On erittäin tärkeää, miten tehdä paras valinta projektin vaatimusten perusteella.
PCB-kerrosten vertailu 1:stä 16+-kerroksiin
Rakenteellinen anatomia
- Perusrakenne: FR-4 substraatti + yksipuolinen kuparifolio (35/70μm)
- Tyypillinen paksuus: 1.6mm (muokattavissa 0.8-2.4mm).
- Pintakäsittely: HASL (lyijy/lyijytön)
Tärkeimmät edut
Alhaisimmat kustannukset (40-50 % halvempi kuin kaksikerroksinen).
24 tuntia kestävä nopea prototyyppien rakentaminen on laajalti saatavilla.
Helpoin käsin juottamiseen/korjaamiseen
Suorituskyvyn rajoitukset
Reititystiheys <0,3m/cm² (rajoitettu hyppääjillä)
Huono signaalin eheys (ΔIL>3dB/inch@1GHz)
Ei EMI-suojausta (>60 % säteilyriski)
Klassiset sovellukset
- Viihde-elektroniikka: Vaa'at, kaukosäätimet
- Valaistusjärjestelmät:LED-ajurit
- Teollisuuden perussäädöt:Relemoduulit
Tekninen kehitys
- Tyyppien kautta: PTH (päällystetty) vs NPTH (mekaaninen)
- Nykyaikaiset valmiudet:Tukee 4/4mil jälkeä/tilaa
- Impedanssin säätö: ±15 % toleranssi saavutettavissa.
Suunnittelun edut
2-3× suurempi reititystiheys (verrattuna yksikerroksiseen)
Impedanssin perusohjaus (mikroliuska rakenne)
Kohtalainen EMC-suorituskyky (20 dB parannus yksikerroksiseen verrattuna)
Kustannusanalyysi
- Materiaalikustannukset: +50% (verrattuna yksikerroksiseen)
- Prototyyppien toimitusaika:+1 työpäivä
- Monimutkaiset mallit:Voi vaatia hyppyvastuksia
Tyypilliset sovellukset
- Autoelektroniikka:ECU-ohjausyksiköt
- IoT-laitteet:Wi-Fi-päätepisteet
- Teollisuuden ohjaukset:PLC I/O-moduulit
Konsultoi ammattitaitoista insinööriä suunnittelun yksinkertaistamiseksi.
Optimaalinen pinoamisrakenne
- Top (signaali)
- GND (kiinteä taso)
- Teho (jaettu taso)
- Pohja (signaali)
Suorituskyvyn läpimurrot
40 % pienempi ristikkäisääni (verrattuna kaksikerroksiseen)
Virtaimpedanssi <100mΩ (asianmukaisella irrotuksella)
Tukee nopeita väyliä, kuten DDR3-1600-väyliä
Kustannusvaikutus
- Materiaalikustannukset: +80% (verrattuna kaksikerroksiseen)
- Suunnittelun monimutkaisuus:vaatii SI-simulointia
- Tuotannon läpimenoaika:+2-3 päivää
High-End-sovellukset
- Lääkinnälliset laitteet: Ultraäänisondit
- Teollisuuskamerat: 2MP käsittely
- Autoteollisuuden ADAS: Tutkamoduulit
4.Kuusikerroksiset + PCB:t
Tyypilliset kokoonpanot
6-kerroksinen: S-G-S-P-S-S-G (paras EMI): S-G-S-P-P-S-G (paras EMI).
8-kerroksinen:S-G-S-P-P-P-S-G-G-S
12-kerroksinen:G-S-S-G-P-P-G-S-S-G-P
Tekniset edut
Tukee 10 Gbps+ nopeat signaalit
Tehon eheys (PDN-impedanssi <30mΩ)
300 % enemmän reitityskanavia (vs. 4-kerros)
Kustannusnäkökohdat
- 6-kerroksinen: 35-45% enemmän kuin 4-kerroksinen
- 8-kerroksinen:50-60% enemmän kuin 6-kerroksinen
- 12-kerroksinen+: Merkittävä vaikutus saantoon.
