אחת ההחלטות הראשונות בתכנון חומרה היא כמה שכבות PCB צריך למוצר שאתם מפתחים. ההחלטה הזאת אינה טכנית בלבד: היא משפיעה על מחיר הלוח בייצור סדרתי, על היכולת לעבור בדיקות תאימות אלקטרומגנטית, על טווח האנטנה ואפילו על משך העבודה של המהנדס. לוח דו־שכבתי זול משמעותית, אך לא תמיד מספיק; לוח בן שמונה שכבות יפתור כמעט כל בעיית רעש, אבל עלול לייקר את המוצר בלי הצדקה. אנחנו בפרוג'קטס האוס מקבלים את ההחלטה הזאת לפי דרישות המוצר ולא לפי הרגל, וכאן נסביר איך עושים זאת בפועל.

מה בעצם עושות השכבות

שכבה ב־PCB היא מישור נחושת. חלק מהשכבות משמשות לניתוב אותות, אחרות משמשות כמישורי הזנה והארקה רציפים. מישור הארקה שלם מתחת לשכבת האותות הוא ההבדל הגדול ביותר בין לוח בעייתי ללוח יציב: הוא מספק נתיב חזרה קצר לזרם, מקטין קרינה, מייצב עכבה ומשפר ניהול חום. בלוח דו־שכבתי אין באמת מישור רציף, כי הצד השני מתמלא בניתובים ונוצרים חתכים במישור. זו הסיבה שמעבר מארבע שכבות מטה גורם לרוב הבעיות שנראות בהמשך במעבדת הבדיקות. הנושא מוסבר לעומק גם במאמר על תכנון מעגל מודפס.

כלל אצבע: שתיים, ארבע, שש ומעלה

  • שתי שכבות — מתאים למעגלים אנלוגיים פשוטים, ספקי כוח בסיסיים, לוחות חיישן קטנים ומוצרים ללא תקשורת מהירה או אלחוט.
  • ארבע שכבות — ברירת המחדל לרוב המוצרים כיום: מיקרו־בקר, זיכרון, ממשקי USB או תקשורת טורית, ומודול אלחוטי מוכן. שתי שכבות פנימיות משמשות הארקה והזנה.
  • שש שכבות — כשיש כמה מתחי הזנה, מספר ממשקים דיפרנציאליים, או צפיפות רכיבים גבוהה שלא מאפשרת ניתוב נקי בארבע.
  • שמונה שכבות ומעלה — מעבדים מהירים, זיכרון DDR, מארזי BGA צפופים עם מרווח כדוריות קטן, או מוצרים שדורשים בקרת עכבה קפדנית.

שאלת מפתח היא סוג המארזים: מארז BGA עם מאות פינים כמעט תמיד מחייב שכבות נוספות רק כדי להוציא את האותות החוצה. כלל אצבע נוסף הוא לבדוק את שטח הלוח מול מספר החיבורים — כאשר צפיפות החיבורים גבוהה והשטח מוגבל בגלל הזיווד, התשובה לשאלה כמה שכבות PCB צריך נוטה כמעט תמיד כלפי מעלה.

איך זה משפיע על העלות

המעבר מלוח דו־שכבתי לארבע שכבות מייקר את הלוח באופן מורגש, ולעיתים כמעט מכפיל את מחירו בכמויות קטנות. המעבר מארבע לשש מוסיף פחות באחוזים, והמעבר משש לשמונה פחות מכך. חשוב להסתכל על התמונה המלאה: לוח יקר יותר שמונע סבב תיקונים נוסף, שינוי תבנית או כישלון בבדיקות הוא לרוב זול יותר בסך הכול. בכמויות קטנות מחיר הלוח מושפע יותר מעלויות הכנה חד־פעמיות מאשר ממספר השכבות, כפי שמוסבר במאמר על עלות ייצור PCB בכמויות קטנות. בייצור המוני התמונה מתהפכת, ושם כל שכבה נוספת נספרת. גורמים נוספים שמייקרים את הלוח יותר ממספר השכבות הם חורים עיוורים וקבורים, בקרת עכבה מבוקרת, ציפוי זהב וסובלנות ייצור צרה. לכן לפני שמוסיפים שכבה כדאי לבדוק אם אפשר להגדיל מעט את שטח הלוח או לסדר מחדש את הרכיבים.

שיקולים שמעבר למחיר

לפני שמחליטים כמה שכבות PCB צריך כדאי לבדוק שלושה דברים נוספים. הראשון הוא רעש והפרעות: מוצר שנכשל בבדיקת תאימות אלקטרומגנטית יידרש לסבב תכנון נוסף, וזה יקר בהרבה מנחושת. השני הוא אלחוט: כאשר יש אנטנה במוצר, מבנה השכבות קובע את עכבת קו ההזנה ואת ביצועי הקליטה. השלישי הוא חום — מישורי נחושת רחבים מפזרים חום מרכיבי הספק ומאריכים את חיי המוצר.

איך מחליטים בפועל

אנחנו בפרוג'קטס האוס מתחילים מרשימת רכיבים ראשונית, סופרים פינים, מסמנים אותות מהירים ומעריכים צפיפות. רק אז נקבע מבנה השכבות, ולפניו נסגרים גם מידות הלוח והזיווד. בשלב ההכנה לייצור חשוב לוודא שהיצרן תומך בעובי ובחומר שנבחרו, נושא שמפורט במאמר על תכנון לייצור של מעגל מודפס. בפועל, כשמפתחים שואלים אותנו כמה שכבות PCB צריך, התשובה הנפוצה ביותר היא ארבע — אבל רק אחרי שבדקנו שאין רכיב שמכתיב אחרת. מידע נוסף בתחום תמצאו במדור פיתוח אלקטרוניקה.

רוצים תשובה מדויקת למוצר שלכם, כולל הערכת עלות לוח וסדרה ראשונה? קבעו איתנו פגישה ראשונית ונעבור יחד על הדרישות לפני שמתחילים לשרטט.

רוצים להפוך רעיון למוצר? צרו קשר עם צוות פרוג'קטס האוס בע"מ – טלפון: 054-8936922 | דוא"ל: info@projects-house.com – ונשמח ללוות אתכם משלב הרעיון ועד המדף.