4 Katmanlı PCB Stackup Rehberi

Tasarımınız 2 katmana sığmamaya başladığında, EMC testlerinde sorun yaşadığınızda ya da USB, Ethernet, yüksek hızlı SPI, RF gibi sinyallerle çalıştığınızda doğru adım genellikle 4 katmanlı PCB'dir. 4 katmanlı kart, 2 katmana göre biraz daha pahalıdır ama sinyal bütünlüğü, gürültü, yönlendirme kolaylığı ve kart boyutu açısından çoğu zaman bu farkı fazlasıyla geri kazandırır. Bu rehberde 4 katmanlı kartın katman yapısını (stackup), doğru katman sıralamasını ve tasarımda dikkat edilmesi gerekenleri anlatıyoruz.

4 katmanlı PCB nasıl üretilir?

4 katmanlı bir kart, iç iki bakır katmanı taşıyan bir çekirdek (core) ile dış iki bakır katmanın prepreg (yarı kürlenmiş cam elyaf reçine) aracılığıyla presle birleştirilmesiyle (laminasyon) üretilir. İç katmanlar önce ayrı ayrı görüntülenip aşındırılır, ardından laminasyon, delme, delik içi kaplama ve dış katman işlemleri yapılır. Bu yüzden 4 katmanlı kartta iç katmanların Gerber dosyaları da pakette olmalıdır.

Standart 4 katman stackup

Bu yapıda (Sinyal – GND – Güç – Sinyal) üst katmandaki her iz, hemen altındaki kesintisiz GND düzlemini referans düzlemi olarak kullanır. İnce prepreg sayesinde iz ile düzlem arasındaki mesafe küçüktür. Bu da dönüş akımı yolunu kısaltır, döngü alanını ve yayılan gürültüyü azaltır.

Neden GND ikinci katmanda olmalı?

• Dönüş akımı: Yüksek frekanslı sinyallerin dönüş akımı, izin hemen altındaki referans düzleminden geçer. Kesintisiz bir GND düzlemi bu yolu en kısa tutar.
• EMC: Küçük döngü alanı daha az yayılım ve dışarıdan daha az gürültü almak demektir. 2 katmandan 4 katmana geçişte EMC sorunları çoğu zaman kendiliğinden çözülür.
• Empedans kontrolü: İz ile düzlem arasındaki mesafe küçük olduğunda 50 Ω (tek uçlu) veya 90-100 Ω (diferansiyel: USB, Ethernet) hedeflerine makul iz genişlikleriyle ulaşılır.

Alternatif stackup'lar

Sinyal – GND – GND – Sinyal

İki iç katman da GND olur; güç, dış katmanlarda geniş izler veya bakır alanlarla dağıtılır. Her iki dış katman da mükemmel bir referansa sahip olur. Yüksek hızlı sinyallerin iki yüzde de yoğun olduğu kartlarda tercih edilir.

GND – Sinyal – Sinyal – GND

Dış katmanlar GND dolgusu, iç katmanlar sinyal olur. İyi ekranlama sağlar ama komponent yerleşimi ve debug zorlaşır; iç katmandaki izlere erişilemez. Özel EMC gereksinimleri dışında nadiren tercih edilir.

Kaçınılması gereken: Sinyal – Güç – GND – Sinyal (üst katman güç düzlemine bakıyor)

Üst katmandaki sinyaller güç düzlemini referans alır. Güç düzlemi de iyi dekuple edilmemişse dönüş akımı yolu bozulur. Mümkünse yüksek hızlı sinyallerin bulunduğu katmanın hemen yanında GND olsun.

4 katmanlı tasarımda altın kurallar

1. GND düzlemini bölmeyin: "Analog GND" ve "dijital GND" diye düzlemi yarmak, çoğu zaman çözdüğünden fazla sorun yaratır. Tek, kesintisiz bir GND düzlemi kullanın; bölgeleri yerleşimle ayırın.
2. Referans düzleminin üzerinde yarık bırakmayın: Yüksek hızlı bir iz, altındaki düzlemde bir yarığın (slot) üzerinden geçerse dönüş akımı dolaşmak zorunda kalır. Via sıraları ve konnektör kesimleri bu tür yarıklar oluşturabilir.
3. Katman değiştiren sinyallerin yanına GND via'sı koyun: Bir sinyal üstten alta geçerken referansı da değişir; yanına bir GND via'sı eklemek dönüş akımına kısa bir yol sağlar.
4. Güç düzlemini dekuplajla destekleyin: Her entegrenin besleme pinine yakın 100 nF, bölgesel olarak 1-10 µF kondansatör koyun ve bunları kısa via'larla düzlemlere bağlayın.
5. Kenarlarda düzlemi biraz geri çekin: Güç düzlemini GND düzleminden kenarlarda birkaç milimetre içeride bitirmek kenar yayılımını azaltır.

Plane (düzlem) katmanlarının Gerber'i

Bazı programlar (özellikle Altium) iç düzlem katmanlarını negatif olarak çıkarır: dosyada çizilen alanlar bakırın olmadığı yerlerdir. Bu normaldir ve üreticiler .GP uzantılı dosyaları buna göre okur. KiCad, EasyEDA ve diğer programlar ise iç katmanları pozitif bakır dolgu olarak çıkarır. Hangi yöntemi kullanırsanız kullanın:

• İç katman dosyalarını pakete eklemeyi unutmayın.
• Katman sırasını (L1-L2-L3-L4) sipariş notunda belirtin veya stackup PDF'i ekleyin.
• Siparişten önce paketi Gerber görüntüleyicide açıp iç katmanları kontrol edin.

Program bazında iç katman çıktısı için: KiCad, Altium, EasyEDA, Eagle, Proteus.

2 katman mı, 4 katman mı?

4 katmanlı kartların güncel fiyatlarını fiyat tablomuzda görebilirsiniz. Küçük prototiplerde 2 ile 4 katman arasındaki fark çoğu zaman düşündüğünüzden azdır.

4 Katmanlı PCB Fiyatı Al

İlgili: PCB kalınlığı seçimi · Via türleri · En sık DFM hataları · Tüm rehberler