Huippuluokan sovellukset
- 5G-tukiasemat: mmWave-antenniryhmät
- Tekoälykiihdyttimet: HBM-muistiliitännät
- Autonominen ajaminen:Verkkotunnuksen valvojat
PCB-kerroksen valinnan päätöspuu
“ 3 vaihetta ihanteellisten PCB-kerrosten määrittämiseksi: ”
- Signaalianalyysi
- Nopeiden signaalien laskenta (>100 MHz)
- Differentiaalinen paritiheys (paria/cm²)
- Erityiset impedanssivaatimukset (esim. 90Ω USB)
2. Tehon arviointi
- Jännitealueen laskenta
- Suurin virran tarve (A/mm)
- Meluherkän piirin prosenttiosuus
3. Kustannusten vastakkainasettelu
- Budjettirajoitukset ($/cm²)
- Tuotantomäärä (K kpl/kk)
- Iteraatioriskin sietokyky
Useimmissa nykyaikaisissa elektroniikkalaitteissa suorituskyky ja kustannukset ovat optimaalisesti tasapainossa 4-6 kerroksessa!
PCB-kerroksen suunnittelun viisi kultaista sääntöä
- 3:1 sääntö: 1 maataso 3 signaalikerrosta kohti
Poikkeus: RF-piirit tarvitsevat 1:1 referenssin
- 20H Periaate: Tehotason sisäkkäin 20× dielektrisen paksuus
Nykyaikainen lähestymistapa: Käytä reunasuojarenkaita
- Symmetrialaki: Estä vääntyminen (tasapainoinen kuparin jakautuminen)
Keskeinen parametri: ΔCu<15 % eri kerroksissa
- Ei cross-splittiä: Älä koskaan reititä suurnopeusreittiä koneen halki
RatkaisuKäytä ompelukondensaattoreita
- Kustannusten optimoinnin kaava:
Ihanteelliset kerrokset = ceil(reititystarpeet yhteensä / kerrosten tehokkuus)
Kokemusarvot: 4-kerroksinen ≈55%, 6-kerroksinen ≈70% käyttöaste.
Kysy meiltä parhaita neuvoja
PCB-kerrostekniikka
1. Heterogeeninen integrointi
- Sulautetut komponenttipiirilevyt (EDC)
- Silicon interposer 2.5D-integraatio
- 3D-tulostetut monikerrosrakenteet
2.Materiaali-innovaatiot
- Erittäin pienihäviöiset substraatit (Dk<3,0)
- Lämpöeristeet (5W/mK+)
- Kierrätettävät laminaattimateriaalit
3.Suunnittelun vallankumous
- Tekoälyavusteinen kerrosten optimointi
- Kvanttilaskennan pinoaminen
- Neuromorfiset reititysarkkitehtuurit
Teollisuuden ennuste: Vuoteen 2026 mennessä 20+ kerroksiset PCB:t valtaavat 35 % high-end-markkinoista, mutta 4-8 kerrosta pysyy valtavirrana (> 60 %).
Usein kysytyt kysymykset
K: Milloin minun pitäisi lisätä PCB-kerroksia?
V: Harkitse useampia kerroksia, kun:
- >30 % verkoista vaatii pitkiä kiertoteitä
- Tehokohina aiheuttaa epävakautta
- EMC-testit epäonnistuvat toistuvasti
K: Voiko 4-kerroksinen korvata 6-kerroksisen mallin?
A: Mahdollista:
HDI-mikroviat
2 signaalitasoa + 2 sekatasoa
Maahan upotettu kapasitanssi
Uhraa kuitenkin ~20 % suorituskykymarginaalin
K: Monikerroksisten piirilevyjen tyypillinen toimitusaika?
A: Vakiotoimitus:
- 4-kerroksinen: 5-7 päivää
- 6-kerroksinen:7-10 päivää
- 8-kerroksinen+: 10-14 päivää
(Nopeutetut palvelut vähenevät 30-50 prosenttia)
Kohtuullinen valinta PCB-kerrosten määrästä
- Suorituskyvyn tarpeet > Teoreettiset tiedot: Todelliset testit voittavat simulaatiot
- Kustannusten valvonta edellyttää elinkaarianalyysiä: Sisällytä uudelleentyöstöriskit
- Toimitusketju kohdistus: Vältä liikaa suunnittelua
“Paras PCB-kerroksen valinta vastaa nykyisiä tarpeita ja mahdollistaa samalla tulevat päivitykset!”